Pengganda tegangan

Dari Wikipedia bahasa Indonesia, ensiklopedia bebas
Langsung ke: navigasi, cari
Pengganda tegangan model Villard

Sebuah pengganda tegangan adalah sebuah sirkuit elektronik yang mengubah daya listrik AC bertegangan rendah menjadi tegangan DC yang lebih tinggi dengan menggunakan kondensator dan diode yang dirangkai menjadi jaringan tertentu Pengganda tegangan dapat digunakan sebagai panjar tegangan dari beberapa milivolt hingga jutaan volt seperti untuk kepentingan penelitian fisika energi tinggi dan pengetesan keamanan terhadap petir. Pengganda tegangan yang paling umum adalah pengganda deret separuh gelombang, atau dikenal dengan aliran Villard (sebenarnya ditemukan oleh Heinrich Greinacher).

Cara kerja[sunting | sunting sumber]

Dengan mengasumsikan bahwa tegangan puncak dari sumber AC adalah +Us kita dapat menjelaskan cara kerja dari pengganda yaitu:

Voltage amplifier explain.png
  1. Puncak negatif (−Us):Kondensator C1 diisi muatan melalui diode D1 ke 0V (beda potensial di antara pelat-pelat kondensator adalah Us)
  2. Puncak positif (+Us):potensial pada kondensator C1 bertambah melalui sumber tegangan, dengan demikian mengisi kondensator C2 ke 2Us melalui diode D2
  3. Puncak negatif:Potensial pada kondensator C1 jatuh ke 0V, dengan demikian memungkinkan kondensator C3 untuk mengisi melalui diode D3 ke 2Us.
  4. Puncak positif:Potensial pada kondensator C1 mencapai 2Us (sama seperti langkah 2), juga mengisi kondensator C4 ke 2Us. Tegangan keluaran (jumlah dari tegangan pada kondensator C2 dan C4) mencapai 4Us.

Pada kenyataannya, diperlukan lebih banyak langkah untuk kondensator C4 untuk mencapai tegangan penuh. Menambah lebih banyak bagian yang sama dengan C1-D1-D2-C2, tegangan keluaran dapat ditambah menjadi 6Us, begitu juga seterusnya.

Topologi sirkuit[sunting | sunting sumber]

Sirkuit Villard[sunting | sunting sumber]

Villard circuit.svg

Sirkuit Villard terdiri dari sebuah kondensator dan diode. Walaupun sirkuit ini sangat sederhana, kerut keluarannya sangat buruk. Pada dasarnya, sirkuit ini adalah sirkuit penggenggam diode. Kondensator diisi hingga tegangan puncak AC (Vpk) pada siklus paruh negatif. Setelah beberapa siklus, semua gelombang AC tersuperimposekan pada keluaran tegangan DC di kondensator. Lembah negatif AC digenggam pada 0V (sebenarnya −VF, yaitu tegangan panjar maju diode), sehingga puncak positif keluaran adalah 2Vpk. Kerut puncak-ke-puncak adalah bentuk gelombang AC 2Vpk dan tidak dapat diperhalus tanpa mengubahnya menjadi bentuk lain.[1]

Sirkuit Greinacher[sunting | sunting sumber]

Greinacher circuit.svg

Pengganda tegangan Greinacher memberikan banyak perbaikan dari sirkuit Villard hanya dengan menambahkan sedikit komponen. Kerut keluaran sangat dikurangi, bahkan nol pada rangkaian tanpa beban, tetapi saat dibebani, kerut bergantung pada resistansi beban dan kapasitansi kondensator yang digunakan. Sirkuit ini bekerja dengan menambahkan detektor puncak di belakang sirkuit Villard. Detektor puncak mengurangi kerut selain menjaga tegangan puncak pada keluaran. Sirkuit ini ditemukan oleh Heinrich Greinacher pada tahun 1913 (diumumkan tahun 1914[2]) dalam rangka memberikan tegangan 200–300 V yang dibutuhkannya untuk ionometer yang baru ditemukannya, tegangan AC 110V yang dicatu stasiun dayaZurich pada saat itu tidak mencukupi.[3] Pada tahun 1920 menyempurnakan idenya ini dengan menyambung banyak pengganda.[4] Aliran sel Greinacher sering disalahartikan sebagai aliran Villard cascade. Ini juga sering disebut sebagai generator Cockcroft-Walton yaitu peranti yang digunakan pada pemercepat partikel yang dibangun oleh John Cockcroft dan Ernest Walton, yang secara terpisah menemukan kembali sirkuit ini pada tahun 1932.[5]

Sirkuit jembatan[sunting | sunting sumber]

Pengganda tegangan paruh gelombang

Pengganda tegangan topologi jembatan sering ditemukan pada tabung sinar katode untuk memberikan catu tegangan. Membangkitkan tegangan lebih dari 5kV dengan transformator pada peralatan rumah menimbulkan kerawanan. Padahal tabung hitam-putih membutuhkan tegangan 10kV dan tabung warna membutuhkan lebih banyak lagi.[6][7] Sirkuit ini terdiri dari dua detektor puncak paruh gelombang yang identik. Setiap detektor puncak bekerja berlawanan untuk setiap gelombang masukan. Karena keluaran disambungkan berderet, tegangan keluaran adalah dua kali lipat tegangan masukan.

