PENGERTIAN GELOMBANG DAN MACAM-MACAM GELOMBANG

Rangkaian Penyearah Gelombang (Rectifier Circuit)

Rangkaian penyearah gelombang merupakan rangkaian yang berfungsi untuk merubah arus bolak-balik (Alternating Current / AC) menjadi arus searah (Direct Current / DC). Komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah adalah dioda, karena dioda memiliki sifat hanya memperbolehkan arus listrik melewati-nya dalam satu arah saja.

Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang Rangkaian penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar berikut ini.

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat setengah gelombang pertama (puncak) melewati dioda yang bernilai positif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘forward bias’ sehingga arus dari setengah gelombang pertama ini bisa melewati dioda.

Pada setengah gelombang kedua (lembah) yang bernilai negatif menyebabkan dioda dalam keadaan ‘reverse bias’ sehingga arus dan setengah gelombang kedua yang bernilai negatif ini tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan berulang sehingga menghasilkan bentuk keluaran gelombang seperti diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Dari gambar di atas, gambar kurva ‘D1-anoda’ (biru) merupakan bentuk arus AC sebelum melewati dioda dan kurva ‘D1-katoda’ (merah) merupakan bentuk arus AC yang telah dirubah menjadi arus searah ketika melewati sebuah dioda.

Pada gambar tersebut terlihat bahwa ketika gelombang masukan bernilai positif, arus dapat melewati dioda tetapi ketika gelombang masukan bernilai negatif, arus tidak dapat melewati dioda. Karena hanya setengah gelombang saja yang bisa di searah-kan, itu sebabnya mengapa disebut sebagai Penyearah Setengah Gelombang.

Rangkaian penyearah setengah gelombang ini memiliki kelemahan pada kualitas arus DC yang dihasilkan. Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian ini hanya 0,318 dari arus maksimum-nya, jika dituliskan dalam persamaan matematika adalah sebagai berikut;

I_AV = 0,318 ∙ I_MAX

Oleh sebab itu rangkaian penyearah setengah gelombang lebih sering digunakan sebagai rangkaian yang berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu rangkaian elektronika sederhana dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM.

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Ada beberapa jenis rangkaian penyearah gelombang penuh dimana rangkaian penyearah ini dapat menyearahkan satu gelombang penuh (puncak dan lembah). Dua rangkaian penyearah gelombang penuh yang sering digunakan dalam dunia elektronika adalah penyearah gelombang penuh menggunakan rangkaian dioda jembatan dan yang kedua adalah penyearah gelombang penuh menggunakan ‘center tap design’.

Rangkaian dioda jembatan adalah rangkaian penyearah gelombang penuh yang paling populer dan paling banyak digunakan dalam rangkaian elektronika. Rangkaian dioda jembatan menggunakan empat dioda sebagai penyearah-nya seperti diperlihatkan pada gambar berikut.

Prinsip kerja dari rangkaian dioda jembatan ini adalah ketika arus setengah gelombang pertama terminal AC-Source bagian atas bernilai positif, sehingga arus akan mengalir ke beban (R-Load) akan melalui D2 (forward bias) dan dari R-Load akan dikembalikan ke AC-Source melalui D3. Hal ini diperlihatkan pada ilustrasi gambar di bawah ini, dimana jalur arus yang di searah-kan diberi warna merah.

Sedangkan pada setengah gelombang kedua, terminal AC-Source bagian bawah yang kini bernilai positif sehingga arus yang mengalir ke beban (R-Load) akan melalui D4 (forward bias) dan dari R-Load akan dikembalikan ke AC-Source melalui D1. Hal ini diperlihatkan pada ilustrasi gambar di bawah ini, dimana jalur arus yang di searah-kan diberi warna merah.

Sehingga setengah gelombang pertama dan kedua dapat di searah-kan dan inilah mengapa rangkaian dioda jembatan ini disebut sebagai rangkaian Penyearah Gelombang Penuh.

