Dioda Daya sebagai Penyearah Setengah Gelombang
Dioda Daya adalah dioda semikonduktor pn-junction yang mampu melewatkan arus besar pada nilai tegangan tinggi untuk digunakan dalam rangkaian penyearah.
Dalam tutorial sebelumnya kita melihat bahwa Dioda Sinyal Semikonduktor hanya akan mengalirkan arus dalam satu arah dari anoda ke katoda (arah maju), tetapi tidak dalam arah sebaliknya yang bekerja sedikit seperti katup satu arah listrik.
Aplikasi yang banyak digunakan untuk fitur ini dan Dioda pada umumnya adalah konversi tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan kontinu (DC). Dengan kata lain, Penyearah.
Tetapi dioda sinyal kecil juga dapat digunakan sebagai penyearah dalam penyearah atau aplikasi berdaya rendah, arus rendah (kurang dari 1-amp), tetapi di mana arus forward bias yang lebih besar atau tegangan pemblokiran reverse bias yang lebih tinggi terlibat PN-junction dari dioda sinyal kecil pada akhirnya akan menjadi terlalu panas dan meleleh sehingga Dioda Daya yang lebih besar lebih kuat digunakan sebagai gantinya.
Dioda daya semikonduktor, yang dikenal sebagai Dioda Daya, memiliki area persimpangan atau junction PN yang jauh lebih besar dibandingkan dengan saudaranya dioda sinyal yang lebih kecil, menghasilkan kemampuan arus maju yang tinggi hingga beberapa ratus amp (KA) dan tegangan pemblokiran terbalik naik. hingga beberapa ribu volt (KV).
Karena dioda daya memiliki PN-junction yang besar, maka tidak cocok untuk aplikasi frekuensi tinggi di atas 1MHz, tetapi frekuensi tinggi khusus dan mahal, dioda arus tinggi tersedia. Untuk aplikasi penyearah frekuensi tinggi Dioda Schottky umumnya digunakan karena waktu pemulihan balik yang pendek dan penurunan tegangan rendah dalam kondisi forward bias.
Dioda Daya menyediakan penyearah daya terkendali dan digunakan dalam aplikasi seperti pengisian daya baterai dan catu daya DC serta penyearah AC dan inverter. Karena karakteristik arus dan tegangan yang tinggi, mereka juga dapat digunakan sebagai dioda penggerak bebas dan jaringan snubber.
Dioda Daya dirancang untuk memiliki resistansi fraksi Ohm ke depan "ON" sementara resistansi pemblokiran baliknya berada dalam kisaran mega-Ohm. Beberapa dioda daya yang memiliki nilai lebih besar dirancang untuk menjadi "stud mounted" ke heatsink yang mengurangi resistansi panas di antara 0.1 hingga 1°C/Watt.
Jika tegangan bolak-balik diterapkan pada dioda daya, selama setengah siklus positif dioda akan menjalankan arus yang lewat dan selama setengah siklus negatif dioda tidak akan berjalan menghalangi aliran arus. Kemudian konduksi melalui dioda daya hanya terjadi selama setengah siklus positif dan karena itu searah yaitu DC seperti yang ditunjukkan.
Dioda Penyearah Daya
Dioda Daya dapat digunakan secara individual seperti di atas atau dihubungkan bersama untuk menghasilkan berbagai rangkaian penyearah seperti "Setengah-Gelombang", "Gelombang-Penuh" atau sebagai "Jembatan-Gelombang".
Setiap jenis rangkaian penyearah dapat digolongkan sebagai tidak terkendali, setengah terkendali, atau terkendali penuh di mana penyearah tidak terkendali hanya menggunakan dioda daya, penyearah terkendali menggunakan thyristor (SCR) dan penyearah setengah terkendali adalah campuran dari dioda dan thyristor.
Dioda daya individual yang paling umum digunakan untuk aplikasi elektronik dasar adalah tujuan umum Dioda penyearah pasif tipe Seri Kaca 1N400x dengan tingkat standar arus penyeaarah maju kontinu sekitar 1.0 ampere dan membalikkan tingkat tegangan pemblokiran dari 50v untuk 1N4001 hingga 1000v untuk 1N4007, dengan 1N4007GP kecil menjadi yang paling populer untuk keperluan penyearah tegangan listrik umum.
Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah adalah rangkaian yang mengubah daya input Arus Bolak- balik (AC) menjadi daya output Arus Searah (DC). Catu daya input dapat berupa catu daya satu fasa atau multi fasa dengan yang paling sederhana dari semua rangkaian penyearah adalah dari Penyearah Setengah Gelombang.
