Fauzan Nur Fadilah: Sub-bab 2.9 Rangkaian Clampers

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [kembali]

Dalam era perkembangan teknologi ini, komponen elektronika menjadi tulang punggung bagi berbagai perangkat yang mengisi kehidupan sehari-hari kita. Salah satu aspek yang menarik perhatian para peneliti dan praktisi elektronika adalah rangkaian clampers. Rangkaian ini tidak hanya menjadi elemen penting dalam desain sirkuit, tetapi juga memberikan kontribusi yang signifikan dalam mengubah bentuk gelombang sinyal.

Untuk memahami secara mendalam, kita akan membahas jenis-jenis rangkaian clampers, seperti positive clamper, negative clamper, dan biased clamper. Selain itu, kita juga akan menjelajahi teknik-teknik desain yang dapat meningkatkan kinerja rangkaian ini sesuai dengan kebutuhan spesifik aplikasi. Pemahaman yang mendalam terhadap rangkaian clampers tidak hanya akan memperkaya wawasan kita dalam dunia elektronika, tetapi juga membuka pintu untuk inovasi dan pengembangan teknologi yang lebih lanjut.

Dengan berkembangnya kebutuhan akan efisiensi dan keandalan, pemahaman tentang rangkaian clampers menjadi semakin penting. Oleh karena itu, makalah ini akan mengulas tidak hanya konsep dasar dan prinsip operasional, tetapi juga menggali kaitannya dengan tren terkini dalam desain sirkuit elektronika. Melalui eksplorasi mendalam ini, diharapkan pembaca dapat memperoleh wawasan yang komprehensif tentang peran krusial rangkaian clampers dalam kemajuan teknologi modern.

2. Tujuan [kembali]

Mengetahui fungsi dari rangkaian Clamper.
Memahami prinsip kerja rangkaian Clamper.

3. Alat dan Bahan [kembali]

-Alat

1. Voltmeter

Merupakan alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur nilai tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik.

2. Amperemeter

Merupakan alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur nilai arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian listrik.

3. Osiloskop

merupakan alat ukur elektronika yang berfungsi memperoyeksikan bentuk sinyal listrik sehingga dapat dilihat dan dipejari.

4. Alternator

merupakan sumber penghasil tegangan AC

-Bahan

Baterai

Baterai adalah komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan DC (searah) pada rangkaian.

Dioda

Dioda adalah komponen elektronika aktif dengan dua kutub yang bersifat semikonduktor yang dapat menghantarkan arus listrik yang searah, tetapi menghambat arus listrik dari arah yang berlawanan.

Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang bersifat menghambat arus listrik. Dalam kata lain, resistor dapat diibaratkan sebagai terminal antara dua komponen elektronika.

Kapasitor

Komponen yang digambarkan dalam rangkaian elektronika dengan huruf "C" yang dapat mengimpan energi atau muatan listrik di sekitar medan listrik itu sendiri. Hal ini dapat terjadi karena kapasitor mengumpulakn ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.

4. Dasar Teori [kembali]

Clamper adalah jaringan yang dibentuk dari rangkaian dioda, kapasitor dan resistor dimana rangkaian tersebut dapat menggeser bentuk gelombang ke level dc yang berbeda tanpa mengubah tampilan sinyal yan diterapkan. Pergeseran tambahan juga dapat terjadi apabila ditambahkan suplai dc ke struktur dasar.

Resistor dan kapasitor yang dipilih merupakan komponen yang dipiih sesuai kebutuhan dan ketentuan agar konstanta waktu yang ditentukan oleh t=RC yang cukup besar untuk memastikan bahwa tegangan yang leintasi kapasitor tidak terlepas secara signifikan selama interval dioda non konduktor.

Jaringan clamper memiliki kapasitor yang terhubung langsung dari input ke output dengan elemen resistif secara paralel dengan sinyal output. Berbeda dengan dioda, walau juga diparalelkan dengan sinyal output, ada kemungkinan untuk memiliki atau tidak memiliki supai dc seri sebagai elemen tambahan.

