Rangkaian Penyearah (rectifier)

Seperti yang kita ketahui, listrik dari PLN (Perusahaan Listrik Negara) yang didistribusikan ke rumah-rumah merupakan listrik AC (Alternating Current) dengan tegangan 220V dan frekuensi 50 Hz. Sementara itu kebanyakan peralatan elektronik yang kita gunakan menggunakan tegangan DC (Direct Current) atau arus searah. Oleh karenanya memerlukan suatu rangkaian penyearah atau yang sering disebut sebagai rectifier. Rangkaian penyearah dibuat menggunakan diode. Pemilihan diode yang digunakan sebagai penyearah harus memperhatikan spesifikasi diode diantaranya: kemampuan mengalirkan arus, tegangan maksimum dan disipasi daya maksimum. Rangkaian penyearah biasanya terdapat pada power supply, adaptor, charger dan lain sebagainya.

Pada power supply konvensional (yang menggunakan trafo step down), rangkaian penyearah ditempatkan setelah trafo. Tegangan jala-jala listrik yang telah diturunkan dengan trafo stepdown kemudian disearahkan dengan rangkaian rectifier diode, selanjutnya difilter biasanya menggunakan kapasitor. Seperti ditunjukan pada blok diagram berikut:

Penyearah Setengah Gelombang 

Rangkaian penyearah setengah gelombang dapat dibuat dengan menggunakan 1 buah diode. Simulasi rangkaian nya dapat dilihat pada gambar berikut:

Masukan dan keluaran dari rangkaian diatas dapat dilihat pada gambar berikut:

Keterangan: gelombang input ditandai warna kuning, gelombang keluaran ditandai dengan warna biru.

Cara kerja dari rangkaian diatas secara sederhana adalah pada saat input berupa sinyal siklus positif maka diode dalam keadaan bias maju (forward bias) sehingga arus mengalir menuju beban (RL). Sedangkan pada saat sinyal berupa siklus negatif, diode mendapat bias mundur (reverse bias) dan tidak mengalirkan arus. 

Penyearah Gelombang Penuh

a. Dengan Center Tap (CT)

Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT, memerlukan 2 buah diode. Pada trafo CT, keluaran nya berupa dua buah tegangan AC yang memiliki tegangan sama namun berbeda fasanya dimana titik CT merupakan titik tengahnya. Kedua tegangan keluaran tersebut dihubungkan dengan diode. Seperti terlihat pada gambar berikut:

Gelombang masukan dan keluaran dari rangkaian diatas adalah sebagai berikut:

Keterangan: Warna kuning merupakan input sinyal AC menuju trafo. Warna biru dan ungu merupakan keluaran trafo CT. Warna hijau merupakan output hasil penyearahan gelombang penuh.

Seperti terlihat pada gambar, keluaran dari trafo CT berupa 2 buah gelombang AC dengan tegangan (amplitudo) yang sama namun berbeda fasa. Keluaran dari trafo dihubungkan dengan diode sebut saja sebagai diode D1 dan D2. Sehingga ketika D1 mendapat masukan siklus positif, D2 mendapat masukan siklus negatif, dan sebaliknya. Secara prinsip penyearah ini merupakan 2 buah penyearah setengah gelombang yang digabungkan dan hidup bergantian.

b. Menggunakan diode bridge (Jembatan)

Rangkaian penyearah menggunakan diode bridge dapat dibuat dengan 4 buah diode. Dipasaran terdapat juga berbagai macam dioda bridge dalam satu paket dan memiliki kemampuan tegangan dan arus yang berbeda-beda. Penyearah gelombang penuh dengan menggunkan jembatan diode ini dipasang setelah keluaran dari trafo non CT. Rangkaiannya dapat dilihat pada gambar berikut:

Masukan dan keluaran dari rangkaian diatas dapat dilihat pada gambar berikut:

Untuk lebih memudahkan dalam memahami cara kerja diode bridge, kita beri nomor diode nya seperti gambar berikut:

Pada kondisi  input 1 (atas) positif dan negatif di input 2 (bawah) maka D1 dan D2 akan mendapat panjar maju (forward bias) sehingga melewatkan sinyal positif, sedangkan D3 dan D4 dalam kondisi reverse, sehingga tidak mengalirkan arus. Sebaliknya ketika input 1 negatif dan input 2 positif maka D3 dan D4 dalam kondisi panjar maju. Sehingga arus mengalir dari input 2 menuju D3 kemudian menuju RL lalu menuju D4. Sedangkan D1 dan D2 dalam kondisi reverse sehingga tidak mengalirkan arus.

Penyearah Keluaran Ganda (Simetris)

Beberapa komponen dan rangkaian elektronika memerlukan catu daya ganda atau yang sering disebut power supply simetris. Misalnya untuk supply op-amp ataupun power amplifier. Power supply jenis ini memiliki keluaran berupa tegangan positif dan negatif. Rangkaian penyearah sederhana untuk keluaran ganda (simetris) dapat dibuat dengan menggunakan trafo CT dan diode bridge. Adapun rangkaiannya dapat dilihat pada gambar berikut:

Filter Kapasitor

Keluaran dari hasil penyearahan diode pada rangkaian-rangkian diatas masih memiliki riak-riak yang berupa berupa gelombang AC atau disebut ripple. Sedangkan yang kita perlukan adalah tegangan DC  murni, untuk itu diperlukan tapis (filter) untuk membuang komponen AC. Langkah praktis untuk memfilter nya dapat dilakukan dengan memasang kapasitor bernilai besar secara paralel (pada keluaran). Karena sifat kapasitor memblok tegangan DC dan melewatkan AC. Semakin tinggi nilai kapasitor, semakin rata tegangan DC keluarannya. Untuk menghasilkan keluarna DC yang lebih stabil dan konstan dapat dipasang juga rangkaian regulator. Rangkaian regulator dapat dibuat dengan transistor, diode zener atau pun dengan IC Regulator misalnya tipe LM 78xx.

Bagikan Ke: