Rangkaian Penyearah:Dasar-Dasar Umum, Cara Kerja, dan Persyaratan yang Dijelaskan

Biasanya, perangkat elektronik memiliki rangkaian penyearah yang memungkinkan konversi AC ke DC dalam sistem catu daya. Penggunaan sirkuit ini di perangkat berdaya rendah, seperti pengisi daya baterai, untuk memperbaiki tegangan rendah yang dihasilkan dalam penyearah.

Untuk memahami rangkaian penyearah, kita harus belajar tentang proses penyearah. Rektifikasi bertanggung jawab untuk mengubah bit negatif AC dari suplai utama menjadi tegangan DC positif. Saat menyiapkan sistem ideal Anda, Anda memerlukan penyearah yang tepat. Oleh karena itu, memahami penyearah dan konfigurasi dioda akan menjadi penting bagi Anda untuk mengatur sistem Anda.

(Komponen elektronik)

1. Apa itu rangkaian penyearah?

Penyearah adalah perangkat listrik yang mengubah arus bolak-balik dari tegangan listrik menjadi arus searah searah. Cara kerjanya paling sederhana dengan mengubah tegangan AC suplai utama dari jaringan listrik menjadi tegangan DC. Yang terpenting, banyak peralatan yang kami andalkan membutuhkan DC.

Istilah penyearah adalah karena perangkat meluruskan aliran arus searah. Penggunaan filter elektronik untuk memperlancar keluaran penyearah adalah tren yang berkembang. Akibatnya, penyearah semikonduktor silikon modern menyebabkan keluarnya penyearah berbasis Selenium, penyearah mekanis, penyearah tembaga-oksida, dan penyearah tabung vakum.

Penyearah tabung mekanis dan vakum (digunakan dalam tabung sinar katoda) tidak efisien karena resistansi internal yang tinggi. Namun, penyearah berbasis tembaga oksida dan selenium memiliki toleransi tegangan sesaat yang lebih baik daripada SCR (Silicon Controlled Rectifier). Ini adalah keuntungan besar dibandingkan dioda silikon.

(Transformator daya AC ke daya DC dengan jembatan dioda dan kapasitor)

2. Jenis Penyearah

Penyearah satu fasa dan tiga fasa.

Dalam penyearah satu fase dan tiga fase, mereka mengalami penyearahan setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh.

Penyearah satu fasa memiliki input suplai utama 1 fasa daya AC. Strukturnya sangat sederhana. Mereka membutuhkan satu, dua, atau empat dioda (tergantung pada jenis sistemnya).

Untuk AC fase tunggal, ada faktor riak tinggi yang dihasilkan. Ini karena diodanya terhubung ke belitan sekunder transformator fase tunggal. Selain itu, ia hanya menggunakan satu fase dari kumparan sekunder transformator untuk penyearahan.

Di sisi lain, dalam penyearah tiga fase, struktur membutuhkan tiga atau enam dioda. Tegangan riak berkurang terjadi karena semua dioda terhubung ke setiap fase belitan sekunder transformator. Ini lebih lanjut menciptakan faktor pemanfaatan transformator yang tinggi.

Keuntungan penyearah satu fase

• Cocok untuk struktur sederhana

Keuntungan penyearah tiga fase

• Pertama, ini paling disukai saat menggunakan sistem besar
• Kedua, ini menghasilkan daya dalam jumlah besar
• Selain itu, tidak memerlukan komponen filter tambahan untuk mengurangi RF
• Efisien dan memiliki lebih banyak TUF

Kerugian penyearah satu fasa

• Untuk memulainya, ini memberikan sedikit kekuatan.
• Selain itu, memiliki faktor pemanfaatan transformator (TUF) yang lebih sedikit

(Dioda)

Penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh

Dalam penyearahan setengah gelombang , penyearah sepenuhnya memblokir setengah dari sinyal input yang berdenyut. Kemudian, persediaan hanya satu setengah dalam setiap siklus penuh. Artinya, setengah dari catu daya AC akan terbuang percuma.

