Laporan Modul 1

LABORATORIUM ELEKTRONIKA JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK - UNIVERSITAS UDAYANA

LAPORAN PRAKTIKUM DASAR ELEKTRONIKA

KELOMPOK 6 :

I Gede Nova Priana Priana (0904405032 (0904405032))

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS UDAYANA 2010

PERCOBAAN I DIODE DAN RANGKAIAN DIODE

1.1

Tujuan Percobaan

1. Memeriksa Kondisi Dioda 2. Mempelajari karakteristik I = f (V), bias reverse dan bias forward f orward 1.2 Tinjauan Tinjauan Pustaka Pustaka Dioda

Dalam Dalam elektr elektroni onika, ka, dioda dioda ada adalah lah kompo komponen nen aktif aktif bersa bersalur luran an dua dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda Dioda varika varikapp (VARIa (VARIable ble CAPaci CAPacitor/ tor/kon konden densat sator or variab variabel) el) digun digunaka akann sebagai kondensator terkendali tegangan. Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk unt uk mem mempe perbo rbole lehka hkann arus arus listri listrikk men menga galir lir dal dalam am suatu suatu arah arah (diseb (disebut ut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan. Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks kompleks yang bergantung bergantung pada teknologi teknologi yang digunakan digunakan dan kondisi kondisi penggu pen gguna naan. an. Bebera Beberapa pa jenis jenis dioda dioda juga juga me mempu mpunya nyaii fun fungsi gsi yang yang tidak tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium germanium..

Sejarah

Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan oleh Frede Frederick rick Guthr Guthrie ie pad padaa tahu tahunn 1873 Sedangkan Sedangkan prinsip prinsip kerja kerja dioda dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun. Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah (rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah dioda yang yang berasal berasal dari dari di berarti dua, dua, dan ode (dari (dari ὅδος ) berarti "jalur".

Prinsip Kerja

Prinsip kerja dioda termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. ( U.S. Patent 307031), 307031 ), namun tidak t idak dikembangkan dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan penyearah kristal pada tahun 1899. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.

Penerima Radio

Penerima radio pertama yang menggunakan dioda kristal dibuat oleh Greenleaf Whittier Pickard. Pickard . Dioda termionik pertama dipatenkan di Inggris oleh John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan bekas karyawan Edison) pada 16 November 1904 (diikuti oleh U.S. Patent 803684 pada November 1905). Pickard mendapatkan paten untuk detektor kristal silikon pada 20 November 1906 November 1906 (U.S. Patent 836531). 836531 ).

Dioda Termonik

Diod Diodaa term termio ioni nikk adal adalah ah sebu sebuah ah pera perant ntii katu katupp term termio ioni nikk yang yang merupakan merupakan susunan susunan elektroda elektroda-ele -elektrod ktrodaa di ruang ruang hampa hampa dalam dalam sampul sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar . Dala Dalam m diod diodaa katu katupp term termio ioni nik, k, arus arus list listri rikk yang yang me mela lalu luii fila filame menn peman pem anas as secara secara tidak tidak langs langsun ungg mem memana anaska skann katoda katoda (Bebe (Beberap rapaa dioda dioda mengg men gguna unakan kan peman pemanasa asann langs langsun ung, g, diman dimanaa filame filamenn wolfram berlaku sebagai pemanas sekaligus juga sebagai katoda), elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida oksida,, yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. tanah . Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi fungsi kerja kerja yang kecil. Bahang Bahang yang dihasilkan dihasilkan men menimbu imbulkan lkan pancaran pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektroda logam disebelah yang disebut anoda diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar. Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan.

Dalam sebagian besar abad ke-20, dioda katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. daya. Saat ini, dioda dioda katup katup hanya hanya digunaka digunakann pada penggunaan penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan dan daya tinggi.