Gambar 1

Pada gambar 1, dioda akan dipanjar maju untuk bagian positif dari sinyal yang diterapkan. Untuk interval 0 sampai T.2 akan muncul jaringan lain. Setaraan hubung singkat untuk dioda akan menghasilkan Vo=0V untuk interval waktu ini. Selama interval waktu ini, konstanta waktu yang ditentukan oleh tRC akan sangat kecil karena hambatan dihubung pendek oleh dioda penghantar dan satu-satunya reksistansi yan ada.

Hasilnya adalah kapasitor akan cepat mengisi nilai puncak dari V dengan polaritas yang ditunjukkan.

Gambar 2

Sekarang R kembali ke jaringan, konstanta waktu yang ditentukan oleh RC cukup besar untuk menetapkan periode pengosongan 5t, lebih besar dari periode T>2ST, dan diasumsikan berdasarkan perkiraan bahwa kapasior menahan seb=mua muatannya, karenanya tegangan (V=Q.C) selama periode ini. Sejajarnya letak Vo dengan dioda dan resistor hingga mereka dapat digambarkan pada posisi alternatif yang ditunjukkan oleh gambar berikutnya (gambar 3).

gambar 3 dan gelombang input.

Penerapan hukum Kirchoff di sekitar loop input menghasilkan (-V)-(V)-(Vo) = 0 dan Vo = -2V.

Bentuk gelombang keluaran yang dihasilkan tampak pada gambar 3. Sinyal output dijepit ke 0V untuk interval 0 hingga T>2, mempertahankan ayunan total yang sama (2V) sebagai input.

Pada rangkaian clamper, sinyal input dan output memiliki tegangan puncak ke puncak yang sama, hanya levelnya saja yang digeser ke bawah dan ke atas.

Pada gambar di atas, ditulis bahwa frekuensinya adalah 1000 Hz, menghasilkan periode 1ms dan interval 0,5 ms antar level. analisi akan dimulai dengan periode t1 S t2 dari sinyal masukan karena diodadalam keadaan hubung singkat. Jaringan pada gambar adalah hasil dari interval.

Outputnya melintasi R, juga langsung melintasi baterai 5-V jika seseorang mengikuti koneksi langsung antara terminal yang ditentuka untuk Vo dan terminal baterai. Hasilnya adalah Vo=5V untuk interval ini.

Penerapan hukum Kirchoff disekitar loop menghasilkan -20V + VC -5V = 0 dan VC = 25V

Dan penerapan hukum Kirchoff diluar jaringan menghasilkan 10V + 25V - Vo = 0, maka Vo = 35V.

Clamper terbagi menjadi 2 macam, yaitu clamper dengan forward bias dan clamper dengan reverse bias.

1. Clamper dengan forward bias

Clamper dengan tegangan forward bias adalah rangkaian clamper dimana pada dioda diberikan tegangan DC forward seperti berikut ini.

1. Saat periode 0-t1 sinyal tegangan input -20 volt. Arus mengalir pada dioda dan kapasitor karena kapasitor dianggap terhubung singkat hingga menyimpan muatan listrik hingga penuh. Tegangan pada kapasitor adalah 20V dijumlah dengan 5V (hal ini disebabkan tegangan negatif dibalik menjadi positif oleh dioda). Tegangan output selalu berukuran 5 Volt, hal ini disebabkan oleh terminal output diletakkan pada terminal katoda dan terminal negatif baterai.

2. Saat periode t1-t2 sinyal tegangan input gelombang =10 Volt. Dioda dalam keadaan off atau tidak meyambung dan kapasitor mengeluarkan (discharge) muatannya, sehingga tegangan pada terminal output adalah jumlah tegangan=10 Volt dengan tegangan yang tersimpan pada kapasitor yaitu +25 Volt sehingga tegangan total output terukur +35 Volt.

