Penyearahan Gelombang Penuh Dengan Kondensator Perata

Advertisement

Faktor “ripple” yang besar pada tegangan hasil penyearahan dioda-dioda adalah masalah yang harus diatasi dalam praktek pembuatan sebuah catu-daya dari sumber listrik AC.
Cara standar yang ditempuh untuk mengatasi besarnya faktor ripple adalah dengan memasang kondensator perata (smoothing-condensator) pada jalur keluaran tegangan DC.
Tulisan ini akan membahas tentang hal itu sebagai kelanjutan dari tulisan sebelumnya : Penyearahan Gelombang Penuh.

Pada gambar (A) diperlihatkan skema rangkaian penyearahan gelombang penuh dengan kondensator perata (C1) yang terpasang. Dengan dipasangnya kondensator perata C1 tegangan hasil penyearahan yang sebelumnya berbentuk denyut-denyut menjadi tidak lagi berbentuk demikian, hal ini bisa dijelaskan sebagai berikut;
Perhatikanlah gambar (B).
Ketika Sw1 ditaruh pada posisi “on” maka mulailah sekunder transformator mengeluarkan tegangan AC.
Pada denyut tegangan positif pertama D1 akan meluluskan tegangan denyut ini dan akan mengisi muatan C1 hingga penuh. Waktu pengisian berlangsung relatif sangat singkat yaitu selama rentang waktu t1. Setelah C1 terisi penuh maka tegangan VDC akan mencapai tegangan maksimal, yaitu Vmax.
R1 sebagai beban (load) lalu menarik arus, maka muatan C1 yang telah penuh itu terbebani oleh R1 sehingga isi muatannya menurun.
Proses menurunnya muatan C1 akibat terbebani oleh R1 berlangsung hanya selama waktu t2, sebab setelah itu kembali muncul denyut tegangan positif selanjutnya yang diluluskan oleh D2. Kejadian itu terus berlangsung berulang-ulang selama tegangan AC dari sekunder transformator ada.
Dengan demikian dapat dilihat bahwa meskipun tegangan dibebani oleh R1 tetapi tegangan tidak pernah lagi sampai ke titik nol (0V) karena adanya penampungan muatan listrik sementara yang dilakukan oleh kondensator C1.
Hasilnya adalah kurva tegangan seperti yang diperlihatkan pada gambar (C).
Dengan kurva tegangan yang cenderung lurus karena dipasangnya kondensator C1, maka tegangan rata-rata menjadi naik setinggi Vmax.

V-average = Vmax.

Kurva tegangan pada gambar (C) adalah kurva tegangan dalam kondisi dibebani oleh R1. Memang tidak lurus murni, masih terlihat lekukan-lekukan garis tegangan. Tetapi ini sudah jauh lebih baik daripada sebelumnya.
Kebanyakan rangkaian elektronik sudah dapat difungsikan dengan kurva tegangan yang seperti itu.
Setiap lekukan pada garis kurva tegangan adalah ripple yang masih tersisa. Ripple tersebut berbentuk tegangan-tegangan kerut setinggi Vrpp (lihat gambar B).

Menentukan besar kapasitas kondensator perata.
Untuk menentukan besarnya kapasitas minimal kondensator perata bisa didapatkan dengan pendekatan :

C = (IR1 x T) / Vrpp.

C adalah kapasitas kondensator perata (dalam Farad)
IR1 adalah arus beban (dalam Ampere)
T adalah waktu yang ditempuh untuk satu putaran (cycle) gelombang AC (dalam detik/second).
Pada penyearahan setengah gelombang T didapatkan dari 1/f di mana f adalah frekwensi gelombang AC listrik, yaitu 50Hz.  Akan tetapi pada penyearahan gelombang penuh f dihitung dua kali lipat dari frekwensi AC listrik, yaitu 100Hz. Karena itu untuk T adalah 1/100 = 0,01 second.
Vrpp adalah tinggi tegangan ripple (dalam Volt).
Vrpp maksimal yang dinilai masih layak terjadi biasanya adalah :

Vrpp (maksimal) = Vmax – VAC.

Dengan contoh VAC adalah 10V, dan Vmax adalah 14V maka Vrpp (maksimal) adalah 4V.
Apabila arus beban (misalnya) maksimal adalah 1A, maka nilai kapasitas kondensator perata yang dibutuhkan adalah :

C = (1 x 0,01) / 4 = 0,0025F = 2500µF.

Nilai 2500µF adalah nilai yang tidak standar, maka itu digunakan nilai standar yang mendekati, yaitu 2200µF.
Bandingkanlah dengan nilai kapasitas kondensator perata yang dibutuhkan pada penyearahan setengah gelombang, ternyata (kurang lebih) hanya setengahnya.
Nilai kapasitas kondensator perata 2200µF adalah nilai minimum yang dianggap masih layak untuk digunakan karena hitungan Vrpp adalah 4V. Akan lebih baik jika menggunakan kondensator dengan kapasitas yang lebih besar agar Vrpp bisa lebih dikurangi lagi.
Karena Tegangan maksimal (Vmax) adalah 14V, maka kondensator yang digunakan harus mempunyai tegangan maksimal di atas 14V, misalnya 16V atau 25V.

Kesimpulan.
-Dengan menerapkan penyearahan gelombang penuh resiko gangguan karena faktor ripple menjadi lebih kecil karena kurva tegangan yang lebih cenderung lurus
- Dengan menerapkan penyearahan gelombang penuh keperluan kapasitas kondensator perata lebih kecil.

Happy learning!