Clipper, Clamper, dan Voltage multipliers

BAB I

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang

Penggunaan elektronika pada saat ini sudah sangat luas dan maju dengan begitu pesatnya seiring dengan munculnya beragam inovasi yang terus-menerus dan tiada hentinya. Penggunaan komponen elektronika secara luas telah mencakup kesegala bidang kehidupan manusia yang semakin canggih dan semakin mudah dalam penggunaan komponen elektronika tersebut. Misalnya saja penggunaan dioda yang digunakan untuk alat-alat elektronika, misalnya untuk alat ukur osiloskop, komponen-komponen tersrbut sangat sering kita jumpai dalam kehidupan kita sehari-hari karena merupakan komponen utama dalam rangkaian alat elektronika.

Untuk itu, dalam makalah ini, akan membahas tentang komponen-komponen yang ada didalam suatu dioda, misalnya clipper, clamper, dan multiple voltage. Tidak hanya ini disini akan dibahas mengenai pengertian secara terperinci dari komponen-komponen dalam dioda tersebut. Lalu mengenai klasifikasi dari komponen yang terdapat pada clipper, clamper, dan multiple volatge beserta cara kerjanya juga akan di bahas lebih mendalam lagi. Serta penerapan komponen-komponen dioda tersebut dalam kehidupan sehari-hari. Di dalam suatu rangkaian elektronika juga terdapat dua komponen yaitu komponen aktif dan komponen pasif. Komponen aktif merupakan komponen yang dapat bekerja apabila ada catu daya dulu, contohnya: transistor dan dioda. Sedangkan komponen pasif merupakan komponen yang dapat bekerja tanpa ada catu daya, contohnya: resistor, potensio, kapasitor dan induktor. Dioda dan transistor adalah komponen elektronika yang sering digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian.dan dioda biasanya digunakan sebagai rangkaian rectifier,rangkaian clipper, dan rangkaian clamper. Selain berfungsi untuk menyimpan arus, transistor dapat digunakan pada rangkaian saklar. Dari komponen-komponen tersebut terdapat berbagai fungsi dan kegunaan pada rangkaian elektronika.

B.     Rumusan Masalah

Dalam hal ini, banyak permasalahan- permasalahan yang muncul, yaitu antara lain:

1.      Apa yang dimaksud dengan clipper?

2.      Apa yang dimaksud dengan clamper?

3.      Apa yang dimaksud dengan multiple voltage?

4.      Bagaimana pengklasifikasian clipper?

5.      Bagaimana pengklasifikasian clamper?

6.      Bagaimana cara kerja clipper?

7.      Bagaimana cara kerja clamper?

8.      Bagaimana cara kerja multiple voltage?

C.    Tujuan

1.      Untuk mengetahui pengertian dari clipper, clamper dan multile voltage.

2.      Untuk dapat mengetahui klasifikasi dari clipper, clamper dan multiple voltage.

3.      Untuk mengetahui cara kerja dari clipper, clamper, dan multiple voltage.

D.    Manfaat

Manfaat bagi Penulis:

Melalui makalah dari tugas ini penulis dapat:

1.      Mengetahui lebih banyak lagi tentang clipper, clamper, dan multiple voltage.

2.      Mengetahui lebih luas lagi tentang klasifikasi dari clipper, clamper, dan multiple voltage.

3.      Mengetahui cara kerja dari clipper, clamper, dan multiple voltage.

Manfaat bagi pembaca

Melalui makalah ini diharapkan pembaca lebih mengetahui tentang:

1.      Pengertian dari clipper, clamper, dan multiple voltage.

2.      Bagaimana cara kerja dari clipper, clamper, dan multiple voltage.

3.      Klasifikasi dari clipper, clamper. Dan multiple voltage.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    Pengertian Clipper

Rangkaian dioda pemotong (Clipper) juga dikenal sebagai Pembatas tegangan (voltage limiter). Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan sinyal input pada suatu level tegangan tertentu. Rangkaian ini berguna untuk pembentukan sinyal dan juga untuk melindungi rangkaian dari sinyal-sinyal yang tidak diinginkan. Beberapa aplikasi dari pembatas tegangan adalah noise limiter dan audio limiter. Rangkaian pembatas tegangan ada 2 jenis berdasarkan pada level tegangan yg dibatasi. Pembatas tegangan yang membatasi tegangan sinyal input pada bagian positifnya disebut pembatas tegangan positif (positive limiter) sedangkan yang membatasi tegangan sinyal input pada bagian negatifnya disebut pembatas tegangan negatif (negative limiter).

Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.

B.     Klasifikasi Rangkaian Clipper

Clippers dapat diklasifikasikan menjadi dua jenis berdasarkan posisi dioda. Klasifikasi tersebut yaitu:

1.    Seri Clippers (clipper seri), dimana penggabungan antara dioda seri dengan resistansi beban. Hal-hal  yang perlu diperhatikan dari rangkaian clipper seri dengan diode ini adalah:

-     Dioda dan baterai sebagai rangkaian utama clipper dipasang secara  seri dengan sumber sinyal.

-     Bila output rangkaian adalah katoda dioda, maka bagian positif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatif akan dipotong (berarti clipper negatif).

-     Bila output rangkaian adalah anoda dioda, maka bagian negatif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positif akan dipotong (berarti clipper positif).

-     Besarnya clipping atau pemotongan sinyal adalah tegangan baterai + tegangan dioda (0,7 untuk Si, 0,3 untuk Ge atau Vz bila menggunakan dioda zener)

2.    Paralel Clippers (clipper paralel), dimana dioda didorong melintasi resistansi beban dan dioda dipasang pararel dengan beban. Hal-hal yang perlu diperhatikan pada clipper paralel ini yaitu:

-        Bila output rangkaian paralel dengan katoda dioda, maka bagian positif dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatif akan dipotong (berarti clipper negatif)

-        Bila output rangkaian parallel dengan anoda dioda, maka bagian negatif dari sinyal input akan dilwatkan, dan bagian positif akan dipotong (berarti clipper positif)

-        Baterai dalam rangkaian clipper ini berfungsi untuk batas pemotongan atau level clipping.

-        Biasanya clipping atau pemotongan sinyal adalah tegangan baterai _+ tegangan dioda (0,7 untuk Si, 0,3 untuk Ge atau Vz bila menggunakan dioda zener)

Kapasitansi dioda mempengaruhi operasi dari clipper pada frekuensi tinggi dan mempengaruhi pilihan antara kedua jenis di atas. Sinyal frekuensi tinggi yang dilemahkan dalam clipper shunt sebagai kapasitansi dioda menyediakan jalur alternatif untuk output saat ini. Dalam clipper seri, efektivitas kliping berkurang karena alasan yang sama sebagai arus frekuensi tinggi melewati tanpa cukup diblokir.

Tidak hanya itu, clippers juga dapat diklasifikasikan berdasarkan orientasi (s) dari dioda. Orientasi tersebut memutuskan setengah siklus dipengaruhi oleh aksi kliping. Tergantung dari fitur dari dioda, wilayah positif atau negatif dari sinyal input adalah "dipotong" dari & dengan demikian clipper dioda dapat diklasifikasikan sebagai:

• Dioda Clipper  positif, setengah siklus positif dari input akan dihapus.
• Dioda Clipper  negatif, setengah siklus negatif dari input akan dihapus.

Kliping ini juga dapat dibuat dengan menggunakan elemen biasing (sumber potensial) secara seri dengan dioda. Sinyal dapat dijepitkan antara dua tingkat dengan menggunakan kedua jenis gunting dioda dalam kombinasi clipper ini disebut sebagai Diode Kombinasional Clipper atau Dua-Level Clippers. Jaringan menjepit adalah salah satu yang akan "menjepit" sinyal ke tingkat DC yang berbeda. Jaringan harus memiliki kapasitor, dioda, dan elemen resistif, tetapi juga menggunakan suplai DC independen untuk memperkenalkan pergeseran tambahan.

Sketsa tegangan output untuk rangkaian clipper positif ditunjukkan pada gambar berikut ini.

