Lab EK Analog 1

BPKM LABORATORIUM LABORATORIUM ELEKTRONIKA ELEKTRONIKA ANALOG I

Oleh: Program Studi Teknik Elektronika Jurusan Teknik Elektro

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG 2010

1

KATA PENGANTAR Buku ini disusun untuk membantu pelaksanaan pelaksanaan kuliah Laboratorium Elektronika Elektronika Analog I, pada Jurusan Jurusan Teknik Teknik Elektro Elektro Politek Politeknik nik Negeri Negeri Semaran Semarang g dengan dengan materi materi dibuat dibuat sedemiki sedemikian an rupa rupa sehingga sehingga mahasis mahasiswa wa tingkat tingkat dua (II) (II) Jurusan Jurusan Teknik Teknik Elektro Elektro dapat dapat mengguna menggunakanny kannyaa secara secara mandiri Harapan lain semoga bermanfaat bagi pembaca dan pengguna buku ini Semarang, Januari 2010

2

KATA PENGANTAR Buku ini disusun untuk membantu pelaksanaan pelaksanaan kuliah Laboratorium Elektronika Elektronika Analog I, pada Jurusan Jurusan Teknik Teknik Elektro Elektro Politek Politeknik nik Negeri Negeri Semaran Semarang g dengan dengan materi materi dibuat dibuat sedemiki sedemikian an rupa rupa sehingga sehingga mahasis mahasiswa wa tingkat tingkat dua (II) (II) Jurusan Jurusan Teknik Teknik Elektro Elektro dapat dapat mengguna menggunakanny kannyaa secara secara mandiri Harapan lain semoga bermanfaat bagi pembaca dan pengguna buku ini Semarang, Januari 2010

2

DAFTAR ISI KATA

PENGANTAR.........................................................................................................................2

DAFTAR

ISI........................................................................................................................................3

DAFTAR GAMBAR...........................................................................................................................7 1 KARAKTERISTIK DIODA SEMIKONDUKTOR SEMIKONDUKTOR........... ........................ .......................... .......................... ......................... ................. .......... ......8 . 1.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... ........... .......... ....8 1.2 Dasar Teori............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .................... ............ .......... .......... .......... .....8 1.3 Alat dan Komponen............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... ............ ...11 1.4 Rangkaian Kerja............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... ......... ....11 1.5 Langkah Percobaan ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... .......... .......... ....... ..12 1.6 Hasil pengukuran........... ........................ .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... .............. ........ ...12 1.7 Latihan............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... ........... ......... ...13 2 MENENTUKAN MENENTUKAN GARIS GARIS BEBAN BEBAN DIODA DIODA............ ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... .......... ......... ....14 14 2.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...14 2.2 Dasar Teori............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ................... ........... .......... .......... ......... ....14 2.3 Alat dan Komponen............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... ............ ...14 2.4 Rangkaian Kerja............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ....................... ............... .......... .......... ......... ....15 2.5 Langkah Purcobaan ............ ........................ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ..................... ............. .......... .......... ........ ...15 2.6 Hasil Pengukuran ............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ................ ...16 2.7 Latihan............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... ........... ......... ...16 3 KARAKTERISTIK DIODA ZENER............. ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...17 17 3.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...17 3.2 Dasar Teori............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ................... ........... .......... .......... ......... ....17 3.3 Alat dan Komponen............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... ............ ...18 3.4 Rangkaian Kerja............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ....................... ............... .......... .......... ......... ....19

3

3.5 Langkah Percobaan ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... .......... .......... ....... ..19 3.6 Hasil pengiikuran ............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ................ ...20 3.7 Latihan............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... ........... ......... ...21 4 DIODA DIODA ZENER SEBAGAI CLIPPER............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ..................... .............. ......22 . 4.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...22 4.2 Dasar Teori............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ................... ........... .......... .......... ......... ....22 4.3 Alat dan Komponen............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... ............ ...22 4.4 Rangkaian Kerja............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ....................... ............... .......... .......... ......... ....23 4.5 Langkah Percobaan ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... .......... .......... ....... ..23 4.6 Hasil pengukuran........... ........................ .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... .............. ........ ...24 4.7 Latihan............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... ........... ......... ...24 5 DIODA ZENER SEBAGAI PEMBENTUK GELOMBANG KOTAK............. ........................ ................ .......... .......... .......25 25 5.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...25 5.2 Dasar............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ..................... .............. ........... ........ ...25 5.3 Alat dan Komponen............ ........................ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ....................... ............ ..25 5.4 Rangkaian Kerja............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ....................... ............... .......... .......... ......... ....26 5.5 Langkah Percobaan ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... .......... .......... ....... ..26 5.6 Hasil pengukuran........... ........................ .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ...................... .............. ........ ...26 5.7 Latihan............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... .................. ........... ........... ......... ...26 6 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG GELOMBANG............ ......................... ......................... ......................... .......................... ....................... ............... ....... ..27 27 6.1 Tujuan Percobaan........... ........................ .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ........................ ................ .......... .......... ........ ...27 6.2 Dasar Teori............. ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... ................... ........... .......... .......... ......... ....27 6.3 Alat dan komponen............. .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ............. ..28 6.4 Rangkaian Kerja............. .......................... .......................... ......................... ......................... .......................... .......................... ....................... ............... .......... .......... ......... ....28 6.5 Langkah Percobaan ............ ......................... .......................... .......................... ......................... ......................... ........................ ................ .......... .......... .......... .......... ....... ..29

