Sirkuit Penyearah

Apa itu Perbaikan?

Sekarang kita sampai pada aplikasi dioda yang paling populer:rektifikasi . Secara sederhana, penyearah adalah pengubahan arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Ini melibatkan perangkat yang hanya memungkinkan aliran muatan listrik satu arah. Seperti yang telah kita lihat, inilah yang dilakukan dioda semikonduktor. Jenis rangkaian penyearah yang paling sederhana adalah setengah gelombang penyearah Ini hanya memungkinkan setengah dari bentuk gelombang AC melewati beban. (Gambar di bawah)

Rangkaian penyearah setengah gelombang.

Perbaikan Setengah Gelombang

Untuk sebagian besar aplikasi daya, penyearah setengah gelombang tidak cukup untuk tugas tersebut. Kandungan harmonik dari bentuk gelombang keluaran penyearah sangat besar dan akibatnya sulit untuk disaring. Selanjutnya, sumber daya AC hanya memasok daya ke beban setengah setiap siklus penuh, artinya setengah dari kapasitasnya tidak digunakan. Penyearahan setengah gelombang adalah cara yang sangat sederhana untuk mengurangi daya menjadi beban resistif. Beberapa sakelar peredup lampu dua posisi menerapkan daya AC penuh ke filamen lampu untuk kecerahan "penuh" dan kemudian memperbaikinya setengah gelombang untuk keluaran cahaya yang lebih rendah. (gambar di bawah)

Aplikasi penyearah setengah gelombang:Peredup lampu dua tingkat.

Dalam posisi sakelar “Redup”, lampu pijar menerima sekitar setengah daya yang biasanya diterima saat beroperasi pada AC gelombang penuh. Karena pulsa daya yang disearahkan setengah gelombang jauh lebih cepat daripada waktu yang dimiliki filamen untuk memanas dan mendingin, lampu tidak berkedip. Sebaliknya, filamennya hanya beroperasi pada suhu yang lebih rendah dari biasanya, menghasilkan keluaran cahaya yang lebih sedikit.

Prinsip "berdenyut" daya dengan cepat ke perangkat beban yang merespons lambat untuk mengontrol daya listrik yang dikirim ke sana adalah umum di dunia elektronik industri. Karena perangkat pengontrol (dioda, dalam hal ini) baik konduktor penuh atau nonkonduktor penuh pada waktu tertentu, perangkat ini menghilangkan sedikit energi panas sambil mengontrol daya beban, membuat metode kontrol daya ini sangat hemat energi. Sirkuit ini mungkin merupakan metode yang paling kasar untuk mengalirkan daya ke beban, tetapi cukup sebagai aplikasi bukti konsep.

Penyearah Gelombang Penuh

Jika kita perlu memperbaiki daya AC untuk mendapatkan penggunaan penuh keduanya setengah siklus gelombang sinus, konfigurasi rangkaian penyearah yang berbeda harus digunakan. Sirkuit seperti itu disebut gelombang penuh penyearah Salah satu jenis penyearah gelombang penuh, yang disebut center-tap desain, menggunakan transformator dengan belitan sekunder yang disadap tengah dan dua dioda, seperti pada gambar di bawah.

Penyearah gelombang penuh, desain yang disadap di tengah.

Setengah Siklus Positif

Operasi sirkuit ini mudah dipahami satu setengah siklus pada satu waktu. Pertimbangkan setengah siklus pertama, ketika polaritas tegangan sumber positif (+) di atas dan negatif (-) di bawah. Pada saat ini, hanya dioda atas yang melakukan; dioda bawah memblokir arus, dan beban "melihat" paruh pertama gelombang sinus, positif di atas dan negatif di bawah. Hanya bagian atas belitan sekunder transformator yang membawa arus selama setengah siklus ini seperti pada gambar di bawah.

Penyearah ketuk-tengah gelombang penuh:Setengah bagian atas belitan sekunder berjalan selama setengah siklus masukan positif, mengirimkan setengah siklus positif ke beban.

Setengah Siklus Negatif

Selama setengah siklus berikutnya, polaritas AC berbalik. Sekarang, dioda lainnya dan separuh lainnya dari belitan sekunder transformator membawa arus sementara bagian dari rangkaian yang sebelumnya membawa arus selama setengah siklus terakhir tidak digunakan. Beban masih "melihat" setengah dari gelombang sinus, dengan polaritas yang sama seperti sebelumnya:positif di atas dan negatif di bawah. (Gambar di bawah)

Penyearah ketuk-tengah gelombang penuh:Selama setengah siklus input negatif, setengah bagian bawah belitan sekunder mengalir, mengirimkan setengah siklus positif ke beban.

