2.12 Voltage-Multiplier Circuits

Merupakan alat yang berfungsi sebagai pengukur tegangan listrik selain multimeter dan basicmeter. Dapat mengukur tegangan dengan batas maksimal 250 V.
Alat ini memiliki fluksi magnetik yang masuk pada kepingan logam secara paralel. Fluks bolak-balik yang timbul mempengaruhi tegangan yang terjadi pada arus putar di dalam kepingan tersebut. Pada voltmeter digital, angka diskrit menunjukkan aktualisasi pengukuran pada tegangan AC dan DC.

b. Alternator

Alternator merupakan perangkat elektromekanis yang dapat mengubah energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik. Pada prinsipnya alternator disebut alternator, namun pengertian yang diterima secara umum adalah generator pada mesin kendaraan.

c. Dioda

Dioda merupakan komponen aktif yang sering ditemukan pada berbagai perangkat elektronik. Dioda dibuat dari bahan semikonduktor, serta berfungsi untuk menyearahkan sekaligus sebagai penghambat arus listrik.

Dioda digunakan untuk menyearahkan dan menghambat arus, terdiri dari berbagai bahan semikonduktor. Umumnya jenis bahan yang digunakan dalam proses pembuatannya adalah silikon, germanium, dll.

d. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik yang digunakan sebagai alat pembatas arus dalam rangkaian elektronik. Resistor terdiri dari dua pin dan digunakan sebagai alat untuk mengatur tegangan dan arus.

e. Kapasitor

Kapasitor atau sering disebut juga dengan istilah kondensator adalah perangkat yang digunakan untuk menyimpan energi dan arus untuk jangka waktu tertentu.

f. Osiloskop

Oscilloscope (atau sering disebut dengan osiloskop) adalah alat elektronik yang digunakan untuk mengukur dan memvisualisasikan sinyal listrik.

3. Dasar Teori [Kembali]

Voltmeter: Voltmeter adalah alat pengukur yang digunakan untuk mengukur tegangan listrik pada sumber listrik. Voltmeter bekerja berdasarkan prinsip hukum Ohm, yaitu tegangan (V) sama dengan hasil kali arus (I) dan resistansi (R) pada suatu rangkaian. Voltmeter memiliki jarum pengukur yang bergerak sejalan dengan besar tegangan yang diukur. Resistor pengukur yang digunakan pada voltmeter harus memiliki nilai resistansi yang cukup tinggi agar tidak mempengaruhi tegangan pada rangkaian yang sedang diukur.

Alternator: Alternator adalah sebuah generator listrik yang mengubah energi mekanik menjadi energi listrik. Alternator bekerja dengan prinsip induksi elektromagnetik, yaitu ketika sebuah konduktor bergerak melalui medan magnetik, medan magnetik tersebut akan membangkitkan sebuah tegangan listrik pada konduktor tersebut. Alternator terdiri dari rotor dan stator. Rotor berputar pada medan magnetik yang dihasilkan oleh stator, sehingga menghasilkan tegangan listrik pada stator.

Dioda: Dioda adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai penghambat arus listrik dalam satu arah. Dioda terdiri dari dua elektroda, yaitu anoda dan katoda. Ketika tegangan listrik diterapkan pada dioda dengan polaritas yang sesuai, dioda akan menghantarkan arus listrik. Namun, ketika polaritasnya terbalik, dioda akan menghambat arus listrik.

Resistor: Resistor adalah komponen elektronik yang digunakan untuk mengatur arus listrik dalam sebuah rangkaian. Resistor bekerja dengan memperkenalkan hambatan pada arus listrik, sehingga mengurangi arus yang mengalir melalui rangkaian. Nilai resistansi resistor diukur dalam satuan ohm. Resistor juga dapat digunakan sebagai pembagi tegangan atau sebagai elemen dalam filter sinyal.

