2.12 SIRKUIT PENGGANDAAN TEGANGAN

SIRKUIT PENGGANDA TEGANGAN




Tujuan [Kembali]

1. Melengkapi tugas matakuliah elektronika.
2. Menjelaskan karakteristik dari sirkuit pengganda tegangan.
3. Memaparkan video sebagai penunjang pemahaman materi.
4. Mengaplikasikan rangkaian sirkuit pengganda tegangan dengan proteus.


Alat dan Bahan [Kembali]

Alat :

1. Voltmeter Dc

Voltmeter merupakan suatu alat yang dimanfaatkan untuk mengukur tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Umumnya bentuk penyusunan pararel berdasarkan pada tempat komponen listrik hendak diukur. Dimana dalam setiap komponen ditemukan tiga buah lempengan tembaga di dalamnya. Lempengan tersebut dipasangkan diatas Bakelit yang telah dirangkai dan menyatu dalam tabung plastik atau kaca. Pada lempengan bagian luar dinamakan anode, sementara itu lempengan tengah disebut katode. 

Masing-masing ukuran tabung tersebut kurang lebih 15 cm x 10 cm. Dari segi desain pun voltmeter tidak jauh berbeda terhadap desain amperemeter.Sama halnya dengan hambatan memiliki bentuk sama yakni multiplier, seri, dan galvanometer. Faktanya, kinerja yang dihasilkan dari alat tersebut lebih baik, serta senantiasa meningkat ketika sudah ditambahkan multiplier.Tujuan penambahan multiplier didalam alat dimaksudkan untuk kinerja dan kemampuannya menjadi berkali-kali lebih besar. Sementara dapat menciptakan suatu gaya magnet ketika medan magnet dan kuat arus listrik saling berinteraksi. Gaya magnet tersebut disinyalir untuk menggerakkan jarum. Dari sini kapasitas arus pada jarum berdasaarkan aliran arus listrik.

Bagian-bagian voltmeter :

  1. Batas ukur maksimum dan minimum,
  2. Set-up untuk mengatur fungsi,
  3. Jarum penunjuk,
  4. Terminal kutub positif dan kutub negatif.
  5. Skala tinggi dan Rendah dari tegangan listrik terukur.
2. Alternator
Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Pada prinsipnya, generator listrik arus bolak-balik disebut dengan alternator, tetapi pengertian yang berlaku umum adalah generator listrik pada mesin kendaraan. Alternator pada pembangkit listrik yang digerakan dengan turbin uap disebut turbo alternator.


Bahan :
1. Dioda
Dioda merupakan salah satu komponen yang dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan untuk mempertemukan elemen P dan N akan menentukan karakteristik dioda dan sifat-sifatnya. Saat ini bahan semikonduktor pembuat dioda adalah semikonduktor silikon dan germanium.
Semikonduktor bahan silikon merupakan bahan yang paling banyak digunakan pada jenis dan tipe dioda karena silikon menawarkan beberapa kelebihan seperti kinerja yang tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah. Biasanya tegangan jatuh dioda berbahan silikon berkisar 0,7 Volt.

Karakteristik Dioda Varactor yaitu sebagai berikut :

  • Dioda ini secara signifikan menghasilkan lebih sedikit noise dibandingkan dioda lainnya.
  • Biaya dioda ini tersedia dengan harga lebih rendah dan lebih dapat diandalkan.
  • Dioda ini berukuran sangat kecil dan sangat ringan.
  • Tidak ada gunanya ketika dioperasikan dalam bias maju.
  • Dalam mode bias balik, Dioda Varactor meningkatkan kapasitansi seperti yang ditunjukkan pada grafik di bawah ini.
2. Resistor
Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).

Resistor yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor) dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC (Negative Thermal Coefficient).

3. LED
Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

4. Kapasitor
Kapasitor atau kondensator oleh ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) pada hakikatnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/ muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik atau komponen listrik yang mampu menyimpan muatan  listrik yang dibentuk oleh permukaan (piringan atau kepingan) yang berhubungan yang dipisahkan oleh suatu penyekat.

Sebagai kemampuan dari suatu kapasitor untuk dapat menampung muatan elektron. Coulombs pada abad 18 menghitung bahwa 1 coulomb = 6.25 x 1018 elektron. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.

Dengan rumus dapat ditulis :

Q = CV

Dengan asumsi :

Q =  muatan elektron C (Coulomb)

C = nilai kapasitans dalam F (Farad)

V = tinggi tegangan dalam V (Volt)

Dalam praktek pembuatan kapasitor, kapasitansi dihitung dengan mengetahui luas area plat metal (A), jarak (t) antara kedua plat metal (tebal dielektrik) dan konstanta (k) bahan dielektrik. Dengan rumusan dapat ditulis sebagai berikut :

C = (8.85 x 10^-12) (k A/t)



Dasar Teori [Kembali]

2.12 SIRKUIT PENGGANDA TEGANGAN
 Sirkuit pengganda tegangan digunakan untuk mempertahankan puncak transformator yang relatif rendah tegangan sambil meningkatkan tegangan output puncak menjadi dua, tiga, empat, atau lebih kali tegangan puncaknya.

