2.12 VOLTAGE-MULTIPLIER CIRCUITS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

1. Pendahuluan [kembali]

Rangkaian pengganda tegangan (Voltage Multiplier Circuit) adalah rangkaian yang dapat melipatgandakan keluaran tegangan outputnya dengan memanfaatkan prinsip kerja kapasitor. 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).

2. Tujuan [kembali]

Melengkapi tugas mata kuliah elektronika yang ditugaskan oleh Bapak Darwison, M.T
Mengetahui pengertian sirkuit pengganda tegangan dan klasifikasinya.
Mengaplikasikan aplikasi proteus dalam membuat rangkaian pengganda tegangan.
Menambah wawasan dan membuat rangkaian voltage-multiplier circuits
Mengetahui alat dan bahan untuk membuat suatu rangkaian
Mengetahui perbedaan antara tegangan doubler, tripler dan quadrupler
Mengetahui cara kerja tegangan doubler, tripler dan quadrupler

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

1. Voltmeter DC

Gambar 1. Voltmeter DC di proteus 8

Gambar 2. Voltmeter 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. Transformator

Gambar 3. Transformator di proteus 8

Gambar 4. 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)

B. Bahan

1. Dioda

Gambar 5. Dioda di proteus 8

Gambar 6. Dioda

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 7. Kapasitor di proteus 8

Gambar 8. Kapasitor

Kapasitor atau kondensator 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 dalam C (Coulomb)

C = nilai kapasitansi dalam F (Farad)

V = tinggi tegangan dalam V (volt)

4. 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.

Langkah-langkah menggunakan voltmeter diantaranya adalah :

Rangkai komponen yang memiliki potensial berbeda secara paralel.
Sesuaikan rangkaian arus yang mana harus searah dengan pemasangan kutub-kutub voltmeter.
Pastikan bahwa kutub positif dan negatif memiliki potensial yang berbeda. Dari keduanya, kutub positif memiliki potensial yang tinggi.
Periksa kabel hitam, biru, dan merah, jika ada penyimpangan mengarah ke kiri berarti pemasangannya terbalik. Namun, hal itu tidak akan menjadi masalah untuk rangkaian arus bolak balik.

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.

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.

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.

Transformator

Transformator adalah perangkat listrik pasif yang berfungsi untuk mentransfer energi listrik dari satu rangkaian listrik ke rangkaian listrik lain, bahkan untuk beberapa rangkaian listrik melalui induksi elektromagnetik.

Rangkaian Pengganda Tegangan

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

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 2.123 Tegangan setengah gelombang doubler

Gambar 2.124 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 2.125 Tegangan gelombang penuh doubler

Gambar 2.126 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 2.127 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.

5. Percobaan [kembali]

A. Prosedur

Siapkan segala komponen yang di butuhkan
Susun rangkaian sesuai panduan
Sambungkan rangkaian dengan baterai untuk sumber tenaga
Hidupkan rangkaian
Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

B. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

1. Rangkaian 2.123

Rangkaian 2.123

Input 2.123

Output 2.123

Prinsip kerja:

Pada rangkaian 2.123 terdapat beberapa komponen yaitu transformator, sumber tegangan, dioda dan capasitor pada tegangna duobler ini jumlah tegangan yang dimasukkan akan menghasilkan tegangan yang hasilnya hampir sama dengan dua kali tegangan yang dimasukkan.Misalnya saja saat dimasukkan tegangan sebesar 7V maka akan keluar ouput sebesar 13.2V

2. Rangkaian 2.124a

Rangkaian 2.124a

Input 2.124a

Output 2.124a

Prinsip kerja:

Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar adalah sebuah rangkaian penyearah dengan filter yang mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang lebih stabil. Prinsip kerjanya dimulai dari sumber tegangan sinusoidal (Vsine) yang memberikan tegangan AC ke transformator (TR1). Transformator ini berfungsi untuk menyesuaikan level tegangan AC sesuai dengan rasio lilitannya, sehingga tegangan yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan rangkaian.

Tegangan AC yang telah diatur oleh transformator kemudian diteruskan ke dioda (D1), yang berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang. Dioda ini hanya menghantarkan arus saat gelombang berada pada siklus positif, sehingga hanya setengah dari gelombang sinusoidal yang diteruskan. Pada saat siklus positif ini, dioda menghantarkan arus dan mengisi kapasitornya.

Setelah melalui dioda, tegangan yang sudah disearahkan ini kemudian dilewatkan ke kapasitor C1 dan C2 yang berfungsi sebagai filter. Kapasitor C1 menyimpan dan melepaskan muatan selama siklus gelombang, membantu meratakan tegangan output yang disearahkan. Kapasitor C2 memberikan filter tambahan untuk mengurangi riak (ripple) pada tegangan DC output, sehingga menghasilkan tegangan yang lebih stabil dan halus.

Dengan demikian, hasil akhir dari rangkaian ini adalah tegangan DC yang lebih stabil, dengan riak yang minimal berkat peran filter kapasitif. Rangkaian seperti ini sering digunakan dalam catu daya (power supply) untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil yang dibutuhkan oleh perangkat elektronik.

3. Rangkaian 2.124b

Rangkaian 2.124b

Input 2.124b

Ouput 2.124b

Prinsip kerja:

Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar adalah sebuah penyearah dengan filter yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang lebih stabil. Rangkaian ini dimulai dengan sumber tegangan sinusoidal (Vsine) yang memberikan tegangan AC ke transformator (TR1). Transformator ini menyesuaikan level tegangan AC sesuai dengan rasio lilitannya, sehingga tegangan yang dihasilkan dapat sesuai dengan kebutuhan rangkaian.

