Penyearah Setengah Gelombang (half wave rectifier) adalah sistem penyearah yang menggunakan satu blok dioda tunggal (bisa satu dioda atau banyak dioda yang diparalel) untuk mengubah tegangan dengan arus bolak-balik (AC) menjadi tegangan dengan arus searah (DC). Keluaran dari penyearah ini memiliki riak lebih besar dari penyearah gelombang penuh.
Prinsip kerja dari rangkaian ini adalah memanfaatkan karakteristik dioda yang hanya bisa dilalui arus satu arah saja. Disebut penyearah setengah gelombang karena penyearah ini hanya melewatkan siklus positif dari sinyal AC. Rangkaian penyearah setengah gelombang banyak dipakai pada power supply dengan frekuensi tinggi seperti pada power supply SMPS dan keluaran transformator Flyback Televisi.
Penyearah sistem setengah gelombang kurang baik diaplikasikan pada frekuensi rendah seperti jala-jala listrik rumah tangga dengan frekuensi 50Hz. Hal ini disebabkan rangkaian akan membuang satu siklus sinyal AC dan mempunyai riak (ripple) yang besar pada keluaran tegangan DC-nya sehingga membutuhkan kapasitor yang besar.
Prinsip kerja Penyearah Setengah Gelombang
Contoh rangkaian penyearah setengah gelombang digambarkan pada ilustrasi gambar dibawah ini. Tegangan input dengan arus bolak-balik melewati satu dioda penyearah kemudian pada outputnya tampak melewatkan “gunung” dari sinyal sinus dan menghambat fase “lembah”-nya. Hal ini mengakibatkan keluaran dari penyearah jenis ini memiliki banyak riak (riple) dan membutuhkan kapasitor yang besar untuk meng-“halus”-kannya.
Perhitungan tegangan DC keluaran dari penyearah setengah gelombang mengacu pada kondisi saat fasa on dan off pada gelombang output. Pada saat fase positif, dioda menghantar sehingga tegangan keluaran saat itu sama dengan Vmax dari sinyal input. Kemudian saat fase negatif, dioda tidak menghantar sehingga tegangan keluaran pada fase ini sama dengan nol.
Berdasarkan kondisi diatas maka dapat dirumuskan bahwa besarnya tegangan output dari rangkaian penyearah adalah Vmax dibagi dengan π (pi). Dimana besarnya Vmax adalah tegangan puncak (V-peak) dari salah satu siklus sinyal AC. Atau sebesar 0.318Vmax. Dan jika dihitung dengan nilai RMS menjadi 0.318 kali √2 sama dengan 0.45Vrms.
Kelebihan dan Kekurangan Penyearah Setengah Gelombang
Penyearah setengah gelombang memiliki kelebihan dari segi rangkaian yang sangat simpel dan sederhana. Karena menggunakan satu dioda maka biaya yang dibutuhkan untuk rangkain lebih murah.
Kelemahan dari penyearah setengah gelombang adalah keluarannya memiliki riak (ripple) yang sangat besar sehingga tidak halus dan membutuhkan kapasitor besar pada aplikasi frekuensi rendah seperti listrik PLN 50Hz. Kelemahan ini tidak berlaku pada aplikasi power supply frekuensi tinggi seperti pada rangkaian SMPS yang mempunyai duty cycle diatas 90%.
Kelemahan lainnnya adalah kurang efisien karena hanya mengambil satu siklus sinyal saja. Artinya siklus yang lain tidak diambil alias dibuang. Ini mengakibatkan keluaran dari power supply yang menggunakan penyearah ini memiliki daya yang lebih kecil.
Rangkaian Filter Kapasitor
Penggunaan kapasitor dapat mengurangi riak dari keluaran penyearah. Fungsi kapasitor disini menjaga level tegangan pada saat gelombang arah turun dengan mempertahankan energi yang disimpan saat arah naik.
Dengan menambahkan sebuah filter, akan mengkonversi arus searah menjadi lebih murni. Dalam penyearah setengah gelombang, sebuah kapasitor atau induktor digunakan sebagai filter untuk mengkonversi DC berdenyut ke DC murni.
Tegangan output yang dihasilkan oleh gelombang rectifier setengah tidak konstan dan bervariasi terhadap dengan waktu. Ini terjadi terutama jika sumber tegangan jala-jala listrik tidak stabil. Sedangkan dalam aplikasi praktis, kebutuhan akan tegangan suplai DC konstan sangat diperlukan.
Dalam rangka untuk menghasilkan tegangan DC konstan tersebut, kita perlu menekan level riak pada tegangan DC sekecil mungkin. Hal ini dapat dicapai dengan menggunakan kapasitor filter atau induktor filter di sisi output. Pada rangkaian diatas, kita menggunakan filter kapasitor. Kapasitor ditempatkan di sisi output untuk menghaluskan DC berdenyut ke DC murni.
Faktor Riak
Arus searah (DC) yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang bukan DC murni tapi DC berdenyut. Dalam output berdenyut DC sinyal, kita menemukan riak. Riak ini dalam output sinyal DC dapat dikurangi dengan menggunakan filter seperti kapasitor dan induktor.
Dalam rangka untuk mengukur berapa banyak riak yang ada di output DC sinyal kita menggunakan faktor yang dikenal sebagai faktor riak. Faktor riak dilambangkan dengan γ. Faktor riak memberitahu kita jumlah riak yang ada pada output sinyal DC.
Faktor riak besar menunjukkan sinyal DC berdenyut tinggi sementara faktor riak rendah menunjukkan sinyal DC berdenyut rendah. Jika faktor riak sangat rendah maka itu menunjukkan bahwa arus output DC lebih dekat ke arus DC murni. Dalam kata sederhana, semakin rendah faktor riak halus sinyal DC output.
Faktor riak dapat didefinisikan secara matematis sebagai rasio nilai RMS komponen AC dari tegangan output ke komponen DC dari tegangan output.
Faktor riak = nilai RMS komponen AC dari tegangan output/komponen DC dari tegangan output
Faktor riak juga hanya didefinisikan sebagai rasio tegangan riak untuk tegangan DC
Faktor riak = rasio tegangan riak /tegangan DC
Faktor riak harus dijaga seminimal mungkin untuk membangun Penyearah yang baik.
Faktor riak diberikan sebagai
Akhirnya, kita mendapatkan nilai faktor riak sebesar:
γ = 1,21
Riak yang tidak diinginkan hadir dalam output bersama dengan tegangan DC adalah 121% dari besarnya DC. Ini menunjukkan bahwa setengah gelombang rectifier tidak efisien untuk dipakai pada konversi AC ke DC. Riak tinggi dalam setengah gelombang rectifier dapat dikurangi dengan menggunakan filter.
Gambar ilustrasi : //www.electronics-tutorials.ws
Sebagian materi dikutip dari: //www.physics-and-radio-electronics.com/electronic-devices-and-circuits/rectifier/halfwaverectifier.html
