Voltage Multiplier

[Menuju Akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

- Example, Problem, dan Pilihan Ganda

4. Percobaan

5. Download File 

1. Tujuan [kembali]

1. Untuk menyelesaikan tugas matkul elektronika yang ditugaskan oleh bapak Dr. Darwinson, M.T.
2. Dapat menambah wawasan dan membuat rangkaian voltage-multiplier circuits
3. Menjelaskan karakteristik dari sirkuit pengganda tegangan.
4. Mengaplikasikan rangkaian sirkuit pengganda tegangan dengan proteus.

2. Alat dan Bahan [kembali]

Alat

1. Voltmeter DC

gambar 1 Tampilan volmeter dc

Voltmeter merupakan suatu alat yang dimanfaatkan untuk mengukur tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Umumnya bentuk penyusunan pararel berdasarkan pada tempat komponen listrik hendak diukur. Dimana dalam setiap komponen ditemukan tiga buah lempengan tembaga di dalamnya. Lempengan tersebut dipasangkan diatas Bakelit yang telah dirangkai dan menyatu dalam tabung plastik atau kaca. Pada lempengan bagian luar dinamakan anode, sementara itu lempengan tengah disebut katode.

2. Alternator

gambar 1 tampilan alternator

Alternator adalah peralatan elektromekanis yang mengkonversikan energi mekanik menjadi energi listrik arus bolak-balik.

3. Transformator

Tampilan transformator
 

Tranformator (trafo) adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf tegangan AC ke taraf yang lainnya seperti menaikkan atau menurunkan tegangan AC. Trafo bekerja berdasarkan prinsip ekektromagnet dan hanya dapat bekerja pada tegangan yang berarus bolak-balik (AC).

Bahan

1. Dioda 

Gambar 3  Tampilan dioda biasa 

tampilan dioda pada proteus

Dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor, yang menghantarkan arus listrik mengalir ke satu arah dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

2. Kapasitor

       

Gambar tampilan kapasitir

Tampilan kapasitor pada proteus

Kapasitor atau kondensator oleh ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) pada hakikatnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/ muatan listrik di dalam medan listrik. Kemudian Michael Faraday membuat postulat bahwa sebuah kapasitor akan memiliki kapasitansi sebesar 1 farad jika dengan tegangan 1 volt dapat memuat muatan elektron sebanyak 1 coulombs.

Dengan rumus dapat ditulis :

Q = CV

Dengan asumsi :

Q =  muatan elektron C (Coulomb)

C = nilai kapasitans dalam F (Farad)

V = tinggi tegangan dalam V (Volt)

3. Dasar Teori [kembali]

Sirkuit pengganda tegangan digunakan untuk mempertahankan puncak transformator yang relatif rendah tegangan sambil meningkatkan tegangan output puncak menjadi dua, tiga, empat, atau lebih kali tegangan puncaknya.

Tegangan Doubler
Jaringan Gambar 2.121 adalah doubler tegangan setengah gelombang. Selama tegangan positif setengah siklus di transformator, dioda sekunder D1 melakukan pengisian kapasitor C1 dan dioda D2 terputus, pengisian daya kapasitor C1 hingga puncak tegangan (Vm). Diode D1 idealnya singkat selama setengah siklus ini, dan tegangan input mengisi daya kapasitor C1 ke Vm dengan polaritas yang ditunjukkan dalam Gbr. 2.122a. Selama setengah siklus negatif tegangan sekunder, dioda D1 terputus dan dioda D2 melakukan pengisian kapasitor C2. Karena diode D2 bertindak sebagai singkat selama setengah siklus negatif (dan dioda D1 terbuka), kita dapat menjumlahkan tegangan di sekitar loop luar (lihat Gbr. 2.122b):

                                                   dari mana :

Gambar 2.121 Tegangan setengah gelombang
doubler ( doubler ).

