Clamper, Cliper, dan Pelipat Tegangan (Multiple Voltage)

Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.
             Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya: penyearah setengah gelombang (Half-Wafe Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).

Setelah mengetahui konstruksi ,karakteristik dan model dari diode semikonduktor, diharapkan mahasiswa dapat memahami pula konfigurasi dengan menggunakan model dalam aplikasinya dirangkaian elektronik.

Pada kesempatan ini, akan dibahas mengenai penerapan dari beberapa aplikasi diode tersebut, diantaranya Clipper, Clamper dan Multiple Voltage (Pelipat tegangan).

I.                   Rangkaian Clipper

A.    Pengertian

Pada peralatan computer, digital dan sistim elektronik lainnya, kadang kita ingin  membuang  tegangan  sinyal  diatas  atau  dibawah  level  tegangan tertentu.  Salah  satu caranya  adalah  dengan  menggunakan  rangkaian clipper dioda  (clipper = pemotong).

Rangkaian ini memiliki kemampuan untuk memotong bagian tertentu dari sinyal masukan tanpa mengganggu bagian sinyal masukan lainnya yang dilewatkan.

Rangkaian clipper adalah rangkaian yang digunakan untuk membatasi tegangan agar tidak melebihi dari suatu nilai tegangan tertentu. Rangkaian ini dapat dibuat dari dioda dan sumber tegangan DC yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Rangkaian clipper berfungsi untuk membuang polaritas sinyal. Jika sinyal

yang ingin dibuang adalah sinyal polaritas positif maka digunakan clipper positif.Jika sinyal yang ingin dibuang adalah polaritas sinyal negatif maka digunakan clipper negatif.

B.     Jenis-Jenis Clipper dalam penggunaannya

1.          Clipper Positif

Clipper  positip  disebut  juga  pembatas  positip  (positive limiter), karena tegangan output dibatasi maksimum 0 Volt.

Seperti  yang  ditunjukkan  pada  gambar  di atas tegangan  output  bagian positipnya  semua  dipotong. 

Cara  kerja  rangkaian  adalah  sebagai berikut:

1.      Selama setengah siklus positip tegangan input dioda konduksi, dengan  demikian  kita  dapat membayangkan  dalam  kondisi  ini  dioda seperti  saklar  tertutup.

2.      Tegangan  pada  hubungan  singkat  harus  sama dengan nol, oleh sebab  itu  tegangan output sama dengan nol selama tiap-tiap setengah siklus positip  sehingga semua tegangan jatuh pada resistor  ( R).

Selama  setengah  siklus  negatip,  dioda  terbias  reverse  dan  kelihatan terbuka  dan  sebagai  akibatnya  rangkaian  membentuk  pembagi tegangan dengan output:

 

Selama  setengah  siklus  negatip,  dioda  terbias  reverse  tidak  kelihatan seperti terbuka, dan sebagai akibatnya rangkaian membentuk pembagi tegangan dengan output:

Biasanya  RL  jauh  lebih  besar  dari  pada  R  sehingga Vout  ≅  -VP. Selama  setengah  siklus  positip  dioda  konduksi  dan  seluruh  tegangan jatuh pada R  dan  sebaliknya pada  setengah  siklus negatip dioda  off, dan  karena  RL  jauh  lebih  besar  dari  R  sehingga  hampir  seluruh tegangan  setengah  siklus  negatip  muncul    pada  RL.  Seperti  yang diperlihatkan  pada    gambar  clipper positif  semua  sinyal  diatas  level  0 V  telah dipotong.

2.      Clipper Di bias

Clipper  dibias  berarti  membuang semua sinyal diatas level +V. Dalam  beberapa  aplikasi , mungkin  level  pemotongan  tidak  = 0  V, maka  dengan  bantuan  clipper  di  bias  kita  dapat  menggeser  level pemotongan positip atau  level negatip yang diinginkan.

Pada gambar diatas,  menunjukkan  clipper  dibias. Agar  dioda  dapat  konduksi  tegangan,  input harus lebih besar dari pada +V. Ketika Vin  lebih besar daripada +V  dioda berlaku  seperti  saklar  tertutup dan  tegangan output  sama dengan  +V dan  tegangan  output  tetap  pada  +V  selama  tegangan input melebihi  +V. Ketika  tegangan  input  kurang  dari  +V  dioda  terbuka  dan  rangkaian kembali  pada  pembagi  tegangan.

C.    Contoh rangkaian Clipper

Rangkaian penyearah ½ merupakan gelombang yang juga salah satu contoh rangkaian clipper.

 

Rangkaian 2 merupakan rangkaian clipper. Pada rangkaian 2 ini, dengan asumsi D1 dan D2 ideal, maka Vo akan dibatasi antara 5 V – 10 V.

 

Analisis sinyal output rangkaian Clipper pada kasus rangkaian 2 adalah sebagai berikut :

•            Anggap R1 = R2.

•            V1 = 30 sin ωt.

•            D1 dan D2 adalah dioda ideal.

•            Maka pada ½ siklus positif pertama, saat V1≤10V, D1 off dan D2 on, Vo = 5 Volt.

•            Saat 10V<V1≤20V, D1 dan D2 off, Vo=0,5V1.

•            V1>20V, D1 on dan D2 off, Vo = 10 Volt.

•            Pada ½ siklus negatif, D1 selalu off sedangkan D2 akan selalu on, Vo = 5 Volt.

