Sehingga dimensi muatan persatuan luas adalah sama dengan densitas fluk elektrik D.
Dengan demikian fluks elektrik, D pada bahagian slab atas pada suatu kapasitor seperti gambar 2.4, adalah:
E D
ε =
2-14 Dimana :
Do = densitas fluk elektrik dalam ruang vakum udara,
2 −
Cm = permittivitas dalam ruang vakum = 8.85 pFm.
E =
Vd = intensitas medan elektrik, Vm. V
= tegangan elektroda = Velek
s
ρ = adalah densitas muatan permukaan dari muatan polarisasi
yang muncul pada permukaan slab.
Persamaan 2-14, berlaku untuk bahan dielektrik linier, isotropic. Sedangkan, D pada bahagian bawah slab dengan bahan dielektrik, terjadi
polarisasi di dalam medan elektrik yang menyebabkan densitas muatan permukaan
s
ρ muncul pada kedua permukaan pada slab dielektrik. Jadi densitas fluk elektrik
pada bahan elektrik menjadi:
s
E D
ρ ε +
= 2-15
Sedangkan dari persamaan 2-13, P
s
= ρ
, maka persamaan 2-15 berlaku untuk non isotropic non homogen, dengan P adalah polarisasi bahan dielektrik.
Atau secara umum dapat ditulis: P
E E
D D
o d
+ =
= =
ε ε
2-16
2.2. Pembangkit Tegangan Tinggi
2.2.1. Sistem Pembangkit Pulsa Tegangan Tinggi
Umumnya, sistem catu daya difungsikan sebagai sumber energi listrik pada setiap sistem peralatan elektronik dalam bentuk tegangan dan arus rata. Sedangkan
sumber catu daya itu sendiri adalah bersumber dari jaringan listrik PLN.
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Pembangkit tegangan impulsa pada dasarnya dapat dibuat dengan gabungan beberapa komponen yang terdiri dari suatu trafo penaik tegangan, dioda
penyearah, kapasitor dan suatu jaringan pembentuk pulsa impulsa. Untuk simplifikasi pembangkit tegangan tinggi berpulsa ditunjukkan seperti Gambar 2.5
berikut ini.
Trafo Tegangan Tinggi.
Dioda Penyearah
PLN Pembentuk
Impuls
Gambar 2.5. Diagram Pembangkit Pulsa.
2.2.2. Transformator Penaik Teganagn
Transformator atau trafo, adalah suatu komponen elektronik passif yang pada dasarnya terdiri dari rangkaian empat ujung yaitu sepasang ujung disebut primer
dan ujung yang lain disebut sekunder. Berdasarkan bahan pengisi teras inti, trafo dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu, inti udara, besi dan ferrit. Akan tetapi, untuk
trafo daya digunakan teras dari bahan inti besi lunak yang berfungsi sebagai pengkonsentrasi fluk magnetik dari arus kumparan primer ke kumparan sekunder.
Fungsi utama transformator adalah untuk mengubah tegangan bolak-balik pada primer menjadi tegangan bolak balik pada sekunder dengan konsep imbas fluks
magnetik yang tegangannya dapat dinaikkan atau diturunkan. Berdasarkan hukum induksi Faraday, nilai fluksi magnetik yang berubah
dengan waktu t maka akan timbul tegangan gerak listrik sebesar: V= N
t ∂
∂ φ
2-17
Skema umum suatu trafo penaik tegangan dua tingkat dengan teras besi adalah seperti pada Gambar 2.6 berikut ini.
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Test Trafo
1 4
5 6
8
Ototrafo Jala PLN
Gabar 2.6. Skematik transformator penaik tegangan dua tingkat.
Berdasarkan persamaan 2-17, maka tegangan pada kumparan primer dengan jumlah lilitan
adalah :
1
N
t N
V ∂
∂ =
φ
1 1
dan untuk kumparan sekunder adalah:
t N
V ∂
∂ =
φ
2 2
. Dengan demikian, hubungan tegangan dan jumlah lilitan dapat dinyatakan sebagai berikut.
2 1
2 1
N N
V V =
= ∂
∂
ι φ
2-18 Untuk transformator penaik tegangan maka syarat yang harus dipenuhi
adalah jumlah lilitan N
2
N
1
. Dan jika didefenisikan, n =N
1
N
2
, maka tegangan sekunder adalah:
V
1
=nV
2
2-19 Jika rugi-rugi daya transformator akibat daya joule yang lesap pada
konduktor oleh arus primer dan sekunder ataupun arus pusar pada teras diabaikan, umumnya terdiri dari lempeng-lempeng besi yang diisolasi satu dengan yang
lainnya, maka daya pada kumparan primer adalah P
1
=V
1
I
1
yang sama besar dengan pada sekunder adalah:
P
2
=V
2
I
2
2-20 Sehingga, dari persamaan 2-19 dan 2-20 diperoleh besar arus pada
adalah sebesar:
2
I
1 1
2 1
2
nI I
V V
I =
=
2-21
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Namun, untuk tegangan tinggi searah, biasanya trafo uji disulang dari ototrafo dengan sumber tegangan bolak-balik 220V50Hz seperti pada gambar
2.5 diatas. Dengan demikian, trafo uji tersebut dapat membangkitkan tegangan tinggi hingga mencapai ratusan kilovolt, namun tergantung kepada besar tegangan
output dari ototrafonya Arismunandar, et al., 1994; Kind, 1978. Bila tegangan output trafo uji adalah V
2
dengan jumlah belitan N
2
dan tegangan ototrafo atau pada sekunder trafo uji adalah V
1
dengan jumlah belitan N
1
maka besar tegangan V
2
Kind, 1978, adalah:
k n
V V
− =
1
1 2
2-22 dimana, k adalah konstanta kapasitansi belitan trafo uji.
Akan tetapi, tegangan sekunder tersebut masih dalam bentuk gelombang sinusoidal sehingga harus dilewatkan melalui suatu dioda agar menjadi gelombang
berpulsa. Dioda yang digunakan untuk tegangan tinggi umumnya adalah jenis
penyearah Villard, Greinacher atau Cockroft-walton, Zimmermann-Wittka Gallager,1983, Bonggas, 2003. Penyearah-penyearah tersebut merupakan
pelipat tegangan, namun yang lebih searah tegangan outputnya dari ke-empat jenis tersebut adalah penyearah Greienacher. Disamping itu dioda tersebut diatas, dapat
juga digunakan dioda semikonduktor seperti dari bahan selenium yang digunakan seperti pada tabung vakum tinggi. Bahan selenium digunakan karena sangat sesuai
dengan keberadaan kapasitansi lapisan deplesi yang tinggi sehingga memungkinkan penyususnan dioda dengan banyak elemen untuk menahan
tegangan balik puncak, peak inverse voltage, hingga 600kV Kind, 1978. Namun tegangan output dari semua jenis dioda masih dalam keadaan
setengah gelombang, sehingga dapat diratakan dengan suatu kapasitor yang juga bertegangan tinggi yang sekaligus berfungsi sebagai penyimpan energi elektrik.
Hal ini dapat digambarkan seperti Gambar 2.7 berikut Tarigan, 2007.
Kerista Tarigan : Dampak Medan Elektrik Berpulsa Tegangan Tinggi Terhadap Membran Selluler, 2009
Test Trafo
1 4
5 6
8
Ototrafo
Rp D
U o
t= Cs
Gambar 2.7. Rangkaian Pembangkit tegangan tinggi searah.
2.2.3. Pembentuk Impulsa
