Penyearahan Setengah Gelombang [Pengertian, Prinsip, Filter Kapasitor] - kakangnurdin.com

Pada kesempatan kali ini kita akan berdiskusi mengenai materi dari penyerahan setengah gelombang (Half Wave Rectifier).

Mudah-mudahan penjelasan yang singkat ini dapat memberikan informasi dan dapat menjawab atas pertanyaan teman-teman yang memiliki rasa penasaran mengenai pengertian dan prinsip kerja dari penyearah setengah gelombang tersebut.

Disini saya akan mencoba merangkum materinya menjadi lebih ringan dan lebih mudah untuk dipahami.

Saya kumpulkan materi mengenai penyearahan setengah gelombang dari berbagai sumber dan berbagai referensi sehingga menjadi artikel yang siap untuk disajikan,

• Apa sebetulnya rangkaian penyearah setengah gelombang ?
• Bagaimana prinsip kerja dari penyearahan setengah gelombang tersebut ?

Kita awali materinya dengan pembahasan mengenai pengertian penyearahan setengah gelombang. 

Pengertian Penyearah Setengah Gelombang

Penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier) adalah teknik penyearahan gelombang dengan menggunakan 1 buah komponen dioda.

Kenapa komponen dioda yang dipilih ?

Salah satu fungsi dari komponen dioda adalah sebagai penyearah tegangan dari AC ke tegangan DC.

Sebelum kita melanjutkan ke materinya, barangkali teman-teman tertarik untuk mempelajari komponen dioda.

Teman-teman dapat mempelajarinya lebih lanjut mengenai materi dioda yang telah saya siapkan berikut :

Baca : Dioda [Pengertian, Bahan, Fungsi, Struktur, Simbol, Jenis-jenis Dioda]

Baik, kita lanjutkan lagi ke materi penyearahan setengah gelombang.

Sebelum gelombang tegangan AC melalui dioda, asal mula bentuk gelombangnya berupa gelombang AC sinusoidal yang terdiri dari tegangan positif (bukit) dan tegangan negatif (lembah).

Kemudian setelah gelombang sinusoidal tersebut melalui komponen dioda maka yang semula bentuk gelombangnya sinusoidal kemudian dirubah menjadi bentuk gelombang tegangan DC.

Bentuk dari gelombang tegangan output akan membentuk DC rata, dimana kondisi ini hanya akan terjadi jika penyearahan setengah gelombang tersebut ditambahkan dengan filter kapasitor didalam rangkaiannya.

Nanti dibagian kedua kita akan bahas mengenai penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor.

Jadi kalau di-peta-kan, topik yang akan kita bahas adalah :

1. Penyearahan setengah gelombang tanpa filter kapasitor 
2. Penyerahan setengah gelombang dengan filter kapasitor

Kita akan bahas satu per satu mengenai hal tersebut dengan tujuan untuk mengetahui bagaimana perbedaan dari penyearahan setengah gelombang dengan filter dan tanpa filter kapasitor.

Selanjutnya kita akan bahas mengenai bagaimana proses dari penyearahan setengah gelombang dapat terjadi.

Proses Penyearahan Setengah Gelombang

Tegangan AC yang berupa gelombang sinusoidal dapat dihasilkan dari sumber tegangan yang biasanya berasal dari tegangan keluaran trafo.

Baca : Materi Transformator Pengertian, Sejarah, Simbol, Konstruksi, Cara dan Prinsip Kerja

Didalam suatu rangkaian penyearahan setengah gelombang, sisi positif dari gelombang arus AC akan dilewatkan melalui 1 buah dioda, pada kondisi ini dioda berfungsi pada kondisi bias maju (forward bias).

Sedangkan sisi tegangan negatif dari gelombang arus AC yang diteruskan ke dioda akan menjadikan dioda berfungsi sebagai bias mundur / terbalik (reverse bias).

Nanti kita akan melakukan simulasi sederhana dan kita akan melihat bagaimana rangkaian dan bentuk gelombang dari penyearahan setengah gelombang baik tanpa filter kapasitor maupun dengan filter kapasitor.

Prinsip Kerja Penyearahan Setengah Gelombang 

Pada prinsipnya, penyearahan setengah gelombang ini memiliki tegangan input arus bolak-balik kemudian disearahkan menggunakan satu buah dioda.

Untuk penyearahan setengah gelombang tanpa menggunakan filter kapasitor ini akan menghasilkan tegangan outputnya berupa setengah gelombang dengan nilai tegangan positif (Vmax) dan setengahnya lagi menghasilkan tegangan 0 Volt saat tegangan input berada di fasa negatif, begitu seterusnya.

Untuk penyearahan setengah gelombang dengan filter kapsaitor maka bentuk gelombang outputnya merupakan hasil dari penyearahan dioda yang bentuk gelombang tegangannya masih belum sempurna.

Bentuk gelombang tegangan outputn yang dihasilkannya masih terdapat riak atau riple, sehingga hal ini menunjukan bahwa tegangan DC yang belum rata / gelombangnya belum halus mesti dilakukan teknik lebih lanjut terhadap beberapa parameter filter tegangan DC.

