Laporan Tentang Dioda, Transformator dan Penyearah gelombang

 

1. Kompetensi : 

   Mengaplikasikan transformator dan dioda pada kelistrikan otomotif.

2. Sub Kompetensi :

   Setelah selesai praktikum mahasiswa dapat :

1. Menggambarkan kurva karakteristik V-I pada dioda bias maju maupun bias balik.

2. Merangkai penyearahan setengah gelombang dan gelombang penuh.

3. Menggunakan osiloskop.

3. Alat dan Bahan :

1. Laptop

2. Software Proteus

4. Keselamatan Kerja :

1. Hati-hati saat bekerja dengan objek yang berhubungan dengan arus listrik.

2. Gunakan alat praktikum sesuai dengan fungsinya.

3. Laksanakan praktikum sesuai dengan prosedur kerja.

4. Tanyakan pada instruktur apabila mengalami permasalahan praktikum.

5. Keselamatan Kerja :

Kegiatan 1. Mengamati Bias Maju dan Bias Mundur Diode

1. Buka aplikasi Proteus, kemudian buat lembar kerja baru.

2. Buat rangkaian:

1. Rangkaian bias maju diode

2. Rangkaian bias mundur diode

3. Atur tegangan power suplay pada tegangan 0,5, 1 dan 2 volt. Amati dan catat tegangan dan arus baik pada bias maju maupun bias mundur.

• Rangkaian bias maju diode.                             • Rangkaian bias mundur diode.

1. 0,5V                                                           1. 0,5V

 

2. 1V                                                            2. 1V

3. 2V                                                            3. 2V

Kegiatan 2. Trafo dan Penyearah gelombang

1. Buka aplikasi Proteus, kemudian buat lembar kerja baru.

2. Buatlah rangkaian sistem penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh. Amati dan gambar bentuk gelombang sebelum dan setelah dioda menggunakan osiloskop.

  1. Rangkaian setengah gelombang                      2. Rangkaian gelombang penuh

 

3. Hitung frekuensi gelombang listrik yang dihasilkan transformator berdasarkan data dari osiloskop. (f = 1/T)

Rangkaian setengah gelombang

• Menghitung periode (T)

T = Div H × time/Div

   = 5 × 2 ms

   = 10 ms

• Menghitung frekuensi gelombang

f = 1/T

  = 1/ 10 ms

  = 100 Hz

Rangkaian gelombang penuh

• Menghitung periode (T)

T = Div H × time/Div

   = 5 × 2 ms

   = 10 ms

• Menghitung frekuensi gelombang

f = 1/T

  = 1/ 10 ms

  = 100 Hz

4. Buatlah rangkaian sistem penyearahan gelombang penuh, amati dan gambar bentuk gelombang setelah dioda menggunakan osiloskop.

5. Hitung frekuensi gelombang listrik yang dihasilkan transformator berdasarkan data dari osiloskop. 

• menghitung periode (T)

T = Div H × time/Div

   = 5 × 2 ms

   = 10 ms

• Menghitung frekuensi (f)

f = 1/T

  = 1/10 ms

  = 100 Hz

6. Buatlah rangkaian power supply sebagai contoh dari aplikasi rangkaian penurun tegangan dan penyearah gelombang listrik seperti gambar di bawah ini., amati dan analisis cara kerja rangkaian tersebut (C1 2000µF, C2 2000µF, C3 1000µF, dan R 1KΩ)!

6. Lampiran

1. Kegiatan 1. Diode

a. Kondisi diode yang diperiksa:

Diode 1	Diode 2	Diode 3	Diode 4
Baik/Rusak	Baik/Rusak	Baik/Rusak	Baik/Rusak

b.  Bias maju diode (Positif sumber tegangan dihubungkan dengan anode/positif diode).

V (Volt)	0,5V	1V	2V
I	+0,47 V	+0,60 V	+0,66 V

c. Bias mundur diode (positif sumber dihubungkan dengan katode diode).