Gambar 2.122 Operasi ganda, menunjukkan setiap setengah siklus

operasi: (a) siklus setengah positif;

(b) siklus setengah negatif.

Pada siklus setengah positif berikutnya, dioda D2 adalah nonkonduktor dan kapasitor C2 akan keluar melalui beban. Jika tidak ada beban yang terhubung di seluruh kapasitor C2, kedua kapasitor tetap dikenakan beban—C1 ke Vm dan C2 hingga 2Vm. Jika, seperti yang diharapkan, ada beban yang terhubung ke output voltase doubler, tegangan di seluruh kapasitor C2 turun selama setengah siklus positif (pada input) dan kapasitor diisi ulang hingga 2Vm selama setengah siklus negatif. Bentuk gelombang output di seluruh kapasitor C2 adalah sinyal setengah gelombang disaring oleh filter kapasitor. Tegangan terbalik puncak di masing-masing dioda adalah 2Vm. Sirkuit doubler lainnya adalah doubler gelombang penuh dari gbr. 2.123. Selama setengah siklus positif tegangan sekunder transformator (lihat Diode D1 Gbr. 2.124a) pengisian daya kapasitor C1 ke tegangan puncak Vm. Diode D2 tidak kondusif saat ini.

Gambar 2.123 Tegangan gelombang penuh

Doubler

Gambar 2.124 Halfcycles alternatif operasi untuk gelombang penuh
tegangan doubler.

Selama setengah siklus negatif (lihat Gbr. 2.124b) dioda D2 melakukan pengisian kapasitor C2 saat dioda D1 nonkonduktor. Jika tidak ada arus beban yang ditarik dari sirkuit, tegangan di seluruh kapasitor C1 dan C2 adalah 2Vm. Jika arus beban ditarik dari sirkuit, tegangan di seluruh kapasitor C1 dan C2 sama dengan yang di seluruh kapasitor diumpankan oleh sirkuit rectifier gelombang penuh. Satu perbedaan adalah bahwa kapasitas efektif adalah C1 dan C2 dalam seri, yang kurang dari kapasitas C1 atau C2 Sendirian. Nilai kapasitor yang lebih rendah akan memberikan tindakan pemfilteran yang lebih buruk dari pada sirkuit filter singlecapacitor. 

Tegangan terbalik puncak di setiap dioda adalah 2Vm, seperti untuk kapasitor filter Sirkuit. Singkatnya, sirkuit tegangan-doubler setengah gelombang atau gelombang penuh menyediakan dua kali tegangan puncak trafo sekunder sambil tidak memerlukan transformator yang disadap pusat dan hanya peringkat PIV 2Vm untuk dioda.

Tegangan Tripler dan Quadrupler
Gambar 2.125 menunjukkan perpanjangan doubler tegangan setengah gelombang, yang berkembang
tiga dan empat kali tegangan input puncak. Harus jelas dari pola sirkuit bagaimana dioda dan kapasitor tambahan dapat disambungkan sehingga tegangan output mungkin juga lima, enam, tujuh, dan sebagainya, kali puncak dasar tegangan (Vm).

Gambar 2.125 tegangan tripler dan quadrupler.