Dioda Semikonduktor

P

Anoda

N

Katoda

Sisi P disebut Anoda dan sisi N disebut Katoda. Lambang dioda sepert sepertii ana anakk panah panah yang arahn arahnya ya dari dari sisi sisi P ke sisi sisi N. Karen Karenan anya ya ini ini mengingatkan mengingatkan kita pada arus konvensional mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar tertutup jika diberi bias bias forward (maju) dan sebagai saklar saklar terbuka jika diberi diberi bias reverse (balik). Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor sempurna (tegangan nol) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna (arus nol) saat dibias reverse. Untuk Untuk pen pende dekat katan an kedua, kedua, dibut dibutuhk uhkan an teg tegan angan gan sebes sebesar ar 0,7 V sebelum sebelum dioda dioda silikon silikon konduksi konduksi deng dengan an baik. baik. Dioda Dioda dapa dapatt digambar digambarkan kan sebag sebagai ai suatu suatu sakla saklarr yang yang diser diserii den denga gann teg tegan angan gan pengh penghamb ambat at 0,7 V. Apabila tegangan sumber lebih besar dari 0,7 V maka saklar akan tertutup. Sebaliknya apabila apabila tegangan sumber lebih kecil dari 0,7 V maka saklar akan terbuka. Dalam Dalam pend pendekata ekatann ketiga ketiga akan diperhitu diperhitungka ngkann hambatan hambatan bulk bulk (RB). Rangkaian ekivalen untuk pendekatan ketiga ini adalah sebuah saklar yang yang terhub terhubung ung seri seri denga dengann teg tegang angan an 0,7 V dan hamba hambatan tan RB. Saat Saat

tegangan dioda lebih besar dari 0,7 V maka dioda akan menghantar dan tegangan akan naik secara linier dengan kenaikan arus. Semakin besar arus, akan semakin besar tegangan dioda karena tegangan ada yang jatuh menyebrangi hambatan bulk. Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif. Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan, silicon dan germanium.

Seperti ditunjukkan pada gambar 1.3 atom silikon mempunyai elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom

germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah: + 1.602-19 C. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi. Atom silikon dan germanium masing-masing mempunyai empat elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atomatom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silicon murni dapat digambarkan secara dua dimensi guna memudahkan pembahasan.

Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa saja electron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut menjadi bebas atau disebut dengan electron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas

yang keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat.

Kristal-kristal Silikon

Ketika atom-atom silikon bergabung. Menjadi satu kesatuan, mereka membentuk dirinya sendiri menjadi sebuah bentuk yang dinamakan sebuah kristal. Masing-masing atom silikon membagi elektron-elektronnya dengan 4 atom yang berdampingan dan mempunyai 8 elektron dalam orbit valensi. Lingkaran bayangan mewakili inti silikon. Meskipun, inti atom sebenarnya mempunyai 4 elektron di dalam orbit valensinya, sekarang inti atom mempunyai delapan.

Ikatan Kovalen

Masing-masing atom yang berdekatan membagi sebuah elektron dengan atom inti. Dalam hal ini inti atom mempunyai empat elektron tambahan, memberikan seluruh 8 elektron kedalam orbit valensi. Elektronelektron tersebut tidak begitu lama menjadi atom tunggal. Masing-masing inti atom dan atom yang berdampingan membagi elektron-elektron, hal itu juga terjadi pada atom-atom silikon yang lain. Dengan kata lain setiap bagian sebuah kristal silikon mempunyai 4 yang berdampingan.

Penyatuan Valensi

Setiap atom didalam kristal silikon mempunyai 8 elektron didalam orbit valensinya. 8 elektron tersebut menghasilkan sebuah stabilitas kimia yang mengakibatkan bahan silikon menjadi padat. Tidak ada seorangpun yang yakin bagaimana orbit paling luar dari seluruh elemen mempunyai kecendrungan memiliki 8 elektron. Ketika 8 elektron tidak berada dalam sebuah elemen, maka menjadi sebuah kecendrungan bagi elemen untuk

p

n

+ +

_ _

⊝ ⊝ ⊝

⊕ ⊕ ⊕

+ + ⊝ ⊝ ⊝

_ _ ⊕ ⊕ ⊕

+ V _

mengkominasikan dan membagi elektron-elektron menjadi atom lainnya sehingga memiliki 8 elektron dalam orbit.

Bias Maju

Forward bias (bias maju) adalah hubungan yang dihasilkan oleh pusat sumber negatif dihubungkan dengan bahan tipe-n dan pusat positif dihubungkan dengan bahan tipe-p. Dalam gambar, baterai mendorong lubang-lubang dan elektronelektron bebas menuju sambungan. Jika tegangan baterai lebih kecil dibandingkan hambatan potensial, elektron bebas tidak mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi (daerah hampa muatan). Ketika mereka masuk lapisan deplesi, ion-ion tersebut akan mendorongnya kembali menuju daerah n, oleh karena itu, tidak ada arus yang melintasi dioda. Ketika sumber tegangan dc lebih besar dibandingkan dengan hambatan potensial. Baterai mendorong kembali lubang-lubang dan elektron-elektron bebas menuju ke sambungan. Pada saat tersebut elektron bebas mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi dan bergabung dengan lubang-lubang. Dengan kata lain elektron bebas menjadi sebuah elektron valensi. Sebagai elektron valensi, elektron tersebut terus berjalan ke kiri melalui satu lubang selanjutnya ia sampai ke ujung kiri dioda.

