Dioda Bridge: Dioda Penyearah Dengan Sistem Jembatan

Pada kehidupan sehari-hari, penerapan dioda bridge yang paling banyak dijumpai adalah sebagai penyearah. Penyearah berarti mengubah arus bolak balik (AC) menjadi arus searah (DC). Itu karena sebagian besar peralatan elektronik membutuhkan sumber arus searah. Untuk kebutuhan daya dan tegangan yang kecil, memang cukup menggunakan baterai atau aki. Akan tetapi, untuk kebutuhan daya yang lebih besar diperlukan sebuah catu daya dengan komponen utama berupa rangkaian penyearah.

Dioda Bridge (Jembatan): Pengertian dan Rangkaian

Ada beberapa jenis rangkaian penyearah pada aplikasi dioda, salah satunya yaitu rangkaian penyearah jembatan atau dioda bridge. Dioda bridge adalah rangkaian dari empat buah dioda yang disusun dengan susunan rangkaian berbentuk jembatan (bridge) untuk mengubah arus AC (Alternating Current) menjadi arus DC (Direct Current). Arus AC adalah arus listrik bolak-balik yang bernilai besar, biasanya berasal langsung dari pembangkit listrik, contohnya PLN.

Sedangkan arus DC adalah arus listrik yang searah, biasanya terdapat pada alat-alat elektronik, seperti kulkas, TV, lampu dll. Rangkaian dioda bridge ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Secara umum, ada dua jenis dioda yakni dioda berbentuk tabung dan dioda semikonduktor. Dioda yang digunakan pada rangkaian dioda bridge ini menggunakan dioda semikonduktor, hal ini disebabkan karena dioda berbentuk tabung sudah jarang dipakai pada saat sekarang ini. Dioda semikonduktor dibuat dengan cara menghubungkan semikonduktor yang memiliki tipe P dengan semikonduktor yang memiliki tipe N.

Dioda bridge biasanya memiliki empat kaki, dimana dua kakinya berfungsi sebagai masukan untuk tegangan AC, dan dua kaki lainnya berfungsi sebagai keluaran untuk tegangan DC dari rangkaian. Rangkaian dioda bridge ini bisa menggunakan trafo apa saja, baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo.

Prinsip Kerja Dioda Bridge (Jembatan)

Pada dioda bridge, hanya ada dua dioda yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC, sedangkan dua dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat yang sama. Berdasarkan gambar rangkaian dioda bridge di atas, pada saat berlangsung siklus positif dari siklus sinyal AC, maka dioda D₁ dan D₂ akan hidup (ON), karena mengalami bias maju sedangkan dioda D₃ dan D₄ akan mati (OFF) karena mengalami bias mundur sehingga arus mengalir melalui D₁, R_L dan D₂. Sebaliknya, pada saat berlangsung siklus negatif, maka dioda D₁ dan D₂ akan mati (OFF), karena mengalami bias mundur sedangkan dioda D₃ dan D₄ akan hidup (ON) karena mengalami bias maju sehingga arus mengalir melalui D₃, R_L dan D₄.

Secara singkatnya, dioda D₁ dan D₂ akan aktif saat siklus positif, sedangkan dioda D₃ dan D₄ akan aktif saat siklus negatif. Selama kedua siklus ini berlangsung, tegangan pada hambatan beban (R_L) mempunyai polaritas yang sama dan arus pada hambatan beban mempunyai arah yang sama. Siklus ini akan berjalan secara kontinu dan akan mengubah tegangan masukan AC menjadi sinyal-sinyal tegangan keluaran DC. Grafik tegangan keluaranya dapat dilihat pada gambar berikut ini,

Rangkaian dioda bridge memiliki sifat-sifat sebagai berikut,

1. Nilai puncak dari tegangan keluaran sama dengan setengah puncak tegangan masukan
2. Frekuensi tegangan keluaran sama dengan dua kali frekuensi tegangan masukan
3. Besar tegangan DC dari tegangan keluaran dapat dihitung dengan rumus,

V_DC = 2V_{P out}/π

Salah satu keunggulan dari dioda bridge adalah semua tegangan sekunder digunakan sebagai masukan pada rangkaian penyearah. Dengan menggunakan transformator yang sama, kita akan mendapatkan tegangan puncak dan tegangan DC dua kali lebih banyak dengan menggunakan dioda bridge seperti pada penyearah gelombang penuh. Tegangan keluaran DC sebanyak dua kali lipat ini mengkompensasi penggunaan dua dioda tambahan pada rangkaian dioda bridge.

Perlu diingat bahwa pada semua rangkaian penyearah, termasuk dioda bridge memang akan menghasilkan keluaran berupa tegangan DC. Akan tetapi, pada sinyal keluarannya tersebut masih terdapat sisa-sisa sinyal gelombang AC. Padahal, secara umum peralatan elektronik yang kita gunakan membutuhkan sumber tegangan DC yang lebih halus atau stabil. Nah, untuk menghilangkan sinyal gelombang AC yang tidak di inginkan tersebut dibutuhkan rangkaian tambahan yaitu berupa rangkaian filter.

Kelebihan dan Kekurangan Dioda Bridge

Rangkaian dioda bridge memiliki beberapa kelebihan diantaranya,

1. Memiliki biaya yang relatif lebih murah. Hal ini terjadi karena rangkaian dioda bridge mampu menghasilkan tegangan keluaran DC dengan gelombang penuh dari satu lilitan transformator tanpa harus menambahkan lagi lilitan pada transformator seperti pada penyearah gelombang penuh. Seperti yang kita ketahui bahwa harga lilitan pada transformator lebih mahal daripada harga dioda itu sendiri.
2. Tegangan keluaran dari dioda bridge berupa sinyal dengan gelombang penuh. Sebagaimana kita ketahui bahwa sinyal dengan gelombang penuh tentu lebih baik daripada sinyal dengan hanya setengah gelombang pada jenis penyearah lain.
3. Dapat menggunakan trafo yang memiliki harga relatif murah, bahkan pada beberapa aplikasi yang sederhana bisa dibuat rangkaian dioda bridge tanpa menggunakan trafo sama sekali.
4. Rangkaian dioda bridge ini sangat mudah ditemui pada toko-toko elektronik

Adapun kekurangan dari dioda bridge diantaranya,

1. Adanya rugi-rugi tegangan yang berlapis yaitu sebesar 1,4 V yang terjadi karena penggunaan dua dioda yang disusun secara seri.
2. Dioda bridge ini juga tidak sesuai untuk aplikasi power supply dengan keluaran berupa tegangan ganda.

Tips dalam Menggunakan Rangkaian Dioda Bridge

Pada saat membuat rangkaian dioda bridge, anda harus memperhatikan besar arus yang akan melewati rangkaian. Arus yang melalui dioda harus memiliki nilai yang lebih besar daripada arus yang melalui trafo. Jika arus yang melalui dioda lebih kecil, hal ini bisa menyebabkan kerusakan pada komponen dioda.

Selain itu, untuk menghindari terjadinya komponen dioda yang cepat panas dapat dilakukan dengan menaikkan arus yang melalui dioda. Dengan arus yang besar, hal ini dapat membuat dioda lebih tahan lama dan terhindar dari kerusakan lebih dini dari seharusnya.

Rangkaian Penyearah Jembatan vs Penyearah Gelombang Penuh

Rangkaian penyearah jembatan atau dioda bridge memiliki rangkaian yang mirip dengan rangkaian penyearah gelombang penuh karena memiliki keluaran gelombang penuh. Sebelum rangkaian dioda bridge digunakan, rangkaian penyearah gelombang penuh telah digunakan selama bertahun-tahun sebelumnya. Oleh karena itu, rangkaian penyearah gelombang penuh masih dipertahankan meskipun dioda bridge juga memiliki keluaran berupa gelombang penuh.

Pada pengaplikasiannya, kita akan melihat bahwa rangkaian dioda bridge digunakan lebih banyak daripada penyearah gelombang penuh. Untuk membedakan penyearah gelombang penuh dengan penyearah dioda bridge, beberapa literatur akan merujuk penyearah gelombang penuh sebagai penyearah gelombang penuh konvensional, penyearah gelombang penuh dua dioda, atau penyearah gelombang penuh center-tapped.