4

6.6 Hasil pengukuran......................................................................................................................29 6.7 Latihan......................................................................................................................................29 7 PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN DUA DIODA..............................................30 7.1 Tujuan Percobaan.....................................................................................................................30 7.2 Dasar Teori...............................................................................................................................30 7.3 Alat dan Komponen..................................................................................................................31 7.4 Rangkaian Kerja.......................................................................................................................31 7.5 Langkah Percobaan ..................................................................................................................31 7.6 Hasil pengukuran......................................................................................................................32 7.7 Latihan......................................................................................................................................32 8 PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN JEMBATAN DIODA.................................33 8.1 Tujuan Percobaan.....................................................................................................................33 8.2 Dasar Teori...............................................................................................................................33 8.3 Alat dan Komponen..................................................................................................................34 8.4 Rangkaian Kerja.......................................................................................................................34 8.5 Langkah Percobaan ..................................................................................................................34 8.6 Hasil pengulutran......................................................................................................................35 8.7 Latihan......................................................................................................................................35 9 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG DENGAN FILTER KAPASITOR .......................36 9.1 Tujuan Percobaan.....................................................................................................................36 9.2 Dasar Teori...............................................................................................................................36 9.3 Alat dan Komponen..................................................................................................................37 9.4 Rangkaian Kerja.......................................................................................................................38 9.5 Langkah Percobaan ..................................................................................................................38 9.6 Hasil pengukuran......................................................................................................................39

5

9.7 Latihan......................................................................................................................................39 DAFTAR PUSTAKA........................................................................................................................40

6

DAFTAR GAMBAR Gambar 1-1 Dioda semikonduktor.......................................................................................................8 Gambar 1-2 Karakteristik Dioda bias maju..........................................................................................9 Gambar 1-3 Dioda Penyearah..............................................................................................................9 Gambar 1-4 Gelombang searah pada dioda ideal..............................................................................10 Gambar 1-5 Gelombang searah dengan arus pada dioda saat bias mundur......................................11 Gambar 1-6 Rangkaian percobaan karakteristik dioda penyearah....................................................11 Gambar 2-7 Rangkaian untuk menentukan garis beban dioda..........................................................15 Gambar 3-8 Dioda Zener....................................................................................................................17 Gambar 3-9 Dioda zener sebagai penstabil tegangan........................................................................18 Gambar 3-10 Rangkaian percobaan karakteristik dioda penyearah..................................................19 Gambar 3-11 Pengukuran dioda zener sebagai penstabil tegangan...................................................19 Gambar 4-12 Pengukuran dioda zener sebagai clipper......................................................................23 Gambar 5-13 Pengukuran dioda zener sebagai pembentuk gelombang kotak..................................26 Gambar 6-14 Penyearah setengah gelombang...................................................................................27 Gambar 6-15 Pengukuran penyearah setengah gelombang...............................................................28 Gambar 7-16 Penyearah gelombang penuh dengan dioda.................................................................30 Gambar 7-17 Pengukuran penyearah gelombang penuh dengan dioda.............................................31 Gambar 8-18 Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda.................................................33 Gambar 8-19 Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda.................................................34 Gambar 9-20 Filter pada penyearah...................................................................................................37 Gambar 9-21 Pengukuran filter pada penyearah................................................................................38

7

1 1.1

KARAKTERISTIK DIODA SEMIKONDUKTOR Tujuan Percobaan

1. Dapat menentukan bias maju dan bias mundur pada dioda semikonduktor 2. Dapat membuat karakteristik dioda 1.2

Dasar Teori

Dioda semikonduktor komponen elektronika yang terdiri dari pertemuan semikonduktor jenis P dan semikonduktor jenis N (RN junction). Elektroda yang dihubungkan dengan jenis P disebut Anoda sedangkan yang dihubungkan dengan jenis N disebut Katoda. Dioda dapat berfungsi sebagai saklar elektronika karena dioda akan melewatkan arus dalam satu arah saja. Konstruksi dan simbol dioda seperti pada gambar berikut.

K

A a) Simbol

P

N

A

K

b) Konstruksi

Gambar 1-1 Dioda semikonduktor

Dioda akan mengalirkan arus maju (konduksi) jika diberi bias maju (forward) yaitu anoda mendapat tegangan positif dan katoda mendapat tegangan negatif, sebaliknya jika diberi bias mundur (reverse) maka dioda rnempunyai resistansi tinggi, artinya dioda tidak konduksi. Karena dioda dapat dipergunakan sebagai saklar elektronika mestinya pada saat dioda diberi bias maju akan terjadi arus (saklar tertutup) dan apabila diberi bias mundur arus tidak akan mengalir (saklar terbuka). Keadaan ini terjadi pada dioda ideal.

8

ID

ID

Vf =V γ +If xR f

VAK

Vγ

a) Ideal

V AK

b) Pendekatan

Gambar 1-2 Karakteristik Dioda bias maju

Kenyataannya dioda akan konduksi jika diberi tegangan maju yang cukup (0,7 volt untuk silikon dan 0,2 volt untuk germanium). Setelah mencapai tegangan ini (knee voltage) setiap kenaikan tegangan akan diikuti dengan kenaikan arus, artinya pada saat konduksi mempunyai resistansi tertentu. Pada saat dioda diberi bias mundur akan terjadi arils mundur yang kecil, dengan adanya arus mundur ini berarti dioda mempunyai resistansi mundur. Arus mundur ini sangat terpengaruh oleh perubahan suhu, setiap kenaikan suhu akan diikuti oleh kenaikan arus bocor sehingga nilai resistansi mundur akan mengalami penurunan. Contoh: perhatikan gambar berikut: f(t) 10

silikon 10k t

ω

-10

Gambar 1-3 Dioda Penyearah

Pertanyaan: 1. Gambarkan bentuk gelombang output jika dioda dianggap ideal

9

2. Gambarkan bentuk gelombang output jika dioda mempunyai tegangan lutut 0,7 V dan resistansi dinamis (Rs = 20 Ω) 3. Jika dioda mempunyai arus mundur IR : 10 µA dan beban terpasang 100 kΩ, bagaimana bentuk gelombang outputnya. Jawab 1. Jika dioda dianggap ideal maka pada saat masukan positif dioda sebagai saklar yang tertutup sedangkan saat masukan negatif dioda sebagai saklar terbuka.