V (Volt)	0,5V	1V	2V
I	+0,50 V	+1,00 V	+2,00 V

2. Kegiatan 2. Trafo dan Penyearah gelombang

a. Tegangan input dan output trafo

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang

	V. Primer	V Sebelum Dioda	V Setelah Dioda	Gambar  Gelombang  Sebelum  Dioda	Gambar  Gelombang  Setelah  Dioda
Terukur	+219 ACV	+11,9V	+7,81ACV

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

	V. Primer	V Sebelum Dioda	V Setelah Dioda	Gambar  Gelombang  Sebelum  Dioda
Terukur	+155 ACV	+11,9 ACV	+11,3V

Rangkaian penyearahan Gelombang Penuh

	V. Primer	V Sebelum Dioda	V Setelah Dioda	Gambar  Gelombang  Sebelum  Dioda
Terukur	+155 ACV	+8,44 ACV	+1,26V

b. Hasil observasi dengan osiloskop

1. Rangkaian penyearah setengah gelombang

• Tegangan Peak-Peak (Vp-p) = Div Vertikal x Volt / Div

            = 3,25 × 5V

            =  16,25 Volt

• Tegangan Maksimal              = Vpp/2

 = 16,25/2

 = 8,125Volt

• Tegangan Efektif                   = Vpp/1,414

                                                 = 16,25/1,414

                                                             = 11,5V

Veff = Vmax x 0,707

• Periode (T) = Div Horizontal x Time/ Div

         = 5 × 2 ms

         = 10 ms

• Frekuensi (f) = 1/T

            = 1/10ms

            =  1/0,01s

            = 100Hz

2. Rangkaian penyearah gelombang penuh

• Tegangan Peak-Peak (Vp-p) = Div Vertikal x Volt / Div

            = 3,25 × 5V

            = 16,25 Volt

• Tegangan Maksimal              = Vpp/2

 = 16,25

 = 8,125Volt

• Tegangan Efektif                   = Vpp/1,414

                                                 =  16,25/1,414

                                                 = 11,5V

 Veff = Vmax x 0,707

• Periode (T) = Div Horizontal  x Time/ Div

         = 5 × 2 ms

         = 10 ms

• Frekuensi (f) = 1/T

            = 1/10ms

            =  1/0,01s

            = 100Hz

3. Rangkaian penyearahan setengah gelombang

• Tegangan Peak-Peak (Vp-p) = Div Vertikal x Volt / Div

            = 2,15 × 2V

            = 5,30 Volt

• Tegangan Maksimal              = Vpp/2

 = 5,30/2

 = 2,15 Volt

• Tegangan Efektif                   = Vpp/1,414

                                                 = 5,30/1,414

                                                 = 3,75V

Veff = Vmax x 0,707

• Periode (T) = Div Horizontal x Time/ Div

         = 5 × 2ms

         = 10ms

• Frekuensi (f) = 1/T

            = 1/10ms

            = 100 Hz

3. Analisis rangkaian power supply

   Rangkaian power supply adalah rangkaian yang memanfaatkan IC regulator tegangan, dimana tegangan pada power supply akan dipertahankan stabil oleh IC regulator sesuai tegangan yang dapat dipertahankan oleh IC regulator tersebut, rangkaian power supply berfungsi sebagai penyedia sumber energi listrik untuk perangkat elektronika, dalam hal ini energi listrik tegangan DC. Cara kerjanya sebagai berikut:

1. Input diterima oleh transformator berupa tegangan AC dan transformator arus akan diturunkan tegangan yang awalnya berupa tegangan AC 220V menjadi 12V.

2. Kemudian arus tadi akan disearahkan oleh dioda menjadi arus DC 12V.

3. Dari dioda terhubung ke kapasitor yang berperan dalam menyaring tegangan ripple yang masih bocor sehingga sinyal arus yang keluar dari rectifier atau penyearah menjadi rata.

4. Kemudian arus yang sudah difilter akan masuk ke regulator yang akan berperan menstabilkan tegangan dan arus DC yang sudah difilter tadi. Regulator tegangan berupa IC 78L12 yang mana dapat menstabilkan output tegangan sebesar 12V.

   Pada osciloscop channel A mengukur grafik gelombang sebelum masuk dioda berupa arus AC, channel B merupakan grafik tegangan yang sedang difilter oleh kapasitor, channel C merupakan grafik dari output yang dihasilkan dari IC 78L12 yang mana grafik gelombang hanya lurus menunjukkan tegangan 12V ini karena output yang dikeluarkan oleh IC regulator akan distabilkan tegangannya sebesar 12V sehingga grafiknya pun akan lurus stabil, dan channel D merupakan grafik dari tegangan yang sudah difilter oleh kapasitor tegangannya rata 15,25V, karena kapasitor akan menyaring tegangan ripple yang masih bocor sehingga sinyal arus yang keluar dari rectifier atau penyearah menjadi rata.