Pengganda tegangan gelombang penuh

Versi sirkuit gelombang penuh memberikan keuntungan antara lain kerut yang lebih rendah, tegangan puncak pada diode yang lebih rendah dan regulasi beban yang lebih baik, tetapi membutuhkan transformator dengan sadapan tengah dan lebih banyak komponen.[8]

Pencatur tegangan

Konsep dasar topologi ini dapat dikembangkan menjadi pencatur-tegangan.[9]

Topologi sirkuit lainnya[sunting | sunting sumber]

Dua aliran yang ditopang dari satu transformator bersadapan tengah. Konfigurasi ini memberikan penyearahan gelombang penuh, menghasilkan keluaran yang lebih halus.
Aliran kedua yang ditumpuk pada aliran pertama, ditopang oleh lilitan sekunder tegangan tingi terisolasi kedua. Lilitan sekunder kedua dihubungkan dengan geseran fase 180° untuk mendapatkan penyearahan gelombang penuh.
Transformator sekunder tunggal menopang dua aliran dengan polaritas berlawanan pada saat yang sama. Menumpuk dua aliran menghasilkan tegangan dua kali lipat, tetapi keluaran lebih halus dan karakteristik pengisian kondensator lebih baik daripada satu aliran panjang dengan tegangan yang sama.

Sel diode-kondensator digunakan dengan jumlah genap sehingga aliran berakhir pada sel penghalus. Jika ganjil dan aliran berakhir pada sel penggenggam, kerut keluaran akan menjadi sangat besar. Kondensator harga tinggi pada kolom penghubung juga mengurangi kerut, tetapi mengorbankan waktu pengisian dan arus diode yang lebih besar.

Tegangan tembus[sunting | sunting sumber]

Walaupun pengganda dapat digunakan untuk menghasilkan ribuan volt tegangan keluaran, komponen yang digunakan tidak perlu dispesifikasikan untuk bertahan pada jangkah tegangan keseluruhan. Setiap komponen hanya butuh spesifikasi untuk beda tegangan relatif yang langsung membentangi kaki-kakinya. Pada umumnya, sebuah pengganda tegangan disusun seperti tangga, sehingga tegangan bertambah sesuai dengan letak komponen, ini mengurangi kemungkinan loncatan antara komponen. Perhatikan bahwa mungkin diperlukan suatu jangkah aman antara perbedaan tegangan pada pengganda, sehingga tangga dapat bertahan dari kerusakan salah satu diode atau kondensator. Atau kalau tidak, kerusakan salah satu komponen akan memberikan tegangan lebih pada komponen selanjutnya dan terus berulang, kemungkinan dapat menghancurkan seluruh rantai pengganda dan mengakibatkan terbakarnya komponen-komponen.

Penggunaan[sunting | sunting sumber]

Catu tegangan tinggi untuk tabung sinar katode sering menggunakan pengganda tegangan dengan kondensator penghalus yang terbuat dari lapisan aquadag interior dan eksterior tabung itu sendiri. Jenis pengganda tegangan yang sering digunakan pada tegangan tinggi adalah generator Cockcroft-Walton (didesain oleh John Douglas Cockcroft dan Ernest Thomas Sinton Walton untuk digunakan pada pemercepat partikel).

Referensi[sunting | sunting sumber]

  1. ^ Kind&Feser, p. 28.
  2. ^ Greinacher, H, "The Ionometer and its Application to the Measurement of Radium and Röntgen Rays", Physikal. Zeitsch., vol 15, 1914, pp. 410–415.
  3. ^ Mehra, J, Rechenberg, H, The Historical Development of Quantum Theory, p284, Springer, 2001 ISBN 0-387-95179-2.
  4. ^ Kind&Feser, p. 29.
  5. ^ Kind&Feser, p. 30.
  6. ^ Wharton&Howorth, pp. 68–69.
  7. ^ Millman-Halkias, p. 109
  8. ^ Kronjäger, J, Basic multiplier circuits, retrieved 2nd Jan 2009.
  9. ^ Ryder, p107.

Lihat pula[sunting | sunting sumber]

Pranala luar[sunting | sunting sumber]