Rumzi Rahman: 2.10 CLAMPERS

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

6. Video

1. Tujuan [KEMBALI]

Mengetahui fungsi rangkaian clamper
Memahami prinsip kerja rangkaian clamper

2. Komponen [KEMBALI]

Baterai

Baterai merupakan suatu komponen elektronika yang digunakan sebagai sumber tegangan DC pada rangkaian.

Dioda

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.

Resistor

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebangding dengan arus yang melewatinya.

Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika yang mempunyai kemampuan menyimpan elektron-elektron selama waktu yang tertentu atau komponen elektronika yang digunakan untuk menyimpan muatan listrik yang terdiri dari dua konduktor dan di pisahkan oleh bahan penyekat (bahan dielektrik) tiap konduktor di sebut keping.

3. Teori [KEMBALI]

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang digunakan untuk “menjepit” (clamping) suatu sinyal ke level tegangan tertentu. Rangkaian clamper ini terdiri dari sebuah kapasitor, sebuah dioda, dan sebuah resistor tetapi juga bisa dilengkapi dengan sumber tegangan DC untuk menghasilkan pergeseran level tegangan ke nilai tertentu. Nilai resistansi R dan kapasitansi C harus dipilih sehingga time constant τ = RC cukup besar dan untuk memastikan tegangan kapasitor tidak mengalami discharge yang signifikan selama dioda mengalami bias terbalik (“off”). Pada analisa rangkaian clamper yang akan kita lakukan, kita mengasumsikan bahwa kapasitor membutuhkan waktu 5τ untuk mencapai charging dan discharging hingga penuh.

Rangkaian pada gambar 1 akan menjepit sinyal input ke level tegangan nol volt (apabila dioda ideal). Resistor R adalah resistansi beban atau kombinasi paralel dari resistansi beban dengan suatu resistor untuk menghasilkan nilai R yang diinginkan.

Gambar 1 Rangkaian clamper

Selama interval 0 hingga T/2, rangkaian tampak seperti pada gambar 2, dioda menjadi “on” sehingga resistor R menjadi short circuit. Pada kondisi ini, nilai time constant sangat kecil (karena nilai R mendekati nol) sehingga kapasitor akan di-charge oleh sinyal input dengan cepat. Pada kondisi ini, tegangan output sama dengan nol (v_o = 0 V).

Gambar 2 Pada saat dioda “on” kapasitor charging hingga tegangan V volt. Tegangan output sama dengan nol

Ketika sinyal input berubah dari +V menjadi –V, rangkaiannya tampak seperti gambar 3. Dioda menjadi “off” dan diganti open circuit. Sekarang nilai time constant dari rangkaian cukup besar (τ = RC) sehingga kapasitor membutuhkan waktu 5τ untuk melakukan discharge hingga nol volt. Waktu 5τ ini harus lebih besar dari periode T/2 → T sehingga kapasitor masih menyimpan tegangan V sebelum sinyal input berubah lagi kondisinya dari –V ke +V. Dan selama periode T/2 → T, kapasitor dianggap memiliki tegangan yang konstan sebesar V.

Gambar 3 Menghitung tegangan output pada saat dioda “off”

Untuk menghitung tegangan output pada saat dioda “off”, maka kita gunakan hukum tegangan Kirchoff (KVL) pada loop rangkaian gambar 3, menghasilkan persamaan

-v – V – v_o = 0

v_o = -2V

Tegangan v_o bernilai negatif menunjukkan bahwa polaritas dari tegangan v_o merupakan kebalikan dari polaritas v_o yang ditentukan pada gambar 3. Bentuk gelombang tegangan input serta hasil tegangan outputnya disajikan dalam gambar 4. Kita lihat bentuk sinyal outputnya dijepit pada tegangan 0 V untuk interval 0 hingga T/2 tetapi nilai peak to peak nya memiliki nilai yang sama dengan inputnya yaitu 2V.

Gambar 4 Bentuk gelombang input dan output dari rangkaian clamper pada gambar 1

Jadi, untuk rangkaian clamper, sinyal input dan outputnya memiliki tegangan puncak ke puncak (peak to peak) yang sama, hanya levelnya saja yang digeser ke atas atau ke bawah.

4. Prinsip Kerja [KEMBALI]

Rangkaian Penggeser(Clamper) ini memberikan penambahan komponen DC pada tegangan masukan. Akibatnya, seolah-olah terjadi pergeseran (clamping) pada tegangan. Jika penambahan komponen DC negatif, maka terjadi pergeseran tegangan ke bawah (negatively clamped), dan begitu pula sebaliknya, (positively clamped).

Gambar di atas (Rangkaian Clamper) menunjukkan sebuah rangkaian penggeser negatif. Selama setengah tegangan masukan Vin positif, dioda di-forward biased dan dalam kondisi konduksi, sehingga kapasitor akan terisi dengan polaritas seperti ditunjukkan oleh gambar. Akibatnya, tegangan keluaran Vo akan sama dengan nol. Namun, selama setengah tegangan masukan Vin negatif, dioda di-reverse biased.

Kapasitor akan mulai membuang tegangannya melalui tegangan keluaran Vo. Akibatnya, tegangan keluaran Vo akan sama dengan tegangan masukan Vin dikurang dengan tegangan buangan dari kapasitor VC. Sehingga, secara grafik, tegangan keluaran Vo merupakan tegangan masukan Vin yang diturunkan sejauh tegangan buangan dari kapasitor VC. Jika dirancang bahwa waktu buangan kapasitor sangat lama, maka tegangan buangan dari kapasitor VC akan sama dengan tegangan masukan Vin maksimum.