pertemuan ke-2 - rangkaian diode dan penyearah

7/24/2019 Pertemuan Ke-2 - Rangkaian Diode Dan Penyearah

1/64

MBY : Pertemuan ke-21

RANGKAIAN DIODE DAN PENYEARAH


2/64


Motto

Diluar batas kemampuan kita, pasti adanya

kuasa dariNya.


3/64

MBY : Pertemuan ke-2 3

1. Pendahuluan

Diode semikonduktor banyak ditemukan

dalam berbagai aplikasi bidang rekayasa

elektronika dan listrik Diode seara luas dipakai dalam

rangkaian elektronika daya untuk

mengkon!ersi daya listrik Beberapa rangkaian diode untuk

pemrosesan daya dibahas


4/64

MBY : Pertemuan ke-2 "

2. #angkaian diode dengan beban

#$ dan #%

&ambar 1 menun'ukkan rangkaian

sebuah diode dengan beban #$.


5/64


Prinsip kerja

Ketika saklar S1 di tutup pada saat t = 0,muatan arus I yan menalir melaluikapasit!r ditentukan :

"s= "#$ "% &1'"# = # i&t' &2'"s = "#$ &1(% )I dt' $ *% &t=0'

+enan k!ndisi aal *% &t=0' = 0, makapenyelesaian persamaan diasilkan

i&t' = &"s(#' e-t(#. &/'


6/64


6

The capacitor voltageVcis

here = ! is the time constant o" an ! loa#$

e rate o" change o" the capacitor voltage is

an# the initial rate o" change o" thecapacitor voltage %at t - &' is o(taine#

"rom e)$ %*'

%+'

%*'


7/64


,

%6'

#io#e circuit with . loa# is show$/hen switch 01 is close# at t = & thecurrent i through the in#uctor increase

an# e3presse# as

%,'

gan kon#isi awal 5 %t=&' solusi persamaan , #i#apatkan

i%t' = Vs % 1 - e-t.' %7'


8/64

Kecepatan perubahan arusdidapatkan

L

V

dt

di st ==0

LiR

eL

Vs

dt

di /=


7

#an kecepatan awal #ari kenaikan arus %pa#at = &' #iperoleh #ari %8'

%8'

%1&'


9/64

Tegangan VLyang melalui induktor adalah

LtR

sL eVdt

diLV /==


8

%11'

ngan .= a#alah konstanta waktu #ari (e(an

Bentuk gelom(ang #ari tegangan . #an

arus #itun9ukkan pa#a gam(ar$


10/64

Jika t>>L/R, tegangan yang melalui induktormenuju nol dan arus mencapai nilai keadaantunak (steady state) s ! "s / R#

Jika saklar $% dibuka, energi yang tersimpandalam induktor (& ! ' L i) akanditransormasikan menjadi sebuah teganganbalik yang tinggi melalui saklar dan diode#


1&


11/64

*nergi ini akan didisipasikan dalam bentukpercikan api melalui saklar

+iode + akan rusak selama proses tersebut# ntuk mengatasi hal ini di tambahkan diodeyang dikenal dengan istilah diode ree&heeling

diode, yang dihubungkan melalui sebuah bebanindukti


11


12/64

Contoh 1

$ebuah rangkaian diode seperti ditunjukkanpada gambar % dengan R ! -- ohm dan . ! #%0# Kapasitor memiliki tegangan mula, 1o ! "# Jika saklar $% ditutup pada t ! , temukan 2

a# arus puncak diode

b# *nergi yang didisipasikan oleh hambatan Rc# 3egangan kapasitor pada t ! 4s#


12


13/64

3. Diode dengan Beban LC dan RLC

5 diode circuit &ith an L. load is sho&n in 0ig#


1


14/64

Prinsip kerja

6hen s&itch $% is closed at t ! , the chargingcurrent i o the capacitor is e7pressed as


1+

%12'

/ith initial con#itions t%t = &' = & an#

vc%t= &' = & ;)$ %12' can (e solve# "or the capacitor

current " as %1'


15/64


1*

where < = l .! an# the peak current 5p is

%1*'

%1+'

he rate o" rise o" the current is o(taine# "rom ;)$ %1*'

%16'

16


16/64

and *8# (%9) gi1es the initial rate o rise o thecurrent (at t !) as


16

%1,'

voltage Vc$ across the capacitor can (e #erive# a

%17'

