Buat Rangkaian Tripler Tegangan: Panduan Langkah demi Langkah

Diagram Sirkuit dan Kerja Rangkaian Tripler Tegangan

Apa itu Rangkaian Tripler Tegangan?

Rangkaian Tripler Tegangan adalah rangkaian yang melipat tiga tegangan input yaitu output tegangan akan tiga kali tegangan puncak input. Kita dapat membangun Rangkaian Tripler Tegangan dengan sangat mudah dengan menggunakan beberapa dioda dan kapasitor. Rangkaian tripler tegangan sebenarnya adalah jenis rangkaian pengali yang menghasilkan output tegangan dua, tiga atau empat kali tegangan puncak input.

Rangkaian pengali tegangan digunakan ketika kita membutuhkan tegangan tinggi dan arus rendah. Pengali tegangan juga digunakan untuk mengurangi ukuran trafo atau kadang-kadang menghapusnya. Mereka dapat sangat berguna dalam mengonversi tegangan AC rendah menjadi tegangan DC tinggi dan arus rendah yang dibutuhkan.

Tulisan Terkait:

• Apa itu Sirkuit Crowbar ? Desain dan Operasi
• Sirkuit Konverter 12V ke 5V

Komponen yang Diperlukan

• 3 Buah Dioda 1N4007
• 3 Buah Kapasitor 22μF
• Trafo Step Down 9-0-9
• Multimeter Digital

Dioda (1N4007)

Sebuah dioda adalah perangkat arah satu yaitu hanya mengizinkan aliran arus dalam satu arah. Digunakan dalam banyak aplikasi elektronik seperti rectifier, pemrosesan sinyal, pemotongan/pencetakan sinyal, deteksi sinyal, pencampuran sinyal dan banyak sistem elektronik. Memiliki dua terminal Anoda dan Katoda. Jadi, arus harus mengalir dari Anoda ke Katoda.

Sebenarnya, sebuah dioda bekerja berdasarkan prinsip semiconductor. Jadi, ada dua jenis semiconductor berdasarkan elektron bebas: tipe N dan tipe P.

Semikonduktor tipe N memiliki banyak elektron bebas dan sangat sedikit lubang positif. Jadi, elektron disebut pembawa muatan mayoritas dan lubang disebut pembawa muatan minoritas. Semikonduktor tipe P memiliki konsentrasi lubang positif yang lebih tinggi dan konsentrasi elektron yang sangat rendah. Jadi, pembawa mayoritas adalah lubang dan pembawa minoritas adalah elektron.

Ketika daerah tipe P dan tipe N bersentuhan, pembawa mayoritas menyebar dari satu sisi ke sisi lain. Karena ada lebih sedikit lubang di daerah tipe N dan lebih sedikit elektron di daerah tipe P, oleh karena perbedaan konsentrasi elektron bergerak ke daerah tipe P dan lubang bergerak ke daerah tipe N. Ketika elektron dari daerah tipe N menyebar dengan lubang di daerah tipe P dan lubang dari daerah tipe P menyebar dengan elektron di daerah tipe N, maka lapisan ion positif di sisi N dan lapisan ion negatif di sisi P muncul.

Dua lapisan ini muncul di sepanjang garis juncsi antara dua daerah/semikonduktor. Daerah lapisan ion ini dikenal sebagai daerah depleksi atau lapisan depleksi karena tidak ada muatan di daerah ini karena semuanya merekombinasi.

Setelah lapisan depleksi terbentuk, tidak terjadi difusi pembawa muatan dari kedua daerah karena medan listrik yang dihasilkan dari daerah depleksi ini.

Jika kita menghubungkan sisi P dari sebuah dioda dengan terminal positif baterai dan sisi N dengan terminal negatif, maka ini dikenal sebagai bias maju. Jika kita meningkatkan tegangan dari nol maka pada awalnya tidak ada arus yang mengalir melalui dioda, karena tidak ada cukup tegangan untuk pembawa muatan untuk melintasi rintang potensial lapisan depleksi. Ketika tegangan yang diterapkan di seluruh dioda lebih besar dari arus hanya dapat mengalir di dalam dioda.

Jika kita menghubungkan sisi N dari sebuah dioda dengan terminal negatif baterai dan sisi P dengan terminal positif, maka ini dikenal sebagai bias mundur. Ketika bias ini diterapkan maka elektron negatif di sisi P tertarik menuju terminal negatif dan lubang di sisi N tertarik menuju terminal positif. Akibatnya lapisan depleksi menjadi lebih luas dan oleh karena itu dioda memblokir arus. Itulah sebabnya dioda adalah perangkat arah satu.

Kapasitor

Sebuah kapasitor adalah perangkat yang digunakan untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan. Digunakan secara luas dalam banyak aplikasi elektronik. Sebuah kapasitor terdiri dari dua plate logam dan terdapat bahan dielektrik di antaranya. Jadi saat kita menerapkan potensial listrik di antara kedua plate ini maka medan listrik tercipta di antara plate ini. Muatan positif terkumpul di sisi negatif dan muatan negatif terkumpul di sisi positif.

Proses ini berlanjut hingga kedua plate memiliki muatan yang cukup dan dalam kondisi tersebut, kapasitor dalam keadaan terisi sepenuhnya. Kedua plate memiliki muatan yang sama dengan polaritas yang berbeda. Jadi sebuah medan listrik berkembang di antara plate ini. Begitulah kapasitor menyimpan muatan. Mari kita lihat sekarang mengapa ada dielektrik yang diisi di antara dua plate kapasitor.