Ketika elektron tersebut meninggalkan ujung kiri dioda, lubang baru muncul dan proses tersebut berulang kembali. Karena terdapat miliaran elektron yang mengalami perjalanan yang sama, maka arus akan terus-menerus melintasi dioda. Sekali potensial (lapisan deplesi) ini terlewati, resistansi dari dioda turun ke suatu nilai yang amat rendah dan kenaikan yang sangat kecil pada tegangan catu mengakibatkan suatu arus yang amat besar pada dioda. Dimana arus mengalir dengan mudah dalam bias maju dioda. Sepanjang penerapan tegangan lebih besar dibandingkan tegangan potensial, maka akan terjadi arus kuat secara terus-menerus dalam sirkuit. Dalam daerah maju, tegangan pada saat arus mulai naik secara cepat disebut sebagai tegangan kaki (tegangan ambang) dari dioda. Tegangan ini sama dengan tegangan penghalang. Analisis rangkaian dioda biasanya menentukan apakah tegangan dioda lebih besar atau lebih kecil dari tegangan kaki. Apabila lebih besar, maka dioda akan menghantar dengan mudah. Jika lebih kecil, maka dioda tidak menghantar dengan baik. Tegangan kaki untuk dioda silikon: VK ≈ 0,7 V (Catatan: lambang (≈) artinya mendekati sama dengan) Untuk itu, kita harus mengatasi terlebih dahulu tegangan ambang 0,7 V sebelum dioda dapat menghantar. Penting untuk diperhatikan bahwa tegangan ambang hampir tidak tergantung pada arus, berlawanan dengan tegangan pada resistor. Jadi, semikonduktor tidak mengikuti hukum Ohm. Untuk mengukur tegangan ambang dapat digunakan rangkaian pembagi tegangan. Dioda pembagi tegangan merupakan sumber tegangan yang sangat stabil.

Bias Mundur

Bias mundur (reverse bias) adalah hubungan yang terjadi saat pusat negatif baterai dihubungkan pada sisi-p dan pusat positif baterai dihubungkan dengan sisi-n. Jika panjaran mundur diterapkan ke suatu pertemuan P-N, tegangan panjaran mundur menambah lapisan deplesi. Akibatnya jumlah pembawa muatan gerak di dalam daerah hubungan dikosongkan lebih lanjut, sehingga menambah lebar daerah pengosongan, yang berarti kedua daerah dari dioda tetap terisolasi satu dengan lainnya. Perluasan daerah lapisan deplesi adalah proporsional dengan tegangan reverse. Karena tegangan reverse meningkat, lapisan deplesi bertambah lebar. Setelah lapisan deplesi stabil, ada sebuah arus kecil berada pada reverse bias. Mengulang kembali bahwa energi panas secara terus-menerus menciptakan sepasang elektron-elektron dan lubang-lubang. Hal ini berarti bahwa sedikit pembawa minoritas berada pada kedua sisi sambungan. Sebagian besar bergabung dengan pembawa mayoritas. Tetapi yang berada di dalam lapisan deplesi berada lebih lama untuk melintasi sambungan. Ketika hal ini terjadi, sebuah arus yang kecil mengalir dalam rangkaian luar. Gambar mengilustrasikan gagasan tersebut. Asumsikan bahwa energi panas menciptakan sebuah elektron bebas dan lubang di dekat sambungan. Lapisan deplesi mendorong elektron bebas ke kanan dan memaksa satu elektron meninggalkan ujung kanan kristal. Lubang pada lapisan deplesi didorong ke kiri. Lubang extra pada sisi p membiarkan satu elektron memasuki ujung kiri kristal dan jatuh kedalam lubang. Karena energi panas terus-menerus mengasilkan sepasang elektron lubang di

dalam lapisan deplesi, sebuah arus kecil secara terus-menerus mengalir p

+ +

n

_ _

⊝ ⊝ ⊝

⊕ ⊕ ⊕

+ + ⊝ ⊝ ⊝

_ _ ⊕ ⊕ ⊕

_ V

+

dalam rangkaian luar.