C.    Cara Kerja Clipper

Ketika fase positif, dioda seharusnya berada pada posisi panjar maju (forward bias) namun adanya tegangan DC 3V (baterai) yang diseri dengan dioda maka harus diperhitungkan dulu nilai V_i. Untuk nilai V_i dibawah 3V, dioda dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai V_o mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih makan dioda dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan V_i akan melewati dioda dan V_o hanya mengukur tegangan baterai saja.

Ketika fase negatif, dioda dalam keadaan panjar balik sehingga V_o mengikuti grafik nilai V_i dengan nilai minimum -10V. Teori di atas berlaku juga untuk pembatas tegangan negatif (negative clipper). Rangkaian pembatas tegangan negatif hampir sama dengan rangkaian pembatas tegangan positif, hanya saja polaritas diodanya yang dibalik. Kombinasi pembatas tegangan. Dari 2 jenis pembatas tegangan yang telah disebutkan sebelumnya, dapat dibuat kombinasi pembatas tegangan. Yang harus diperhatikan adalah polaritas pada dioda dan tegangan DC yang dipakai, karena hal ini menentukan level tegangan yang akan dibatasi.

Ketika fase positif, dioda D1 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D2 pada posisi panjar balik. Untuk nilai V_i di bawah 3V, dioda D1 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih maka dioda D1 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda D2 dan Vo hanya mengukur tegangan batere V₁ saja. Ketika fase negatif, dioda D2 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D1 pada posisi panjar balik. Untuk nilai V_i di atas -3V, dioda D2 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai V_o mengikuti V_i. Ketika V_i berada pada tegangan -3V atau kurang maka dioda D2 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan V_i akan melewati dioda D2 dan V_o hanya mengukur tegangan batere V₂ saja. Sinyal yang dihasilkan sesuai dengan pembatas yang diberikan yaitu 3V ~ -3V saja.Rangkaian 3: Penjepit Tegangan (Clamper),dioda digunakan sebagai penjepit tegangan (clamper), fungsinya adalah untuk menambahkan tegangan tertentu pada suatu tegangan AC. Penjepit DC ini mempunyai 2 jenis, yaitu penjepit DC positif dan penjepit DC negatif. Kedua jenis penjepit DC ini dibedakan dengan posisi pemasangan dioda pada rangkaian penjepit dimana arah panah dioda menunjukkan pergeseran sinyal outputnya. Teori di atas berlaku juga untuk pembatas tegangan negatif (negative lipper). Rangkaian pembatas tegangan negatif hampir sama dengan rangkaian  pembatas tegangan positif, hanya saja polaritas diodanya yang dibalik.

D.    Pengertian Clamper

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang akan melempar sinyal ke level DC yang berbeda. Clamper tersusun atas kapasitor, dioda, dan komponen resistif. Sumber DC juga dapat  ditambahkan untuk memperoleh pergeseran tegangan tambahan. Nilai R dan C harus dipilih sedemikian rupa agar kontanta waktu τ=RC cukup besar. Hal ini berguna agar kapasitor tidak membuang tegangan (discharge) pada saat dioda mengalami perioda non konduksi (OFF).

 Penjepit DC ini mempunyai 2 jenis, yaitu penjepit DC positif dan penjepit DC negatif. Kedua jenis penjepit DC ini dibedakan dengan posisi pemasangan dioda pada rangkaian penjepit dimana arah panah dioda menunjukkan pergeseran sinyal outputnya.

Pada clamper ini terdapat rangkaian clamping yang dipergunakan untuk menjga nilai tertinggi dari suatu signal agar tetap berharga sama. Secara umum, pada saat melewati amplifier signal acuan DC tersebut akan berayun maka diperlukan rangkaian clamper untuk mengembalikan signal DC aslinya kembali.

E.     Komponen Clamper

Rangkain Clamper paling tidak harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar.  Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C.

Rangkaian Clamper

Pada gambar a adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian clamper pada gambar b.  Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar +V, sehingga Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal).  Pada saat ini sinyal output pada R adalah nol (Gambar d). Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatip,sehingga dioda tidak menghantar (OFF) (Gambar e).  Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karena RC dibuat cukup lama.  Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berartidibanding dengan sinyal output.  Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan tegangan pada kapasitor -V, yaitu sebesar -2V (Gambar c).Terlihat pada gambar c bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kontak (seperti gelombang input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatip sebesar -V.  Besarnya penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri dengan dioda.  Disamping itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positip dengan caramembalik arah dioda.  Beberapa rangkaian clamper negatip dan positip

.