Kapasitor: Kapasitor adalah komponen elektronik yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik. Kapasitor terdiri dari dua konduktor yang dipisahkan oleh bahan dielektrik. Ketika kapasitor diisi dengan muatan listrik, muatan tersebut disimpan pada permukaan konduktor yang berlawanan. Kapasitor dapat digunakan sebagai filter sinyal atau untuk menyediakan sumber tegangan pada rangkaian listrik. Kapasitansi kapasitor diukur dalam satuan farad.

Osilloscope: Alat ini dapat menampilkan sinyal dalam bentuk gelombang, yang dapat membantu pengguna untuk memahami karakteristik sinyal, seperti amplitudo, frekuensi, fase, dan bentuk gelombang. Osiloskop digunakan secara luas dalam berbagai bidang, seperti elektronik, fisika, dan rekayasa, untuk mengukur dan menganalisis sinyal listrik dari berbagai jenis perangkat elektronik dan sistem.

Rangkaian pengganda tegangan merupakan rangkaian penyearah dioda yang mampu menghasilkan tegangan output berkali-kali lebih besar dibandingkan tegangan input yang diberikan. Rangkaian pengganda tegangan digunakan untuk mempertahankan puncak transformator yang relatif rendah tegangan sekaligus meningkatkan tegangan keluaran puncak menjadi dua (voltage doubler), tiga (voltage tripler), dan empat (voltage quadrupler).

Tegangan Doubler

Gambar 1.1

Gambar 1.1. merupakan tegangan doubler (voltage doubler) setengah gelombang. Ketika setengah siklus tegangan positif melintasi transformator, dioda sekunder D1 terhubung dan dioda D2 terputus, mengisi kapasitor C1 hingga mencapai tegangan puncak (Vm). Tegangan input mengisi kapasitor C1 ke Vm dengan polaritas seperti pada gambar 1.1a.

Gambar 1.1a

Kita dapat menjumlahkan tegangan di sekitar bagian luar Loop (lihat gambar 1.1b) :

Gambar 1.1b

-Vm - VC1 + VC2 = 0

-Vm - Vm + VC2 = 0

maka diperoleh :

VC2 = 2Vm

Selanjutnya, dioda D2 bersifat nonkonduktor dan kapasitor C2 akan habis melalui beban. Jika tidak ada beban yang terhubung di seluruh kapasitor C2, kedua kapasitor tetap ada diisi C1 hingga V m dan C2 hingga 2Vm . Kemudian ada beban yang terhubung ke output dari pengganda tegangan, tegangan melintasi kapasitor C2 turun selama positif setengah siklus pada input dan kapasitor diisi ulang hingga 2Vm selama setengah siklus negatif.

Bentuk lain voltage doubler adalah doubler gelombang penuh (full wave doubler) pada gambar 1.2. Selama positif setengah siklus tegangan sekunder transformator (gambar 1.2a ) dioda D1 menghantarkan pengisian kapasitor C1 ke tegangan puncak Vm dan dioda D2 bersifat nonkonduktor. Selama setengah siklus negatif (gambar 1.2b ) dioda D2 mengisi kapasitor C2, sedangkan dioda D1 bersifat nonkonduktor. Jika tidak ada arus beban yang diambil dari rangkaian, tegangan melintasi kapasitor C1 dan C2 adalah 2Vm.

Gambar 1.2

Gambar 1.2a

Gambar 1.2b

Voltage Tripler dan Quadrupler

Gambar 1.3

Gambar 1.3 menunjukkan perpanjangan dari pengganda tegangan setengah gelombang, yaitu tiga dan empat kali tegangan input puncak. Pola koneksi rangkaian dioda dan kapasitor tambahan dapat dihubungkan sehingga tegangan output menjadi juga lima, enam, tujuh kali tegangan puncak dasar (Vm). Dalam operasi, kapasitor C1 mengisi melalui dioda D1 ke tegangan puncak V m selama setengah siklus positif dari tegangan sekunder transformator. Kapasitor C2 mengisi daya hingga dua kali puncak tegangan 2Vm , dikembangkan oleh jumlah tegangan melintasi kapasitor C1 dan transformator selama setengah siklus negatif dari tegangan sekunder transformator.