V

V 2 8 9 , 0

t Gambar 1-4 Gelombang searah pada dioda ideal

2. Dioda akan konduksi jika tegangan masukan lebih besar dari 0,7 volt. Pada saat tegangan puncak arus yang mengalir I p =

10 − 0,7 10.000

= 0,928mA . Tegangan yang hilang oleh dioda V p= 0,7

+If x R f = 0,7 + 0,928 mA x 20Ω = 0,718V 3. Jika If = 10 µA dan Vmaks= 10 volt. Resistansi mundur R f=

muncul pada beban (R L = 100 kΩ); VRL=

100 K 1 M +100 K

keluarannya :

10

10 10.10 −6

=1MΩ Tegangan yang

x 10V = 0,9 V. Gambar gelombang

V

V 9 , 0

t Gambar 1-5 Gelombang searah dengan arus pada dioda saat bias mundur

1.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Dioda 1N4007

1

Resistor 220 Ω, 100 Ω.

1

Multimeter

2

Catu daya DC

1

1.4

Rangkaian Kerja A

220 Ω

220 Ω V

V

A

(a) dioda bias maju

(b) dioda bias mundur

Gambar 1-6 Rangkaian percobaan karakteristik dioda penyearah

11

1.5

Langkah Percobaan

1.5.1

Dioda silikon

1. Rakitlah dioda seperti pada gambar Gambar 1-6a,di atas 2. Pastikan posisi range alat ukur sudah benar sesuai dengan fungsinya, catu daya pada kondisi minimum. 3. Hidupkan catu Jaya, naikkan tegangannya selangkah demi selangkah, baca penunjukan ampermeter sesuai dengan Tabel 1-1 4. Baca dan catat tegangan dioda untuk setiap langkah penunjukan arus pada Tabel 1-1 5. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi minimum 6. Ubah rangkaian seperti Gambar Gambar 1-6 b. 7. Naikkan tegangan catu daya sehingga tegangan sesuai denganTabel 1-2 1.5.2

Dioda germanium

Ulangi langkah pengukuran karakteristik dioda silicon dengan dioda diganti dengan dioda germanium dengan tabel pengukuran, Tabel 1-3, dan Tabel 1-4 1.6

Hasil pengukuran

Tabel 1-1 Pengukuran dioda bias maju

IR [mA]

0,06 0,60 3,0 5,0 20,0 30,0 40,0 60,0

VR [V] R F =

V R I R

Tabel 1-2 Pengukuran dioda bias mundur

VR [V]

1

2

5

10

15

20

25

IR [mA] RF =

V R I R

12

30

Tabel 1-3 Pengukuran dioda germanium bias maju

IP, [mA]

0,01

0,10

0,50

1,0

3,0

6,0

10,0

VP [V] RI =

V R I P

Tabel 1-4 Pengukuran dioda germanium bias mundur

VR [V]

0

1

2

10

4

6

8

10

IR [mA] RF =

1.7

V R I R

Latihan

1. Dan hasil pengukuran karakteristik dioda silicon dan germanium gambarkan kurva karakteristiknya. 2. Dari kurva karakieristik hitunglah resistansi dinamisnya 3. Antara dioda silikon dengan dioda germanium, manakah yang lebih besar arus bocornya. 4. Apakah tegangan lutut dioda dapat berubah dengan perubahan tegangan sumber atau bebannya. Jelaskan! 5. Apa perbedaan antara tegangan lutut dengan tegangan maju (Vi) pada dioda. 6. Berikan kesimpulan!

13

2 2.1

MENENTUKAN GARIS BEBAN DIODA Tujuan Percobaan

1. Dapat menggambarkan garis beban dioda 2. Dapat membedakan antara tegangan lutut (VY) dengan tegangan kerja dioda (VP). 2.2

Dasar Teori

Karakteristik suatu dioda merupakan hubungan antara tegangan (pada anoda dan katoda) dan arus yang mengalir pada persambungan PN ini. Pada saat dibebani dioda akan mengalirkan arus seperti pada karakteristiknya. Hubungan ini akan tergantung pada besarnya beban dan juga besarnya tegangan yang muncul pada kaki-kaki dioda. Agar dapat diperkirakan bagaimana pola arus dan tegangan kerja dioda pada suatu tegangan dan arus, maka dapat dibuat suatu garis bantu imajiner yang akan menggambarkan daerah kerja suatu dioda. Garis bantu imajiner ini akan menunjukkan tegangan kerja maksimum dan arus kerja maksimum, dan titik kerja dioda pada suatu kondisi beban. Dengan mengetahui titik kerja suatu dioda akan didapatkan suatu resistansi dinamis dari dioda tersebut, yaitu resistansi pada saat terjadinya perubahan pada tegangan masukan yang akan mengakibatkan perubahan arus pula. 2.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Dioda 1N4007