Untuk mendapatkan output tegangan DC yang rata dan halus mesti dilakukan perhitungan lebih lanjut terhadap beberapa parameter berikut ini :

1. frekuensi
2. besarnya nilai tahanan dari resistor
3. besarnya nilai kapasitansi

Ketiga parameter tersebut akan mempengaruhi hasil dari tegangan output itu sendiri. Terutama mengurangi terhadap tegangan ripple (Vripp).

Agar lebih memahami mengenai penyearahan setengah gelombang dengan filter kapasitor dan tanpa filter kapasitor maka kita akan melakukan simulasi sederhana menggunakan software proteus.

1. Penyearah Setengah Gelombang Tanpa Filter Kapasitor

Pertama siapkan komponen yang dibutuhkan sebagai berikut :

1. power supply
2. komponen resistor
3. komponen dioda
4. dan grounding

kemudian rangkai komponen-komponen tersebut menjadi rangkaian seperti berikut :

Disini kita akan menggunakan sumber tegangan AC sebesar 10 volt dengan besarnya nilai frekuensi yaitu 50 Hz.

Kemudian dioda yang akan kita gunakan yaitu tipe 1N4007 dan besarnya nilai tahanan dari komponen resistor sebesar 10 k ohm.

Kita tambahkan alat ukur multimeter pada titik tegangan input untuk mengetahui tegangan Vrms-nya dan menambahkan alat ukur gelombang berupa oscilloscope untuk mellihat gelombang tegangan input dan output.

Berikut gambar rangkaian penyearah setengah gelombang tanpa filter kapasitor !

Jika kita perhatikan pada gambar rangkaian penyearah setengah gelombang tanpa filter kapasitor diatas, kita sudah menambahkan alat ukur gelombang dan alat ukur tegangan.

Setelah menjalankan simulasinya, tegangan Vrms yang terukur adalah sebesar 7, 04 Volt AC. Nilai ini berada dibawah nilai tegangan puncak atau Vmax (Vp) yaitu sebesar 10 Volt AC.

Selanjutnya kita akan melihat bagaimana bentuk dari gelombang tegangan input dan gelombang tegangan output penyearahaan setengah gelombang tanpa filter kapasitor, berikut gambarnya :

Dari gambar penyearah setengah gelombang diatas kita dapat mengetahui bahwa gelombang yang berwarna kuning adalah gelombang tegangan sebelum melalui dioda (tegangan input) sedangkan gelombang yang berwarna biru adalah gelombang yang telah melalui penyearahan dioda (gelombang output).

Pada gelombang yang berwarna biru diatas, gelombang yang muncul adalah gelombang positifnya saja karena penyearahan yang dilakukan oleh dioda ini adalah penyearahan setengah gelombang tanpa filter kapasitor. Hal ini merupakan prinsip dari penyearahan setengah gelombang dengan 1 dioda tanpa filter kapasitor.

Dari gambar tersebut kita mendapatkan informasi mengenai beberapa nilai tegangan,

• Vmax (Vp) adalah tegangan saat gelombang mencapai totok puncak. Pada gelombang yang berwarna kuning (sebelum penyearahan) nilai Vp adalah 10 V. Jika kita hitung menggunakan rumus maka Vp = Vrms x 1,414 = 7,04 x 1,414 = 9,956 V. Hasil perhitungan dan hasil pengukuran dengan oscilloscope mendekati sama.
• Vp-p atau tegangan peak to peak-nya sebesar 2 x Vp = 20 Volt.
• Vrms adalah nilai tegangan terukur yang ditunjukan oleh alat ukur multimeter. Tegangan Vrms yang terukur pada sisi input sebelum penyearahan adalah sebesar Vrms = 7,04 Volt. Jika kita hitung menggunakan rumus perhitungan maka : Vrms = 0,7071 x Vp. Sehingga nilai Vrms-nya adalah Vrms = 0,7071 x 10 = 7,071 Volt. Hampir mendekati antara pengukuran dengan multimeter dan rumus perhitungan.
• Terukur oleh oscilloscope nilai tegangan Vp pada gelombang input sebesar 10 Volt AC sedangkan nilai Vp pada gelombang output sebesar 9,38 Volt DC. Terdapat selisih nilai tegangan input (Vp) dan tegangan output (Vp) dari hasil pengukuran oscilloscope tersebut, hal ini dikarenakan tegangan output adalah tegangan input dikurangi dengan tegangan pada dioda. Karena tegangan input tersebut telah melalui komponen dioda. Komponen dioda sendiri memiliki tegangan kerja sebesar 0,6 Volt (bahan silikon), sehingga pada tegangan outputnya terdapat selisih tegangan dengan rumus Vout = Vp - V dioda.
• Untuk mengetahui besar tegangan Vdc, caranya yaitu Vdc = ((Vrms x 1,414) - Vdioda) /phi. Jadi nilai Vdc-nya adalah ((7,04 x 1,414)) - 0,6 V) / 3,14 = 2,979 Vdc.

Ingin mengenal lebih lanjut mengenai tegangan peak-to-peak (Vpp), tegangan maksimum (Vm), Frekuensi dan periode pada pembaca skala osiloskop, baca juga artikel berikut ini.