Sedangkan rangkaian penyearah gelombang penuh yang menggunakan ‘center tap design’ digunakan pada sumber arus bolak-balik (AC) yang memiliki ‘Center Tap (CT)’ contohnya pada transformator CT.

Pada rangkaian penyearah gelombang penuh ‘center tap design’ hanya menggunakan dua dioda sebagai penyearah-nya. Contoh penyearah ‘center tap design’ diperlihatkan pada gambar berikut ini.

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah “center tap design’ ini adalah pada saat arus setengah gelombang pertama pada AC-Source1 bernilai positif, maka arus akan mengalir ke beban (R-Load) melalui D1 (forward bias). Sedangkan pada arus setengah gelombang pertama pada AC-Source2 bernilai negatif akan ditahan (blocking) oleh D2 (reverse bias) sehingga tidak dapat mengalir ke beban, hal ini diilustrasikan pada gambar berikut.

Pada arus setengah gelombang kedua pada AC-Source1 bernilai negatif sehingga arus ditahan (blocking) oleh D1 (reverse bias) dan tidak dapat mengalir ke beban, tetapi sebaliknya pada saat arus setengah gelombang kedua pada AC-Source2 bernilai positif, maka arus akan mengalir ke beban (R-Load) melalui D2 (forward bias). Sehingga menghasilkan penyearah gelombang penuh dari AC ke DC, seperti diilustrasikan pada gambar berikut.

Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini adalah dua kali dari arus rata-rata yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang yakni;

I_AV = 0,637 ∙ I_MAX

Lalu bagaimana jika sumber arus bolak-balik (AC) dengan CT di searah-kan oleh rangkaian penyearah dioda jembatan? Hasilnya akan diperoleh dua arus searah (DC) dengan dua polaritas yang berbeda atau biasa disebut sebagai Penyearah Gelombang Penuh Polaritas Ganda.

Dari rangkaian di atas dapat dihasilkan arus searah (DC) dengan dua polaritas yang berbeda yakni (+)VDC dan (-)VDC. Biasanya penyearah jenis ini banyak digunakan pada rangkaian catu daya penguat suara (audio amplifier).

Memperhalus Keluaran Penyearah Gelombang Penuh

Kurva keluaran arus dan tegangan dari penyearah gelombang penuh terlihat tidak linear dan ini mengakibatkan timbul-nya noise. Noise yang dihasilkan pada penyearah gelombang penuh ini masih tinggi dan tidak layak untuk digunakan sebagai catu daya perangkat elektronika yang membutuhkan noise rendah. Oleh sebab itu untuk memperhalus keluaran dari penyearah gelombang agar menghasilkan keluaran yang linear dan noise yang rendah maka keluaran harus disaring (filtering) menggunakan kapasitor.

Kapasitor yang digunakan untuk memperhalus keluaran penyearah gelombang penuh adalah kapasitor dengan kapasitas yang besar (Electrolytic Capacitor / Elco), antara beberapa ratus mikro farad sampai dengan beberapa farad.

Berikut ini merupakan bentuk keluaran dari rangkaian penyearah gelombang penuh yang di plot berdasarkan nilai C-Filter yang digunakan.

Keterangan:
AC-Source = 12VAC-50Hz
D1 – D4 = 1N4007
R-Load = 1kΩ

Dari perbandingan kurva di atas terlihat bahwa semakin besar nilai C-Filter yang gunakan maka keluaran tegangan DC dari penyearah gelombang penuh semakin halus dan linear.

1. Gelombang transversal Þ arah getarnya tegak lurus arah rambatnya.
2. Gelombang longitudinal Þ arah getarnya searah dengan arah rambatnya.