Setelah tegangan AC diatur oleh transformator, arus dialirkan ke kapasitor C1. Kapasitor C1 ini berfungsi untuk menyaring komponen AC dan membantu meratakan tegangan yang disearahkan. Selanjutnya, arus diteruskan ke dioda D2, yang berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang. Dioda ini hanya menghantarkan arus selama siklus positif dari gelombang sinusoidal, sehingga hanya setengah dari gelombang AC yang diteruskan. Pada saat siklus positif ini, dioda menghantarkan arus dan mengisi kapasitornya.

Setelah melalui dioda, tegangan yang sudah disearahkan kemudian dilewatkan ke kapasitor C2, yang berfungsi sebagai filter tambahan. Kapasitor C2 menyimpan dan melepaskan muatan, membantu meratakan tegangan output yang disearahkan dan mengurangi riak (ripple) pada tegangan DC output, sehingga menghasilkan tegangan yang lebih stabil dan halus. Akhirnya, tegangan DC yang sudah diratakan ini diukur menggunakan voltmeter (V).

Hasil akhir dari rangkaian ini adalah tegangan DC yang lebih stabil dengan riak yang minimal, berkat peran filter kapasitif yang digunakan. Rangkaian seperti ini sering digunakan dalam catu daya (power supply) untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil yang dibutuhkan oleh perangkat elektronik.

4. Rangkaian 2.125

Rangkaian 2.125

Input 2.125

Output 2.125

Prinsip kerja:

Pada rangkaian 2.125 terdapat beberapa komponen yaitu transformator, sumber tegangan, dioda dan capasitor pada tegangan duobler ini jumlah tegangan yang dimasukkan akan menghasilkan tegangan yang hasilnya hampir sama dengan dua kali tegangan yang dimasukkan. Misalnya dimasukkan input tegangan sebesar 25V maka akan keluar output sebesar 48.7V

5. Rangkaian 2.126a

Rangkaian 2.126a

Input 2.126a

Output 2.126a

Prinsip kerja:

Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar adalah sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang lebih stabil. Prinsip kerjanya dimulai dari sumber tegangan sinusoidal (Vsine) yang memberikan tegangan AC ke transformator (TR1). Transformator ini menyesuaikan level tegangan AC sesuai dengan rasio lilitannya, sehingga tegangan yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan rangkaian.

Setelah melalui dioda, tegangan yang sudah disearahkan ini kemudian dilewatkan ke kapasitor C1 yang berfungsi sebagai filter. Kapasitor C1 menyimpan dan melepaskan muatan selama siklus gelombang, membantu meratakan tegangan output yang disearahkan dan mengurangi riak (ripple) pada tegangan DC output, sehingga menghasilkan tegangan yang lebih stabil dan halus. Tegangan DC yang sudah diratakan ini diukur menggunakan voltmeter (V).

Dengan demikian, hasil akhir dari rangkaian ini adalah tegangan DC yang lebih stabil dengan riak yang minimal berkat peran filter kapasitif. Rangkaian seperti ini sering digunakan dalam catu daya (power supply) untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil yang dibutuhkan oleh perangkat elektronik.

6. Rangkaian 2.126b

Rangkaian 2.126b

Input 2.126b

Output 2.126b

Prinsip kerja:

Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar adalah sebuah rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter, yang berfungsi untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang lebih stabil. Prinsip kerjanya dimulai dari sumber tegangan sinusoidal (Vsine) yang memberikan tegangan AC ke transformator (TR1). Transformator ini menyesuaikan level tegangan AC sesuai dengan rasio lilitannya, sehingga tegangan yang dihasilkan sesuai dengan kebutuhan rangkaian.

Setelah tegangan AC diatur oleh transformator, arus dialirkan melalui dioda (D1), yang berfungsi sebagai penyearah setengah gelombang. Dioda ini hanya menghantarkan arus saat siklus positif dari gelombang sinusoidal, sehingga hanya setengah dari gelombang AC yang diteruskan. Pada saat siklus positif ini, dioda menghantarkan arus dan memungkinkan pengisian kapasitor.

Tegangan yang sudah disearahkan ini kemudian dilewatkan ke kapasitor C1, yang berfungsi sebagai filter. Kapasitor C1 menyimpan dan melepaskan muatan selama siklus gelombang, membantu meratakan tegangan output yang disearahkan dan mengurangi riak (ripple) pada tegangan DC output. Dengan demikian, tegangan DC yang dihasilkan lebih stabil dan halus.

Tegangan DC yang sudah diratakan ini diukur menggunakan voltmeter yang terhubung pada rangkaian. Hasil akhir dari rangkaian ini adalah tegangan DC yang lebih stabil dengan riak yang minimal, berkat peran filter kapasitif. Rangkaian seperti ini sering digunakan dalam catu daya (power supply) untuk mengubah tegangan AC dari jaringan listrik menjadi tegangan DC yang stabil yang dibutuhkan oleh perangkat elektronik.

7. Rangkaian 2.127

Rangkaian 2.127

Input 2.127

Output 2.127

Prinsip kerja:

Pada gambar 2.127 dimasukkan beberapa komponen yaitu dioda, capasitor, transformator, sumber tegangan dan voltmeter. Pada rangkaian ini dimasukkan jumlah tegangan, pada rangkaian ini terdapat tegangan doubler (menjadi 2) yang menghasilkan tegangan yang mendekati dua kali jumlah tegangan sumber, tegangan tripler (menjadi 3) yang menghasilkan tegangan yang mendekati jumlah tiga kali tegangan sumber dan tegangan tripler (menjadi 4) yang menghasilkan tegangan yang mendekati jumlah empat kali tegangan sumber

C. Video Simulasi