1

Resistor 220 .0, 100

1

Multimeter

2

Catu daya DC

1

14

2.4

Rangkaian Kerja

220 Ω

V

VO

Gambar 2-7 Rangkaian untuk menentukan garis beban dioda

2.5

Langkah Purcobaan

1. Siapkan

kurva

karakteristik

dioda

pada

percobaan

KARAKTERISTIK

DIODA

SEMIKONDUKTOR 2. Buat garis beban untuk tegangan sumber 1,5 V. Buat titik potong dengan sumbu VAP(tegangan anoda katoda) pada 1,5 V (dioda terbuka). Buat titik potong dengan sumbu I (arus) pada I = 6,818 mA. Hubungkan kedua titik tersebut sehingga membentuk garis beban untuk tegangan 1,5 V dengan R = 220 Ω. 3. Dari kurva tersebut, tentukan harga arus maju (IP) dan tegangan maju (VP) dioda. IP ditarik sejajar dengan sumbu VAK pada garis beban memotong kurva karakteristik, sedangkan VI ditarik sejajar dengan sumbu I pada garis beban memotong kurva karakteristik. 4. Hitunglah tegangan output pada resistor (Vout), (Vout) = VS-VI 5. Rakitlah dioda germanium seperti pada gambar rangkaian kerja di alas. 6. Hidupkan catu daya atur pada tegangan 1,5 V 7. Ukurlah tegangan jatuh pada dioda dan tegangan keluarannya. 8. Dengan cara yang sama buatlah garis beban untuk Vs, = 1 V dan RI= 470 Ω 9. Ulangi langkah-langkah di atas untuk dioda silikon dengan VS = 3 V dan R = 100 Ω.

15

2.6

Hasil Pengukuran

Tabel 2-5 Garis beban dioda germanium Vin = 1,5 V R L = 220

IP, [mA] Perhitungan Penukuran VP [V] RI =

V R I P

Tabel 2-6 Garis beban dioda germanium Vin = 1 V R L = 470

IP, [mA] Perhitungan Penukuran VP [V] RI =

V R I P

Tabel 2-7 Garis beban dioda germanium Vin = 3 V R L = 100

IP, [mA] Perhitungan Pengukuran VP [V] RI =

2.7

V R I P Latihan

1. Apa maksud pembuatan garis beban pada dioda 2. Dari basil percobaan di atas, apakah terjadi perbedaan tegangan output (Vout) antara perhitungan dengan grafik (kurva) dan hasil pengukuran langsung. Jelaskan! 3. Dan basil pengukuran dan analisis di mana letak keunggulan dan kerugian dioda silikon dibandingkan dioda germanium! 4. Berikan kesimpulan

16

3

KARAKTERISTIK DIODA ZENER

3.1

Tujuan Percobaan

Dapat menggambarkan karakteristik dioda zener dengan pengukuran arus dan tegangannya. Dapat membuktikan dioda zener sebagai penstabil tegangan. 3.2

Dasar Teori

Dioda zener adalah dioda semikonduktor yang bekerja pada daerah dadal (breadown). Dioda zener tersedia dalam beberapa harga tegangan dadal mulai dari 2 V hingga puluhan volt. Kemampuan dayanya bervariasi.

I D A

V AK K

Gambar 3-8 Dioda Zener

Dioda zener biasa dipakai untuk menghasilkan tegangan konstan dari suatu sumber tegangan yang berubah-ubah, tetapi sexing juga digunakan pada rangkaian-rangkaian pembatas sehingga dapat dipergunakan dalam rangkaian pembentuk gelombang. Dioda zener mempunyai tegangan lutut yang sangat tajam pada saat breakdown, artinya akan terjadi perubahan arus yang sangat besar pada perubahan tegangan yang sangat kecil. Daya dan arus maksimum dioda zener perlu diperhatikan agar dioda tidak rusak akibat perubahan arus yang besar.

17

Pada rangkaian catu daya biasanya tegangan keluaran DC akan berubah jika beban yang dipasang berubah. Cara sederhana untuk menstabilkan tegangan DC tersebut adalah dengan memasang dioda zener seperti pada gambar berikut:

Io l i b a t s k a t n a g n a g e T

IZ

IL

Gambar 3-9 Dioda zener sebagai penstabil tegangan

Jika tegangan berubah di atas tegangan zener, maka zener akan mempertahankan pada tegangan dadalnya. Pemakaian yang lain dari dioda zener adalah sebagai rangkaian pemotong sinyal, baik yang akan dihilangkan sinyal positif maupun sinyal negatif. Bahkan dengan memberikan tegangan penyangga maka dapat dilakukan pemotongan sebagian. 3.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Sumber daya

1

Generator Fungsi

1

Multimeter

2

Osiloskop

1

Transformator

1

Resistor 10 ko, 1 k0.., 220 0, 100 c.)

1

Potensiometer 10 k.(..2

1

18

Dioda zener 6,2 V, 7,5 V 3.4

1

Rangkaian Kerja A

220 Ω

220 Ω V

V

A

(a) dioda bias maju

(b) dioda bias mundur

Gambar 3-10 Rangkaian percobaan karakteristik dioda penyearah

220 Ω V

10 k Ω

Gambar 3-11 Pengukuran dioda zener sebagai penstabil tegangan

3.5 3.5.1

Langkah Percobaan Karakteristik dioda zener

1. Rakitlah rangkaian seperti Gambar 3-10a di atas. 2. Pastikan catu daya pada dalam kondisi minimum, kemudian hidupkan. 3. Naikkan tegangan catu daya perlahan-lahan sehingga ampermeter menunjukkan harga seperti pada Tabel 3-8. 4. Baca dan cata penunjukan voltmeter untuk setiap langkah penunjukan ampermeter ke dalam Tabel 3-8.