II.                Rangkaian Clamper

A.    Pengertian

Rangkaian Clamper adalah rangkaian yang digunakan untuk memberikan offset  tegangan DC, dengan demikian,  tegangan  yang  dihasilkan  adalah  tegangan  input  ditambahkan  dengan tegangan DC. Rangkaian ini ditunjukkan oleh berikut ini. 

Rangkaian Clamper

Rangkaian ini berfungsi untuk  mendorong sinyal masukan pada suatu level tegangan DC tertentu.

B.     Cara Kerja

Rangkaian Penggeser(Clamper) ini memberikan penambahan komponen DC pada tegangan masukan. Akibatnya, seolah-olah terjadi pergeseran (clamping) pada tegangan. Jika penambahan komponen DC negatif, maka terjadi pergeseran tegangan ke bawah (negatively clamped), dan begitu pula sebaliknya, (positively clamped).

Gambar di atas (Rangkaian Clamper) menunjukkan sebuah rangkaian penggeser negatif. Selama setengah tegangan masukan Vin positif, dioda di-forward biased dan dalam kondisi konduksi, sehingga kapasitor akan terisi dengan polaritas seperti ditunjukkan oleh gambar. Akibatnya, tegangan keluaran Vo akan sama dengan nol. Namun, selama setengah tegangan masukan Vin negatif, dioda di-reverse biased.

Kapasitor akan mulai membuang tegangannya melalui tegangan keluaran Vo. Akibatnya, tegangan keluaran Vo akan sama dengan tegangan masukan Vin dikurang dengan tegangan buangan dari kapasitor VC. Sehingga, secara grafik, tegangan keluaran Vo merupakan tegangan masukan Vin yang diturunkan sejauh tegangan buangan dari kapasitor VC.

Jika dirancang bahwa waktu buangan kapasitor sangat lama, maka tegangan buangan dari kapasitor VC akan sama dengan tegangan masukan Vin maksimum.

C.    Manfaat Rangkaian Clamper

Manfaat rangkaian clamper adalah menambahkan nilai DC pada sinyal AC. Rangkaian clamper menggunakan kapasitor dan diode :

1)         Dioda sebagai penyearah

2)         Kapasitor sebagai penyimpan tegangan

3)         Bila perlu ditambahkan sumber tegangan untuk memberi kebebasan menentukan nilai DC.

III.             Rangkaian Pelipat Tegangan (Multiple Voltage)

A.    Pengertian

Rangkaian pelipat tegangan adalah rangkaian yang dapat menghasilkan tegangan DC beberapa kali lebih besar dari tegangan puncak sinyal input. Dengan kata lain, sinyal DC yang dihasilkan dapat sebesar 2x, 3x, 4x dan seterusnya dari besarnya sinyal AC yang masuk rangkaian. Rangkaian pelipat tegangan digunakan pada rangkaian pencatu tabung sinar katoda.

B.     Cara Kerja

Pada uraian ini hanya akan dibahas rangkaian pelipat-dua tegangan atau

voltage doubler.

                            

                                                 Rangkaian pelipat-dua tegangan

Cara kerja rangkaian gambar diatas adalah sebagai berikut:

1.      Pada puncak setengah perioda negatif, D1 terbias forward dan D2 terbias reverse. Hal ini menyebabkan kapasitor C1 dimuati hingga tegangan puncak Vin dengan polaritas positif di sebelah kanan.

2.      Pada puncak setengah perioda positif, D1 terbias reverse dan D2 terbias forward. Karena Vin dan C1 terpasang seri, maka C2 akan diisi hingga 2xVin. Dengan kata lain, C2 akan diisi oleh tegangan sebesar Vin+VC1.

3.      Setelah beberapa siklus, tegangan pada C2 akan sama dengan 2xVin.

Kesimpulan

Dari uraian diatas dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :

1.      Rangkaian Clipper

• Sebuah resistor dan dioda didorong oleh sebuah sumber tegangan AC memotong sinyal yang diamati di seluruh dioda.
• Sepasang anti-paralel dioda Si berpotongan simetris pada ± 0,7 V
• Ujung ground dari dioda clipper (s) dapat memutus dan dihubungkan ke tegangan DC untuk memotong pada tingkat  berubah-ubah.
• Pemotong dapat digunakan sebagai ukuran pelindung, mencegah sinyal dari melebihi batas pemotongan.

2.      Rangkaian Clamper

• Secara kapasitif, sepasang sinyal bergantian sekitar tingkat rata-rata DC nya (0 V).
• Sinyal yang keluar dari clamper muncul dengan satu puncak dijepit ke tegangan DC. contoh: Puncak negatif dijepit ke 0 VDC, gelombang akan tampak bergeser ke atas. Polaritas dioda menentukan puncak mana yang dijepit.

Puncak negatif yang dijepit ke 0 VDC, gelombang tampaknya bergeser ke atas. Polaritas dioda menentukan puncak yang dijepit.

3.      Rangkaian Pelipat Tegangan(Multiple Voltage)

• Sebuah pelipat tegangan menghasilkan beberapa DC (2,3,4, dll) dari tegangan input puncak AC.
•Pelipat tegangan paling dasar adalah Pelipat Setengah Gelombang.
• Pelipat Gelombang Penuh adalah sirkuit unggul sebagai sebuah Pelipat.