Arus reverse disebabkan oleh panas yang menghasilkan minoritas disebut juga sebagai arus jenuh. Persamaannya, arus jenuh disimbolkan dengan dengan IS (dimana S adalah saturation). Nama saturation berarti kita tidak dapat mendapatkan arus pembawa minoritas lebih banyak daripada diproduksi oleh energi panas. Dengan kata lain, kenaikan tegangan reverse tidak akan menaikkan jumlah sifat panas yang menciptakan pembawa minoritas. Di samping sifat thermal memproduksi arus pembawa minoritas, ada arus lain yang berada dalam sebuah dioda bias balik yaitu arus permukaan bocor yang merupakan arus kecil yang mengalir pada permukaan kristal. Nilai arus bocor dalam dioda sinyal normalnya adalah beberapa puluh atau ratus nanoamper (1nA = 10 -9 A), dan mungkin beberapa miliamper dalam dioda daya. Arus bocor lebih disebabkan oleh arus intrinsik yang timbul dari pasangan-pasangan

hole-elektron

secara termal di dalam

daerah

pengosongan. Sebagai tambahan terhadap arus ini, sejumlah kecil arus bocor disebabkan oleh kebocoran pada permukaan dioda. Nilai arus bocor tetap cukup konstan sampai tegangan kerja mundur dari dioda.

Karakteristik arus–tegangan

Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n diantara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator. Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk didalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan

dan

akhirnya

menghentikannya.

Medan

listrik

ini

menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.

Jenis-jenis diode

Secara umum, diode yang banyak dijual dipasaran adalah diode kristal, diode zener, LED (Ligth Emiting Diode), diode kapasiansi variabel dan diode bridge.

1) Diode Kristal

Diode kristal ini terdiri dari 2 jenis yaitu diode silikon (Si) dan diode germanium (Ge). Berikut penjelasan dari masing-masing jenis diode tersebut

a. Diode Silikon (Si)

Disamping oksigen, silikon adalah elemen yang banyak dalam dunia. Satu dari masalah tersebut terselesaikan, keuntungan silikon segera membuatnya menjadi pilihan semikonduktor. Tanpa itu elektronika modern, komunikasi dan komputer tidak dapat bekerja. Sebuah atom silikon terisolasi mempunyai 14 proton dan 14 elektron. Orbit yang pertama mengandung 2 elektron dan orbit yang kedua mempunyai 8 elektron. 4 elektron yang tersisa terdapat dalam orbit valensi. Pada saat diode silikon ini dibias maju, agar arus dapat mengalir maka tegangan harus sebesar 0,7 Volt. Apabila tidak mencapai tegangan minimal tersebut, arus yang datang dari anoda tidak akan mengalir ke katoda. Apabila tegangan tersebut sudah mencapai tegangan minimal, maka arus akan naik dengan cepat seperti yang terlihat pada gambar 1.4 yaitu kurva karakteristik diode silikon ini. Dimana pada kurva terlihat, saat tegangan mencapai 0,7 Volt, maka arus akan naik dengan cepat. I (arus)

V(teganga n 0,7 V

b. Diode Germanium (Ge)

Konduktor terbaik (perak, tembaga dan emas) mempunyai satu elektron valensi dimana insulator terbaik mempunyai delapan elektron valensi. Sebuah semikonduktor adalah sebuah elemen dengan kemampuan listrik diantara sebuah konduktor dan insulator. Seperti yang mungkin anda pikirkan, semikonduktor yang terbaik mempunyai empat elektron valensi. Germanium adalah contoh dari sebuah semikonduktor. Ia mempunyai empat elektron dalam orbit valensi. Beberapa tahun yang lalu germanium adalah satu-satunya bahan yang cocok untuk membuat peralatan semikonduktor. Tetapi peralatan germanium mempunyai sebuah kekurangan yang fatal yaitu arus balik yang sangat besar dimana insinyur tidak dapat mengatasinya. Akhirnya semikonduktor lain dinamakan silikon menjadi sesuatu yang dipakai dan membuat germanium menjadi usang dalam sebagian besar pemakian elektronik. Untuk jenis diode germanium (Ge), arus akan dilewatkan apabila tegangan harus mencapai tegangan 0,3 Volt. Jadi, pada prinsipnya sama seperti diode silikon, apabila tegangan belum mencapai 0,3 Volt maka arus tidak akan dilewatkan. Jika tegangannya sudah mencapai tegangan minimal sebesar 0,3 Volt, maka arus sudah dapat dilewatkan.

2) Diode Zener

Diode zener atau juga dikenal sebagai voltage regulation diode adalah silicon PN junction yang bekerja pada reverse bias yang di daerah breakdown. Simbol dari suatu zener diode ditunjukkan pada

Anoda

Katod a

gambar 1.5 dibawah ini. Tegangan zener V z adalah tegangan reverse di mana terjadi breakdown. Bila tegangan reverse V D kurang dari V Z tahanan zener diode di sekitar 1 megaohm atau lebih.