19

5. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi minimum 6. Ubahlah dioda zener seperti Gambar 3-10 b di atas 7. Naikkan tegangan catu daya perlahan-lahan, sehingga ampermeter menunjukkan harga seperti dalam Tabel 3-9. 8. Baca dan catat penunjukan voltmeter untuk setiap langkah penunjukan ampermeter ke dalam Tabel 3-9 9. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi awal (minimum) 10.

Ulangi untuk dioda zener dengan tegangan kerja yang lain.

3.5.2

Dioda zener sebagai penstabil tegangan

1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 3-11 di atas, dengan dioda zener 7,5 V 2. Atur tegangan keluaran catu daya pada 8 V 3. Ukurlah keluaran, catat dalam Tabel 3-10 4. Naikkan catu daya menjadi 9 V 5. Ukurlah keluaran, catat dalam Tabel 3-10 6. Naikkan catu daya menjadi 10 V 7. Ukurlah keluaran, catat dalam Tabel 3-10 8. Gantikan Rt dengan 1 kΩ. 9. Ulangi langkah 2 sampai dengan 7 10. Gantikan RL dengan 220 11. Ulangi langkah 2 sampai dengan 7 12. Ulangi Langkah-Langkah di atas untuk dioda zener 6,2 V dengan tegangan sumber 7, 8, dan 9 V. Catat hasilnya pada Tabel 3-11 3.6

Hasil pengiikuran

Tabel 3-8 Pengukuran dioda zener bias maju

IR [mA]

0,06 0,60 3,0 5,0 20,0 30,0 60,0

20

VF [DZ 6,2V] VF [DZ 7,5V] Tabel 3-9 Pengukuran dioda zener bias mundur

IR [mA]

0,06 0,60 3,0 5,0 20,0 30,0 60,0

VR [DZ 6,2V] VR [DZ 7,5V] Tabel 3-10 Pengukuran dioda zener sebagai penstabil tegangan, D Z = 7,5 V

Tegangan output (Vrms) Tegangan Catu

R L = 10 k Ω R L = 1 k Ω R L = 220 k Ω

6 8 10 Tabel 3-11 Pengukuran dioda zener sebagai penstabil tegangan, D Z = 6,2 V

Tegangan output (Vrms) Tegangan Catu

R L = 10 k Ω R L = 1 k Ω R L = 220 k Ω

6 8 10 3.7

Latihan

1. Gambarkan karakteristik dioda zener tersebut 2. Tentukan berapa tegangan zener (breakdown) dari masing-masing dioda 3. Pada percobaan dioda zener sebagai penstabil tegangan, perubahan tegangan pada catu daya bagaimana pengaruhnya pada tegangan keluaran. 4. Apakah perubahan tahanan beban berpengaruh pada tegangan keluaran?

21

4 4.1

DIODA ZENER SEBAGAI CLIPPER Tujuan Percobaan

1. Dapat menggunakan dioda zener sebagai pemotong (clipping) 4.2

Dasar Teori

Tegangan breakdown suatu dioda zener akan bernilai relatif tetap pada tegangan kerjanya. Setiap kali tegangan jatuh yang lebih besar daripada tegangan breakdown akan ditahan pada tingkat tegangan breakdown tersebut. Sifat khusus dioda zener ini dapat digunakan untuk menstabilkan tegangan yang diinginkan, atau dapat juga digunakan untuk memotong tegangan-tegangan periodik yang lebih besar daripada tegangan breakdown tersebut. Salah satu pemanfaatan dioda zener sebagai pemotong tersebut dikenal sebagai clipper . 4.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Sumber

1

Generator Fungsi

1

Multimeter

2

Osiloskop

1

Transformator

1

Kapasitor 0,1 tF

1

Resistor 10 k0., 1 kf.2, 220 O., 100 CI

1

Potensiometer 10 kf.).

1

Dioda zener 6,2 V, 7,5 V

1

22

4.4

Rangkaian Kerja

0,1 µF

Output

7,5 V

1 k Ω

10 k Ω

Gambar 4-12 Pengukuran dioda zener sebagai clipper

4.5

Langkah Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 4-12. 2. Atur pembangkit fungsi pada gelombang kotak dengan f = 400 Hz dan V = 6 Vpp 3. Atur catu daya DC pada tegangan 10 V 4. Lepaskan dioda zener, ukur tegangan keluaran dengan osiloskop kemudian gambar dan catat 5. Pasang kembali dioda zener, atur potensiometer pada posisi minimum (OV) 6. Gambar dan catat bentuk gelombang keluarannya (perhatikan level 0 V dengan menggunakan coupling DC pada osiloskop) 7. Atur potensiometer sehingga menghasilkan tegangan 2,5 V 8. Ulangi langkah 6 9. Ulangi langkah 7 dan 8 untuk tegangan 6; 7,5; dan 10 V 10. Ulangi langkah 1 sampai dengan dioda zener dibalik 11. Ganti CI, RI dengan harga yang bet beda. 12. Ulangi langkah 1 sampai dengan 10

23

4.6

Hasil pengukuran

Tabel 4-12 Pengukuran dioda zener 6,2 V sebagai Clipper

Tegangan Catu

Forward Reverse

Tanpa dioda zener Tegangan 0 V Tegangan 2,5 V Tegangan 6V Tegangan 7,5V Tegangan 10V Tabel 4-13 Pengukuran dioda zener 7,5 V sebagai Clipper

Tegangan Catu

Forward Reverse

Tanpa dioda zener Tegangan 0 V Tegangan 2,5 V Tegangan 6V Tegangan 7,5V Tegangan 10V 4.7

Latihan

1. Jelaskan terjadinya gelombang pada dioda zimer sebagai clipper. 2. Bagaimana cara kerja rangkaian clipper dan apa yang terjadi bila tegangan zener lebih besar daripada tegangan puncak masukkan?