Dioda daya dalam rangkaian penyearah setengah gelombang melewati hanya setengah dari setiap gelombang sinus lengkap dari supply AC untuk mengubahnya menjadi supply DC. Kemudian jenis rangkaian ini disebut "penyearah setengah gelombang" karena hanya melewati setengah dari catu daya AC yang masuk seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
Selama setiap setengah siklus "positif" dari gelombang sinus AC, dioda forward bias karena anoda positif terhadap katoda yang menghasilkan arus yang mengalir melalui dioda.
Karena beban resistif DC (resistor, R), arus yang mengalir dalam resistor beban karena itu sebanding dengan tegangan (Hukum Ohm), dan karena itu tegangan melintasi resistor beban akan sama dengan tegangan supply, Vs (minus VÆ’), yang adalah “DC” tegangan beban adalah sinusoidal untuk setengah siklus pertama saja sehingga Vout = Vs.
Selama setiap setengah siklus "negatif" dari gelombang input AC sinusoidal, dioda reverse bias karena anoda negatif terhadap katoda. Oleh karena itu, TIDAK ada arus mengalir melalui dioda atau rangkaian. Kemudian dalam setengah siklus negatif dari supply, tidak ada arus yang mengalir di resistor beban karena tidak ada tegangan yang muncul sehingga, Vout = 0.
Arus pada sisi rangkaian DC mengalir dalam satu arah hanya membuat rangkaian searah. Pada resistor beban akan menerima dari dioda setengah positif dari bentuk gelombang, yaitu nol volt, kemudian setengah positif dari bentuk gelombang, yaitu nol volt, dll.
Nilai tegangan yang tidak beraturan ini akan sama nilainya dengan tegangan DC setara dengan 0.318*Vmax dari bentuk gelombang input sinusoidal atau 0.45*Vrms dari bentuk gelombang input sinusoidal.
Kemudian tegangan DC ekuivalen, VDC melintasi resistor beban dihitung sebagai berikut.
Tegangan VDC dan arus IDC, mengalir melalui resistor 100Ω yang terhubung ke penyearah setengah fasa tunggal 240 Vrms seperti yang ditunjukkan di atas. Juga hitung daya DC yang dikonsumsi oleh beban.
Oleh karena itu, selama proses penyearah, tegangan dan arus DC output yang dihasilkan keduanya "ON" dan "OFF" selama setiap siklus. Karena tegangan melintasi resistor beban hanya ada selama setengah positif dari siklus (50% dari gelombang input), ini menghasilkan nilai DC rata-rata rendah yang disupply ke beban.
Variasi dari bentuk gelombang output yang diperbaiki antara kondisi "ON" dan "OFF" ini menghasilkan bentuk gelombang yang memiliki "riak" dalam jumlah besar yang merupakan fitur yang tidak diinginkan. Riak DC yang dihasilkan memiliki frekuensi yang sama dengan frekuensi supply AC.
Sangat sering ketika memperbaiki tegangan bolak-balik kami ingin menghasilkan tegangan DC "stabil" dan kontinu bebas dari variasi tegangan atau riak. Salah satu cara untuk melakukan ini adalah dengan menghubungkan Kapasitor nilai besar di terminal tegangan output secara paralel dengan resistor beban seperti yang ditunjukkan di bawah ini. Kapasitor jenis ini umumnya dikenal sebagai "Reservoir" atau Kapasitor smoothing.
Penyearah setengah gelombang dengan Kapasitor Penghalus (Smoothing Capacitor)
Ketika penyearah digunakan untuk menyediakan catu daya tegangan langsung ( DC ) dari sumber bolak-balik ( AC ), jumlah tegangan riak dapat dikurangi lebih lanjut dengan menggunakan kapasitor bernilai lebih besar tetapi ada batasan baik pada muatan dan ukuran untuk jenis kapasitor smoothing yang digunakan.
Untuk nilai Kapasitor tertentu, arus beban yang lebih besar (resistansi beban yang lebih kecil) akan melepaskan kapasitor lebih cepat (Waktu Konstan RC) dan dengan demikian meningkatkan riak yang diperoleh.
Kemudian untuk fasa tunggal, rangkaian penyearah setengah-gelombang menggunakan dioda daya, sangat tidak praktis untuk mencoba dan mengurangi tegangan riak dengan kapasitor smoothing saja. Dalam hal ini akan lebih praktis untuk menggunakan "Penyearah Gelombang-Penuh" sebagai gantinya.
Dalam praktiknya, penyearah setengah gelombang paling sering digunakan dalam aplikasi berdaya rendah karena kelemahan utama mereka. Amplitudo output kurang dari amplitudo input, tidak ada output selama setengah siklus negatif sehingga setengah daya terbuang dan output berdenyut DC menghasilkan riak yang berlebihan.
Untuk mengatasi kekurangan ini sejumlah Dioda Setengah Gelombang dihubungkan bersama untuk menghasilkan Penyearah Gelombang Penuh seperti yang dibahas dalam tutorial berikutnya.
