Penyearahan Setengah Gelombang Dengan Kondensator Perata

Advertisement

Penyearahan tegangan AC dengan sebuah dioda tidak bisa begitu saja menjadi tegangan DC yang layak untuk digunakan sebagai catu-daya bagi rangkaian-rangkaian elektronik. Tegangan yang masih berbentuk denyut-denyut mengandung “ripple” yang sangat besar, tegangan itu masih harus diratakan lagi agar mempunyai kurva tegangan yang bentuknya cenderung lurus.
Tulisan berikut akan membahas tentang hal ini sebagai lanjutan dari tulisan sebelumnya : Penyearahan Setengah gelombang.

Cara yang ditempuh untuk menekan faktor ripple agar kurva tegangan menjadi berbentuk lebih lurus dan tidak lagi berbentuk denyut-denyut adalah dengan memasang kondensator di jalur keluarannya sebagaimana diperlihatkan pada gambar (A).
Kondensator ini disebut : Kondensator perata (smoothing-condensator).
Kondensator perata C1 dipasang pada jalur keluaran VDC, maka terjadilah proses pengisian dan pengosongan muatan listrik pada C1.
Perhatikanlah gambar (B).
Ketika satu denyut positif mulai muncul, C1 akan diisi muatan hingga penuh. Proses pengisian hanya singkat saja, yaitu selama waktu t1. Setelah C1 penuh maka tegangan akan mencapai Vmax.
R1 sebagai beban akan menarik arus dan membebani tegangan yang telah mencapai Vmax tadi sedangkan tegangan itu adalah tegangan yang telah tersimpan memenuhi muatan C1. Akibatnya adalah C1 yang telah terisi penuh itu diambil lagi muatannya oleh pembebanan R1, maka mulailah terjadi pengosongan muatan C1.
Proses pengosongan C1 itu berlangsung selama waktu t2. Setelah itu muncul lagi denyut positif berikutnya dan kejadian pengisian dan pengosongan C1 pun kembali berulang, begitulah seterusnya.

Dengan berlangsungnya kejadian-kejadian itu maka kurva tegangan yang sebelumnya hanya berbentuk denyut-denyut menjadi kurva yang tampak lebih lurus, meskipun tidak lurus murni, masih ada lengkungan-lengkungan sebagaimana diperlihatkan pada gambar (C).
Tetapi inilah yang terbaik yang bisa diraih.
Lengkungan-lengkungan itu adalah tegangan ripple yang masih tersisa.
Dalam prakteknya tegangan DC dengan kurva tegangan seperti itu (ketika diberikan beban) sudah layak untuk menjadi tegangan catu bagi kebanyakan rangkaian-rangkaian elektronik.
Tegangan DC yang tidak lagi berbentuk denyut-denyut membuat tidak ada lagi bagian tegangan yang mencapai titik nol. Ini berekses naiknya V-average hingga setinggi Vmax.
Karena itu setelah dipasangnya kondensator perata maka :

V-average = Vmax.

Menentukan besar kapasitas kondensator perata.
Perhatikanlah bahwa lengkungan-lengkungan kurva pada gambar B mempunyai tinggi tertentu. Tinggi dari bagian bawah lengkungan ke bagian atas puncak tegangan ini adalah tinggi tegangan ripple (ripple-voltage), diistilahkan dengan Vrpp.
Dengan dipasangnya kondensator perata, tegangan ripple yang masih ada adalah sebesar :

Vrpp = IR1 / (f.C) Volt.

IR1 adalah arus beban dalam Ampere (A)
f adalah frekwensi AC listrik dalam Hertz (Hz)
C adalah besar kapasitas kondensator perata dalam Farad (F).
Untuk menentukan besarnya kapasitas minimal kondensator perata bisa didapatkan dengan pendekatan :

C = (IR1 x T) / Vrpp.

T adalah waktu yang ditempuh untuk satu putaran (cycle) gelombang AC listrik dalam detik (second). Karena frekwensi AC listrik adalah 50Hz, maka T = 1/50 = 0,02 second.

Contoh hitungan :
Sebuah rangkaian penguat audio membutuhkan tegangan DC 12V dan menarik arus maksimal 1A. Berapakah kapasitas kondensator perata minimal yang dibutuhkan?
Sebelum dilakukan penghitungan sebaiknya ditentukan dulu besar Vrpp.
Vrpp maksimal yang masih logis adalah Vmax – VAC.
Jika VAC dari sekunder transformator adalah 12V, maka Vmax = 1,41 x 12 = 16,9V.
Ini berarti Vrpp maksimal yang masih logis = 16,9 – 12 = 4,9V.

IR1 (arus beban) = 1A
T = 0,02 second.
C = (1 x 0,02) / 4,9 = 0,00408 Farad = 4080µF.
Kapasitas kondensator 4080µF adalah tidak standar, nilai kapasitas yang standar adalah 4700µF.
Nilai kapasitas itu adalah nilai minimal karena mengambil Vrpp maksimal 4,9V. Untuk hasil yang lebih baik lagi sebaiknya digunakan kondensator yang lebih besar dari itu sehingga Vrpp akan lebih dikecilkan lagi.
Tegangan maksimal kondensator perlu berada di atas Vmax. Jika Vmax adalah 16,9V maka kondensator yang dipilih sebaiknya adalah yang mempunyai tegangan maksimal 25V.

Kesimpulan.
Dari apa yang telah dipaparkan di atas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
-Kurva tegangan DC akan cenderung lebih lurus jika tegangan ripple semakin kecil
-Tegangan ripple akan semakin kecil jika kapasitas kondensator perata semakin besar.
-Semakin besar arus beban maka semakin besar pula kondensator perata yang dibutuhkan.

Berikutnya : Penyearahan gelombang penuh .

Happy learning!