F.     Cara Kerja Clamper

Berdasarkan gambar tersebut, ketika fase negatif, dioda dalam keadaan panjar maju, arus akan mengalir mengisi capasitor sebesar 10V, Vo tidak mengukur apapun. Ketika fase positif dioda dalam keadaan panjar balik dan tegangan Vi akan dibaca Vo bersamaan pelepasan muatan dari capasitor. Tegangan Vi 10V dan tegangan capasitor 10V akan terbaca oleh Vo sebesar 20V. Begitulah mengapa nilai tegangan dari vi bisa bergeser ke arah positif.

Pada gambar di atas adalah kebalikan dari Penjepit DC positif. Melihat pada gambar, urutan kerjanya sebagai berikut. Ketika fase positif, dioda dalam keadaan panjar maju, arus mengalir mengisi capasitor sebesar -10V, Vo tidak mengukur apapun. Ketika fase negatif dioda dalam keadaan panjar balik dan tegangan Vi akan dibaca Vo bersamaan pelepasan muatan dari capasitor. Tegangan V_i -10V dan tegangan kapasitor 10V akan terbaca oleh Vo sebesar -20V. Begitulah mengapa nilai tegangan dari V_i bisa bergeser ke arah negatif.

Rangkaian Dioda - Penjepit Tegangan DC

Rangkaian dioda yang digunakan sebagai penjepit tegangan DC (DC clamper) berfungsi untuk menambahkan komponen tegangan DC tertentu pada suatu sinyal/tegangan AC. Penjepit DC ini mempunyai 2 jenis, yaitu penjepit DC positif dan penjepit DC negatif. Kedua jenis penjepit DC ini dibedakan dengan posisi pemasangan dioda pada rangkaian penjepit dimana arah panah dioda menunjukkan pergeseran sinyal outputnya.

Seperti kita ketahui bahwa suatu tegangan AC berosilasi dari tegangan puncak positif (+Vp) ke tegangan puncak negatif (-Vp). Idealnya, apabila sinyal AC tersebut dijepit menggunakan penjepit DC positif maka sinyalnya hanya berosilasi pada bagian positifnya saja. Demikian pula sebaliknya, apabila sinyal AC tersebut dijepit menggunakan penjepit DC negatif maka sinyalnya hanya berosilasi pada bagian negatifnya saja. Namun karena adanya tegangan buka pada dioda sebesar 0,7V maka sinyal outputnya tidak benar-benar dijepit pada titik offset 0V sehingga tegangan puncak sinyal output yang dihasilkan adalah :

V_out(peak) = V_in(peak-to-peak) - V_dioda

Pada gambar rangkaian penjepit DC positif diatas dapat diketahui bahwa tegangan puncak sinyal outputnya adalah :

V_out(peak) = V_in(peak-to-peak) - V_dioda=20-0,7=19,3V

atau dengan kata lain, sinyal outputnya berosilasi dari -0,7V sampai 19,3V

Sementara untuk rangkaian penjepit DC negatif, tegangan puncak sinyal outputnya adalah:

V_out(peak) = V_in(peak-to-peak) - V_dioda=20-0,7=19,3V

atau dengan kata lain, sinyal outputnya berosilasi dari 0,7V sampai -19,3V. Dengan menambahkan sebuah tegangan DC yang diseri pada dioda maka titik offset sinyal output juga dapat diubah sejauh nilai tegangan DC yang ditambahkan pada rangkaian penjepit. Salah satu contohnya seperti yang ditunjukkan pada rangkaian penjepit DC positif berikut.