Bila VD naik sedikit saja di atas V z arus reverse akan naik dengan cepat, oleh karena itu di dalam permakaian zener diode selalu digunakan suatu tahanan seri untuk mencegah terjadinva arus yang berlebihan.

Bila tegangan reverse dihubungkan pada PN-junction, lebar depletion layer akan bertambah karena elektron dan hole tertolak dari junction. Lebar depletion layer tergantung dari kadar doping, bila digunakan silicon dengan doping tinggi akan dihasilkan depletion layer yang tipis. Sehingga bila tegangan reverse dihubungkan akan menimbulkan medan listrik yang kuat di dalam dioda dan jika tegangan reverse mencapai tegangan zener V

z

maka medan listrik yang dibangkitkan demikian kuatnya sehingga sejunilah besar elektron akan terlepas dan daya tarik intinya diikuti dengan kenaikan arus reverse secara mendadak. Peristiwa inilah yang disebut dengan Zener breakdown. Jadi zener diode sebenarnya adalah PN junction dengan doping tinggi hingga menghasilkan depletion layer tipis; biasanya zener breakdown terjadi di bawah tegangan 5 volt dan masih tergantung pada temperatur. Di bawah pengaruh medan listrik yang kuat, atom-atom lebih mudah melepaskan elektronnya menjadi ion-ion bila temperatumya naik. Jadi Vz turun bila temperatur zener diode naik. PN junction diode yang dibuat dengan doping rendah depletion layernya lebih lebar. Medan listrik harus lebih kuat untuk menghasilkan zener breakdown. Tetapi sebelum zener breakdown terjadi elektronelektron minority carriers sudah akan memperoleh tenaga kinetik demikian

besarnya hingga pada saat menabrak atom akan menimbulkan ionisasi yang menimbulkan elektron baru. Elektron-elektron baru akan ikut bergerak akibatnya tabrakan akan berlangsung secara berantai sehingga makin banyak elektron yang dihasilkan dan arus reverse naik dengan cepat. Peristiwa semacam ini disebut avalanche breakdown. Bila temperatur dioda naik laju gerakan elektron dalam depletion layer menurun sehingga diperlukan tegangan yang lebih besar untuk memberikan kecepatan yang cukup bagi elektron-elektron. Jadi kita mengenal zener breakdown yaitu ionisasi karena kekuatan medan listrik dan avalanche breakdown yaitu ionisasi karena tabrakan. Yang pertama terjadi pada bahan dengan tahanan jenis rendah (doping tinggi) yang dipisahkan oleh depletion layer tipis yaitu untuk Vz di bawah 5 volt. Yang kedua terjadi pada bahan dengan tahanan jenis tinggi (doping rendah) yang dipisahkan oleh depletion layer lebar untuk Vz di atas 5 volt. Meskipun demikian dalam prakteknya kedua type di atas tetap dinamakan zener diode. Karena alasan inilah maka zener diode dibuat dari silikon. Data-data zener diode yang perlu diketahui adalah: 1. Tegangan zener V z terletak antara 3,3 Volt sampai 200 Volt. Tiap zener mempunyai V z.tertentu dengan toleransi 5 sampai 10 persen. 2. Arus zener I z ialah arus yang mengalir pada saat breakdown. I z minimum adalah besarnya I z tepat pada knee. I z maksimum adalah arus yang tidak boleh dilampaui, karena dapat menimbulkan panas yang berlebihan. Misalkan sebuah zener diode dengan: V z = 5,8 volt, I z min = 1 mA dan I z mak = 50 mA pada temperatur 40 ° C. 3. Tahanan zener r z ialah suatu nilai yang menunjukkan perbandingan perubahan tegangan zener (V z) terhadap perubahan arus zener (I z). rZ =

ΔVZ

IZ Δ

Tahanan zener minimum sekitar 10 ohm bila V Z nya sekitar 6 volt. Tahanan ini akan naik bila V z lebih atau kurang dari 6 volt. Hubungan antara V Z

dan r Z ini dapat dilihat pada gambar 1.6 dibawah.