Kerugian Desain Penyearah Gelombang Penuh

Salah satu kelemahan dari desain penyearah gelombang penuh ini adalah kebutuhan transformator dengan belitan sekunder yang disadap di tengah. Jika rangkaian yang dimaksud adalah salah satu daya tinggi, ukuran dan biaya transformator yang sesuai adalah signifikan. Akibatnya, desain penyearah ketuk-tengah hanya terlihat pada aplikasi berdaya rendah.

Konfigurasi Lainnya

Polaritas penyearah pusat gelombang penuh pada beban dapat dibalik dengan mengubah arah dioda. Selanjutnya, dioda terbalik dapat diparalelkan dengan penyearah keluaran positif yang ada. Hasilnya adalah penyearah pusat gelombang penuh polaritas ganda pada gambar di bawah. Perhatikan bahwa konektivitas dioda itu sendiri memiliki konfigurasi yang sama dengan jembatan.

Penyearah keran tengah gelombang penuh polaritas ganda

Penyearah Jembatan Gelombang Penuh

Ada desain penyearah gelombang penuh lainnya yang lebih populer, dan dibangun di sekitar konfigurasi jembatan empat dioda. Untuk alasan yang jelas, desain ini disebut jembatan gelombang penuh . (Gambar di bawah)

Penyearah jembatan gelombang penuh.

Arah arus untuk rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah untuk setengah siklus positif dan gambar di bawah untuk setengah siklus negatif dari bentuk gelombang sumber AC. Perhatikan bahwa terlepas dari polaritas input, arus mengalir dalam arah yang sama melalui beban. Artinya, setengah siklus negatif dari sumber adalah setengah siklus positif pada beban.

Aliran arus melalui dua dioda secara seri untuk kedua polaritas. Jadi, dua tetes tegangan sumber dioda hilang (0,7·2=1,4 V untuk Si) di dioda. Ini adalah kerugian dibandingkan dengan desain center-tap gelombang penuh. Kerugian ini hanya menjadi masalah pada catu daya bertegangan sangat rendah.

Penyearah jembatan gelombang penuh:Aliran arus untuk setengah siklus positif.

Penyearah jembatan gelombang penuh:Aliran arus untuk setengah siklus negatif.

Diagram Rangkaian Penyearah Jembatan Gelombang Penuh Alternatif

Mengingat tata letak dioda yang tepat dalam rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh seringkali dapat membuat frustasi bagi mahasiswa baru elektronika. Saya telah menemukan bahwa representasi alternatif dari rangkaian ini lebih mudah diingat dan dipahami. Ini adalah sirkuit yang sama persis, kecuali semua dioda digambar dalam posisi horizontal, semua "menunjuk" ke arah yang sama. (Gambar di bawah)

Gaya tata letak alternatif untuk penyearah jembatan gelombang penuh.

Versi Polifase menggunakan Tata Letak Alternatif

Salah satu keuntungan mengingat tata letak ini untuk rangkaian penyearah jembatan adalah ia dapat dengan mudah berkembang menjadi versi polifase pada Gambar di bawah.

Sirkuit penyearah jembatan gelombang penuh tiga fase.

Setiap saluran tiga fase menghubungkan antara sepasang dioda:satu untuk menyalurkan daya ke sisi positif (+) beban, dan jalur lainnya untuk menyalurkan daya ke sisi negatif (-) beban.

Sistem polifase dengan lebih dari tiga fase mudah diakomodasi ke dalam skema penyearah jembatan. Ambil contoh rangkaian penyearah jembatan enam fase pada gambar di bawah ini.

Rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh enam fase.

Ketika AC polifase disearahkan, pulsa pergeseran fasa saling tumpang tindih untuk menghasilkan keluaran DC yang jauh "lebih halus" (memiliki lebih sedikit kandungan AC) daripada yang dihasilkan oleh penyearah AC satu fasa. Ini adalah keuntungan yang ditentukan dalam rangkaian penyearah daya tinggi, di mana ukuran fisik komponen penyaringan akan menjadi penghalang tetapi daya DC dengan noise rendah harus diperoleh. Diagram pada gambar di bawah menunjukkan penyearahan gelombang penuh AC tiga fase.

Output AC tiga fase dan penyearah gelombang penuh 3 fase.

Tegangan Riak

Dalam kasus penyearah apa pun—fase tunggal atau polifase—jumlah tegangan AC yang dicampur dengan output DC penyearah disebut tegangan riak . Dalam kebanyakan kasus, karena DC "murni" adalah tujuan yang diinginkan, tegangan riak tidak diinginkan. Jika tingkat daya tidak terlalu besar, jaringan penyaringan dapat digunakan untuk mengurangi jumlah riak pada tegangan keluaran.