Karena adanya tegangan DC sebesar 5V maka sinyal outputnya akan berosilasi dari 4,3V (5V-0,7V) sampai 24,3V (19,3V+5V). Agar penjepit DC menghasilkan osilasi sinyal output yang baik maka nilai RC pada rangkaian, paling tidak, memenuhi syarat berikut : 10R_LC >> T_input

G.    MULTIPLE VOLTAGE

Dioda sebagai multiple tegangan ( pengali tegangan) digunakan dalam berbagai perancangan elektronik, dan berfungsi untuk mendapatkan tegangan sesuai dengan yang diinginkan.

H.    Cara Kerja Multiple Voltage

 Untuk lebih jelasnya melihat pada gambar berikut :

Dimulai dari fase negatif terlebih dahulu:

Pada fase negative dioda D1 akan panjar balik sedangkan dioda D2 akan panjar maju. Hal ini menyebabkan capasitor C1 akan menyimpan muatan dari hasil panjar maju D2 sebesar 10V. Vo pada awal fasa masih belum mengukur tegangan. Pada fase positif dioda D1 akan panjar maju dan dioda D2 akan panjar balik. Vo akan mendapatkan tegangan 20V dari V1 sebesar 10V dan pelepasan muatan dari capasitor C1 sebesar 10V. Pada saat ini pula C2 akan menyimpan muatan sebesar -10V hasil dari panjar maju D1.

Lalu pada fase negatif berikutnya:

Dioda D1 akan panjar balik sedangkan dioda D2 akan panjar maju. Hal ini menyebabkan capasitor C1 akan menyimpan muatan dari hasil panjar maju D2 sebesar 10V. Vo akan mendapatkan tegangan -20V dari V1 sebesar -10 V dan pelepasan muatan dari C2 sebesar -10V. Begitu siklus terus berulang dan didapatkan tegangan 2 kali lipat dari sebelumnya. dengan teori yang sama maka bisa dibuat rangkaian pengali tegangan sesuai dengan keinginan dari perancangnya. Berikut saya contohkan rangkaian pengali tegangan quadraple, 4 kali dari tegangan semula.

BAB III

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel.  Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban.

Tidak hanya itu, diode juga digunakan sebagai penjepit tegangan (clamper), fungsi clamper tersebut adalah untuk menambahkan tegangan tertentu pada suatu tegangan AC. Penjepit DC ini mempunyai 2 jenis, yaitu penjepit DC positif dan penjepit DC negatif. Kedua jenis penjepit DC ini dibedakan dengan posisi pemasangan dioda pada rangkaian penjepit dimana arah panah dioda menunjukkan pergeseran sinyal outputnya. Rangkain Clamper paling tidak harus mempunyai sebuah kapasitor, dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar.  Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C.

Sedangkan multiple tegangan ( pengali tegangan) digunakan dalam berbagai perancangan elektronik, dan berfungsi untuk mendapatkan tegangan sesuai dengan yang diinginkan. Pada cara kerja multiple voltage ini terdiri dari dua proses, yang pertama dimulai dari fase negatif pertama, dan selanjutnya pada fase negatif berikutnya.

DAFTAR RUJUKAN

Achmad,Maria.  2009. Dioda, (online), (http://mariachmad.blogspot.com/2009/10/d-i-o-d.html) ,diakses pada 22 Maret 2012.

Anonymous. 2009. Rangkaian Dioda: Penjepit Tegangan DC (DC Clamper), (online), (http://www.rangkaian-dioda-penjepit-tegangan-dc-dc.html), diakses pada 22 Maret 2012.

Anonymous. 2010. Rangkaian Dasar Clipper (Pemotong Sinyal) Dengan Dioda, (online), (http://www. Rangkaian-dasar-clipper-dengan-dioda.html ), diakses pada 22 Maret 2012.

Anonymous. 2011. Dioda, (Online), (http://chic4rit0.blogspot.com/2011/04/dioda.html), diakses pada 22 Maret 2012.

 Anonymous.2011. Sumber Listrik Arus Searah (DC), (Online), (http:www.sumber-listrik-arus-searah-elektronika-dasar.html ), diakses pada 22 Maret 2012.

Nurhalimah,Susan.2010. Rangkaian Pemotong, (online), (http://nurhalimah.blogspot.com/2010/05/rangkaian-pemotong-google.html), diakses pada 22 Maret 2012.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung : ITB.