Pages

Subscribe:

Kamis, 15 Maret 2012

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
 (full-wave rectifier)
Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat diperoleh dengan dua cara.
Cara pertama memerlukan transformator sadapan pusat (Centre Tap-CT).
Cara yang lain untuk mendapatkan keluaran (output) gelombang penuh adalah dengan menggunakan empat dioda disebut penyearah jembatan (rectifier bridge). 
Rangkaian Penyearah Centre Tap
Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan transformator sadapan pusat (Center Tap)clip image002 thumb23 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Bila U1 dan U2 mempunyai polaritas, ujung A berpolaritas positif dan ujung B berpolaritas negatif. Pada saat ini D1 menghantar (conduct) sedangkan D2 tidak menghantar (reverse biased).
clip image0025 thumb3 Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Pada saat A berpolaritas negatif , sedang B berpolaritas positif, pada saat ini D2 menghantar sedangkan D1 tidak menghantar. 

Saat digunakan sebagai penyearah gelombang penuh, dioda secara bergantian menyearahkan tegangan AC pada saat siklus positif dan negatif. Penyearah gelombang penuh ada 2 macam dan penggunaannya disesuaikan dengan transformator yang dipakai. Untuk transformator biasa digunakan jembatan dioda (dioda bridge) sementara untuk transformator CT digunakan 2 dioda saja sebagai penyearahnya.
a. Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge)
Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama. Untuk memahami cara kerja dioda bridge, perhatikanlah kedua gambar berikut.

Saat siklus positif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda B menuju beban dan kembali melalui dioda C. Pada saat yang bersamaan pula, dioda A dan D mengalami reverse bias sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda tersebut bersifat sebagai isolator.

Sedangkan pada saat siklus negatif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda D menuju beban dan kembali melalui dioda A. Karena dioda B dan C mengalami reverse bias maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini.

Kedua hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan beban yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC). Grafik sinyal dari penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge) ditunjukkan seperti pada gambar berikut

Jembatan dioda (dioda bridge) tersedia dalam bentuk 1 komponen saja atau pun bisa dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang sama karakteristiknya. Yang harus diperhatikan adalah besar arus yang dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari besar arus yang dilewatkan pada rangkaian.
b. Penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda
Seperti telah disebutkan diatas, penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda ini hanya bisa digunakan pada transformator CT, dimana tegangan sekunder yang dihasilkan oleh trafo CT ini adalah :

dimana V1=teg primer dan V2=teg sekunder
Cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini dapat dijelaskan seperti berikut :

Pada artikel mengenai trafo diketahui bahwa pada bagian sekunder trafo CT terdapat 2 sinyal output yang terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo yang sama namun berlawanan fasa. Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus positif, pada titik AO akan terjadi siklus positif sementara pada titik OB akan terjadi siklus negatif. Akibatnya D1 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.

Saat tegangan input (teg primer) berada pada siklus negatif, pada titik AO akan terjadi siklus negatif sementara pada titik OB akan terjadi siklus positif. Akibatnya D2 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D1 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D2 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.

Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh yang disearahkan seperti ditunjukkan pada grafik sinyal berikut.

Rabu, 14 Maret 2012

Rangkaian Dioda Penyearah Setengah Gelombang

Dioda adalah komponen elektronika berbahan semikonduktor (germanium, silikon) yang mempunyai karakteristik hanya dapat melewatkan arus forward saja dan menahan arus reverse atau sebagai penyearah yang dapat merubah arus bolak – balik mejadi arus searah.
Berikut akan dijelaskan salah satu aplikasi dari fungsi dioda yang dapat kita manfaatkan, yaitu sebagai penyearah setengah gelombang, seperti gambar berikut:

Rangkaian Dioda | Penyearah setengah gelombang

Pada gambar diatas sumber AC(Alterbating Current) atau sumber tegangan bolak balik disearahkan dengan menggunakan dioda, arus hanya dapat mengalir satu arah dibagian katoda sedangkan arus yang lewat di bagian anoda ditahan. perhatikan gelombang yang dihailkan gelombang negatif yang dihilangkan oleh dioda yang hanya melewatkan gelombang positif.
Untuk memperhalus tegangan keluaran, pada rangkaian dapat ditambahkan dengan kapasitor, seperti gambar dibawah ini

Rangkaian Dioda | Penyearah setengah gelombang 

Setengah dasar penyearah gelombang sirkuit

Setengah gelombang penyearah sirkuit dapat digunakan di sejumlah aplikasi yang berbeda. Gelombang setengah sirkuit penyearah biasanya menggunakan dioda tunggal. Ini melewati setengah siklus, dan blok yang lain. Dengan cara ini hanya setengah dari siklus yang digunakan, tetapi saat ini hanya dibiarkan mengalir dalam satu arah.
Dioda penyearah setengah gelombang dasar sirkuit

Dioda penyearah setengah gelombang dasar sirkuit
Setengah gelombang penyearah sirkuit sering dapat digunakan dengan transformator jika ingin digunakan untuk menjalankan peralatan dengan cara apapun. Biasanya dalam aplikasi ini input bolak gelombang disediakan melalui trafo. Ini digunakan untuk memberikan tegangan masukan yang diperlukan.
Dioda penyearah setengah gelombang dengan sirkuit transformator
Dioda penyearah setengah gelombang dengan sirkuit transformator

Setengah gelombang penyearah dioda persyaratan

Ketika merancang sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang, perlu untuk memastikan bahwa dioda ini mampu memberikan kinerja yang diperlukan. Meskipun ada sangat banyak parameter yang mendefinisikan dioda individu, dan ini mungkin perlu dipertimbangkan untuk desain tertentu, beberapa parameter utama dirinci sebagai berikut:
  • Maju saat ini: Adalah penting bahwa dioda mampu menangani tingkat saat ini saat ini dan puncak rata-rata yang mengalir melalui itu dalam rangkaian penyearah gelombang setengah. Arus akan mencapai puncaknya sebagai akibat dari sirkuit smoothing kapasitor. Sebagai arus hanya saat ini sebagai biaya kapasitor up, saat ini dalam ledakan singkat yang jauh lebih tinggi dari saat ini rata-rata.
  • Tegangan terbalik Peak: Dioda harus mampu andal menahan tegangan terbalik atau terbalik puncak yang muncul di atasnya. Tegangan puncak tidak hanya tegangan output, tetapi lebih tinggi. Nilai puncak tegangan terbalik dioda harus minimal 2 x √ 2 kali tegangan RMS dari input. Hal ini karena output biasanya dihaluskan oleh kapasitor, dan ini akan membawa nilai yang merupakan puncak dari gelombang masukan. Ini akan menjadi √ 2 kali tegangan RMS. Dengan tegangan pada output, bentuk gelombang masukan pada bagian "diblokir" siklus akan jatuh dan mencapai nilai puncak di bagian bawah puncak nilai √ 2 kali RMS. Nilai balik maksimum terlihat di dioda penyearah adalah jumlah dari kedua tegangan.

Jumat, 09 Maret 2012

Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Transistor through-hole (dibandingkandengan pita ukursentimeter)
 
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.

Cara kerja semikonduktor

Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik.
Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat diubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.