24

5 5.1

DIODA ZENER SEBAGAI PEMBENTUK GELOMBANG KOTAK Tujuan Percobaan

1. Dapat menggunakan dioda zener sebagai Pembentuk gelombang kotak 5.2

Dasar

Tegangan breakdown suatu dioda zener akan bernilai relatif tetap pada tegangan kerjanya. Setiap kali tegangan jatuh yang lebih besar daripada tegangan breakdown akan ditahan pada tingkat tegangan breakdown tersebut. Sifat khusus dioda zener ini dapat digunakan untuk menstabilkan tegangan yang diinginkan, atau dapat juga digunakan untuk memotong tegangan-tegangan periodik yang lebih besar daripada tegangan breakdown tersebut. Jika gelombang periodik yang dipotong oleh dioda zener mempunyai ayunan positif dan negatif, dengan menggunakan dua buah dioda zener dapat juga dibentuk suatu gelombang kotak. 5.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

jumlah

Sumber

1

Generator Fungsi

1

Multimeter

2

Osiloskop

1

Transformator

1

Kapasitor 0.1 µF

1

Resistor 10 kΩ, 1 kΩ, 220 Ω, 100 Ω

1

Potensiometer 10 kΩ.).

1

Dioda zener 6,2 V, 7,5 V

1

25

5.4

Rangkaian Kerja 9V

6,2 V

CT

OU T PUT 6,2 V

9V

Gambar 5-13 Pengukuran dioda zener sebagai pembentuk gelombang kotak

5.5

Langkah Percobaan

1. Buatlah rangkaian seperti gambar Gambar 5-13 2. Ukurlah bentuk gelombang dan amplitudo pada tegangan trafo 3. Ukurlah tegangan pada keluaran dan amati bentuk gelombangnya. 4. Ulangi langkah di atas untuk dioda zener 7,5 V 5.6

Hasil pengukuran


Tegangan Masukan (sekunder trafo) Tegangan Keluaran (anoda kedua dioda zenner)

5.7

Latihan

1. Jelaskan terjadinya gelombang pada dioda zener dan pembentuk gelombang kotak. 2. Bagaimana cam kerja rangkaian pembentuk gelombang kotak dan apa yang terjadi bila tegangan zener lebih besar daripada tegangan puncak masukan?

26

6 6.1

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG Tujuan Percobaan

Dapat mengenal sistem rangkaian penyearah setengah gelombang Dapat menggambarkan dan menghitung hasil penyearahan 6.2

Dasar Teori

Pada umumnya peralatan-peralatan elektronika dapat bekerja jika dicatu dengan tegangan DC. Perusahaan listrik menyediakan listrik AC dengan tegangan 220 V dengan frekuensi 50 Hz. Untuk itu diperlukan suatu peralatan (rangkaian) yang dapat mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Penyearah setengah gelombang merupakan suatu rangkaian yang dapat mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC yang berdenyut. Pada setengah perioda positif dioda akan mendapat bias maju sedangkan pada setengah perioda negatif akan mendapat bias mundur. Hal ini yang menyebabkan tegangan pada RL merupakan sinyal setengah gelombang.

R L VO

Gambar 6-14 Penyearah setengah gelombang

Tegangan DC dan hasilpenyearahan Inn adalahVDC =

V p π

27

Antara sinyal masukan dan sinyal keluaran mempunyai perioda yang sama sehingga frekuensi keluaran pada penyearah setengah gelombang sama dengan frekuensi masukannya (fo = fin). Setiap peralatan elektronika memerlukan tingkat tegangan DC yang berbeda-beda, untuk mengubah tegangan listrik jala-jala diperlukan peralatan yang dapat menurunkan tegangan sesuai dengan yang diperlukan yaitu transformator step down (penurun tegangan) 6.3

Alat dan komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Dioda 1 N4007

1

Resistor 2,2 k0., 1 I;). 470 (.)

1

Multimeter

2

Osiloskop

1

Transformator 220 V/9 V (CT)

1

Kawat penghubung secukupnya 6.4

Rangkaian Kerja

A

R L

Gambar 6-15 Pengukuran penyearah setengah gelombang

28

V

VO

6.5

Langkah Percobaan

1. Buatlah rangkaian Gambar 6-15 2. Dengan menggunakan multimeter, ukurlah tegangan keluaran DC (Vc, DC) arus keluaran DC (Io DC). Catat hasil pengukuran pada Tabel 6-15 3. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk dan besarnya tegangan masukan dioda (skunder trafo) dan tegangan keluarannya. Catat dalam Tabel 6-15 4. Gantikan RI 1 kΩ, ulangi langkah 2 dan 3. 5. Gantikan RI dengan 2,2 kΩ, ulangi langkah 2 dan 3 6. Hitunglah tegangan keluaran DC, arus DC dan arus efektifnya dan catatlah ke dalamTabel 6-15 6.6

Hasil pengukuran


Vin (AC) Beban (Ω)

Hasil pengukuran

Hasil perhitungan

VO DC IO DC Ieff VO DC IO DC Ieff

470 1k 2,2 k 6.7

Latihan

1. Jelaskan proses penyearahan dengan menggunakan satu dioda (setengah gelombang)? 2. Bagaimana pengaruh beban (R L) terhadap arus dan tegangan keluaran? 3. Buatlah kesimpulan percobaan ini.