Selama setengah siklus positif, dioda D3 menghantarkan dan tegangan melintasi kapasitor C2 mengisi kapasitor C3 ke tegangan puncak 2 V m yang sama. Pada setengah siklus negatif, dioda D2 dan D4 melakukan dengan kapasitor C3, pengisian C4 hingga 2Vm . Tegangan melintasi kapasitor C2 adalah 2Vm, melintasi C1 dan C3 adalah 3Vm, dan melintasi C2 dan C4 adalah 4Vm.

4. Percobaan [Kembali]

Rangkaian 2.123

Rangkaian 2.124

Rangkaian 2.125

Rangkaian 2.126

Rangkaian 2.127

5. Video Simulasi [Kembali]

Simulasi 2.123

Simulasi 2.124

Simulasi 2.125

Simulasi 2.126

Simulasi 2.127

6. Example, Problem, Pilihan Ganda [Kembali]

Example

1. Mengapa rangkaian pada gambar 1.1a membentuk setengah siklus positif?

Jawaban:

Karena pada rangkaian gambar 1.1a ini kutub positif berada di atas, arus mengalir dari kutub positif ke kapasitor C1, kemudian ke dioda D1, dan kembali lagi ke kutub negatif sumber tegangan. Dioda D2 open circuit dan arus tidak dapat mengalir karena arah polaritasnya berlawanan dengan sumber tegangan.

2. Mengapa rangkaian pada gambar 1.1b membentuk setengah siklus negatif?

Jawaban:

Karena pada rangkaian 1.1b kutub positif berada dibawah, arus mengalir dari kutub positif ke kapasitor C1 menuju dioda D1. Arus tidak mengalir pada dioda D1 karena open circuit.

3. Bagaimana bentuk gelombang keluaran di seluruh kapasitor C2 pada rangkaian gambar 1.1b?

Jawaban:

Bentuk gelombang keluaran di seluruh kapasitor C2 adalah sinyal setengah gelombang yang disaring oleh filter kapasitor. Tegangan invers puncak di setiap dioda adalah 2Vm.

Problem

1. Tiga kapasitor terangkai seri-paralel seperti pada gambar. Jika C1 = 2 μF, C2 = 4 μF, C3 = 4 μF, maka kapasitas penggantinya adalah…

Pembahasan :

Diketahui :
Kapasitor C1 = 2 μF
Kapasitor C2 = 4 μF
Kapasitor C3 = 4 μF

Ditanya : Kapasitas pengganti (C)

Jawab :
Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :
CP = C2 + C3 = 4 + 4 = 8 μF

Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :
1/C = 1/C1 + 1/CP
1/C= 1/2 + 1/8
1/C= 4/8 + 1/8
1/C= 5/8
C = 8/5 μF
μF = mikro Farad (satuan kapasitansi listrik). 1 μF = 10^-6 Farad

2. C1 = 3 μF, C2 = 4 μF dan C3 = 3 μF. Ketiga kapasitor terangkai seri-paralel. Tentukan energi listrik pada rangkaian!

Pembahasan :

Diketahui :

Kapasitor C1 = 3 μF
Kapasitor C2 = 4 μF
Kapasitor C3 = 3 μF

Ditanya : Kapasitas pengganti (C)
Jawab :
Kapasitor C2 dan C3 terangkai paralel. Kapasitas penggantinya adalah :
CP = C2 + C3
CP = 4 + 3
CP = 7 μF

Kapasitor C1 dan CP terangkai seri. Kapasitas penggantinya adalah :
1/C = 1/C1 + 1/CP
1/C = 1/3 + 1/7
1/C = 7/21 + 3/21
1/C = 10/21
C = 21/10
C = 2,1 μF
C = 2,1 x 10^-6 F
Energi listrik pada rangkaian :
E = ½ C V²E = ½ (2,1 x 10^-6)(12²)
E = ½ (2,1 x 10^-6)(144)
E = (2,1 x 10^-6)(72)
E = 151,2 x 10^-6 Joule
E = 1,5 x 10^-4 Joule

3. Jelaskan prinsip kerja penyearah gelombang penuh!

Jawaban :

Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus mengalir ke beban dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatip maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus.