Cara kerja transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

Jenis-jenis transistor

BJT symbol PNP.svg PNP JFET symbol P.png P-channel
BJT symbol NPN.svg NPN JFET symbol N.png N-channel
BJT
JFET
Simbol Transistor dari Berbagai Tipe
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
  • Materi semikonduktor: Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
  • Kemasan fisik: Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
  • Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
  • Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel
  • Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
  • Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
  • Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain

Rabu, 07 Maret 2012

DIODA

Dioda adalah piranti semikonduktor dengan bahan tipe-n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe-p yang disatukan (P-N junction). Dioda merupakan suatu piranti dua elektroda dengan arah arus yang tertentu, dapat juga dikatakan dioda bekerja sebagai penghantar bila tegangan listrik diberikan dalam arah tertentu tetapi dioda akan bekerja sebagai isolator bila tegangan yang diberikan dalam arah berlawanan dari pergerakan elektron pembentuknya. Kristal pn sebagai penyusun dioda akan bekerja jika arus didalamnya hanya dapat mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya. Hubungan ini disebut dengan rangkaian prategangan maju (forward bias). Pada dioda, kita mengenal potensial barrier yaitu beda potensial pada persambungan. Beda potensial ini menjadi cukup besar untuk menghalangi proses penyebaran difusi selanjutnya dari elektron-elektron bebas. Pada suhu ruangan potensial barrier bekerja sekitar 0,7 Volt untuk Silikon dan 0,3 Volt untuk Germanium.  
Gambar 2.4 Kurva Dioda Gambar 2.4 

merupakan kurva karakteristik dioda pada pra tegangan maju (forward) dan pra tegangan balik (reverse). Dari gambar karakteristik tersebut dapat dianalisa bahwa sebuah dioda akan mengalirkan arus setelah tegangan luar mengatasi potensial barrier, maka arus maju akan menjadi besar. Pada kurva dengan karakteristik balik saat tegangan yang diberikan sama dengan nol, maka tidak ada arus yang mengalir jika tegangan dinaikkan maka arus akan sangat kecil. Saat arus maju terlalu besar maka dioda akan rusak karena disipasi daya terlalu besar. Jika pada arah balik tegangan yang terlalu tinggi akan menimbulkan kedadalan (breakdown) listrik pada dioda.  
 Gambar 2.5 Kurva Dioda Ideal  

III. Bias Maju Dioda
Gambar dioda bias maju
Gambar di atas merupakan gambar karakteristik dioda pada saat diberi bias maju. Lapisan yang melintang antara sisi P dan sisi N diatas disebut sebagai lapisan deplesi (depletion layer), pada lapisan ini terjadi proses keseimbangan hole dan electron. Secara sederhana cara kerja dioda pada saat diberi bias maju adalah sebagai berikut, pada saat dioda diberi bias maju, maka electron akan bergerak dari terminal negative batere menuju terminal positif batere (berkebalikan dengan arah arus listrik). Elektron yang mencapai bagian katoda (sisi N dioda) akan membuat electron yang ada pada katoda akan bergerak menuju anoda dan membuat depletion layer akan terisi penuh oleh electron, sehingga pada kondisi ini dioda bekerja bagai kawat yang tersambung.
IV. Bias Mundur Dioda
Gambar dioda bias mundur
Berkebalikan dengan bias maju, pada bias mundur electron akan bergerak dari terminal negative batere menuju anoda dari dioda (sisi P). Pada kondisi ini potensial positif yang terhubung dengan katoda akan membuat electron pada katoda tertarik menjauhi depletion layer, sehingga akan terjadi pengosongan pada depletion layer dan membuat kedua sisi terpisah. Pada bias mundur ini dioda bekerja bagaikan kawat yang terputus dan membuat tegangan yang jatuh pada dioda akan sama dengan tegangan supply.

  • Berikut adalah beberapa macam dioda yang sering ditemukan :
  1. Dioda Bridge (4 buah dioda penyearah)
  2. Dioda Zener (Sebagai penstabil tegangan)
  3. LED (Light Emiting Dioda)
  4. 7 - Segment
  5. dll
  • Pada umunya dioda dibuat dari bahan semikonduktor sbb :
  1. Silicon, tegangan yang jatuh pada saat bias maju adalah 0,7 volt.
  2. Germanium, tegangan yang jatuh pada saat bias maju adalah 0,3 volt