29

7 7.1

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN DUA DIODA Tujuan Percobaan

Dapat mengewAsistem ranglcaian penyearah gelombang penuh dengan dna dioda Dapat menggambarkan dan menghitung hasil penyearahan 7.2

Dasar Teori

Dua buah dioda dapat digunakan sebagai penyearah dengan hasil gelombang penuh, yaitu akan menyearahkan ayunan positif dan negatif gelombang masukan. Syarat penyearah gelombang penuh dengan menggunakan dioda yaitu transformator yang digunakan mempunyai center tap pada bagian skundernya.

A

D1

R L

B

D2 Gambar 7-16 Penyearah gelombang penuh dengan dioda

Pada saat A positif D1 akan konduksi dan arus akan mengalir ke beban dan lilitan melalui D1. Pada siklus berikutnya A negatif dan B positif, maka D2 yang konduksi dan arus mengalir ke beban dengan arah yang sama 2V P Harga rata-rata dari penyearah ini adalah VD1 =

π

30

Frekuensi yang dihasilkan adalah dua kali frekuensi masukannya sebab untuk setiap satu gelombang masukan akan menghasilkan dua puncak gelombang positif.Fo = 2Fm 7.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

Dioda 1N4007

2

Resistor 2,2 kΩ., 1 kΩ, 470 Ω

1

Multimeter

2

Alat/Komponen

Jumlah

Osiloskop

1


1

Kawat penghubung secukupnya 7.4

Rangkaian Kerja

A

A

D1

R L

B

D2 Gambar 7-17 Pengukuran penyearah gelombang penuh dengan dioda

7.5

Langkah Percobaan

1. Buat rangkaian seperti Gambar 7-17 dengan dioda silikon 1N4007 dan R = 470 Ω

31

V

2. Dengan menggunakan multimeter, ukurlah tegangan keluaran DC (VO DC) dan arus efektif (looff). Catatlah hasil pengukuran dalam Tabel 7-16 3. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk dan besarnya tegangan masukan dioda (skunder trafo) dan tegangan keluarannya. Gambar dan catat dalam Tabel 7-16 4. Gantilah RL 1 kΩ ulangi langkah 2 dan 3. 5. Gantikan R1 menjadi 2,2 kΩ dan ulangi langkah 2 dan 3. 6. Hitunglah tegangan keluaran DC, arus DC, dan arus efektifnya dan calatlah dalamTabel 7-16 7.6

Hasil pengukuran

Tabel 7-16 Pengukuran Penyearah gelombang penuh dengan dua dioda


Hasil pengukuran

Hasil perhitungan


470 1k 2,2 k 7.7

Latihan

1. Jelaskan proses penyearahan gelombang dengan menggunakan dua dioda? 2. Apakah terjadi perbedaan tegangan DC yang dikeluarkan antara penyearah setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh 3. Bagaimana pengaruh beban (R L) terhadap arus dan tegangan keluaran? 4. Buatlah kesimpulan percobaan ini.

32

8 8.1

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN JEMBATAN DIODA Tujuan Percobaan

Dapat mengenal sistem rangkaian penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda Dapat menggambarkan dan menghitung hasil penyearahan 8.2

Dasar Teori

Jika transformator tidak mempunyai cabang tengah (center tap) dan diperlukan penyearahan gelombang penuh maka dapat dipergunakan rangkaian dioda dengan sistem jembatan.

A D2

D1 R L

D3

D4

B

Gambar 8-18 Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda

Pada perioda setengah gelombang positif (A) maka D2 dan D3 mendapat bias maju. Pada perioda berikutnya D2 dan D4 yang akan mendapat bias maju. Tegangan DC yang dihasilkan sama dengan penyearah gelombang penuh dengan center tap yaitu V DC

=

2V P π

Perbedaanya jika pada penyearah gelombang penuh center tap pada saat setengah perioda positif dioda yang mendapat bias maju hanya satu, sedangkan pada penyearah gelombang penuh sistem jembatan setiap setengah perioda dioda yang mendapat bias maju ada dua. Untuk rangkaian yang

33

menghasilkan tegangan DC cukup besar hal ini dapat diabaikan tetapi untuk tegangan kecil akan terasa sebagai kerugian. 8.3

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jurnlah

Dioda 1N4007

4

Alat/Komponen

Jumlah

Resistor 2,2 kΩ, 1 Ω) 470 Ω

1

Multimeter

2

Osiloskop

1


1 Kawat

penghubung secukupnya 8.4

Rangkaian Kerja

A

~

D2

A

D1

+

-

D4

D3 B

R L

~

Gambar 8-19 Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda

8.5

Langkah Percobaan

1. Buat rangkaian seperti Gambar 8-19 dengan dioda silicon 1N4007 dan R = 470 Ω

34

V

2. Dengan menggunakan multimeter, ukurlah tegangan keluaran DC (Vo DC) dan arus efektif (lo off). Catatlah hasil pengukuran dalam Tabel 8-17 3. Dengan menggunakan osiloskop. amati bentuk dan besarnya tegangan masukan dioda (skunder trafo) dan tegangan keluarannya. Gambar dan catat dalam Tabel 8-17 4. Gantilah R1 1 kΩ, ulangi langkah 2 dan 3. 5. Gantikan R1 menjadi 2,2 kΩ dan ulangi langkah 2 dan 3. 6. Hitunglah tegangan keluaran DC, arus DC, dan arus efektifnya dan catatlah dalamTabel 8-17 8.6

Hasil pengulutran

Tabel 8-17 Pengukuran Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda.