2. Penyearahan Setengah Gelombang dengan Filter Kapasitor

Selanjutnya kita akan melihat bagaimana tegangan dan bentuk gelombang untuk penyearahan setengah gelombang dengan menambahkan komponen kapasitor sebagai filter di dalam rangkaiannya.

Fungsi komponen kapasitor sebagai filter yaitu dapat memperbaiki penyearahan dengan cara menyaring arus ripple berupa arus AC yang masih tersisa akibat proses penyearahan.

Jika teman-teman tertarik untuk mempelajari lebih lanjut mengenai komponen kapasitor saya sudah menyiapkan artikelnya di halaman berikut :

Baca :  Kapasitor / Kondensator [Pengertian, Satuan Kapasitansi, Fungsi, Simbol, Struktur, Cara Kerja, Jenis/Macam] 

Kita lanjutkan lagi ke penyearahan setengah gelombang dengan filter kapasitor.

Output gelombang dari penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor ini selalu terdapat riak atau ripple pada tegangan outputnya. Semakin besar nilai kapasitansi yang diberikan maka akan semakin stabil nilai tegangan output yang dikeluarkannya.

Masih ada faktor lain yang akan mempengaruhi besar kecilnya nilai ripple atau riak ini yaitu frekuensi dan nilai resistansi dari komponen resistor.

Jika teman-teman tertarik lebih lanjut untuk memahami mengenai apa itu komponen resistor, saya telah menyiapkan artikelnya di halaman berikut :

Baca : Resistor [Pengertian, Fungsi, Jenis, Bentuk dan Simbol]

Kita lanjutkan ke penyearahan setengah gelombang dengan filter kapasitor.

Kita coba lakukan simulasi penyearahan setengah gelombang dengan penambahan komponen kapasitor. Selain menambahkan komponen kapasitor pada rangkaian, disini kita akan menambahkan juga alat ukur multimeter pada sisi tegangan input dan sisi tegangan outputnya.

Kita lihat berapa nilai tegangan yang terukur pada multimeter tersebut. Kita jalankan simulasi rangkaiannya !

Pada gambar penyearahan setengah gelombang dengan filter kapasitor diatas, terukur nilai Vrms pada multimeter yang terpasang di sisi input sebesar 7,09 Volt AC.

Untuk mencari Vdc kita gunakan rumus perhitungan Vdc = Vp - (Vrip/2). DImana, Vrip adalah tegangan ripple yang timbul akibat proses filter yang dilakukan oleh kapasitor.

Vripp = ((Vrms x 1,414) - 0,6) / fRC

f adalah frekuensi dalam Hz
R adalah nilai tahanan dalam ohm
C adalah nilai kapasitansi dalam farad

Sebelum kita mencari Vdc, kita hitung terlebih dahulu berapa besarnya nilai ripple yang terjadi pada penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor ini :

Vripp = ((7,09 x 1,414) - 0,6 / 50 . 1000 . 0,001
Vripp = (10,02526 - 0,6) / 50
Vripp = 0,188 Volt

Dari hasil perhitungan tersebut didapatkan nilai tegangan ripple yang sangat kecil sekali yaitu sebesar 0,188 Volt.

Setelah mengetahui tegangan Vripp Selanjutnya kita dapat menghitung berapa besaran nilai tegangan Vdc-nya :

Vdc = Vp - (Vrip / 2)
Vdc = 10 - (0,188 / 2)
Vdc = 10 - (0,094)
Vdc = 9,905 volt DC

Hasil perhitungan Vdc tersebut jika dibandingkan dengan hasil pengukuran dengan multimeter pada gambar diatas (9,16 Volt DC) tidak beda jauh.

Selanjutnya kita lihat bagaimana bentuk gelombang dan besarnya tegangan Vdc yang terukur oleh oscilloscope.

Ternyata tegangan yang terukur oleh oscilloscope tidak beda jauh dengan hasil perhitungan menggunakan rumus dan pengukuran menggunakan multimeter.

Berikut tabel Vdc berdasarkan perhitungan dengan rumus, hasil pengukuran dengan multimeter dan hasil pengukuran gelombang dengan oscilloscope :  

Vdc Menggunakan Rumus	Vdc Menggunakan Multimeter	Vdc Menggunakan Oscilloscope
9,905 Volt	9,16 Volt	9,20 Volt

Kesimpulan 

Dapat disimpulkan bahwa penyearahan setengah gelombang akan menghasilkan nilai tegangan output Vdc yang lebih baik jika ditambahkan dengan komponen filter kapasitor.

Liihat tabel berikut ini mengenai output tegangan penyearahan setengah gelombang tanpa filter dan dengan menggunakan filter kapasitor :

Vdc Tanpa Filter Kapasitor	Vdc dengan Filter Kapasitor
2,979 Volt	9,905 Volt

 

Walaupun pada aktualnya penyearahan dengan menggunakan filter kapasitor ini masih terdapat riak atau ripple. Untuk itu mesti memperhitungkan ketika parameter berikut ini.

1. Frekuensi
2. Resistor
3. Kapasitor