Cara Kerja Penyearah Tegangan Setengah Gelombang

by

Cara kerja penyearah tegangan yaitu melewatkan arus AC yang mengalir selama setengah siklus dan memblock aliran arus setengah siklus berikutnya. Jenis dioda yang digunakan untuk melakukan pekerjaan peyearahan arus AC adalah dioda daya yang memiliki peringkat daya maksimum yang lebih tinggi.

Pada artikel sebelumnya tentang dioda sinyal kita telah mengetahui bahwa komponen dioda mempunyai karakteristik hanya dapat dilalui oleh arus dalam satu arah saja, yaitu arah bias maju. Tegangan dapat mengalir dari anoda menuju katoda dan mencegah aliran balik tegangan dari arah sebaliknya. Karakter dioda seperti ini sering dimanfaatkan untuk menyearahkan tegangan AC (bolak balik ) menjadi tegangan DC (searah).

Namun pada jenis dioda sinyal yang kita bahas sebelumnya, tidak dapat digunakan sebagai dioda penyearah (rectfier) karena hanya mempunyai tegangan kerja dibawah 1 Ampere. Jika kita memaksakan mengalirkan arus melebihi tegangan kerja dioda sinyal ersebut, maka akan terjadi panas yang berlebih pada persimpangan PN (PN junction) yang dapat merusakkan komponen dioda. Karena itu untuk melakukan pekerjaan penyearahan arus AC telah dibuat satu bentuk dioda daya yang memiliki tegangan kerja jauh lebih besar.

Jenis dioda daya yang digunakan untuk sistem penyearah tegangan AC telah didesain memiliki persimpangan PN yang lebih besar sehingga dapat dilalui tegangan maju hingga beberapa ratus Volt. Selain itu juga memiliki kemampuan mencegah tegangan balik hingga ribuan Volt.

Pada sistem penyearah tegangan yang menangani arus tinggi dibutuhkan pendingin yang cukup untuk meredam panas yang dihasilkan oleh dioda. Karena seperti yang kita ketahui, panas yang berlebih dapat menurunkan kinerja dioda daya.

Cara Kerja Dioda Penyearah Tegangan

Jika kita memberikan tegangan AC pada dioda daya, maka setengah siklus positif dari aliran arus akan dilewatkan oleh dioda. Sementara setengah siklus negatif berikutnya akan dicegah agar tidak mengalir melewatinya. Prinsip kerja dioda seperti ini menjadi dasar dari sistem rangkaian penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Penyearahan tegangan yang dilakukan oleh dioda dapat dilakukan secara individu menggunakan satu buah dioda, atau juga dapat dilakukan dengan merangkai beberapa dioda. Sistem penyearahan tegangan AC terdiri dari :
  • Sistem penyearah setengah gelombang, menggunakan satu buah dioda
  • Sistem penyearah gelombang penuh, menggunakan dua buah dioda
  • Sistem penyearah jembatan, menggunakan empat buah dioda 

Cara Kerja Penyearah Setengah Gelombang (Half Wafe)

Sistem penyearah setengah gelombang merupakan bentuk paling sederhana penyearahan tegangan yang hanya menggunakan satu buah dioda daya. Tegangan AC yang dilewatkan oleh rangkaian penyearah dapat berupa tegangan dengan fase tunggal maupun multi fase.

Pada penyearah dioda setengah gelombang, dioda daya hanya akan melewatkan arus AC yang masuk selama setengah siklus positif saja. Sehingga arus yang akan keluar setelah melewati dioda penyearah menjadi arus searah / DC.

Cara kerja dioda penyearah setengah gelombang
Gambar diatas merupakan bentuk rangkaian penyearah setengah gelombang tegangan AC. Karena dioda hanya akan melewatkan tegangan bias maju, maka dengan penempatan dioda seperti gambar tersebut dioda hanya akan melewatkan setengah siklus positif dari arus AC saja. Sementara besar tegangan yang akan mengalir pada resistor beban R adalah sama dengan besar tegangan masuk Vs. Hal ini sesuai dengan hukum Ohm pada rangkaian resistor dan tegangan.

