1. Tujuan
[Daftar]
1. Mempelajari rangkaian Capacitor Filter.
2. Memahami cara kerja rangkaian Capacitor Filter.
3. Melakukan simulasi rangkaian Capacitor Filter.
2. Memahami cara kerja rangkaian Capacitor Filter.
3. Melakukan simulasi rangkaian Capacitor Filter.
2. Komponen
[Daftar]
Rangkaian Capacitor Filter menggunakan beberapa komponen diantaranya :
1. Sumber tegangan AC (VSINE) atau menggunakan Signal Generator
2. Dioda
3. Kapasitor Polar
4. Resistor
5. Osiloskop
6. Transformer CT
1. Sumber tegangan AC (VSINE) atau menggunakan Signal Generator
Signal Generator berfungsi sebagai sumber tegangan AC pada rangkaian yang frekuensi, amplitudo, dan bentuk gelombangnya dapat diatur.
2. Dioda
Dioda berfungsi sebagai penyearah arus dalam rangkaian.
3. Kapasitor Polar
Contoh pembacaan nilai kapasitor (104J) : 10 * 10^4 pF = 10^5 pF = 100nF; toleransi (J : 5%) = ± 95nF sampai 105nF
Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.
Cara menghitung nilai kapasitor :
1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.
Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%
Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang dapat menyimpan muatan listrik dalam waktu sementara.
Cara menghitung nilai kapasitor :
1. Masukan 2 angka pertama langsung untuk nilai kapasitor.
2. Angka ke-3 berfungsi sebagai perpangkatan (10^n) nilai kapasitor.
3. Satuan kapasitor dalam piko farad.
4. Huruf terakhir menyatakan nilai toleransi dari kapasitor.
Daftar nilai toleransi kapasitor :
B = 0.10pF
C = 0.25pF
D = 0.5pF
E = 0.5%
F = 1%
G = 2%
H = 3%
J = 5%
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%
4. Resistor
Resistor 1k Ohm
Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik.
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.
Contoh pada gambar di atas nilai resistansi resistor adalah 134 Ohm.
Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik.
Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :
1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.
2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.
3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.
4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n).
5. Gelang terakhir merupakan nilai toleransi dari resistor.
5. Osiloskop
Osiloskop berfungsi untuk mengamati bentuk gelombang input dan output pada rangkaian.
6. Transformer CT
Transformer CT berfungsi untuk menurunkan tegangan AC pada rangkaian.
3. Dasar Teori
3.1. Capacitor Filter
[Daftar]
Rangkaian filter yang sangat populer adalah rangkaian filter-kapasitor. Sebuah kapasitor dihubungkan pada output penyearah, dan tegangan DC diperoleh di seluruh kapasitor.
Gambar (a) di atas menunjukkan tegangan output dari penyearah gelombang penuh sebelum sinyal disaring. Gambar (b) menunjukkan bentuk gelombang hasil setelah kapasitor penyaring dihubungkan dengan output penyearah. Perhatikan bahwa bentuk gelombang yang disaring pada dasarnya adalah tegangan DC dengan riak (atau variasi AC).
Gambar di atas menunjukkan penyearah gelombang penuh dan dan bentuk gelombang output yang didapatkan dari rangkaian ketika dihubungkan dengan beban (Rl). Jika tidak ada beban yang dihubungkan dengan kapasitor, bentuk gelombang output idealnya adalah level DC konstan yang sebanding dengan nilai tegangan puncak (Vm) dari rangkaian penyearah. Tujuan mendapatkan tegangan DC adalah untuk menyediakan tegangan yang akan digunakan pada berbagai rangkaian elektronik, yang kemudian merupakan beban pada tegangan sumber.
Waktu Pembentukan Output
Waktu T1 adalah waktu selama dioda menghantarkan arus, mengisi kapasitor hingga tegangan penyearah puncak Vm. Waktu T2 adalah interval selama tegangan penyearah turun dibawah tegangan puncak, dan pelepasan tenaga kapasitor ke beban. Karena siklus mengisi-melepas (charge-discharge) terjadi untuk setiap setengah siklus penyearah gelombang penuh, perioda bentuk gelombang yang disearahkan adalah T/2, satu setengah frekuensi sinyal input. Tegangan yang disaring, seperti gambar berikut menunjukkan bentuk gelombang dengan level DC Vdc dan sebuah tegangan riak Vr (rms) selama kapasitor mengisi dan melepas tenaga.
Tegangan Riak, Vr(RMS)
Tegangan riak dapat dihitung dengan rumus berikut, dimana Ic dalam miliamper, C dalam mikrofarad, dan Rl dalam kilohm.
Tegangan DC, Vdc
Tegangan DC yang melalui kapasitor selama penyaringan dapat dihitung dengan rumus berikut, dimana Vm adalah tegangan puncak penyearah, Idc adalah arus beban dalam miliamper, dan C dalam mikrofarad.
Riak Kapasitor Penyaring
Menggunakan definisi riak (persamaan 19.1, 19.9, dan 19.10), dengan Vdc sebanding Vm, besar riak gelombang output dapat dihitung sebagai berikut, dimana Idc dalam miliamper, C dalam mikrofarad, Vdc dalam volt, dan Rl dalam kilohm.