1,


17/64

:ada saat t ! t% ! ;


18/64

Contoh

5 diode circuit &ith an L. load is sho&n in 0ig#&ith the capacitor ha1ing an initial 1oltage 1o !", capacitance, c!40, and inductanceL!4?# s&itch $% is closed at t ! ,determine2

(a) the peak current through the diode,(b) the conduction time o the diode, and(c) the steady@state capacitor 1oltage#


17

18


19/64


18

2&


20/64

Rangkaian diode dengan RLC

+itunjukkan dalam gambar


2&

21


21/64

$aat saklar $% ditutup pada t ! , dapatmenggunakan K"L untuk mendapatkan

persamaan arus


21

%18'

4engan kon#isi asal i%t=&' #an Vc%t=&' = Vo$

Menurunkan persamaan 18 #anmem(agi ke#ua sisi #engan . akanmenghasilkan %2&'

22


22/64

:ada keadaan tunak, kapasitor terisi olehsumber tegangan "s, dan arus beban dalam

keadaan tunak adalah nol :ersamaan karakteristik dalam domain Laplaces adalah


22

%21'

kar-akar persamaan >angmemenuhi a#alah

%22'

2


23/64


2

= #amping "actor %"aktor pere#aman'

= "rekuensi resonansi

4engan mensu(stitusikan persamaan %2 #an2+' #alam 22 maka #i#apatkan

%2'

%2+'

%2*'

en>elesaian untuk arus >ang (ergantung pa#a nilai ? #an C, the roots are real and the circuit issaid to be o1erdamped

.ase A# B D C the roots are comple7 and thecircuit is said to be under damped#


2+

w(ere ' an#

2*


25/64

!ilai Penyelesaian

.ase % !


2*

!ase 2=

!ase =

26


26/64

!ote.

3he constants 5% and 5 can be determinedrom the initial conditions o the circuit#

3he ratio o B/C is commonly kno&n as thedamping ratio, E#

:o&er electronic circuits are generally under

damped such that the circuit current becomesnear sinusoidal to cause a nearly sinusoidal acoutput


26

2,


27/64

Contoh 3

3he second@order RL. circuit o 0ig# 9 has thesource 1oltage "s ! " , inductance L!

m?, capacitance .! #F 40, and resistance R! %9 Ghm # 3he initial 1alue o the capacitor1oltage is "o ! # s&itch s% is closed at t ! ,determine

a# an e7pression or the current i(t),b# the conduction time o diode#c# +ra& a sketch o i(t)#


2,

27


28/64

" Diode #ree$heeling

Jika saklar $%pada gambar A@a ditutup pada

&aktu t%

, arus dibangkitkan melalui beban

+an bila saklar dibuka, jalur tersedia untuk aruspada beban indukti

?al ini dilakukan dengan menghubungkan diode

+m seperti ditunjukkan pada gambar A@%a, dandiode ini disebut diode ree&heeling

Gperasi rangkian dapat dibagi menjadi mode


27

28


29/64

%ode Rangkaian 1 Hode % dimulai ketika saklar ditutup pada saat t!

Rangkaian eki1alen untuk ditunjukkan seperti

gambar $elama mode % arus diode i%, yaitu 2


28

&


30/64

Ketika saklar dibuka pada saat t ! t%(akhir darimode ini), arus pada saat tersebut menjadi


&

Bila waktu t1 cukup lama arusmencapai pa#a nilai kea#aan tunak

#an arus kea#aan tunak #ari 5s =Vs mengalir melalui (e(an

1


31/64

%ode Rangkian Hode ini dimulai bila saklar dibuka5rus beban mengalir melalui diode ree&heeling

+m#

+ideinisikan ulang &aktu mula pada permulaanmode, arus yang mengalir melalui diode

ree&heeling ditentukan dengan persamaan


1

2


32/64

dengan kondisi a&al i (t!)!% :enyelesaian persamaan A@ mengalir di diode

ree&heeling i ! i sebagai


2

rus ini mengikuti persamaaneksponensial menu9u ke nol pa#asaat t = t2$

4engan nilai t2 @@ .$

Bentuk gelom(ang #igam(arkana#a am(ar -1&c$


33/64

Contoh 3&"


+


34/64

3&' Pengembalian (nergi Bertingkat denganDiode

Rangkaian ideal tanpa rugi@rugi digambarkan A@%%a#

*nergi yang tersimpan dalam induktor karenatidak ada hambatan dalam rangkaian

+alam prakteknya sebuah rangkaian diperlukanuntuk peningktan eisensi dengan caramengembalikan energi ke sumber

ni dilakukan dengan cara menambah kumparanke dua pada induktor dan menghubungkan

dengan diode +% spt pada gambar A#%a#


+

*


35/64

nduktor berlaku sebagai trao 3rao bagian sekunder dihubungkan sedemikian

rupa hingga bila % positi, negati thd %, atausebaliknya

Kumparan sekunder yang digunakan untuk

mengembalikan energi tersimpan ke sumbermelalui +% disebut diode eedback +iasumsikan sebuah trao dengan sebuah

induktansi magnet Lm, rangkaian eki1alennya

terlihat pada gambar A@%b


*

6


36/64

Jika diode dan tegangan sekunder (sumbertegangan) digunakan untuk bagian primer trao,

rangkaian eki1alen ditunjukkan gm A@%c#5rus i%, i arus primer dan sekunder :erbandingan lilitan dari trao, a ! I%/I Gperasi rangkaian dapat dibagi menjadi mode Hode %, saat saklar $% ditutup pada saat t !

dan mode ke dua dimulai pada saat saklarterbuka

Rangkaian eki1alen untuk masing@masing modedigambarkan A@%Aa#

t% dan t adalah durasi mode % dan mode


,


37/64

%ode 1 $aat saklar s% ditutup pada saat t !, +iode +% terbias balik dan arus yang melalui

diode (arus sekunder) adalah ai ! dan i ! :enggunaan K"L pada gambar A@%Aa untuk

mode % yaitu "s ! ("d "s)/a, ini memberikantegangan balik diode

"d ! "s(% a) +engan mengasumsikan bah&a tidak memiliki

kondisi a&al pada rangkaian, arus primer samadengan arus saklar is yang dinyatakan sebagai


7


38/64

"s ! Lm di%/dtang menghasilkan i%(t) ! is(t) ! "s # t /Lm

Hode ini berlaku untuk durasi D t D t% danberakhir pada saat t ! t%#

:ada akhir mode ini arus primer menjadi

o ! "s # t% / Lm


8


39/64

%ode 5&al dari mode ini saat saklar dibuka 3egangan yang mele&ati induktor membalik,

sehingga diode +% mengalami bias maju5rus yang mengalir pada trao sekunder dan

energi yang tersimpan pada induktor kembalipada sumber

:enggunaan K"L dan dengan mendeinisikan&aktu mula pada permulaan mode, arus primerdapat dinyatakan sebagai persamaan


+&


40/64

Lm di%/dt 1s/a ! +engan kondisi mula i%(t!)!o#

5rus yang didapatkan menjadi i%(t) ! @1s/aLm t o6aktu konduksi dari diode +% ditentukan dari

konduksi i% (t!t%) dari persamaan sebelumnya yaitu t ! aLm o / "s ! at% Hode ini berlaku untuk D t D t# :ada akhir mode ini yaitu t ! t, semua energiyang tersimpan pada induktor Lm dikembalikan kesumber#

Hacam dan bentuk gelombang dan teganganditunjukkan pada gambar A@%Ab untuk nilai a !%/9


+1


41/64

Contoh :ada rangkaian pemulian energi spt pada gambar A@

%a, induktansi magnetik trao adalah Lm ! F M?#

I% ! % dan I ! %# nduktansi bocor dan hambatantrao diabaikan# $umber tegnagan "s ! " dantidak ada arus mula pada rangkaian# =ila saklar $%ditutup pada &aktu t% ! F Mdetik dan kemudiandibuka,

a) 3entukan tegangan balik diode +%b) ?itung nilai puncak arus primerc) ?itung pula nilai puncak arus sekunderd) 3entukan &aktu konduksi diode +% dane) 3entukan energi yang dikeluarkan oleh sumber



42/64


Apakah penyearah itu ?

Penyearah (rectifier) adalah suatu rangkaian

elektronika daya yang dapat mengubah sumber

tegangan bolak-balik (AC) menjadi sumbertegangan searah (DC) yang tetap.

umber tegangan AC yang digunakan dapat

berupa sumber AC ! "asa maupun # $asa.


