Chapter 2.12 Voltage Multiplier

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1.Pendahuluan

2.Tujuan

1.Pendahuluan [Back]

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 [Back]

Untuk melengkapi tugas mata kuliah elektronika yang ditugaskan oleh Bapak Darwison, M.T
Mengetahui pengertian sirkuit pengganda tegangan dan klasifikasinya.
Untuk mengaplikasikan alplikasi proteus dalam membuat rangkaian pengganda tegangan.
Dapat 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 [Back]

Alat

1. Voltmeter DC

gambar 1.tampilan voltmeter DC di proteus 8

gambar 2 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.

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

2. Transformator

gambar 3 Tampilan transformator

gambar 4 tampilan transformator di proteus 8

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 6 Tampilan dioda biasa

gambar 7 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 8 tampilan kapasitor

Gambar 9 tampilan capasitor 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)

4.Dasar Teori [Back]

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 :

1. Rangkai komponen yang memiliki potensial berbeda secara paralel.
2. Sesuaikan rangkaian arus yang mana harus searah dengan pemasangan kutub-kutub voltmeter.
3. Pastikan bahwa kutub positif dan negatif memiliki potensial yang berbeda. Dari keduanya, kutub positif memiliki potensial yang tinggi.
4. 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 2.123 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. 2.124b):

dari mana :

Gambar 2.123 Tegangan setengah gelombang

doubler ( 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. 2.125. Selama setengah siklus positif tegangan sekunder transformator (lihat Diode D1 Gbr. 2.126a) 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. 2.126b) 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 2.127 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. 2.127) 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 [Back]

1. 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

2. Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

1. Rangkaian.2.123

Gambar rangkaian

Inputkan tegangan sebesae 7V

Outputnya menghasilkan tegangan sebesar 13.2V

Prinsip kerja rangkaian :

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 ,karena dioda menghambat tegangan sumber sebesar 0.7V.Misalnya saja saat dimasukkan tegangan sebesar 7V maka akan keluar ouput sebesar 13.2V

2. FIG.2.124a

Rangkaian 2.124a

inputkan tegangan sumber sebesar 12V

outputnya yaitu arah arus mengalir dari sumber ke C1 lalu ke D1 dan ke sumber lagi.

prinsip kerja rangkaian:

pada rangkaian ini terdapat transformastor kapasitor dan dioda serta sumber AC ,dimana arus akan mengalir dari sumber AC lalu ke transformator kemuadian ke kapasitor C1 kemuadian ke dioda dan langsung ke transformator lalu kembali ke sumber teganagan lagi begitupun seterusnya dan pada kapasitor C 2 tidak terdapat arus karena rangkaiannya tidak tertutup

FIG.2.124b

rangkaian

inputkan tegangan sumber

output

prinsip kerja rangkaian :

pada rangkaian ini terdapat transformastor kapasitor dan dioda serta sumber AC ,dimana arus akan mengalir dari sumber AC lalu ke transformator kemuadian ke kapasitor C2 kemuadian ke dioda dan langsung ke C1 kemuadian ke transformator kemuadian ke sumber tegangan.

3. FIG .2.125

Rangkaian

inputan tegangan sumber sebesar 25V

Outputnya menghasilkan tegangan sebesar 48.6V

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

4. FIG.2.126a

rangkaian

inputkan

output

prinsip kerja rangkaian :

pada rangkaian ini terdapat beberpa komponen yaitu sumber AC ,transformator dioda dan kapasitor

dimana arus mengalir dari sumber tegangan lalu ke transformator kemuadian tranformator mengalirkan arus ke kapasitor kemuadian ke dioda dan ke tranformator ,dan tegangan yang ada di kapasitor sama dengan tengan sumber

FIG.2.126b

rangkaian

input

output

prinsip kerja rangkaian:

pada rangkaian ini terdapat beberpa komponen yaitu sumber AC ,transformator dioda dan kapasitor

5. FIG.2.127

rangkaian

inputkan tegangan sumber sebesar 15V

Outputnya pada tegangan doubler 28.7V,pada tegangan tripler 43.1Vdan pada tegangan quadupler 57.4V

Prinsip rangkaian :

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 duobler (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

3. Video simulasi