Pilihan Ganda

1). Manakah alat yang tidak dipakai/digunakan dalam materi kali ini?

A. LED

B. Voltmeter

C. Dioda

D. Solenoida

E. Resistor

2). Dibawah ini pernyataan yang tepat terkait kegunaan dioda adalah…

A. Alat ukur tegangan atau voltase yang dihasilkan dari komponen listrik

B. Menyearahkan sekaligus sebagai penghambat arus listrik

C. Membuat energi listrik yang masuk pada perangkat lalu kemudian mengubahnya menjadi energi gerak

D. Mengatur besaran listrik pada suatu rangkaian sesuai yang diinginkan

E. komponen utama yang mampu membangkitkan tenaga listrik

3). Berikut ini cara kerja kapasitor yang benar adalah...

A. Arus listrik pada stator menimbulkan momen elektromagnetik yang bersifat melawan putaran rotor

B. Mengumpulkan ketidakseimbangan internal muatan

C. Menghasilkan arus besar dengan voltase dalam status tetap

D. Menyalurkan arus listrik melalui filamen yang kemudian memanas dan menghasilkan cahaya

E. Melindungi peralatan elektronik dari lonjakan tegangan yang berlebihan atau rendah

7. Prinsip Kerja [Kembali]

Rangkaian pengganda tegangan adalah jenis rangkaian listrik yang dirancang untuk menghasilkan tegangan output yang lebih tinggi daripada tegangan input yang diberikan. Prinsip kerja rangkaian pengganda tegangan didasarkan pada hukum Ohm dan hukum Kirchhoff.

Rangkaian pengganda tegangan terdiri dari dua buah kapasitor yang dihubungkan secara seri dan diantara keduanya terdapat sumber tegangan input. Saat sumber tegangan input diberikan, kapasitor pertama akan diisi dan tegangan pada kapasitor akan sama dengan tegangan input. Kapasitor kedua pada awalnya tidak memiliki muatan, dan oleh karena itu, tegangan pada kapasitor kedua juga sama dengan tegangan input.

Setelah kapasitor pertama terisi sepenuhnya, tidak ada arus yang mengalir ke kapasitor pertama lagi. Sebaliknya, kapasitor kedua mulai menerima arus dan mulai diisi dengan muatan dari kapasitor pertama. Kapasitor kedua juga mulai bertindak sebagai sumber tegangan dan menghasilkan tegangan output yang lebih tinggi daripada tegangan input.

Prinsip kerja rangkaian pengganda tegangan didasarkan pada kenyataan bahwa kapasitor menyimpan muatan listrik pada permukaannya. Ketika tegangan input diberikan, muatan listrik mengalir dari sumber tegangan ke kapasitor pertama dan disimpan di permukaannya. Kapasitor kedua kemudian diisi dengan muatan dari kapasitor pertama, dan dengan demikian, tegangan output yang dihasilkan menjadi lebih tinggi daripada tegangan input.

Dalam praktiknya, rangkaian pengganda tegangan memiliki kelemahan yaitu rentan terhadap kebocoran dan hambatan internal pada kapasitor. Oleh karena itu, rangkaian pengganda tegangan biasanya digunakan dalam aplikasi yang membutuhkan arus listrik yang sangat rendah dan hanya memerlukan tegangan output yang relatif kecil.

Cari Blog Ini

Raditya Alfabi Haureza

2.12 Voltage-Multiplier Circuits

Komentar

Posting Komentar

Postingan populer dari blog ini

MODUL 1

Tugas Pendahuluan 1 Modul 1 (Percobaan 1 Kondisi 10)