Penyearahan setengah gelombang memerlukan suplai satu fasa dioda tunggal atau tiga dalam suplai tiga fasa. Tingkat rata-rata dari tegangan yang diperbaiki adalah setengah dari tingkat tegangan input. Namun, tegangan positif memiliki level tegangan input AC puncak yang sama dengan tegangan input.

Ada dua cara merancang penyearah setengah gelombang. Misalnya, pada model pertama, suplai AC terhubung langsung dengan terminal negatif keluaran. Desain berikutnya memiliki suplai arus bolak-balik yang terpasang langsung ke terminal positif keluaran.

Keuntungan

• Pertama, ia memiliki output tegangan tinggi
• Juga, murah karena hanya menggunakan satu dioda dalam penyearah daya.

Akhirnya, tidak memerlukan trafo suplai

Penyearah gelombang penuh

Penyearah ini membalikkan sinyal sumber AC input negatif yang hilang atau terhalang. Akibatnya, ini meningkatkan nilai rata-rata dari sinyal output. Ini juga menggandakan frekuensi gelombang tegangan AC input, fungsi yang tidak dapat dilakukan oleh penyearah setengah jembatan. Dan, dalam bentuk gelombang yang dihasilkan, puncak input dan puncak output adalah sama.

Dua metode yang umum digunakan dalam merancang penyearah gelombang penuh adalah; transformator center-tapped dan rangkaian jembatan dioda. Ini juga berfungsi sebagai regulator aktif, yang memungkinkan sebagian besar arus mengalir ke sirkuit beban.

Keuntungan

• Pertama dan terpenting, memiliki efisiensi perbaikan yang tinggi (81,2%)
• Kedua, ia memiliki RF yang lebih rendah (0,48)
• Selain itu, memiliki TUF yang relatif tinggi

Kekurangan

• Pertama, dibutuhkan transformator untuk menjalankan
• Sayangnya, ia mengalami hambatan internal yang cukup besar dari suplai listrik AC
• Terakhir, menggunakan dioda ganda yang harganya mahal

Faktor Bentuk:

Faktor bentuk adalah rasio nilai RMS arus terhadap arus keluaran DC.

FormFactor=Nilai RMS Arus Output DC Arus Faktor Bentuk=Nilai RMS Arus Output DC Arus.

Faktor bentuk penyearah gelombang penuh adalah 1,11.

(Gambar rangkaian penyearah setengah gelombang)

Penyearah Jembatan

Penyearah jembatan adalah konverter AC ke DC yang menyearahkan input AC utama ke output DC. Rangkaian jembatan adalah penyearah yang digunakan dalam catu daya yang memasok tegangan DC untuk perangkat listrik dan komponen elektronik. Penyearah jembatan sederhana biasanya menggunakan resistor beban. Akibatnya, ini menjamin arus yang mengalir melaluinya sama di seluruh setengah siklus negatif dan positif. Penyearah jembatan adalah salah satu bagian paling umum dari catu daya elektronik.

Susunan penyearah jembatan memiliki empat dioda yang berdekatan, juga dikenal sebagai jembatan dioda. Tegangan terbalik puncak adalah tegangan tertinggi yang tercatat dari dioda ketika dihubungkan dalam bias terbalik dalam setengah siklus negatif. Selama setengah siklus positif, dua dioda berada di tempat penghantar. Pasangan yang tersisa berada pada posisi non-konduktor pada penyearahan jembatan. Catatan keluaran penyearah terjadi di seluruh resistor beban.

Keuntungan penyearah jembatan

• Pertama, ia memiliki efisiensi perbaikan yang lebih tinggi (81,2%)
• Juga, telah menurunkan tegangan riak
• Tidak diperlukan trafo dalam operasi penyearah jembatan
• Selain itu, memiliki TUF tinggi saat ditimbang dengan penyearah keran tengah
• Akhirnya, ia mencapai frekuensi tinggi dengan menggunakan pemfilteran sederhana

Kekurangan

• Pertama, biaya konstruksi penyearah jembatan lebih mahal karena menggunakan empat dioda
• Tegangan keluaran berkurang karena penurunan tegangan pada sistem
• Sekali lagi, konfigurasi sistemnya cukup rumit
• Terakhir, ia mengalami hambatan internal yang hebat saat dioperasikan dengan voltase yang lebih rendah.