Tegangan Doubler
 Jaringan Gambar 2.121 adalah doubler tegangan setengah gelombang. Selama tegangan positif setengah siklus di transformator, dioda sekunder D1 melakukan pengisian kapasitor C1 dan dioda D2 terputus, pengisian daya kapasitor C1 hingga puncak tegangan (Vm). Diode D1 idealnya singkat selama setengah siklus ini, dan tegangan input mengisi daya kapasitor C1 ke Vm dengan polaritas yang ditunjukkan dalam Gbr. 2.122a. Selama setengah siklus negatif tegangan sekunder, dioda D1 terputus dan dioda D2 melakukan pengisian kapasitor C2. Karena diode D2 bertindak sebagai singkat selama setengah siklus negatif (dan dioda D1 terbuka), kita dapat menjumlahkan tegangan di sekitar loop luar (lihat Gbr. 2.122b):

                                                   dari mana :

Gambar 2.121 Tegangan setengah gelombang
doubler ( doubler ).


Gambar 2.122 Operasi ganda, menunjukkan setiap setengah siklus
operasi: (a) siklus setengah positif;
(b) siklus setengah negatif.

 Pada siklus setengah positif berikutnya, dioda D2 adalah nonkonduktor dan kapasitor C2 akan keluar melalui beban. Jika tidak ada beban yang terhubung di seluruh kapasitor C2, kedua kapasitor
tetap dikenakan beban—C1 ke Vm dan C2 hingga 2Vm. Jika, seperti yang diharapkan, ada beban yang terhubung ke output voltase doubler, tegangan di seluruh kapasitor C2 turun selama setengah siklus positif (pada input) dan kapasitor diisi ulang hingga 2Vm selama setengah siklus negatif. Bentuk gelombang output di seluruh kapasitor C2 adalah sinyal setengah gelombang disaring oleh filter kapasitor. Tegangan terbalik puncak di masing-masing dioda adalah 2Vm.
Sirkuit doubler lainnya adalah doubler gelombang penuh dari gbr. 2.123. Selama setengah siklus positif tegangan sekunder transformator (lihat Diode D1 Gbr. 2.124a) pengisian daya kapasitor C1 ke tegangan puncak Vm. Diode D2 tidak kondusif saat ini.

Gambar 2.123 Tegangan gelombang penuh
Doubler

Gambar 2.124 Halfcycles alternatif operasi untuk gelombang penuh
tegangan doubler.

Selama setengah siklus negatif (lihat Gbr. 2.124b) dioda D2 melakukan pengisian kapasitor C2 saat dioda D1 nonkonduktor. Jika tidak ada arus beban yang ditarik dari sirkuit, tegangan di seluruh kapasitor C1 dan C2 adalah 2Vm. Jika arus beban ditarik dari sirkuit, tegangan di seluruh kapasitor C1 dan C2 sama dengan yang di seluruh kapasitor diumpankan oleh sirkuit rectifier gelombang penuh. Satu perbedaan adalah bahwa kapasitas efektif adalah C1 dan C2 dalam seri, yang kurang dari kapasitas C1 atau C2 Sendirian. Nilai kapasitor yang lebih rendah akan memberikan tindakan pemfilteran yang lebih buruk dari pada sirkuit filter singlecapacitor. 

Tegangan terbalik puncak di setiap dioda adalah 2Vm, seperti untuk kapasitor filter Sirkuit. Singkatnya, sirkuit tegangan-doubler setengah gelombang atau gelombang penuh menyediakan dua kali tegangan puncak trafo sekunder sambil tidak memerlukan transformator yang disadap pusat dan hanya peringkat PIV 2Vm untuk dioda.

Tegangan Tripler dan Quadrupler
 Gambar 2.125 menunjukkan perpanjangan doubler tegangan setengah gelombang, yang berkembang
tiga dan empat kali tegangan input puncak. Harus jelas dari pola sirkuit bagaimana dioda dan kapasitor tambahan dapat disambungkan sehingga tegangan output mungkin juga lima, enam, tujuh, dan sebagainya, kali puncak dasar tegangan (Vm).

Gambar 2.125 tegangan tripler dan quadrupler.

Dalam operasi kapasitor C1 mengisi daya melalui dioda D1 ke tegangan puncak, Vm, selama setengah siklus positif dari tegangan sekunder transformator. Kapasitor C2 beban untuk dua kali tegangan puncak 2Vm dikembangkan oleh jumlah tegangan di seluruh kapasitor C1 dan transformator, selama setengah siklus negatif dari tegangan sekunder transformator.
Selama setengah siklus positif, dioda D3 melakukan dan tegangan di seluruh kapasitor C2 mengisi daya kapasitor C3 ke tegangan puncak 2Vm yang sama. Pada halfcycle negatif, dioda D2 dan D4 melakukan dengan kapasitor C3, pengisian C4 hingga 2Vm. Tegangan di seluruh kapasitor C2 adalah 2Vm, di C1 dan C3 itu adalah 3Vm, dan di C2 dan C4 itu adalah 4Vm. Jika bagian tambahan dioda dan kapasitor digunakan, setiap kapasitor akan dikenakan biaya hingga 2Vm. Mengukur dari atas trafo berliku (Ara.
2.125) akan memberikan kelipatan Vm ganjil pada output, sedangkan mengukur output tegangan dari bagian bawah transformator akan memberikan kelipatan bahkan dari puncak tegangan, Vm. Peringkat transformator hanya Vm, maksimum, dan setiap dioda di sirkuit harus dinilai pada 2Vm PIV. Jika beban kecil dan kapasitor memiliki sedikit kebocoran, tegangan dc yang sangat tinggi dapat dikembangkan oleh jenis sirkuit ini, menggunakan banyak bagian untuk meningkatkan tegangan dc.


