Penyearah Setengah Gelombang

Sekarang analisa rangkaian dioda dikembangkan dengan memasukkan fungsi waktu seperti gelombang sinus dan gelombang kotak. Rangkaian dioda paling sederhana dengan input berupa sinyal sinus ditunjukkan pada gambar 1. Untuk pembahasa awal ini, kita akan menggunakan model dioda ideal (tidak ada drop tegangan 0.7 V saat bias maju) agar analisa rangkaiannya menjadi lebih sederhana.

Gambar 1 Penyerah setengah gelombang

Satu siklus gelombang penuh disebut dengan periode (T) seperti ditunjukkan pada gambar 1. Sinyal sinus pada gambar tersebut memiliki nilai rata-rata sama dengan nol. Rangkaian pada gambar 1 ini disebut dengan penyearah setengah gelombang (half-wafe rectifier) yang berfungsi untuk membuat sinyal tersebut memiliki nilai rata-rata yang tidak sama dengan nol. Rangkaian seperti ini banyak digunakan pada proses konversi AC ke DC atau lebih dikenal dengan sebutan adaptor. Ketika digunakan pada proses menyearahkan sinyal, sebuah dioda berfungsi sebagai penyearah (rectifier). Rating daya dan arus dari dioda yang digunakan sebagai penyearah biasanya memiliki nilai yang lebih tinggi daripada dioda yang digunakan untuk memproses sinyal-sinyal kecil.

Dalam interval t = 0 hingga t = T/2 pada gambar 1, tegangan input, v_i, bernilai positif sehingga arah arus dari v_i searah dengan arah panah dioda dan membuat dioda mengalami bias maju (forward bias). Karena mengalami bias maju, dioda diganti dengan short circuit seperti ditunjukkan pada gambar 2 sehingga tegangan output, v_o, bersentuhan langsung dengan tegangan input pada kedua terminalnya (v_o = v_i). Jadi dalam interval t = 0 hingga t = T/2, tegangan output, v_o, sama dengan tegangan input, v_i.

Gambar 2 Kondisi rangkaian pada saat tegangan sinyal input bernilai positif

Untuk interval t = T/2 hingga t = T, polaritas dari tegangan input vi ditunjukkan pada gambar 3. Karena tegangan pada kaki anoda lebih negatif daripada katoda, maka dioda mengalami bias terbalik (reverse bias). Dioda diganti dengan open circuit. Karena rangkaian open circuit, maka tidak ada arus yang mengalir pada resistor R. Tegangan output vo adalah tegangan resistor. Tegangan resistor v_o = iR = (0)R = 0  V. Jadi, pada saat t = T/2 hingga t = T, tegangan output v_o sama dengan nol. Hasil total satu siklus penuh diilustrasikan pada gambar 4. Dari gambar 4 tersebut, dapat diketahui bahwa rangkaian penyearah ini hanya bisa “melewatkan” atau menyearahkan setengah siklus gelombang sinus yaitu hanya pada siklus positifnya saja. Pada saat siklus negatif, tegangan output sama dengan nol. Sekarang, nilai tegangan rata-rata (V_DC) dari v_o tidak sama dengan nol tetapi bisa dihitung

V_DC = 0.318V_m                    persamaan 1

Gambar 3 Pada saat siklus tegangan sinyal input bernilai negatif, tegangan output sama dengan nol.

Gambar 4 Bentuk sinyal input dan hasil sinyal yang disearahkan

Proses menghilangkan separuh sinyal input dan mendapatkan nilai tegangan DC ini disebut dengan menyearahkan setengah gelombang (half wave rectification).

Pada pembahasan tadi, kita menggunakan model dioda ideal untuk mendapatkan sinyal outputnya. Sekarang kita memperhitungkan tegangan “on” dari dioda, V_T, pada proses penyearahan ini. Agar dioda bisa “on”, maka sinyal input minimal harus bertegangan sebesar 0.7 V. Apabila sinyal tegangan input, v_i, kurang dari 0.7 V, dioda masih dalam kondisi “off” sehingga tegangan output sama dengan nol volt. Begitu nilai tegangan sinyal input lebih besar dari 0.7 V, dioda beru bisa “on” dan dioda diganti dengan sumber tegangan 0.7 V. Pada saat dioda “on”, tegangan output v_o = v_i – v_T, dimana V_T untuk dioda silikon adalah 0.7 V. Jadi, apabila kita mempertimbangkan tegangan “on” (V_T) dari dioda pada rangkaian penyearah ini, bentuk sinyal output, v_o, agak sedikit terpotong seperti ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5 Efek dari mempertimbangkan tegangan “on” dari dioda. Hasil sinyal outputnya sedikit berkurang dari hasil sinyal output pada analisa sebelumnya.

Efek dari mempertimbangkan tegangan “on”, V_T, ini mengurangi nilai rata-rata dari sinyal outputnya. Pada kondisi ini, sinyal output, vo dapat dihitung

V_DC = 0.318 (V_m – V_T)                       persamaan 2

Pada kenyataannya, apabila nilai tegangan puncak dari sinyal input (V_m) jauh lebih tinggi daripada V_T, maka untuk menentukan level tegangan DC nya juga bisa menggunakan pendekatan pada persamaan 1.

Sumber