Dalam operasi kapasitor C1 mengisi daya melalui dioda D1 ke tegangan puncak, Vm, selama setengah siklus positif dari tegangan sekunder transformator. Kapasitor C2 beban untuk dua kali tegangan puncak 2Vm dikembangkan oleh jumlah tegangan di seluruh kapasitor C1 dan transformator, selama setengah siklus negatif dari tegangan sekunder transformator. Selama setengah siklus positif, dioda D3 melakukan dan tegangan di seluruh kapasitor C2 mengisi daya kapasitor C3 ke tegangan puncak 2Vm yang sama. Pada halfcycle negatif, dioda D2 dan D4 melakukan dengan kapasitor C3, pengisian C4 hingga 2Vm. Tegangan di seluruh kapasitor C2 adalah 2Vm, di C1 dan C3 itu adalah 3Vm, dan di C2 dan C4 itu adalah 4Vm. Jika bagian tambahan dioda dan kapasitor digunakan, setiap kapasitor akan dikenakan biaya hingga 2Vm. Mengukur dari atas trafo berliku (Ara. 2.125) akan memberikan kelipatan Vm ganjil pada output, sedangkan mengukur output tegangan dari bagian bawah transformator akan memberikan kelipatan bahkan dari puncak tegangan, Vm. Peringkat transformator hanya Vm, maksimum, dan setiap dioda di sirkuit harus dinilai pada 2Vm PIV. Jika beban kecil dan kapasitor memiliki sedikit kebocoran, tegangan dc yang sangat tinggi dapat dikembangkan oleh jenis sirkuit ini, menggunakan banyak bagian untuk meningkatkan tegangan dc.

  -Example, Problem, dan Pilihan Ganda [kembali]

Example :

1. Mengapa terbentuk siklus setengah positif pada gambar rangkaian 2.122a?

pembahasan :

karena pada rangkaian tersebut kutub positif diatas, sehingga arus mengalir dari kutub positif menuju kapasitor C1 lalu menuju dioda D1 dan kembali menuju kutub negatif dari sumber tegangan. dioda D2 open sirkuit karena arah polaritas nya berlawanan dengan sumber tegangan., sehingga arus tidak dapat mengalir.

2. Mengapa terbentuk siklus setengah negatif pada gambar rangkaian 2.122b?

pembahasan :

karena pada rangkaian tersebut kutub positif dibawah, sehingga arus mengalir dari kutub positif menuju kapasitor C2 lalu menuju dioda D2. Pada dioda D1 arus tidak mengalir karena open sirkuit.

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 V²
E = 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.

Pilihan Ganda :

1. Penyataan dibawah ini yang benar tentang kapasitor?

A. Komponen pengganti baterai.

B. Menimbulkan aliran listrik.

C. Penyearah aliran listrik.

D. Menyimpan energi listrik dalam bentuk medan listrik.

2. Perhatikan gambar dibawah ini?

Komponen apa yang tidak terdapat pada gambar tersebut...

A. Transformator

B. Resistor

C. Altermator

D. Kapasitor

4. Percobaan [kembali]

a. Langkah Percobaan

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh 
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja

b. Rangkaian Simulasi

• Gambar simulasi rangkaian voltage doubler setengah gelombang menggunakan proteus 8

Jika disimulasikan dengan tegangan input sebesar 4V

didapat, tegangan outputnya sebesar 7V

• Gambar simulasi rangkaian voltage doubler gelombang penuh menggunakan proteus 8

Jika disimulasikan dengan tegangan input sebesar 15V

maka, didapatkan tegangan output-nya sebesar 28.9V

• Gambar simulasi rangkaian voltage quadrupler menggunakan proteus 8

jika disimulasikan dengan tegangan input sebesar 15V

maka, didapat tegangan output-nya sebesar 57.7V

c. Prinsip Kerja

            Pada rangkaian pengganda ini terdapat tegangan input sebesar +- 15V AC, trafo, kapasitor C1 dan C2 yang masing masing sebesar 1uF, dan dioda D1 dan D2. Pada saat setengah gelombang positif, arus akan lewat menuju C1 dari kumparan sekunder lalu kembali lagi ke trafo. Lalu, pada saat setengah gelombang negatif, maka arus akan menuju ke bawah dengan tegangan -15V, sementara kapasitor C1 akan membuang 15V.  Lalu, arus akan mengalir menuju C2, D2, C1 lalu kembali ke trafo. Sehingga besar tegangan yang terukur di C2 akan sebesar 28.9V yang hampir dua kali lipat tegangan inputnya.

• Video Simulasi Rangkaian

5. Download File [kembali]

Simulasi Rangkaian dengan Proteus 8

[Menuju Awal]