Percobaan [Kembali]

Gambar Rangkaian Sirkuit Pengganda Tegangan

sebelum simulasi





setelah disimulasikan

Video simulasi rangkaian sirkuit pengganda tegangan




Prinsip Kerja [Kembali]
Selama tegangan positif setengah siklus di transformator, dioda sekunder D1 melakukan pengisian kapasitor C1 dan dioda D2 terputus, pengisian daya kapasitor C1 hingga puncak tegangan (Vm). Diode D1 idealnya singkat selama setengah siklus ini, dan tegangan input mengisi daya kapasitor C1 ke Vm dengan polaritas yang ditunjukkan dalam Gbr. 2.122a. Selama setengah siklus negatif tegangan sekunder, dioda D1 terputus dan dioda D2 melakukan pengisian kapasitor C2. Karena diode D2 bertindak sebagai singkat selama setengah siklus negatif dan dioda D1 terbuka.


Soal dan Pembahasan [Kembali]

Example :

1. Mengapa terbentuk siklus setengah positif pada gambar rangkaian 2.122a?
pembahasan :
karena pada rangkaian tersebut kutub positif diatas, sehingga arus mengalir dari kutub positif menuju kapasitor C1 lalu menuju dioda D1 dan kembali menuju kutub negatif dari sumber tegangan. dioda D2 open sirkuit karena arah polaritas nya berlawanan dengan sumber tegangan., sehingga arus tidak dapat mengalir.

2. Mengapa terbentuk siklus setengah negatif pada gambar rangkaian 2.122b?
pembahasan :
karena pada rangkaian tersebut kutub positif dibawah, sehingga arus mengalir dari kutub positif menuju kapasitor C2 lalu menuju dioda D2. Pada dioda D1 arus tidak mengalir karena open sirkuit.


Problem :

1.Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 4 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…

Contoh soal kapasitor – rangkaian seri dan paralel 1

Pembahasan :
Diketahui :
Kapasitor C1 = 2 μF
Kapasitor C2 = 4 μF
Kapasitor C3 = 4 μF

Ditanya : Kapasitas pengganti (C)
Jawab :
Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :
CP = C2 + C3 = 4 + 4 = 8 μF

Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :
1/C = 1/C1 + 1/CP
1/C= 1/2 + 1/8 
1/C= 4/8 + 1/8 
1/C= 5/8
C = 8/5 μF
μF = mikro Farad (satuan kapasitansi listrik). 1 μF = 10-6 Farad


2. C1 = 3 μF, C2 = 4 μF dan C3 = 3 μF. Ketiga kapasitor terangkai seri-paralel. Tentukan energi listrik pada rangkaian!

Pembahasan :
Diketahui :Contoh soal kapasitor – rangkaian seri dan paralel 3
Kapasitor C1 = 3 μF
Kapasitor C2 = 4 μF
Kapasitor C3 = 3 μF
Ditanya : Kapasitas pengganti (C)
Jawab :
Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :
CP = C2 + C3
CP = 4 + 3
CP = 7 μF
Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :
1/C = 1/C1 + 1/CP
1/C = 1/3 + 1/7
1/C = 7/21 + 3/21
1/C = 10/21
C = 21/10
C = 2,1 μF
C = 2,1 x 10-6 F
Energi listrik pada rangkaian :
E = ½ C V2
E = ½ (2,1 x 10-6)(122)
E = ½ (2,1 x 10-6)(144)
E = (2,1 x 10-6)(72)
E = 151,2 x 10-6 Joule
E = 1,5 x 10-4 Joule.

Pilihan Ganda :
1. Penyataan dibawah ini yang benar tentang kapasitor?
A. Komponen pengganti baterai.
B. Menimbulkan aliran listrik.
C. Penyearah aliran listrik.
D. Menyimpan energi listrik dalam bentuk medan listrik.

2. Perhatikan gambar dibawah ini?

Komponen apa yang tidak terdapat pada gambar tersebut...
A. Transformator
B. Resistor
C. Altermator
D. Kapasitor

Download Video dan Gambar [Kembali]

Voltmeter DC [ download ]
Power suplay [ download ]
Resistor [ download ]
sensor LDR [ download ]
LED [ download ]
Dioda [ download ]
Gambar Rangkaian [ download ] 
Video Rangkaian [ download ]
Simulasi Rangkaian Proteus [ download ]
Video Pembelajaran [ download ]
Langganan: Postingan (Atom)