Setelah mengetahui jenis-jenis dari rangkaian penyearah, baiknya kita mengetahui komponen-komponen yang berperan penting dalam rangkaian
penyearah itu sendiri, mulai dari dioda, kapasitor, maupun transformator.
II.4.1 Dioda
Dioda berasal dari kata Di = dua dan Oda = elektroda atau dua elektroda, dimana elektroda-elektrodanya tersebut adalah “anoda” yang
berpolaritas positif dan “katoda” yang berpolaritas negatif. Dioda adalah perangkat elektronik semikonduktor yang pertama. Penemuan kristal
meluruskan kemampuan dibuat oleh fisikawan Jerman Ferdinand Braun pada tahun 1874. Dioda semikonduktor pertama, yang disebut dioda kumis
kucing , dikembangkan sekitar 1906, terbuat dari kristal mineral seperti galena. Hari ini kebanyakan dioda terbuat dari silikon, tetapi lain
semikonduktor seperti germanium kadang-kadang digunakan. Dioda adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan
semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena
itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda terminal
yaitu Anoda + dan Katoda - dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat
mengalirkan arus dari sisi tipe-p Anoda menuju ke sisi tipe-n Katoda tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.
Ada beberapa jenis dioda, misalnya dioda Zener, LED, photo diode, dioda varactor, dan lainnya. Tetapi dalam rangkaian penyearah
maka dioda yang dibahas terkhusus kepada dioda penyearah. Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang
berfungsi sebagai penyearah arus dari arus bolak-balik AC ke arus searah DC. Secara umum dioda ini disimbolnya:
Gambar II.10 Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya
II.4.2 Transformator
Transformator atau sering disingkat dengan istilah Trafo adalah alat yang memindahkan tenaga listrik antar dua rangkaian listrik atau lebih
melalui induksi elektromagnetik. Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ketaraf yang lain. Maksud
dari pengubahan taraf tersebut diantaranya seperti menurunkan Tegangan AC dari 220VAC ke 12 VAC ataupun menaikkan Tegangan dari 110VAC
ke 220 VAC. Transformator atau Trafo ini bekerja berdasarkan prinsip Induksi Elektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang
berarus bolak balik AC. Transformator memegang peranan yang sangat penting dalam pendistribusian tenaga listrik. Transformator menaikan
listrik yang berasal dari pembangkit listrik PLN hingga ratusan kilo Volt untuk di distribusikan, dan kemudian Transformator lainnya menurunkan
tegangan listrik tersebut ke tegangan yang diperlukan oleh setiap rumah tangga maupun perkantoran yang pada umumnya menggunakan Tegangan
AC 220V. Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi
elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung
dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan gaya gerak listrik ggl dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya
pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.
Berikut ini adalah gambar bentuk dan simbol Transformator :
Gambar II.11 Transformator Sebuah transformator yang sederhana pada dasarnya terdiri dari 2
lilitan atau kumparan kawat yang terisolasi yaitu kumparan primer dan kumparan sekunder. Pada kebanyakan transformator, kumparan kawat
terisolasi ini dililitkan pada sebuah besi yang dinamakan dengan Inti Besi Core. Ketika kumparan primer dialiri arus listrik AC maka akan
menimbulkan medan magnet atau fluks magnetik disekitarnya. Kekuatan Medan magnet tersebut dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang
dialirinya. Semakin besar arus listriknya semakin besar pula medan magnetnya. Fluktuasi medan magnet yang terjadi di sekitar kumparan
pertama primer akan menginduksi GGL Gaya Gerak Listrik dalam kumparan kedua sekunder dan akan terjadi pelimpahan daya dari
kumparan primer ke kumparan sekunder. Dengan demikian, terjadilah pengubahan taraf tegangan listrik baik dari tegangan rendah menjadi
tegangan yang lebih tinggi maupun dari tegangan tinggi menjadi tegangan yang rendah.
Sedangkan Inti besi pada Transformator atau Trafo pada umumnya adalah kumpulan lempengan-lempengan besi tipis yang terisolasi dan
ditempel berlapis-lapis dengan kegunaanya untuk mempermudah jalannya Fluks Magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik kumparan serta untuk
mengurangi suhu panas yang ditimbulkan.