43/64


Semikonduktor apakah yang digunakan ?

Dioda

Berfungsi sebagai:

Sakear (switching)

Pengubah (converting)


44/64

""MBY : Pertemuan ke-2

Jenis Rangkaian Penyearah

Ditinjau dari sumber masukan (input)%

umber tegangan satu "asa (Penyearah atu $asa)

umber tegangan tiga "asa (Penyearah &iga $asa)

Ditinjau dari proses penyearahan %'angkaian penyearah setengah-gelombang (halfwave)

'angkaian penyearah gelombang-penuh (fullwave)

Ditinjau dari pembebanan %'angkaian penyearah dengan beban resisti" (')

'angkaian penyearah dengan beban resisti"-indukti" (')


45/64

MBY : Pertemuan ke-2 "(

Penyearah Satu Fasa

RangkaianPenyearah

RangkaianPenyearah

AC 1~

DCtetap


46/64

MBY : Pertemuan ke-2 ")

Parameter *n'uk +iner'a

Meskipun hasil dari penyearahanbentuknya D$ namun bentuknya tidakkontinyu dan mengandung harmonik

Penyearahan merupakan proses dayayang memberikan tegangan keluaran ddengan mengandung 'umlahan harmonis

Paremter un'uk ker'a merupakanperameter untuk mengukur kiner'arangkaian penyearah


47/64

MBY : Pertemuan ke-2 "

Nilai rata-rata tegangan keluaran beban, /d Nilai rata-rata arus keluaran beban, 0d

+eluaran daya d, Pd /d . 0d Nilai rms tegangan keluaran, /rms Nilai rms arus keluaran, 0rms +eluaran daya a, Pa /rms . 0rms 3iseinsi Pd 4 Pa 5egangan keluaran dapat dinyatakan sebagai

'umlahan dua buah komponen 1 nilai d dankomponen a ripple

Nilai e3ekti3 rms komponen keluaran tegangana


48/64

MBY : Pertemuan ke-2 "6

Penyearah Setengah-gelombang Sat !asa

Penyearah Setengah-gelombang Sat !asa "eban R

/d

/s /o#

7

N


49/64

MBY : Pertemuan ke-2 "8

t

!

2/s

/m

t2/o

t 2/d

/m

-/m

roses Penyearahan & Bentuk Gelombang Beban R

Proses #enyearahan$

etengah periode pertama (polaritas )*

dioda +, sehingga terjadi tegangan luaran

om. elanjutnya* saat setengah periodekedua (polaritas -)* dioda +$$ sehingga

tegangan luaran o 0.


50/64

MBY : Pertemuan ke-2 (9

Diagram rangkaian dan bentukgelombang


51/64


Bentuk gelom(ang tegangan luaran %Vo' se"asa

#engan 5o


52/64


Analisis Rangkaian %engan beban resisti& 'R(

&egangan masukan (input), s. s msin t A1sin t

&egangan luaran (output),o%

&egangan luaran (output) rerata* o*DCdan Arus luaran rerata* 2o*DC %

&egangan luaran (output) e"ekti"* o*rmsdan Arus luaran e"ekti"* 2o*rms %


53/64

MBY : Pertemuan ke-2 (

Po*rms o*rms2o*rms

Daya luaran rerata ( Po*DC) dan e"ekti" ( Po*rms) %

$aktor daya penyearahan* 3os 4 %

rmsormss

rmsormso

IV

IV

**

**3os =

5ika 2s*rms 2o*rms* maka %


54/64

MBY : Pertemuan ke-2 ("

ebuah rangkaian penyearah setengah-gelombang satu "asa dihubungkan

dengan tegangan e"ekti" sebesar !60 7olt* 80 9:. 5ika rangkaian penyearah ini

dihubungkan dengan resistor sebesar 8 ;* hitunglah arus beban rerata (2o*DC )

dan daya e"ekti" (Po*rms) yang diserap resistor (2o)* serta "aktor daya rangkaian

penyearah ini.