4. Pertanyaan dan tugas.

a. Bagaimana karakteristik diode? 

• Pada dioda bias maju Jika anoda (+) terhubung dengan kutub positif pada baterai serta katoda(-) terhubung dengan kutub negatif pada baterai maka akan mengakibatkan bias maju atau forward bias.

• Anoda(+) dihubungkan dengan kutub negatif dan katoda (-) dihubungkan dengan kutub positif sehingga jumlah arus yang mengalir pada rangkaian bias mundur akan lebih kecil. Pada bias mundur dioda, terdapat arus maju yang dihubungkan dengan baterai yang memiliki tegangan tidak terlalu besar dan signifikan karena tidak mengalami peningkatan. Ketika terjadi proses reserve, dioda tidak bisa menghantarkan listrik karena nilai hambatannya besar. Dioda ini juga dianjurkan untuk tidak memiliki besar tegangan dan arus yang melebihi batas.

b. Gambarkan grafik penyearah setengah gelombang, gelombang penuh, dan grafik gelombang penyearahan penuh!

1. Grafik penyearah setengah gelombang

2. Grafik penyearah gelombang penuh

3. Grafik penyearahan gelombang penuh

c. Analisa dan kesimpulan

1. Analisis rangkaian

   Pada percobaan pertama adalah percobaan pada dioda reverse bias dan dioda forward bias. Pada dioda forward bias, tegangan positif mengalir ke terminal anoda (positif) dioda dan terminal katoda (negatif) dioda menuju ground, dioda akan menghantarkan arus listrik apabila diberi bias maju terlihat saat dialirkan tegangan sebesar 1V arus mengalir sebesar +402uA. Pada dioda reverse bias, tegangan positif mengalir ke terminal katoda (negatif) dioda dan anoda (positif) dioda ke ground, dioda akan memblok arus yang mengalir jika dioda dibalik menjadi dioda bias mundur sehingga arus yang mengalirkan tidak besar, misal saat dioda bias mundur dialirkan tegangan sebesar 1V arus yang mengalir melalui dioda hanya +0,01 uA. Saat arus mengalir pada dioda bias maju arus mengalir besar karena dioda membolehkan arus mengalir sedangkan pada bias mundur arus yang mengalir kecil karena dioda memblok arus yang mengalir, dan tegangan pada dioda bias maju lebih kecil dibandingkan dioda bias mundur yang besarnya sesuai dengan tegangan sumbernya. Dan saat percobaan dan tegangan pada sumbernya diperbesar maka tegangan dan arus yang mengalir melewati dioda akan ikut membesar.

   Percobaan kedua adalah percobaan dengan dioda sebagai penyearah gelombang, penyearah gelombang ini akan menyerahkan atau mengubah arus listrik AC (alternating current) bolak-balik menjadi arus DC (direct current) searah. Pada rangkaian penyearah setengah gelombang ini terdapat 2 prinsip kerja yaitu saat transformator berada di siklus positif (atas)  dan siklus negatif (bawah). Pertama adalah keadaan transformator siklus positif, dioda membolehkan arus mengalir karena dioda berada pada posisi bias maju sehingga dioda membolehkan arus melewatinya, saat transformator dalam keadaan siklus negatif maka dioda akan memblok arus yang mengalir sehingga arus tidak dapat melewati dioda. Dan saat kita lihat di osciloscope terlihat grafik pada gelombang output dioda setengah gelombang dan setengah datar, ini yang menyebabkan penyearah ini dinamakan penyearah setengah gelombang, karena pada saat siklus positif dioda membolehkan arus lewat sehingga membentuk gelombang dan saat siklus negatif dioda memblok arus sehingga membentuk gelombang datar. Pada channel A merupakan gelombang input dari dioda yang arusnya masih AC atau bolak-balik dan pada channel C adalah grafik gelombang output dari arus yang sudah disearahkan menjadi arus DC 

