Penyearah gelombang penuh ( Full Wave Rectifier)

Level tegangan DC dari sinyal output pada penyearah setengah gelombang kurang dari 50% dari sinyal inputnya karena outputnya hanya separuh siklus dari sinyal inputnya. Level tegangan DC ini bisa ditingkatkan hingga 100% dengan menggunakan penyearah gelombang penuh. Rangkaian yang paling banyak digunakan sebagai penyearah umumnya berbentuk rangkaian jembatan dioda seperti ditunjukkan pada gambar 1.

Gambar 1 Rangkaian jembatan penyearah gelombang penuh (full wave bridge rectifier)

Pada saat t = 0 hingga t = T/2, polaritas dari tegangan input, v_i, ditunjukkan pada gambar 2.Dengan polaritas tegangan input seperti ditunjukkan pada gambar 2, membuat dioda D₂ dan D₃ menjadi “on” sedangkan dioda D₁ dan D₄ menjadi “off”. Dioda yang “on” diganti dengan short circuit sedangkan dioda yang “off” diganti open circuit. Kita bisa lihat bagaimana arus dapat mengalir melewati dioda D₂ dan D₃. Apabila keempat dioda pada rangkaian tersebut ideal (tidak ada drop tegangan pada saat “on”) maka tegangan input, v_i, sama dengan tegangan output, v_o (v_o = v_i).

Gambar 2 Jalur konduksi yang dilewati arus pada saat siklus tegangan positif vi

Sedangkan pada saat siklus negatif, dioda D₁ dan D₄ menjadi “on” sedangkan dioda D₂ dan D₃ menjadi “off” seperti ditunjukkan pada gambar 3. Arus mengalir dalam rangkaian melewati dioda D₂ dan D₃. Hal penting yang perlu kita perhatikan pada gambar 3 adalah pada sinyal outputnya (v_o). Pada saat tegangan input v_i bernilai negatif ternyata tegangan output vo bernilai positifnya (v_o = -v_i) sehingga menghasilkan sinyal positif yang kedua pada outputnya.

Gambar 3 Jalur yang dilewati oleh arus listrik pada saat siklus tegangan negatif. Perhatikan sinyal outputnya bernilai positif.

Jadi, selama satu siklus penuh dari sinyal input v_i, hasil sinyal outputnya ditunjukkan pada gambar 4. Kita lihat pada gambar 4 seakan-akan sinyal input yang bernilai negatif dibalik menjadi bernilai positif di outputnya.

Gambar 4 Bentuk gelombang tegangan input dan output dari rangkaian penyearah gelombang penuh

Karena area di atas sumbu horisontal dari sinyal outputnya memiliki luas dua kali lipat sinyal output penyearah setengah gelombang, maka level tegangan DC nya (tegangan rata-rata) juga menjadi dua kali lipat

V_DC = 2 × V_{DC  setengah gelombang}  = 2(0.318 V_m)

V_DC = 0.636V_m    untuk penyearah gelombang penuh

Apabila kita menggunakan model dioda yang tidak ideal, misal kita menggunakan dioda silikon, maka tegangan output tidak akan sama dengan tegangan input karena tegangan inputnya akan dipotong untuk membuat dioda “on” (V_T, tegangan on). Karena pada saat siklus positif dan siklus negatif terdapat dua buah dioda yang “on”, dengan menggunakan hukum Kirchoff tegangan (KVL) pada jalur yang dilalui arus seperti ditunjukkan pada gambar 5, diperoleh persamaan

v_i – V_T – v_o – V_T = 0

v_o = v_i – 2V_T

dan tegangan output maksimum adalah

Vo_max = V_m – 2V_T

Tegangan DC rata-rata dari outputnya apabila tegangan drop pada dioda diperhitungkan

V_DC = 0.636(V_m – 2V_T)

Gambar 5 Menghitung tegangan output apabila drop tegangan dioda diperhitungkan

Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo Center-Tap (CT)

Rangkaian penyearah gelombang penuh yang juga banyak digunakan ditunjukkan pada gambar 6. Penyearah gelombang penuh tersebut hanya menggunakan dua dioda tetapi harus menggunakan trafo center tap (CT). Keluaran dari trafo CT dimasukkan ke rangkaian penyearah gelombang penuh yang terdiri dari dua buah dioda ini.

Gambar 6 Rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan trafo center tap (CT)

Pada saat tegangan input vi bernilai positif dan diinputkan pada lilitan primer dari trafo, maka rangkaian ekivalennya ditunjukkan pada gambar 7. Ada dua keluaran tegangan dari trafo CT ini pada lilitan sekundernya. Kedua keluaran ini memiliki bentuk gelombang yang sama apabila susunan polaritas dari kedua tegangannya seperti ditunjukkan pada gambar 7. Pada saat siklus tegangan positif, dioda D₁ “on” dan dioda D₂ “off”. Arus dapat mengalir melewati dioda D₁. Sehingga tegangan output v_o (atau tegangan pada resistor R) memiliki bentuk yang sama dengan tegangan inputnya.

Gambar 7 Kondisi rangkaian pada saat siklus tegangan positif vi.

Pada saat siklus tegangan negatif, kondisi rangkaian ditunjukkan pada gambar 8. Kali ini dioda D₁ “off” dan dioda D₂ “on”, arus masih bisa mengalir melewati dioda D₂. Dan tegangan output, yaitu tegangan pada resistor R, bernilai positif sesuai dengan polaritas v_o yang telah ditentukan. Jadi, rangkaian ini memiliki fungsi yang sama dengan rangkaian penyearah gelombang penuh pada gambar 1.

Gambar 8 Kondisi rangkaian pada saat siklus tegangan negatif vi

Sekilas, penyearah gelombang penuh dengan trafo CT ini terlihat lebih ringkas karena hanya menggunakan dua buah dioda. Tetapi untuk rangkaian dengan kebutuhan daya yang tinggi, trafo CT tersedia dalam ukuran yang sangat besar dan harganya yang mahal. Konsekuensinya, rangkaian penyearah dengan trafo CT ini lebih umum digunakan untuk membuat power supply daya rendah (low power).