Rz (ohm)

200

100

10

20

Vz (volt)

Oleh karena itu penggunaan zener sebagai stabilisator V z yang terbaik adalah sekitar 6 volt. Bila tegangan yang akan distabilkan lebih dari 6 volt dapat digunakan bcberapa zener yang dihubungkan seri.

a. Karakteristik maju dioda Zener

b. Karakteristik balik dioda Zener

3) LED (Ligth Emiting Diode)

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. Berikut simbol LED dalam skema rangkaian. Anoda

Katoda

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

4) Diode kapasiansi variabel

Dioda Kapasiansi Variabel yang disebut juga dioda varicap atau dioda varactor. Sifat dioda ini ialah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan berperan sebagai kondensator.Kapasitansinya tergantung pada tegangan yang masuk. Dioda jenis ini banyak digunakan pada modulator FM dan juga pada VCO suatu PLL (Phase Lock Loop). Berikut adalah simbol diode varicap dalam skema rangkaian. Anode a

Katode a

5) Diode Bridge

Untuk membuat penyearah pada power supply, di pasaran banyak terjual dioda bridge.Dioda ini adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran terjual berbagai bentuk dioda bridge dengan berbagai macam kapasitasnya. Ukuran dioda bridge yang utama adalah voltage dan ampere maksimumnya.

Penyearah Setengah Gelombang

a. Penyearah Setengah Gelombang dengan Kapasitor

Untuk mendapatkan suatu tegangan DC yang baik dimana bentuk tegangan hasil penyearahan adalah mendekati garis lurus maka tegangan keluaran dari suatu rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar 1.12 dihubungkan dengan suatu kapasitor secara paralel terhadap beban seperti pada gambar 1.13 dimana arus dari keluaran rangkaian penyearah selain akan melewati beban juga akan mengisi kapasitor sehingga pada saat tegangan hasil penyearahan mengalami penurunan maka kapasitor akan membuang muatannya kebeban dan tegangan beban akan tertahan sebelum mencapai nol. Hal ini dapat dijelaskan pada gambar berikut: Hasil penyearahan yang tidak ideal akan mengakibatkan adanya ripple seperti terlihat pada gambar diatas dimana tegangan ripple yang dihasilkan dapat ditentukan oleh persamaan berikut : Ripple (peak to peak) = Idc . (T / C) Dimana Idc dalam hal ini adalah tegangan keluaran dibagi dengan R beban.

T adalah periode tegangan ripple (detik) dan C adalah nilai kapasitor (Farad) yang digunakan.

b.

Penyearah Setengah Gelombang dengan bridge dioda

c. Penyearah Gelombang Penuh

1.3

Daftar Komponen dan Alat

1.

Modul

elektronika

dasar 2.

1 buah multimeter

3.

Penjepit buaya

4.

Osiloskop

5.

Mistar / penggaris

6.

Milimeterblock

8.

7.

Disket / flashdisk

Pulpen/pensil

1.4 Cara Kerja 1.4.1 Memeriksa Keadaan Diode

Gunakan alat ukur multimeter untuk memeriksa diode – diode yang ada. Pada saat pengukuran R maju gunakan range yang paling kecil (ohm) dan range yang besar untuk R mundur (10 K ohm), untuk multimeter analog. Pada multimeter digital gunakan range untuk mengukur. Catat hasil pengukuran anda pada table 1.1. Table 1.1 Pemeriksaan baik buruknya diode

No

1

Jenis dan tipe

Multimete

dioda

r

Dioda

BY

penyearah

299 Ge

2

Diode

IN60 5,1 V

3

zener LED

(1W) Merah Putih

4 1.4.2

Diode

MV

varaktor

2209

Resistansi Dioda

Keadaan

Ket

diode Forward Reverse Baik Buruk

Analog Digital Analog Digital Analog Digital Analog Digital Analog Digital Analog Digital

Karakteristik V – I (dengan multimeter)

1.

Buatlah rangkaian seperti gambar 1.2, untuk pengukuran Vd gunakan multimeter digital dan Id dengan multimeter analog.

2.

Atur Vs agar didapat harga seperti pada table 1.2 (untuk bias forward). Dan harga Vd sesuai dengan table 1.2 (untuk bias reverse).

3.

Lakukan untuk diode Si, Ge, dan zener.

Gambar 1.1 Rangkaian diode pada karakteristik V – I diukur dengn multimeter Table 1.2 Pengukuran diode pada karakteristik V – I dengan multimeter

No

VD

ID

(V)

(mA)

Bias Forward Voltage (V) Diode Diode LED penyearah BY IN60 229

1 2 3 4 . . . . . .

0,0 0.1 0.2 0.3 . . . . . . . 5,0

Zener 5,1V;1

M

P

Bias Reverse Voltage (V) Diode Diode LED penyearah Zener IN40 IN60 5,1V

W

M

ket

P

01

0,0

5,0

1.4.3

Karakteristik V – I (dengan osiloskop)

1. Buatlah rangkaian seperti gambar 1.3 2. Atur range I/div osiloskop pada x – y. 3. Atur Vs sesuai table 1.2 untuk bias maju dan mundur, Atur pula V/div (CH1 dan CH2), sehingga didapatkan gambar yang cukup baik, dan gambarlah pada kertas millimeter. 4. Lakukan percobaan tersebut untuk diode si, Ge, dan Zener.

Gambar 1.2 Rangkaian diode pada karakteristik V – I diukur dengn osiloskop

1.4.4

Penyearah Setengah Gelombang

a) Dengan 1 diode

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 1.4, untuk pengukuran V RL

dan IRL gunakan multimeter digital. 2. Hubungkan Vsi pada 18 Vrms, kemudian ukur besarnya I RL (arus

DC), dan VRL1 (tegangan DC), catat pada table 1.4. 3. Hubungkan VSi pada 25 Vrms, kemudian ukur besarnya I RL1 (arus DC),

dan VRL (tegangan DC), catat pada table 1.4. 4. Ulangilah langkah – langkah diatas untuk RL 1 10Ω20W dan RL 2

100Ω20W . 5. Catatlah hasil pengukuran anda pada table 1.3.

Gambar 1.3 Rangkaian diode penyerah setengah gelombang dengan 1 diode

Table 1.3 Pengukuran diode penyearah setengah gelombang dengan 1 diode Vp

Vs(V)

Rms

Dengan

(V)

RL

IRL

Pengukuran Multimeter Digital Gambar OSC VD VA VS VRL VA VRL (CE)

Perhitungan IRL

VRL

PRL

10Ω;20 220

W 100Ω;2 0W

b) Dengan 2 diode

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 1.5, untuk pengukuran V RL

dan IRL gunakan multimeter.

Ket

2. Vsi pasang pada 18 Vrms, kemudian ukur besarnya I RL (arus DC), dan

VRL1 (tegangan DC), catat pada table 1.5. 3. VSi pasang pada 25 Vrms, kemudian ukur besarnya I RL1 (arus DC), dan

VRL (tegangan DC), catat pada table 1.5. 4. Ulangilah langkah – langkah diatas untuk RL 1 10Ω20W dan RL 2

100Ω20W .

Gambar 1.4 Rangkaian diode penyerah setengah gelombang dengan 2 diode Table 1.4 Pengukuran diode penyearah setengah gelombang dengan 2 diode

Vp Rms (V) 220

Dengan

Vs(V)

RL

IRL

10Ω;20

18

W 100Ω;2

25

Pengukuran Multimeter Digital Gambar OSC VA VS VRL VD(CE) VA VRL

Perhitungan IRL

VRL

PRL

0W

1.4.5

Penyearah Gelombang Penuh

1.4.5.1 Menggunakan 2 dioda

1.

Buatlah rangkaian seperti pada gambar 1.5.

2.

Kemudian isialah table 1.5 untuk RL sama dengan RL 110Ω20W

dan RL2100Ω20W

Gambar 1.5 Diode penyearah gelombang penuh dengan 2 diode Table 1.5 Pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 2 diode

Vp

Vs(V)

RL

Pengukuran Multimeter Gambar Osc

Vs

Perhitungan VRL PRL

Ket f

Ket

Rms

(Ω)

IRL

VA

VRL

VD

VA

VRL

VD

(V) 220

18

10 100 10 100

25

1.4.5.2 Menggunakan 4 dioda

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 1.6. 2. Kemudian isilah table 1.6, untuk RL sama dengan RL 1 10Ω20W

dan RL2 100Ω20W

Gambar 1.6 Diode penyearah gelombang penuh dengan 4 diode

Table 1.6 pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 4 diode

Vp

Vs(V)

Rms

RL (Ω)

(V) 220

18 25

IRL

Pengukuran Multimeter Gambar Osc VA VRL VD VA VRL VD

10 100 10 100

1.4.5.3 Pengenalan IC regulator pada power supply.

1. lakukan percobaan berikut. 2. ukur berapakah keluaran IC tersebut.

Vs

Perhitungan VRL PRL

Ket f

78XX

79xx Gambar 1.7 percobaan menggunakan IC regulator

VP

Jenis

rms

IC

(V)