   Pada percobaan kedua dengan dua buah dioda yang akan digunakan untuk membentuk gelombang penuh, pada transformator CT akan menghasilkan dua buah buah sinyal sinus dengan fase yang berkebalikan. Satu lilitan akan menghasilkan fase yang sama dengan sinyal input dan satu lilitan lainnya akan menghasilkan fase yang berkebalikan dengan sinyal input, terdapat tiga output yang pertama adalah positif , kedua negatif dan ketiga adalah positif. Pada osciloscop channel A adalah gelombang input yang masih berbentuk arus AC atau bolak-balik dan pada channel C adalah gelombang output yang merupakan arus yang sudah disearahkan, dioda D1 dan D2 akan bekerja secara bergantian saat dioda 1 dialirkan siklus positif maka dioda akan mengalirkan arus sehingga membentuk setengah gelombang arus searah dan saat dioda kedua dialirkan siklus positif maka dioda akan mengalirkan arus sehingga membentuk setengah gelombang lagi. Karena dua dioda menghasilkan setengah gelombang, ketika dilihat pada oscilloscope gelombang outputnya akan membentuk gelombang penuh.

   Pada percobaan ketiga adalah dengan 4 diode dan transformator yang digunakan adalah sama dengan percobaan pertama yaitu transformator non-CT dimana outputnya hanya ada dua yaitu positif dan negatif, pada channel A merupakan gelombang yang belum disearahkan atau masih dalam bentuk arus AC atau bolak-balik dan pada channel B merupakan gelombang yang sudah disearahkan. Pada rangkaian ini terdapat 2 siklus kerja yaitu yang pertama siklus positif, pada rangkaian penyearah gelombang penuh dengan transformator non-CT maka siklus pertama adalah siklus positif, maka dioda D1 dan D2 akan menghantarkan atau mengalirkan arus listrik karena keduanya pada posisi forward bias atau bias maju sementara dioda D3 dan D4 berada pada posisi reverse bias dimana dioda memblok arus listrik yang akan mengalir. Saat siklus negatif dioda D3 dan D4 dapat dapat dialirkan arus karena dioda pada posisi forward bias atau bias maju dan dioda D1 dan D2 berada pada posisi reverse bias atau bias mundur dimana dioda akan memblok arus yang akan mengalir. Sehingga jika kita lihat pada grafik gelombang output di osiloskop, grafik menunjukan gelombang penuh walaupun transformator yang digunakan sama dengan percobaan pertama yaitu transformator non-CT namun karena dioda yang digunakkan adalah dioda bridge yang mana setiap dioda akan berada pada posisi yang berbeda sehingga saat siklus positif dioda D1 dan D2 akan mengalirkan arus sehingga terjadi setengah gelombang dan saat siklus negatif dioda D3 dan D4 akan mengalirkan arus sehingga membentuk setengah gelombang. Hal ini akan menyebabkan output dioda akan membentuk gelombang penuh.

   Power supply merupakan rangkaian yang memanfaatkan regulator tegangan, dan power supply banyak digunakan pada perangkat PC desktop. Cara kerjanya sebagai berikut:

5. Input diterima oleh transformator berupa tegangan AC dan transformator arus akan diturunkan tegangan yang awalnya berupa tegangan AC 220V menjadi 12V.

6. Kemudian arus tadi akan disearahkan oleh dioda menjadi arus DC 12V.

7. Dari dioda terhubung ke kapasitor yang berperan dalam menyaring tegangan ripple yang masih bocor sehingga sinyal arus yang keluar dari rectifier atau penyearah menjadi rata.

8. Kemudian arus yang sudah difilter akan masuk ke regulator yang akan berperan menstabilkan tegangan dan arus DC yang sudah difilter tadi. Regulator tegangan berupa IC 78L12 yang mana dapat menstabilkan output tegangan sebesar 12V.

   Pada osciloscop channel A mengukur grafik gelombang sebelum masuk dioda berupa arus AC, channel B merupakan grafik tegangan yang sedang difilter oleh kapasitor, channel C merupakan grafik dari output yang dihasilkan dari IC 78L12 yang mana grafik gelombang hanya lurus menunjukkan tegangan 12V ini karena output yang dikeluarkan oleh IC regulator akan distabilkan tegangannya sebesar 12V sehingga grafiknya pun akan lurus stabil, dan channel D merupakan grafik dari tegangan yang sudah difilter oleh kapasitor tegangannya rata 15,25V, karena kapasitor akan menyaring tegangan ripple yang masih bocor sehingga sinyal arus yang keluar dari rectifier atau penyearah menjadi rata.