Hasil pengukuran

Hasil perhitungan


470 1k 2,2 k 8.7

Latihan

1. Jelaskan proses penyearahan dengan menggunakan jembatan dioda (gelombang penuh)? 2. Bagaimana pengaruh beban (RL) terhadap arus dan tcgangan keluaran? 3. Apakah terjadi perbedaan tegangan DC yang dihasilkan antara penyearah setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda? 4. Bagaimana kondisi arus DC antara penyearah setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda? 5. Bagaimana pengaruh perubahan Beban pada setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda? 6. Apakah perbedaan antara penyearah gelombang penuh dua dioda dengan jembatan dioda? 7. Buatlah kesimpulan percobaan ini.

35

9

PENYEARAH

SETENGAH

GELOMBANG

DENGAN

FILTER

KAPASITOR 9.1

Tujuan Percobaan

Dapat menggunakan kapasitor sebagai filter pada rangkaian penyearah. Dapat menggambarkan dan menghitung tegangan DC yang dihasilkan rangkaian penyearah dengan filter kapasitor. 9.2

Dasar Teori

Dalam rangkaian penyearah, tegangan DC yang dihasilkan masih mempunyai perubahan perubahan (riak, ripple) yang besar. Untuk menghasilkan tegangan DC yang benar-benar rata diperlukan rangkaian filter (penyaring) yang dapat menghilangkan/mengurangi tegangan riaknya. Komponen-komponen yang dapat digunakan sebagai filter adalah komponen-komponen reaktif (L dan C). induktor mempunyai sifat sebagai penahan AC sedangkan kapasitor mempunyai sifat pelolos (pass) untuk sinyal AC sehingga untuk menghasilkan sinyal DC yang balk dapat dibuat rangkaian filter dengan menggunakan inductor, kapasitor, atau gabungan keduanya. Filter inductor sebenarnya sangat baik untuk memperkecil riak, tetapi inductor mempunyai bentuk yang sangat besar sehingga akan mengambil tempat dan mahal. Hal ini tentu tidak menguntungkan apalagi pengembangan sistem elektronika saat ini cenderung kecil dan praktis.

36

C

R L

Gambar 9-20 Filter pada penyearah

Filter kapasitor berdasarkan deteksi puncak, artinya pada saat gelombang masukan menuju positif dari nol maka dioda akan mendapat bias maju, pada saat ini kapasitor akan diisi muatan hingga tegangan puncak tercapai. Pada saat gelombang menuju negatif maka dioda akan dibias mundur, karenanya kapsitor akan mempertahankan tegangan maksimumnya dan muatan kapasitor akan dilewatkan menujuresistnsi beban dan terisi lagi pada saat gelombang puncak berikutnya. Untuk mendapat penyearah yang baik maka konstanta RC harus besar daripada perioda sinyal masukan. Kapasitor hanya sedikit kehilangan muatannya sampai dioda kembali konduksi. Untuk konstanta

waktu

yang

panjang

maka

berlaku

(minimum RC 10 kali T). Tegangan DC, VDC

 0,00147   = 1 −  VP  R L C 

Tegangan riak, VDC

=

0,0024 R L C

Kapasitor minimum, VDC

9.3

=

VP

0,0024 R L r

Alat dan Komponen

Alat/Komponen

Jumlah

37

rumus

pendekatan

sebagai

berikut

Dioda 1 N4007

1

Resistor 470Ω, 1 k Ω, 2,2 k Ω

1

Kapasitor 100 µF, 470 µF, 1000 µF

2

Transformator

1

Multimeter

2

Osiloskop

1

9.4

Rangkaian Kerja

A

V

C

R L

Gambar 9-21 Pengukuran filter pada penyearah

9.5

Langkah Percobaan

1. Buat rangkaian seperti Gambar 9-21 dengan dioda silikon dan R = 470 Ω dan kapasitor, C = 100 µf. 2. Dengan menggunakan multimeter, ukurlah tegangan keluaran DC (Vo DC) arus keluaran DC (lone:). Catatlah basil pengukuran dalam Tabel 9-18. 3. Dengan menggunakan osiloskop, amati bentuk dan besarnya tegangan masukan dioda (skunder trafo) dan tegangan keluarannya. Gambar dan catat dalam Tabel 9-1. 4. Gantikan R L. 1k Ω ulangi langkah 2 dan 3. 5. Gantikan RL_ 2,2 k Ω ulangi langkah 2 dan 3.

38

6. Gantilah kapasitor filter dengan 470 µF, ulangi langkah 2 sampai dengan 5. 7. Gantilah kapasitor filter dengan 1000 µF, ulangi langkah 2 sampai dengan 5. 9.6

Hasil pengukuran

Tabel 9-18 Pengukuran penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor

Filtter Beban (Ω) Multimeter Osiloskop 470 100 µF

1k 2,2 k 470

100 µF

1k 2,2 k 470

100 µF

1k 2,2 k

9.7

Latihan

1. Dengan adanya filter kapasitor bagaimana besar tegangan DC yang dihasilkan dibandingkan tanpa filter ? 2. Apakah perubahan tahanan beban cukup berpengaruh pada tegangan keluaran, bandingkan tanpa filter ? 3. Apakah pengaruh perubahan kapasitor filter terhadap tegangan DC? 4. Berapakah frekuensi tegangan riaknya?

39

Lab EK Analog 1

Recommend Documents