Beberapa bentuk lempengan besi yang membentuk Inti Transformator tersebut diantaranya seperti :
E – I Lamination
E – E Lamination
L – L Lamination
U – I Lamination
Dibawah ini adalah Fluks pada Transformator :
Gambar II.12 fluks transformator Rasio lilitan pada kumparan sekunder terhadap kumparan primer
menentukan rasio tegangan pada kedua kumparan tersebut. Sebagai contoh, 1 lilitan pada kumparan primer dan 10 lilitan pada kumparan
sekunder akan menghasilkan tegangan 10 kali lipat dari tegangan input pada kumparan primer. Jenis Transformator ini biasanya disebut dengan
Transformator Step up. Sebaliknya, jika terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang
dihasilkan oleh Kumparan Sekunder adalah 110 dari tegangan input pada Kumparan Primer. Transformator jenis ini disebut dengan Transformator
Step down.
Ada banyak jenis transformator lainnya, tetapi pada percobaan rangkaian penyearah yang dilakukan, transformator step down dan
transformator jenis CT-lah yang menjadi alat yang digunakan dan juga yang menjadi fokus pada pembahasan pada materi laporan ini. Berikut
adalah pembahasan tentang transformator step down dan transformator CT:
II.2.2.a Tansformator step down
Seperti yang sudah dijelaskan diatas, transformator step down berfungsi untuk menurunkan tegangan, misalnya dari tegangan 220VAC
diturunkan ke tegangan 110VAC. Dan juga sudah diterangkan bahwa pada transformator step
down terdapat 10 lilitan pada kumparan primer dan 1 lilitan pada kumparan sekunder, maka tegangan yang dihasilkan oleh Kumparan
Sekunder adalah 110 dari tegangan input pada Kumparan Primer. Berikut adalah lambing transformator step down.
Gambar II.13 trafo step down Ketika sebuah transformator step down dialiri oleh tegangan
listrik 220Vjaringan PLN pada bagian primer, maka kumparan primer yang telah dikelilingi oleh inti besi akan timbul electromagnet, gaya
electromagnet ini akan muncul seiring perubahan garis gaya magnet yang ditimbulkan oleh arus AC. Karena garis gaya magnet inilah timbul
lah gaya gerak lisrik pada kumparan sekunder Transformator. Jumlah gaya gerak listrik yang akan timbul pada kumparan sekunder tergantung
jumlah lilitan dan diameternya. Pada perancangan rangkaian elektronika, sebuah tranformator
step down harus didesain sesuai dengan kebutuhan beban, ketika arus yang dibutuhkan oleh beban lebih besar dari arus output yang
dikeluarkan oleh transformator step down, maka hal ini akan berbahaya untuk komponen transformator step down itu sendiri. Selain dapat
menimbulkan panas yang berlebihan pada kumparan inti besinya, hal tersebut juga dapat menyebabkan kerusakan pada transformator.
Oleh karena itulah, kebanyakan sebuah adaptor AC ke DC yang memiliki kualitas baik biasanya dilengkapi dengan rangkaian regulator
tegangan dan proteksi arus terhadap beban lebih, selain outputnya bebas dari tegangan rippe, juga terlindungi dari arus beban yang lebih, karena
ketika hal itu terjadi, secara otomatis rangkaian proteksi akan bekerja dan sumber catu terhadap beban akan terputus.
Meskipun fungsi dasar transformator step down hanya satu yaitu menurunkan tegangan, namun kegunaannya sangat banyak. Misalnya
saja power supply yang menggunakan trafo step down, kegunaannya bisa dipakai untuk hampir semua perangkat elektronika seperti
amplifier, radio, charger gadged, booster antena Televisi, dan lain-lain.
II.2.2.b Transformator Center tab CT
Transformator CT adalah transformator yang mempunyai dua gulungan sekunder yang sama terhubung secara seri. Dengan kata lain
Transformator yang mempunyai gulungan sekunder yang di-tap dibuat terminal sambungan tepat pada titik tengah gulungannya, itulah
sebabnya ada sebutan “center-tap” yang berarti “tap tengah”.