Penyearah jembatan bagus. Pada siklus AC pertama, dioda D2 dan D4 dibias maju, sehingga menghantarkan. Tegangan positif pada anoda D2, sedangkan terminal katoda D4 memiliki tegangan negatif. Paruh pertama sinyal melewati dua dioda ini. Selama paruh kedua siklus, dioda D1 dan D3 dibias maju, sehingga menghantarkan. Efek keseluruhannya adalah dua bagian AC dapat melewatinya. Setelah itu, setengah negatif dibalik, dan menjadi positif.

(Penyearah jembatan)

Penyearah Tak Terkendali dan Penyearah Terkendali

Penyearah Tak Terkendali

Nama penyearah tidak terkendali mengacu pada jenis penyearah yang menyediakan tegangan keluaran DC tetap untuk suplai AC tertentu. Penyearah yang tidak terkontrol hanya menggunakan dioda dan dapat berupa; penyearah yang dikendalikan gelombang penuh atau penyearah yang dikendalikan setengah gelombang. Namun, mereka kurang efisien karena dioda hanya bisa hidup atau mati.

Rectifier Terkendali

Rangkaian ini mengubah suplai AC menjadi suplai DC menggunakan thyristor untuk mengontrol suplai daya ke beban. Penyearah setengah gelombang yang dikendalikan terdiri dari satu SCR (Silicon Controlled Rectifier). Mereka memiliki desain yang sama dengan penyearah yang tidak terkontrol, tetapi mereka menggunakan SCR sebagai gantinya. Penyearah yang dikendalikan setengah gelombang membatasi pemborosan daya karena menawarkan kontrol daya yang konstan.

3. Cara Kerja Rangkaian Penyearah dalam Elektronik

Prinsip Kerja Rangkaian Penyearah

Rangkaian penyearah bekerja hanya dengan mengubah sumber listrik AC menjadi sumber listrik DC. Ini terdiri dari dioda yang saling bertautan di seluruh sistem untuk menciptakan pergerakan elektron maju-saja ke perangkat daya. Ketika AC mengalir melalui rangkaian penyearah, dioda menghilangkan ayunan tegangan negatif dari sumber AC. Oleh karena itu, ia meninggalkan tegangan positif saja. Dioda sederhana hanya memungkinkan aliran arus dalam satu arah, menghalangi aliran arus ke arah sebaliknya.

Gambar ini menggambarkan bentuk gelombang tegangan AC dari dioda penyearah. Bentuk gelombang arus memiliki interval bolak-balik di antara kenaikan tegangan yang pendek serta tidak ada periode tegangan. Ini adalah arus searah karena hanya memiliki tegangan positif.

(Diagram jembatan dioda)

4. Tindakan Pencegahan untuk Desain Sirkuit Penyearah

Ada tindakan pencegahan yang perlu Anda pertimbangkan saat merancang rangkaian penyearah di perangkat listrik apa pun. Untuk memperjelas, kami membahas tindakan pencegahan terpenting yang akan memengaruhi pilihan desain penyearah.

Setengah Siklus Positif

Selama setengah siklus positif, tegangan yang muncul di anoda dan katoda adalah positif. Ini berarti dioda diberi bias maju. Dengan asumsi bahwa rangkaian terhubung ke dioda ideal dan peringkat daya konstan. Tegangan puncak adalah Vm, disebut sebagai nilai tegangan puncak tanpa penurunan tegangan.

Namun, kita harus mempertimbangkan penurunan tegangan pada dioda tertentu sebagai dioda silikon dengan 0,7V (jatuh tegangan). Itu hanya mendapat bias maju ketika tegangan input yang diterapkan melebihi tegangan ambang (0,7V). Oleh karena itu, sirkuit mulai melakukan.

Tegangan puncak =Vm – 0,7V( jatuh tegangan)

Setengah Siklus Negatif

Ini berbeda dengan setengah siklus negatif karena tegangan yang muncul di anoda dan katoda negatif. Dioda dalam rangkaian penyearah mendapat bias terbalik sehingga bertindak sebagai sakelar terbuka. Ini menyebabkan tidak ada aliran arus. Ini menghasilkan pembacaan tegangan nol pada output.