Macam - macam gelombang Berdasarkan cara rambat dan medium yang dilalui :

1. Gelombang mekanik Þ yang dirambatkan adalah gelombang mekanik dan untuk perambatannya diperlukan medium.

2. Celombang elektromagnetik Þyang dirambatkan adalah medan listrik magnet, dan tidak diperlukan medium.

- Gelombang Berdasarkan amplitudonya:

1. Gelombang berjalan Þ gelombang yang amplitudonya tetap pada titik yang dilewatinya.

2. Gelombang stasioner Þ gelombang yang amplitudonya tidak tetap pada titik yang dilewatinya, yang terbentuk dari interferensi dua buah gelombang datang dan pantul yang masing-masing memiliki frekuensi dan amplitudo sama tetapi fasenya berlawanan.

Pengertian gelombang

A. Pengertian Gelombang :

Gelombang adalah bentuk dari getaran yang merambat pada suatu medium. Pada gelombang yang merambat adalah gelombangnya, bukan zat medium perantaranya. Satu gelombang dapat dilihat panjangnya dengan menghitung jarak antara lembah dan bukit (gelombang tranversal) atau menhitung jarak antara satu rapatan dengan satu renggangan (gelombang longitudinal). Cepat rambat gelombang adalah jarak yang ditempuh oleh gelombang dalam waktu satu detik.

B. Jenis-Jenis Gelombang :

1. Gelombang Transversal

Gelombang transversal adalah gelombang yang arah rambatannya tegak lurus dengan arah rambatannya. Satu gelombang terdiri atas satu lembah dan satu bukit, misalnya seperti riak gelombang air, benang yang digetarkan, dsb.

2. Gelombang Longitudinal

Gelombang logitudinal adalah gelombang yang merambat dalam arah yang berimpitan dengan arah getaran pada tiap bagian yang ada. Gelombang yang terjadi berupa rapatan dan renggangan. Contoh gelombang longitudinal seperti slingki / pegas yang ditarik ke samping lalu dilepas.

Gelombang dapat dipantulkan (refleksi), dibiaskan (refraksi), difokuskan, dipolarisasi dan sebagainya. Penelitian eksperimental tentang gelombang cahaya tentang hukum pemantulan (refleksi) yaitu :

- Sinar yang direfleksikan dan yang direfraksikan terletak pada satu bidang yang dibentuk oleh sinar datang dan normal bidang batas dititik datang .
- Sudut refleksi ?r terhadap normal sama dengan sudut masuk ?a terhadap normal untuk semua panjang gelombang dan untuk setiap pasangan material.



Gambar di atas menunjukan proses pemantulan pada permukaan sferis dengan radius kelengkungan R dan cekungnya menghadap sinar datang. Pusat lengkungan permukaannya terletak pada ½ R atau biasa disebut dengan titik fokus. Setiap gelombang yang datang mengenai permukaan cekung akan memotong di titik fokus. Peristiwa pemantulan gelombang pada permukaan datar dan cekung diperlihatkan pada Gambar dibawah ini:



Gelombang Bunyi

Definisi yang paling umum dari bunyi (sound) adalah bahwa bunyi merupakan sebuah gelombang longitudinal yang menjalar dalam suatu medium. Bunyi dapat berjalan merambat melalui gas, cairan atau benda padat. Gelombang bunyi paling sederhana adalah gelombang sinusoidal yang mempunyai frekuensi, amplitudo dan panjang gelombang tertentu.

Telinga manusia peka terhadap gelombang dalam jangkauan frekuensi dari sekitar 20 sampai 20.000 Hz, gelombang tersebut dinamakan jangkauan dengar manusia (audible range), tetapi juga dikenal istilah bunyi untuk gelombang serupa dengan frekuensi di atas pendengaran manusia atau di atas 20.000 Hz dengan nama ultrasonik dan dibawah jangkauan manusia atau dibawah 20 Hz dengan nama infrasonik.

Gelombang bunyi biasanya menjalar menyebar ke semua arah dari sumber bunyi dengan amplitudo yang bergantung pada arah dan jarak dari sumber itu.

Gelombang bunyi menjalar seperti gelombang menjalar lainnya, memindahkan energi dari satu daerah ruang ke daerah lainnya. Intensitas (intensity) sebuah gelombang (I) didefinisikan sebagai laju rata-rata suatu gelombang menjalar terhadap waktu pada saat energi diangkut oleh gelombang itu, per satuan luas, menyebrangi permukaan yang tegak lurus terhadap arah perambatan. Dengan kata lain intensitas (I) adalah daya rata-rata persatuan luas.