Unit 1-Pulse, 2-Pulse, dan 6-Pulse

Terkadang, metode rektifikasi dirujuk dengan menghitung jumlah keluaran “pulsa” DC untuk setiap 360 ^o dari "rotasi" listrik. Sirkuit penyearah setengah gelombang satu fase, kemudian, akan disebut 1-pulsa penyearah, karena menghasilkan satu pulsa selama satu siklus lengkap (360 ^o ) dari bentuk gelombang AC. Penyearah gelombang penuh fase tunggal (terlepas dari desain, ketukan tengah atau jembatan) akan disebut 2-pulsa penyearah karena mengeluarkan dua pulsa DC selama satu siklus AC bernilai waktu. Penyearah gelombang penuh tiga fase akan disebut 6-pulsa satuan.

Fase Rangkaian Penyearah

Konvensi teknik elektro modern lebih lanjut menjelaskan fungsi rangkaian penyearah dengan menggunakan notasi tiga bidang fase , cara , dan jumlah pulsa . Rangkaian penyearah setengah gelombang satu fase diberi sebutan agak samar 1Ph1W1P (1 fase, 1 arah, 1 pulsa), yang berarti bahwa tegangan suplai AC adalah fase tunggal, bahwa arus pada setiap fase dari jalur suplai AC bergerak hanya dalam satu arah (arah), dan ada satu pulsa DC yang dihasilkan untuk setiap 360 ^o rotasi listrik.

Sebuah fase tunggal, gelombang penuh, rangkaian penyearah center-tap akan ditetapkan sebagai 1Ph1W2P dalam sistem notasi ini:1 fase, 1 arah atau arah arus di setiap setengah belitan, dan 2 pulsa atau tegangan output per siklus.

Penyearah jembatan fase tunggal, gelombang penuh, akan ditetapkan sebagai 1Ph2W2P:sama seperti untuk desain tap-tengah, kecuali arus, dapat mengalir keduanya melalui jalur AC, bukan hanya satu arah.

Rangkaian penyearah jembatan tiga fase yang ditunjukkan sebelumnya akan disebut penyearah 3Ph2W6P.

Apakah Mungkin Mendapatkan Lebih Banyak Pulsa Dari Dua Kali Jumlah Fasa dalam Rangkaian Penyearah?

Jawaban atas pertanyaan ini adalah ya :, terutama pada rangkaian polifase. Melalui penggunaan transformator yang kreatif, rangkaian penyearah gelombang penuh dapat diparalelkan sedemikian rupa sehingga lebih dari enam pulsa DC dihasilkan untuk tiga fase AC. 30 ^o pergeseran fasa terjadi dari primer ke sekunder transformator tiga fasa bila konfigurasi belitan tidak dari jenis yang sama.

Dengan kata lain, sebuah transformator yang terhubung baik Y-Δ atau -Y akan menunjukkan 30 ^o ini pergeseran fasa, sedangkan transformator yang terhubung Y-Y atau -Δ tidak. Fenomena ini dapat dimanfaatkan dengan memiliki satu transformator yang terhubung Y-Y memberi makan penyearah jembatan, dan memiliki transformator lain yang terhubung Y-Δ memberi makan penyearah jembatan kedua, kemudian memparalelkan output DC dari kedua penyearah. (Gambar di bawah)

Karena bentuk gelombang tegangan riak dari dua keluaran penyearah diubah-fase 30 ^o dari satu sama lain, superposisinya menghasilkan lebih sedikit riak daripada keluaran penyearah yang dipertimbangkan secara terpisah:12 pulsa per 360 ^o bukannya hanya enam:

Sirkuit penyearah polifase:3-fase 2-arah 12-pulsa (3Ph2W12P)

TINJAUAN:

• Perbaikan adalah konversi arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).
• Sebuah setengah gelombang penyearah adalah sirkuit yang memungkinkan hanya satu setengah siklus dari bentuk gelombang tegangan AC untuk diterapkan ke beban, menghasilkan satu polaritas non-alternatif di atasnya. DC yang dihasilkan dikirim ke beban “berdenyut” secara signifikan.
• Sebuah gelombang penuh penyearah adalah rangkaian yang mengubah kedua setengah siklus bentuk gelombang tegangan AC menjadi rangkaian pulsa tegangan yang tidak terputus dengan polaritas yang sama. DC yang dihasilkan dikirim ke beban tidak "berdenyut" sebanyak itu.
• Arus bolak-balik polifase, ketika disearahkan, memberikan bentuk gelombang DC yang jauh lebih "halus" (kurang riak tegangan) daripada AC fase tunggal yang diperbaiki.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Penyearah Dioda