Gambar II.14 Trafo CT Pada gambar diperlihatkan sebuah transformator dengan
gulungan sekunder sebanyak misalnya 50 gulungan untuk menghasilkan tegangan 50V, maka tap tengahnya CT dibuat tepat
pada gulungan ke-25. Dengan demikian dari A ke CT akan terdapat tegangan AC sebesar 25V sesuai jumlah gulungannya dan dari CT ke
B juga terdapat tegangan AC 25V. Secara keseluruhan, dari A ke B tegangannya adalah sebesar 50V. Jadi, apabila A dianggap titik nol Volt,
maka CT akan menjadi titik 25V, dan B menjadi titik 50V. Karena itu transformator nol Volt yang mempunyai titik-titik tegangan 25V dan
50V bisa difungsikan sebagai transformator CT 2x25V. Begitu pun sebaliknya, jika yang diinginkan adalah justeru transformator nol-Volt
biasa dengan tegangan 50V maka bisa didapatkan dari transformator CT dengan mengambil dari dua titik yaitu A dan B 25V + 25V.
Transformator CT diperlukan ketika hendak membuat power- supply untuk rangkaian-rangkaian penguat OCL atau rangkaian lain
yang memerlukan suplai tegangan simetrik. Transformator CT juga diperlukan untuk penyearahan gelombang penuh dengan arus yang
maksimal. Yang membedakan trafo CT ini dengan trafo biasa adalah
adanya titik center tap yang bersifat sebagai ground pada lilitan sekunder trafo CT. Untuk lebih mudahnya, jika pada trafo biasa yang
mempunyai spesifikasi tegangan primer 220VAC dan rasio lilitan 10:1 maka akan menghasilkan tegangan sekunder sebesar 22VAC pada
kedua ujung lilitan sekundernya.
Untuk lebih jelas perhatikan gambar transformator berikut ini.
Gambar II.15 frekuensi dan lilitan pada trafo CT Titik center tap adalah titik tengah lilitan sekunder pada trafo
CT yang dihubungkan keluar lilitan dan bersifat sebagai sebagai ground. Jadi, semisal terdapat 10 lilitan kawat pada bagian sekundernya
maka diantara lilitan ke-5 dan ke-6 dihubungkan pada sebuah kawat yang terhubung keluar lilitan.
Gambar II.16 lilitan Tegangan sekunder yang dihasilkan oleh trafo CT ini ada 2
macam, mempunyai amplitudo yang sama namun saling berlawanan fasa, masing2 sebesar 11VAC atau setengah dari tegangan sekunder
pada trafo biasa seperti contoh diatas. Tegangan sekunder trafo CT ini diukur dari salah satu ujung lilitan terhadap titik center tap-nya.
Dalam perancangan sebuah power supply, jenis transformator step down yang dipakai biasanya berhubungan dengan penentuan jenis
penyearah yang akan digunakan. Untuk jenis trafo biasa dibutuhkan penyearah jembatan dioda dioda bridge yang dapat dibuat dari 4
dioda. Sedangkan untuk jenis trafo CT hanya dibutuhkan penyearah dengan menggunakan 2 dioda saja.
Gambar II.17 rangkaian CT Bentuk Gelombang Input, Arus Input dan Arus Pada Beban
Penyearah Gelombang Penuh Center Tap CT
Gambar II.18 gelombang CT Dengan demikian, D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun
karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban RL dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah. Rangkaian penyearah gelombang
penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus, sehingga
arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang, yaitu :
Idc= 21m
π ≅ 0,636 A…………….……….…….
5 Dan;
Vdc=Idc. RL= 2 ℑ. RL
π ………….…………………
6 Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa
diabaikan, sehingga: Vdc=
2 vm m
≅ 0,636 Vm ……...…………….………... 7
Ket: Idc = Arus DC
RL = Tahanan beban Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah
sebesar 2Vm. Pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup ON dan D2 sedang mati OFF, maka jumlah tegangan yang berada pada
dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan sekunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam
rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah: PIV=2Vm………..……………………………8
Dimana: PIV = tegangan puncak balik
II.4.3 Kapasitor