Gelombang Ultrasonik

Gelombang ultrasonik didefinisikan sebagai gelombang bunyi yang memiliki frekuensi diatas batas pendengaran manusia, atau lebih dari 20.000 Hz. Spektrum akustik dibagi dalam tiga daerah frekuensi ditunjukan pada gambar dibawah ini :


Ultrasonik merambat dalam bentuk gelombang, sama dengan merambatnya cahaya, tapi tidak seperti gelombang cahaya yang dapat merambat dalam ruang hampa udara (vacuum), gelombang ultrasonik memerlukan medium untuk merambat seperti pada medium udara, cair dan padat.

Energi gelombang suara berkurang sepanjang perambatannya dari sumbernya. Karena gelombang suara menyebar keluar dalam bidang yang lebar, energinya tersebar kedalam area yang luas. Fenomena tersebut dikenal sebagai atenuasi.

Gelombang suara audio akan merambat lebih jauh dan lebih lebar dari ultrasonik dengan energi yang sama, karena panjang gelombang audio lebih panjang dari panjang gelombang ultrasonik. Dengan alasan tersebut, gelombang ultrasonik lebih terarah dari sumbernya daripada gelombang audio yang mempunyai frekuensi yang lebih rendah.

Gelombang ultrasonik memiliki sifat yang sama dengan gelombang audio, tetapi memiliki panjang gelombang yang lebih pendek. Artinya gelombang ultrasonik dapat di refleksikan oleh permukaan yang kecil, seperti kerusakan didalam sebuah material. Karena sifatnya tersebut menjadikan gelombang ultrasonik sangat berguna untuk pengujian tak merusak untuk material.

Gelombang ultrasonik adalah gelombang yang timbul akibat getaran mekanik dengan frekuensi diatas batas ambang pendengaran manusia yakni diatas 20 kHz. Gelombang ultrasonik merambat dalam dua bagian. Jika gelombang bolak-balik terjadi terus menerus secara periodik maka akan menghasilkan deretan gelombang periodik dimana pada setiap gerak periodik, partikel-partikel yang berada pada titik-titik yang sama pada gelombang tersebut akan berada dalam fase yang sama.

Jarak antara dua nilai puncak gelombang yang berurutan (gelombang transversal) atau jarak dari dua bagian pemampatan gelombang yang berurutan (gelombang longitudinal) disebut panjang gelombang (?). Waktu yang dibutuhkan untuk menempuh satu gelombang penuh atau waktu yang ditempuh sepanjang gelombang tersebut disebut periode (T). Hubungan antara panjang gelombang dengan periode ini adalah :
? = v .T

Besarnya panjang gelombang ini sangat penting untuk menentukan batas resolusi pencitraan sistem. Dua bentuk struktur yang berdekatan panjang gelombangnya tidak bisa diidentifikasikan secara terpisah pada pencitraan ultrasonik.

Kecepatan bunyi dalam medium bergantung pada kerapatan (?) dan kompressibilitas medium (B). Material dengan molekul berat cenderung bergerak lebih lambat dibandingkan molekul ringan saat terjadinya perubahan tekanan dalam medium. Material yang sangat kompressibel seperti gas akan meneruskan gelombang bunyi lebih lambat sehingga penambahan intensitas atau kompressibilitas cendrung akan menurunkan kecepatan bunyi.



Kecepatan bunyi melalui beberapa medium dapat dilihat pada tabel diatas, dimana kecepatan bunyi bergantung kepada kerapatan dan kompressibilitas medium. Material dengan molekul berat, kecepatan bunyinya cendrung lebih lambat dibandingkan molekul ringan dan material yang sangat kompressibel seperti gas, dengan jarak simpangan molekul yang panjang akan merambatkan gelombang menjadi lebih lambat.