3. Saat periode t2-t3 sinyal tegangan input kembali ke -20 Volt maka dioda dalam kondisi meyambung (forward bias), lalu tegangan input 20 Volt dijumlahkan dengan tegangan forward bias dioda 5V dikarenakan tegangan -20 Volt diubah menjadi +20 Volt oleh dioda. Karena kapasitor kosong, maka arus mengalir melalui dioda dan kapasitor.

4. Saat periode t3-t4 tegangan input +10 Volt . Pada periode ini kapasitor telah terisi penuh lalu melakukan discharger atau mengeluarkan muatannya yang dijumlahkan dengan tegangan input sebesar 10 Volt sehingga total tegangan yang dikeluarkan kapasitor adalah 10 Volt dijumlahkan dengan 25 Volt yaitu 35 Volt.

2. Clamper dengan reverse bias

Clamper dengan reverse bias adalah rangkaian clamper dimana pada komponen dioda ditambahkan sumber tegangan DC yang arahnya berkebalikan dari arah dioda saat on atau mengalir arus listrik seperti berikut:

1. Saat periode 0-t1 tegangan input -20 Volt. Periode ini dioda on dan arus listrik mengalir melalui dioda dan kapasitor. kapasitor mengisi (charge) muatan listrik hingga penuh dengan tegangan 20 Volt dikurangkan dengan 5 Volt yaitu 15 Volt. Hal ini terjadi karena tegangan -20 Volt dibalik menjadi tegangan positif oleh dioda . Karena output berada pada terminal katoda dioda dan terminal positif baterai, maka tegangan terukur pada terminal output adalah tegangan reverse baterai yaitu -5 Volt.

2. Saat periode t1-t2 tegangan input +10 Volt. Periode ini dioda dalam keadaan off atau tidak menghantarkan karena tegangan pada terminal pada terminal katoda lebih tinggi dibanding terminal anoda. kapasitor mengeluarkan muatan listrik (discharge) sehingga tegangan pada kapasitor dan sekaligus sebagai tegangan output menjadi lebih besar yaitu 10 Volt dijumlahkan dengan tegangan listrik yang tersimpan pada kapasitor q5 Volt dengan hasil penjumlahan 25 Volt.

3. Saat periode t2-t3 tegangan input -20 Volt. Pada periode ini kapasitor kembali diisi (charge) oleh tegangan sebesar 15 Volt seperti diterangkan pada periode 0-t1 di atas. Tegangan output terukur adalah -5 Volt.

4. Saat periode t3-t4 tegangan input +10 Volt. Periode ini adalah pengulangan yang sama persis dengan periode t1-t2.

5. Percobaan [kembali]

1. Buka aplikasi proteus

2. Tekan "New Project"

3. Ketika sudah berada di lembaran kosong, tekan Ctrl-P di keyboard

4. Cari alat dan bahan yang dbutuhkan untuk membuar rangkaian clamper

5. Posisikan alat dan bahan

6. sambungkan setiap alat dan bahan dengan wire dengan cara mengklik ujung setiap komponen listrik yang hendak dihubungkan.

7. Ubah nilai dan satuan setiap komponen listrik dengan mengklik komponen tersebut

8. tambahkan Voltmeter dan amperemeter dan hubungkan dengan komponen listrik yang ingin diukur tegangan dan arusnya.

9. Klik "system" dibagian atas tampilan layar

10. pilih "set animation option"

11. ceklis dua kotak di pojok kanan bawah

12. lalu klik "OK"

13. tekan play di pojok kiri bawah tampilan layar

14. Dapat diamati arah arus dan besar masing-masing tegangan dan arusnya.

Rangkaian 1

Prinsip Kerja: Selama setengah tegangan masukan, arus melewati kepala dioda sehingga mengakibatkan dioda dalam keadaan "on" dan membuar arus bisa langsung mengalir ke kapasitor. Setengah tegangan masukan berikutnya, arus melewati kaki dioda yang mengakibatkan dioda dalam keadaan "off". Kemudian arus yang tidak bisa melewati dioda, memilih jalan melalui resistor dan langsung ke kapasitor untuk mengambil cadangan tegangan disana.

Rangkaian 2