2. Kesimpulan

   Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah dan menghambat arus dari arah sebaliknya. Jika anoda dioda dihubungkan dengan positif baterai dan katoda dihubungkan dengan ground atau negatif, maka arus mengalir melewati dioda ini adalah kondisi dioda bias maju atau forward bias. Tetapi jika katoda dioda dihubungkan dengan positif baterai dan anoda dihubungkan dengan negatif atau ground, maka dioda akan memblok arus yang akan mengalir kondisi dinamakan dioda bias mundur atau reverse bias. Dan saat percobaan dan tegangan pada sumbernya diperbesar maka tegangan dan arus yang mengalir melewati dioda akan ikut membesar. Tegangan pada dioda bias maju lebih kecil daripada dioda bias mundur dan arus yang dihasilkan oleh dioda bias maju lebih besar dari pada dioda bias mundur.

   Dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus AC menjadi DC, sehingga banyak digunakan dalam rangkaian rectifier atau rangkaian penyearah gelombang. Pada rangkaian penyearah gelombang terdapat rangkaian penyearah setengah gelombang dan rangkaian penyearah gelombang penuh. Pada rangkaian penyearah setengah gelombang, grafik gelombang yang dihasilkan oleh output dioda hanya setengah gelombang dan setengahnya tidak terjadi gelombang, ini dikarenakan transformator yang digunakan adalah transformator CT sehingga terdapat 2 siklus yaitu siklus positif dan negatif  yang mana saat siklus positif dioda akan mengalirkan arus listrik sehingga terjadi setengah gelombang dan saat siklus negatif dioda akan memblok arus listrik yang mengalir sehingga tidak terjadi gelombang.

   Saat digunakan transformator non-CT dan dioda dipasangkan D1 dan D2 yang mana setiap dioda bekerja secara bergantian, jadi setiap dioda akan menghasilkan setengah gelombang. Sehingga gelombang yang dihasilkan adalah gelombang penuh.

   Untuk mengatasi masalah pertama yang hanya menghasilkan setengah gelombang, maka pada percobaan ketiga digunakan dioda bridge, yang mana saat siklus positif dioda D1 dan D2 akan mengalirkan arus listrik karena dioda dalam kondisi forward bias dan dioda D3 dan D4 dalam kondisi reverse bias atau bias mundur dimana arus tidak dapat mengalir melewati dioda. Saat siklus negatif maka dioda D3 dan D4 akan berada dalam kondisi forward bias dimana arus dapat mengalir dan dioda D1 dan D2 dalam kondisi reverse bias sehingga arus diblok. Ini membuat output dari penyearah nya adalah gelombang penuh.

   Power supply adalah rangkaian yang memanfaatkan IC regulator, dimana IC regulator digunakan untuk mengatur agar tegangan dan arus listrik yang dihasilkan stabil. Pada percobaan ini arus AC 220V akan diturunkan tegangannya oleh transformator sebesar 12V kemudian arus disearahkan oleh dioda dan arus yang sudah disearahkan akan difilter oleh kapasitor kemudian masuk ke regulator untuk distabilkan tegangannya sesuai dengan IC regulator yang digunakan, misal pada percobaan digunakan IC 78L12 maka tegangan akan distabilkan 12V.

d. Laporan praktikum dilengkapi jawaban dari tugas-tugas tersebut!

• Terlampir pada PDF.

e. Video pembahasan

1. https://youtube.com/channel/UC57gtJjDs3x9OjsFHx0FKa

Daftar Pustaka

• https://rumus.co.id/dioda/

• https://smknbansari.sch.id/setengah-gelombang-gelombang-penuh/

• https://teknikelektronika.com/prinsip-kerja-dc-power-supply-adaptor/

• https://youtu.be/c_7pU2Z8ops

• https://pintarelektro.com/rangkaian-power-supply/

• https://id.m.wikipedia.org/wiki/Diode

• https://youtu.be/adj9yg0wZKE

• https://youtu.be/7433qyxjWsg