Dielektrik memiliki molekul yang berpolaritas, yaitu mereka dapat bergerak menuju salah satu plate berdasarkan muatan yang diterapkan pada plate. Oleh karena itu molekul menyelaraskan diri sendiri dengan cara sehingga lebih banyak elektron dapat ditarik menuju plate negatif dan lebih banyak elektron dapat dipelihara keluar dari plate positif. Sekarang jika kita mencabut baterai setelah mengisi kapasitor sepenuhnya, kapasitor dapat menyimpan muatan ini untuk waktu yang lama. Dan begitulah ia bertindak sebagai elemen penyimpanan energi. Jika Anda menerapkan beban di antara dua terminal kapasitor maka ia mulai mengosongkan dan arus mulai mengalir melalui beban yang Anda hubungkan.

Sebuah kapasitor dapat digunakan di banyak tempat. Salah satu aplikasinya dalam proyek ini. Ini dapat digunakan sebagai kapasitor bypass juga. Kapasitor bypass digunakan dengan IC untuk menyaring kebisingan dalam pasokan daya, seperti menangani riak dan fluktuasi yang disebabkan oleh switching. Jadi saat pasokan daya terputus pada saat tersebut kapasitor bertindak sebagai sumber daya sementara. Mereka juga dapat digunakan dalam rectifier. Meskipun rectifier terdiri dari dioda tetapi peran kapasitor juga penting.

Output rectifier adalah gelombang kontinu yang jika dilewatkan melalui kapasitor akan dikonversi menjadi sinyal DC halus karena pengisian dan pengosongan kapasitor. Satu aplikasi lainnya dari kapasitor adalah dalam penyaringan sinyal. Digunakan untuk merancang filter yang banyak digunakan dalam pemrosesan sinyal. Jadi mereka digunakan dalam radio untuk menyesuaikan frekuensi sehingga memilih saluran yang sempurna yang ingin didengarkan. Yang terakhir namun tidak kalah penting penggunaan kapasitor adalah untuk menyimpan energi. Umur pakainya jauh lebih baik daripada baterai normal dan mereka dapat menyampaikan daya jauh lebih cepat karena waktu pengisian dan pengosongannya sangat singkat.

Diagram Sirkuit Rangkaian Tripler Tegangan

Sirkuit ini sangat sederhana. Anda dapat membuat sirkuit ini baik di breadboard atau memelototinya di Perfboard. Anda hanya perlu mengikuti diagram sirkuit dan Anda sudah siap. Pertama, hubungkan terminal 9V trafo dengan terminal positif kapasitor. Sekarang, hubungkan terminal negatif kapasitor ini dengan terminal positif dioda dan kemudian hubungkan terminal negatif dioda ini dengan terminal 0V Trafo. Sekarang, hubungkan terminal negatif dioda lain dengan terminal positif dioda ini dan terminal positif dengan terminal negatif kapasitor lain dan kemudian hubungkan terminal positif kapasitor ini dengan terminal 0V trafo.

Sekarang, Anda perlu menghubungkan terminal positif kapasitor ketiga dengan terminal negatif dioda sebelumnya dan terminal negatif dengan terminal positif dioda ketiga dan kemudian hubungkan terminal negatif dioda ini dengan terminal 0V trafo.

Kami menggunakan trafo 9-0-9 untuk menurunkan tegangan AC jaringan 220V. Sekarang, dalam setengah siklus positif pertama, dioda D1 bias maju dan kapasitor C1 diisi dari D1 hingga nilai puncak tegangan (Vpeak). Dan, dalam setengah siklus negatif, dioda D2 bias maju dan dioda D1 bias mundur. D1 tidak membiarkan kapasitor C1 mengosongkan. Kapasitor C2 diisi dengan tegangan gabungan dari C1 (Vpeak) dan tegangan puncak negatif AC jaringan, jadi diisi hingga 2Vpeak.

Selama setengah siklus positif kedua, dioda D1 dan D3 mengkonduksi dan D2 bias mundur. Jadi, kapasitor C3 diisi dengan tegangan yang sama dengan C2 yaitu 2Vpeak. Sekarang, seperti yang kita lihat bahwa kapasitor C1 dan C3 dalam seri jadi tegangan total di seluruh kapasitor ini adalah Vpeak + 2Vpeak = 3Vpeak. Begitulah kita mendapatkan nilai tiga kali dari tegangan yang diterapkan sebagai output. Secara analitis, perhitungan di atas dapat benar. Tetapi kita harus mempertimbangkan aspek praktis juga. Sebenarnya, beberapa tegangan juga menurun di seluruh dioda, jadi output tegangan tidak tepat tiga kali tegangan input. Akan menjadi:

Vout = 3 x Vpeak – penurunan tegangan di seluruh dioda

Tulisan Terkait:

• Buck Converter – Sirkuit, Desain, Operasi dan Contoh
• Apa itu Boost Converter? Diagram Sirkuit dan Kerja

Kerja Rangkaian Tripler Tegangan

Tegangan sisi input akan diukur dari trafo dan tegangan sisi output akan diukur dari dioda ketiga. Pertama atur knob multimeter digital ke rentang 20V dan ukur tegangan input kemudian ukur tegangan sisi output dengan mengubah rentang. Dalam proyek ini kami menggunakan trafo 9V untuk memberikan input. Nilai ini adalah nilai RMS jadi untuk menentukan tegangan puncak ke puncak, kita perlu mengalikan dengan √2, jadi Vpeak = 9 x √2 = 12,7 V

Jadi secara analitis output kita harus 12,7 x 3 = 38,1 V

Tetapi ternyata sekitar 37,3 V. Jadi, penurunan tegangan di seluruh dioda adalah 38,1- 37,3 = 0,8V