Periode Konduksi Dioda dan Arus Puncak Dioda
Performa penyaringan kapasitor dapat ditingkatkan dengan meningkatkan nilai kapasitansi kapasitor. Namun, kapasitor juga memengaruhi arus puncak yang ditarik melalui dioda penyearah, semakin besar nilai kapasitor maka nilai arus puncak juga semakin besar.
Perhatikan bahwa untuk nilai kapasitor yang lebih kecil dan T1 lebih besar, arus puncak dioda lebih kecil. Karena rata-rata arus dari sumber harus sebanding dengan rata-rata arus dioda selama pengisian, maka hubungan berikut dapat digunakan (asumsikan arus dioda konstan selama pengisian);
Dimana,
T1 = waktu konduksi dioda
T = 1/f (f = 2*60; untuk gelombang penuh)
Idc = rata-rata arus ditarik dari filter
Ipeak = arus puncak yang melalui dioda
Gambar (a) di atas menunjukkan tegangan output dari penyearah gelombang penuh sebelum sinyal disaring. Gambar (b) menunjukkan bentuk gelombang hasil setelah kapasitor penyaring dihubungkan dengan output penyearah. Perhatikan bahwa bentuk gelombang yang disaring pada dasarnya adalah tegangan DC dengan riak (atau variasi AC).
Gambar di atas menunjukkan penyearah gelombang penuh dan dan bentuk gelombang output yang didapatkan dari rangkaian ketika dihubungkan dengan beban (Rl). Jika tidak ada beban yang dihubungkan dengan kapasitor, bentuk gelombang output idealnya adalah level DC konstan yang sebanding dengan nilai tegangan puncak (Vm) dari rangkaian penyearah. Tujuan mendapatkan tegangan DC adalah untuk menyediakan tegangan yang akan digunakan pada berbagai rangkaian elektronik, yang kemudian merupakan beban pada tegangan sumber.
Waktu Pembentukan Output
Waktu T1 adalah waktu selama dioda menghantarkan arus, mengisi kapasitor hingga tegangan penyearah puncak Vm. Waktu T2 adalah interval selama tegangan penyearah turun dibawah tegangan puncak, dan pelepasan tenaga kapasitor ke beban. Karena siklus mengisi-melepas (charge-discharge) terjadi untuk setiap setengah siklus penyearah gelombang penuh, perioda bentuk gelombang yang disearahkan adalah T/2, satu setengah frekuensi sinyal input. Tegangan yang disaring, seperti gambar berikut menunjukkan bentuk gelombang dengan level DC Vdc dan sebuah tegangan riak Vr (rms) selama kapasitor mengisi dan melepas tenaga.
Tegangan Riak, Vr(RMS)
Tegangan riak dapat dihitung dengan rumus berikut, dimana Ic dalam miliamper, C dalam mikrofarad, dan Rl dalam kilohm.
Tegangan DC, Vdc
Tegangan DC yang melalui kapasitor selama penyaringan dapat dihitung dengan rumus berikut, dimana Vm adalah tegangan puncak penyearah, Idc adalah arus beban dalam miliamper, dan C dalam mikrofarad.
Riak Kapasitor Penyaring
Menggunakan definisi riak (persamaan 19.1, 19.9, dan 19.10), dengan Vdc sebanding Vm, besar riak gelombang output dapat dihitung sebagai berikut, dimana Idc dalam miliamper, C dalam mikrofarad, Vdc dalam volt, dan Rl dalam kilohm.
Periode Konduksi Dioda dan Arus Puncak Dioda
Performa penyaringan kapasitor dapat ditingkatkan dengan meningkatkan nilai kapasitansi kapasitor. Namun, kapasitor juga memengaruhi arus puncak yang ditarik melalui dioda penyearah, semakin besar nilai kapasitor maka nilai arus puncak juga semakin besar.
Perhatikan bahwa untuk nilai kapasitor yang lebih kecil dan T1 lebih besar, arus puncak dioda lebih kecil. Karena rata-rata arus dari sumber harus sebanding dengan rata-rata arus dioda selama pengisian, maka hubungan berikut dapat digunakan (asumsikan arus dioda konstan selama pengisian);
Dimana,
T1 = waktu konduksi dioda
T = 1/f (f = 2*60; untuk gelombang penuh)
Idc = rata-rata arus ditarik dari filter
Ipeak = arus puncak yang melalui dioda
4. Prinsip Kerja Rangkaian
[Daftar]
Prinsip dari rangkaian filter kapasitor adalah proses pengisisan dan pengosongan kapasitor. Ketika dioda forward kapasitor akan terisi sampai tegangan input mencapai puncak dan tegangannya sama dengan tegangan sumber. Ketika tegangan sumber menurun kapasitor akan mengosongkan muatannya dan menutupi penurunan tegangan sumber. Jika tidak ada beban maka nilai tegangan output akan konstan dan sama dengan tegangan puncak, tetapi jika ada beban maka tegangan output akan memiliki sedikit riak tergantung besar beban pada rangkaian.
7. Link Download
[Daftar]
8. Sumber
[Daftar]
Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013