Selain itu, dalam setengah siklus negatif, bahkan setelah mempertimbangkan dioda yang digunakan, tegangan melintasi dioda adalah negatif. Artinya pembacaan pada output akan tetap 0V.

Tegangan turun:

Tegangan listrik biasanya membawa banyak daya. Kehilangan daya parsial dari potensial listrik arus saat bergerak melalui rangkaian disebut penurunan tegangan.

VD=( 2*L*R*I) / 1000

Menghitung panas yang hilang dalam penyearah:

Biasanya, ini adalah panas yang hilang dalam proses penyearah ketika tegangan turun dan resistansi terjadi di dalam dioda. Oleh karena itu, pengetahuan tentang penurunan tegangan dioda tertentu yang digunakan dalam rangkaian adalah penting.

Pheat (Kehilangan Daya) =Pmax ( Daya keluaran maksimum sistem) / Eff (Efisiensi modul penyearah) – Pmax ( Daya keluaran maksimum sistem.

Tegangan terbalik puncak:

PIV mengacu pada tegangan maksimum yang dapat ditahan dioda dalam bias terbalik. Oleh karena itu, jika terlampaui, dioda dapat rusak. Tegangan terbalik puncak sama dengan tegangan input.

Tegangan terbalik puncak (PIV) =2Vs maks =2V_smaks .

5. Kapasitor Penghalus

Kapasitor pemulusan adalah sistem yang meratakan variasi dalam suplai sinyal. Mereka terutama diterapkan setelah penyearah atau tegangan catu daya. Selama setengah siklus, transisi yang mulus tercipta ketika kapasitor mengisi dan melepaskan. Proses pengisian terjadi ketika arus mengalir melalui setengah siklus positif.

Penyearah Gelombang Penuh dengan Kapasitor Penghalus

Kapasitor smoothing membantu meningkatkan riak keluaran yang tidak lengkap di seluruh dioda. Jadi, kapasitor smoothing dihubungkan secara paralel melintasi dioda untuk mempertahankan tegangan stabil ke dalam rangkaian beban.

Penempatan beban jatuh di output penyearah jembatan gelombang penuh. Kapasitor kemudian meningkatkan output DC. Akibatnya, kapasitor penghalus mengubah keluaran riak penyearah menjadi keluaran DC yang lebih halus.

Tegangan riak berbanding terbalik dengan nilai kapasitor smoothing. Kedua nilai tersebut dihubungkan oleh

V_riak =Saya_memuat /(fxC)

Atau, seseorang dapat menggunakan sirkuit terpadu pengatur tegangan untuk suplai DC konstan.

5uF Smoothing Capacitor

Muatan dan kapasitansi melalui Kapasitor Penghalus 5uF bervariasi tergantung pada koneksi di dalam rangkaian. Kapasitansi ekuivalen akan menjadi jumlah dari semua kapasitor yang terhubung dalam rangkaian untuk kapasitor dalam koneksi paralel.

50uF Smoothing Capacitor

Demikian juga, prinsip yang sama berlaku di sini untuk Kapasitor Penghalus 50uF. Tegangan pada sambungan rangkaian paralel adalah sama untuk semua kapasitor. Namun, 50uF membuat kapasitor penghalus yang lebih kuat dibandingkan dengan kapasitor 5uF.

(Gambar kapasitor)

6. Kesimpulan

Berbagai macam perangkat yang menggunakan rangkaian penyearah telah dibuat dalam artikel ini. Salah satu aplikasinya adalah pengatur tegangan, sementara penggunaan umum lainnya mencakup komponen catu daya dan detektor modulasi amplitudo (AMD) yang digunakan untuk sinyal radio. Perangkat ini juga pernah dikenal sebagai detektor kristal di penerima radio awal.

Kami harap artikel ini menjawab semua pertanyaan Anda tentang rangkaian penyearah. Jangan ragu untuk menghubungi kami untuk komponen dasar pembuatan rangkaian penyearah Anda. Berharap dapat membantu proyek Anda.