(Io=10,8 A, o=1!!0 ", cos #=0,$0$)

Contoh Soal :


55/64

MBY : Pertemuan ke-2 ((

Penyearah Setengah-gelombang Sat !asa "eban R)

Proses #enyearahan$

etengah periode pertama

(polaritas )* dioda +,*tetapi proses +, ini terus

berlangsung sampai titik


56/64

MBY : Pertemuan ke-2 ()

roses Penyearahan & Bentuk Gelombang Beban RL

Proses #enyearahan$

etengah periode pertama

(polaritas )* dioda +,* tetapi

proses +, ini terus berlangsung

sampai titik


57/64

MBY : Pertemuan ke-2 (

Analisis Rangkaian %engan beban in%kti& 'R)(

= %A C D'dimana %

[ ] ( )

3os!6

)3os(!6

* =+= mm

%&o

VVV

R

L !tan

upaya > 0 atau < = * maka pada dipasang D2+D @+&A2

yang dihubungkan paralel dengan beban '* sehingga%

m

%&o

VV =*

6*

mrmso

VV =

&egangan luaran sama

dengan beban '

RIrmsR

6== 0=

L

ashi# p$


58/64


Penyearah Gelombang-#enh Sat !asa

'angkaian penyearah jembatan (bridge)

'angkaian penyearah 3enter tap (C&)

Ada 6 (dua) jenis rangkaian %


59/64


'angkaian penyearah jembatan ('ride)

Proses enyearahan:

Eetika setengah perio#e pertama%polaritas F' #io#a 41 #an 42 GHse#angkan #io#a 4 #an 4+ GII$0elan9utn>a setengah perio#e ke#ua%polaritas -' #io#a 4 #an 4+ GHse#angkan #io#a 41 #an 42 GII

ashi#p$26-*


60/64

MBY : Pertemuan ke-2 )9

'angkaian penyearah C&

Proses enyearahan:Eetika setengah perio#e pertama%polaritas F' #io#a 41 GH se#angkan#io#a 42 GII$ 0elan9utn>a setengahperio#e ke#ua %polaritas -' #io#a 42 GHse#angkan #io#a 41 GII


61/64


Analisis Rangkaian %engan beban resisti& 'R(

&egangan masukan (input), s. s msin t A1sin t

&egangan luaran (output),o%

&egangan luaran (output) rerata* o*DCdan Arus luaran rerata* 2o*DC %

&egangan luaran (output) e"ekti"* o*rmsdan Arus luaran e"ekti"* 2o*rms %

mm

%&o VV

V B#*06

* ==

R

VI

%&o

%&o

*

* =

mm

rmso VV

V 0*06

* ==

R

VI

rmso

rmso

*

* =

ashi# p$ -+


62/64


Analisis Rangkaian %engan beban in%kti& 'R)(

dt

di

LRiV

o

oo +=

&egangan DC %

m

%&o

VV

6* =

ashi# p$

=

++=*..6*!

* )sin3os()(n

nn%&oo tn'tnaVtV

&egangan harmonik %

= +

==

*..D*6 )!)(!(

!D

n

m

nnnn

VV'

0=na

harmonikgenapashi# p$ *-6#imana n = harmonik

ke-n


63/64

MBY : Pertemuan ke-2 )

ebuah rangkaian penyearah gelombang-penuh satu "asa dihubungkan dengan

beban '. 5ika rangkaian dalam penyearah ini terjadi harmonik kedua*

berapakah nilai tegangan luarannya (o) ?

( )

Contoh Soal :

#

6 mmo

VVV =

;oal-soal


64/64

;oal soal

1$ Jelaskan proses pen>earahan pa#a rangkaian pen>earah setengah-gelom(ang satu "asa K

2$ Lam(arkan (entuk gelom(ang tegangan masukan #an teganganpa#a #io#a saat GII pa#a rangkaian pen>earah setengah-gelom(ang satu "asa K

$ Berapakah nilai tegangan 4! #an rms #ari rangkaian pen>earahsetengah-gelom(ang satu "asa

+$ Jelaskan proses pen>earahan pa#a rangkaian pen>earahgelom(ang-penuh 9em(atan (bridge)satu "asa K

*$ Jelaskan proses pen>earahan pa#a rangkaian pen>earahgelom(ang-penuh !T satu "asa K

6$ Lam(arkan (entuk gelom(ang tegangan masukan #an teganganpa#a #io#a saat GII pa#a rangkaian pen>earah gelom(ang-penuh!T satu "asa K

,$ Berapakah nilai tegangan 4! #an rms #ari rangkaian pen>earahgelom(ang-penuh satu "asa

pertemuan ke-2 - rangkaian diode dan penyearah

Documents