Sementara setengah siklus negatif dari tegangan sinus AC akan dicegah masuk oleh dioda. Sehingga selama setengah siklus tidak ada arus masuk yang melalui dioda. Maka tegangan yang mengalir pada resistor beban pun adalah 0.

Dengan demikian resistor akan mendapatkan tegangan selama setengah siklus kemudian 0. Lalu mendapatkan tegangan lagi dan 0 lagi begitu seterusnya. Tegangan timbul tenggelam yang mengaliri resistor ini memiliki nilai yang setara dengan tegangan DC 0.318*Vmax atau 0,45*Vrms dari bentuk gelombang sinus.

Sehingga tegangan DC yang melintasi resistor beban dapat dihitung dengan rumus :

Vdc = Vmax / π = 0,318 Vmax = 0,45Vrms

Dimana :
Vmax  = Tegangan puncak AC
Vrms = Nilai rms (root means square) tegangan masuk AC

Dari penjelasan tentang cara kerja dari penyearah setengah gelombang yang menggunakan satu buah dioda diatas, dapat dikatakan bahwa resistor beban menerima tegangan secara ON dan Off selama satu siklus tegangan AC. Sehingga rata rata tegangan DC yang mengalir melewati resistor beban hanya 50% saja.

Aliran arus DC yang timbul tenggelam ini menghasilkan bentuk gelombang yang mempunyai riak sehingga kurang baik sebagai sumber arus DC. Frekuensi riak yang dihasilkan ini memiliki besar yang sama dengan frekuensi tegangan AC masukan.

Untuk mengatasi munculnya riak gelombang pada proses penyearahan tegangan AC diberikan sebuah kapasitor untuk menghaluskan gelombang. Sehingga dapat dihasilkan arus DC yang stabil dengan riak gelombang yang diminimalisir. Jenis kapasitor yang digunakan pada sistem penyearah tegangan ini disebut dengan kapasitor reservoir dan umumnya menggunakan jenis elko (elektrolit kondensator) yang memiliki terminal polaritas .

Penyearah Setengah Gelombang Dengan Kapasitor

Penyearah setengah gelombang dengan kapasitor
Saat kita membutuhkan sumber tegangan DC yang didapatkan dari tegangan AC, kita harus membuat sistem penyearah tegangan AC yang memiliki sedikit riak gelombang. Karena akan mengganggu stabilitas dan kontinuitas tegangan DC yang dihasilkan. Karena itu harus ditambahkan kapasitor untuk mengatasi aliran DC hasil penyearahan yang yang kurang stabil tersebut.
Cara kerja dari kapasitor reservoir pada rangkaian penyearah adalah dengan menyimpan arus listrik yang didapatkan ketika setengah siklus positif berlangsung. Saat setengah siklus negatif dioda tidak mengalirkan arus listrik, maka kapasitor akan mengeluarkan arus listrik yang tersimpan untuk menyupplai beban. Sehingga tidak terjadi kekosongan tegangan sama sekali
Karakteristik kapasitor yang mampu menyimpan arus listrik ini dapat mengatasi hilangnya aliran arus DC selama setengah siklus. Sehingga dapat dihasilkan arus DC yang relatif konstan dan stabil. Namun untuk beban yang membutuhkan arus lebih besar, muatan listrik yang tersimpan di dalam kapasitor akan cepat sekali terkuras. Sehingga dibutuhkan kapasitor dengan nilai kapasitansi yang lebih tinggi.
Untuk kebutuhan arus DC yang lebih tinggi dengan masukan tegangan AC yang multi fase, sistem penyearah setengah gelombang kurang baik untuk digunakan.  Apalagi untuk memberikan pasokan tegangan power amplifier dengan daya besar. Karena itu penyearah setengah gelombang biasanya digunakan pada sirkuit elektronika dengan kebutuhan daya yang kecil.
Untuk rangkaian dengan daya besar, sistem penyearah tegangan AC yang digunakan biasanya adalah penyearah gelombang penuh yang memiliki kestabilan tegangan DC yang lebih baik. Pada materi berikutnya kita akan membahas tentang topik sistem penyearah gelombang penuh.

Leave a Comment