Rangkaian Dioda 

2.1 Pendahuluan

Penerapan dioda semikonduktor dalam bidang elektronika sangatlah luas.  Hal ini karena sifat dioda yang sangat mendasar yaitu hanya dapat melewatkan arus dalam satu arah saja.  Rangkaian penyearah merupakan penerapan dioda yang sangat penting untuk dibahas lebih dahulu.  Sesuai  dengan bentuk gelombang outputnya, maka penyearah terdapat dua macam yaitu setengah gelombang dan gelombang penuh.

Rangkaian pemotong dan penggeser merupakan penerapan lain   yang juga banyak digunakan dalam teknik pulsa.  Jenis dioda semikonduktor yang khusus dioperasikan pada bias mundur yang pada titik  break-down-nya sering disebut dengan dioda Zener.  Zener ini merupakan inti dari rangkaian penyetabil tegangan.  Disamping itu juga dibahas beberapa macam rangkaian pelipat tegangan.

2.2 Penyearah setengah gelombang

Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah saat diode mendapat  input sebagai berikut

Gambar 2.1

Pada saat diode mendapat arus dari transformator, maka diode tersebut mendapat arus bias maju sehingga LED bisa menyala. Oscilloscope menunjukkan bagaimana peak to peak diode dengan power 10 volt dengan frekuensi 50 Hz . Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) umumnya nilainya lebih kecil dari (R1).  Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhingga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0.

Arus yang mengalir ke beban terlihat pada gambar 2.1 bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positip semua.  Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatip. Frekuensi sinyal keluaran dari penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama.

2.3 Penyearah gelombang penuh

Gambar 2.3

Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua   macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT (center-tap  = tap tengah) dan dengan sistem jembatan. Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT.

Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya.  Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D2 dan D3, sehingga saat D2 mendapat sinyal siklus positip maka D3 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya.  Dengan demikian D2 dan D3 hidup- nya bergantian.  Namun karena arus i₂   dan i₃   melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah (gambar 2.3 c).

Terlihat  dengan  jelas  bahwa  rangkaian  penyearah  gelombang  penuh  ini  merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang.

2.4 Penyearah gelombang penuh sistem jembatan

Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo.rangkaian dasarnya adalah seperti pada gambar 2.4

Gambar 2.4

Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui gambar 2.4 (a).  Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (gambar 2.4 a):

   - D5 dan D2 hidup (ON), karena mendapat bias maju

   - D3 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

   Sehingga arus i1   mengalir melalui D2, RL, dan D5.

2.5 Rangkaian Clipper (pemotong)

Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu.  Contoh sederhana dari rangkaian  clipper  adalah  penyearah  setengah  gelombang.Rangkaian  ini  memotong  atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.

Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan

menjadi dua,yaitu: seri dan paralel.  Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban.Sedangkan untuk masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatip (pemotong bagian negatip) seperti pada gambar 2.5 dan clipper positip (pemotong bagian positip) seperti pada gambar 2.6

Gambar 2.5

 

Gambar 2.6

Rangkaian Clamper

Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level dc yang lain. Untuk membuat rangkain Clamper minimal harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar. Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada gambar berikut. 

Gambar diatas adalah rangkaian clamper sederhana dengan gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian. Pada saat 0 – T/2 sinyal input adalah positip sebesar +V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol seperti terlihat pada ilustrasi rangkaian clamper. Kemudian saat T/2 – T sinyal input berubah ke negatip, sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (gmbar ilustrasi clamper dioda kondisi open). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding dengan sinyal output. Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V,  (gambar sinyal output clamper). Terlihat pada gambar sinyal output clamper diatas bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kotak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatip sebesar -V. Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dibuat kearah positip dengan cara membalik arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatip dan positip dapat dilihat pada gambar contoh clamper positif dan negatif diatas.

Clamper Positif

Clamper Negatif