Rangkaian Clipper Seri

PENGERTIAN

Salah satu fungsi dioda adalah sebagai komponen utama pada rangkaian clipper yaitu rangkaian yang bisa memotong (clip) suatu bagian dari gelombang sinyal input tanpa merusak bagian sisa dari gelombang sinyal yang telah terpotong tersebut. Rangkaian penyearah setengah gelombang pada gambar 1 adalah contoh rangkaian clipper paling sederhana yang terdiri dari sebuah dioda dan resistor. Arah peletakan dioda dalam rangkaian akan menentukan bagian mana dari gelombang sinyal tersebut yang akan dipotong, apakah bagian yang bernilai positif atau bagian yang bernilai negatif.

Gambar 1 Rangkaian penyearah setengah gelombang adalah rangkaian clipper paling sederhana

Ada dua kategori umum dari clipper yaitu : seri dan paralel. Rangkaian clipper dikategorikan seri apabila dioda yang digunakan dirangkai seri dengan beban, sedangkan clipper paralel apabila dioda dirangkai paralel dengan beban.

CLIPPER SERI

Contoh dari rangkaian clipper seri bisa anda perhatikan pada gambar 2a yang terdiri dari dioda dan beban R. Gambar 2b menunjukkan sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri ini. Bisa kita lihat pada gambar 2b, apabila tegangan sinyal AC kotak diinputkan pada rangkaian clipper maka bagian negatif dari sinyal kotak itu dipotong sehingga pada outputnya hanya menyisakan bagian positifnya saja. Hal yang sama juga terjadi apabila sinyal AC segitiga diinputkan pada rangkaian clipper tersebut. Analisa pada gambar 2, kita mengasumsikan dioda bersifat ideal. Tidak ada drop tegangan, V_T, pada saat dioda mengalami bias maju (forward bias).

Gambar 2 (a) Rangkaian clipper seri. (b) Sinyal input dan output dari rangkaian clipper seri

Selain terdiri dari dioda dan resistor, terkadang sumber tegangan DC juga ditambahkan pada rangkaian clipper seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3 Rangkaian clipper seri dengan sumber tegangan DC

Tidak ada prosedur khusus untuk menganalisa rangkaian seperti pada gambar 3. Tetapi ada beberapa konsep yang mungkin bisa membantu anda dalam menganalisa rangkaian clipper seperti pada gambar 3 ini.

Pertama, perhatikan semua sumber tegangan yang ada di dalam rangkaian itu dan arah dari dioda. Kita harus bisa menentukan apakah tegangan total yang ada dalam rangkaian itu apakah bisa membuat dioda menjadi “on” (bias maju) atau tidak. Untuk gambar 3, bila kita lihat arah dari dioda maka tegangan v_i harus bernilai positif agar dioda itu bisa “on”. Selain harus bernilai positif, tegangan v_i juga harus lebih besar dari tegangan V agar dioda bisa “on”. Apabila tegangan v_ibernilai negatif, maka dioda jelas berada dalam kondisi “off”.

Kedua, perhatikan transisi perubahan dari tegangan sinyal input yang bisa merubah kondisi dioda. Untuk dioda yang ideal, titik terjadinya transisi diantara kondisi on atau off adalah pada tegangan nol  volt (v_d = 0) dan arus nol ampere (i_d = 0). Kita terapkan kondisi i_d = 0 dan v_d = 0 ini ke rangkaian gambar 3, hasilnya adalah rangkaian pada gambar 4. Jadi, titik transisi antara kondisi “on” atau “off” pada dioda adalah pada saat tegangan input v_i bernilai

v_i = V

Gambar 4 Menentukan level transisi dari kondisi dioda

Apabila tegangan input, v_i, lebih besar dari tegangan V maka dioda menjadi “on” (diganti rangkaian short circuit). Bila tegangan input, v_i, kurang dari V maka dioda menjadi “off” (diganti dengan open circuit).

Ketiga, berhati-hati terhadap polaritas dari tegangan output v_o. Ketika dioda berada dalam kondisi “on” atau short circuit seperti ditunjukkan pada gambar 5, tegangan output v_o dapat dihitung dengan menggunakan hukum× Kirchoff tegangan (KVL), bila arah arus loop nya searah jarum jam, maka diperoleh persamaan

v_i – V – v_o = 0

Dan tegangan outputnya adalah

v_o = v_i – V

Gambar 5 Menghitung tegangan output pada saat dioda “on”

Keempat, akan sangat membantu apabila kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output dibawah sinyal inputnya untuk menentukan nilai sesaat dari tegangan output.  Kita bisa menggambar bentuk gelombang tegangan output berdasarkan titik-titik data dari langkah pertama hingga ketiga dari penjelasan di atas seperti didemosnstrasikan pada gambar 6.

Gambar 6 Menggambar tegangan output berdasarkan data-data yang sudah didapat

Anggap saja tegangan sesaat dari sinyal input, v_i, sebagai sumber tegangan DC terhadap tegangan output sesaat yang dihasilkan. Misalkan untuk menghitung tegangan sesaat, pada saat kondisi v_i = V_m (tegangan input mencapai puncaknya) maka rangkaian yang dapat dianalisa pada saat kondisi ini ditunjukkan pada gambar 7.

Gambar 7 Menghitung tegangan output (vo) pada saat tegangan input bernilai maksimum (vi = Vm)

Apabila tegangan maksimum dari sinyal input lebih besar dari tegangan V (V_m > V), maka dioda menjadi “on” dan diganti menjadi short circuit. Tegangan output dapat dihitung sesuai dengan persamaan v_o = v_i – V = V_m – V. Kemudian hasil dari perhitungan ini dimasukkan ke dalam plot grafik pada gambar 7.

Pada saat v_i = V, kondisi dioda berubah (dari on ke off, atau dari off ke on). Pada saat tegangan input bernilai minimum (v_i = -V_m) maka dioda menjadi open circuit dan tegangan output v_o = 0V. Maka kurva lengkap dari gelombang tegangan outputnya ditunjukkan pada gambar 8.

Gambar 8 Gambar lengkap dari sinyal tegangan input dan output

CONTOH SOAL 

Gambarkan bentuk gelombang tegangan output dari rangkaian pada gambar 9.

Gambar 9 Rangkaian clipper seri

SOLUSI

Dioda pada rangkaian gambar 9 akan “on” pada saat tegangan input vi bernilai positif. Pada saat tegangan input v_i bernilai positif, maka kondisi rangkaian ditunjukkan pada gambar 10 dan tegangan outputnya sebesar v_o = v_i + 5V.

Gambar 10 Tegangan output vo pada saat dioda dalam kondisi “on”

Pada saat level transisi (dioda berada di antara kondisi “on” atau “off”), maka tegangan dan arus dioda bernilai nol. Rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 11.

Gambar 11 Rangkaian pada saat dioda dalam kondisi transisi (antara “on” dan “off”)

Ketika tegangan input, v_i, kurang dari –5V, dioda menjadi “off” dan diganti dengan open circuit. Apabila tegangan input lebih dari -5V, maka dioda berada dalam kondisi “on” dan diganti dengan short circuit. Bentuk gelombang dari tegangan input dan output ditunjukkan pada gambar 12.

Gambar 12 Bentuk gelombang tegangan input dan output

DAFTAR PUSTAKA

Dewi, Andriana Kusuma.2015.Dioda Clipper dan Clamper S1 Pendidikan Teknik Elektro. Malang.Universitas Negeri Malang.