regulator

Pengukuran Multimeter Digital Vin

220

Ket

Vout

7805 7812 7912

1.5 Lembar Kerja dan Data Hasil Percobaan Tabel 1.9 Pemeriksaan Baik Buruknya Dioda

No

1

2

Jenis dan tipe dioda

Multimeter

BY 299 Dioda penyearah IN 4001

Analog Digital Analog Digital

Diode zener

Digital

Resistansi Dioda Forward Reverse 470 1 531 1 330 1 -

Keadaan diode Baik Buruk √

√ √

Ket

Tabel 1. 10 Pengukuran Dioda Pada Karakteristik V-I Dengan Multimeter

No

Vo

Bias Forward Voltage

Bias Riverse Voltage

Dioda penyearah

Dioda Penyearah

1

1V

0, 60 Volt

1, 09 Volt

2

2V

0, 68 Volt

2,02 Volt

3

3V

0, 70 Volt

3,05 Volt

4

3V

0, 72 Volt

4,00 Volt

ket

Tabel 1.11 Pengukuran Dioda Penyearah Setengah Gelombang Dengan 1 Dioda

Vp RMS

220 V

Pengukuran Dengan RL 10 ohm : 20 w 4700 ohm : 20 w

perhitungan

Vs

18

ket Vd

VRL

Va

IRL

PRL

7,30

5,5

220

0,5

7,78

7,81

220

1,66x10 4

2,6 1,3 mw

Table 1.11 Pengukuran diode penyearah setengah gelombang dengan 2 diode

Vp Rms

Dengan RL

Pengukuran Multimeter Digital

Vs(V)

(V)

Perhitungan

IRL

VRL

VD(CE)

VA

IRL

VRL

PRL

Ket

10Ω;20W

18

-

4,77

0,08

220

2,27

-

100Ω;20W

25

-

7,61

0,43

220

1,23

-

220

Table 1.12 Pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 2 diode

Vp

Vs(V

RL

Pengukuran

Perhitungan

Ket

Rms )

220

(Ω)

18

VA

VRL

VD

Vs

VRL

PRL

10

220

9.77

12.02

9.54

47K

220

15.68 15.67

5.23mW

f

Table 1.13 pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 4 diode

Vp Rms (V)

220

Pengukuran Vs(V)

18

Perhitungan

RL (Ω)

Ket VA

VRL

VD

10

220

9

4.64

47K

220

15.33

7.64

Vs

VRL

PRL

f

Table 1.14 Pengukuran IC Regulator

VP

Pengukuran

RMS

Jenis IC Regulator

V 220

1.6

Multimeter Digital Vin 23 11.4 -23.5

7805 7812 7912

ket

Vout 6.2 10.2 -11.9

Analisa Data Hasil Percobaan

1.6.1 Memeriksa keadaan diode

Dari percobaan diperoleh table seprti berikut : No

Jenis dan tipe dioda

Multimeter

Resistansi Dioda

Keadaan diode

Ket

1

2

BY 299

Dioda penyearah IN 4001 Diode zener

Analog Digital Analog Digital Digital

Forward Reverse 470 1 531 1 330 1 -

Baik √

Buruk

√ √

Setelah kita lihat tabel diatas terlihat bahwa pada pengukuran Dioda Penyearah (BY229 dan IN 4001) dengan menggunakan multimeter analog pada saat diode dikenakan bias maju (forward), multimeter tidak menampilkan hasil (jarum penunjuk tidak bergerak) karena skala pada multimeter tidak dapat menunjukkan hasil pengukuran yang disebabkan nilai pengukuran yang terlalu kecil (saat bias maju tahanan mendekati nol). Sedangkan pada pengukuran menggunakan multimeter digital, nilai pengukuran saat diode dikenakan bias mundur tidak dapat ditampilkan, hal ini disebabkan karena pada saat bias mundur nilai tahanan sangat besar sehingga nilai pengukuran tidak dapat ditampilkan pada skala multimeter digital. Pada pengukuran diode yang lain seperti diode zener, LED, diode varaktor nilai pengukuran saat dikenakan bias maju dan bias mundur tidak dapat ditampilkan baik menggunakan multimeter analog atau digital, hal ini disebabkan skala pada multimeter tersebut tidak dapat menampilkan nilai tersebut. Selain itu kebanyakan komponen dioda yang diukur dalam keadaan buruk, ini kemungkinan disebabkan karena pemberian tegangan yang salah, sampai dioda ada yang rusak dan tidak dapat digunakan. 1.6.2 Karakteristik V – I (dengan multimeter) Table 1.16 Pengukuran diode pada karakteristik V – I dengan multimeter

No 1

Vo 1V



Dioda penyearah

Dioda Penyearah

0, 60 Volt

1, 09 Volt

ket

2

2V

0, 68 Volt

2,02 Volt

3

3V

0, 70 Volt

3,05 Volt

4

3V

0, 72 Volt

4,00 Volt

Diketahui rangkaian sebagai berikut :

Gambar 1.1 Rangkaian diode pada karakteristik V – I diukur dengn multimeter

Pada rangkaian diatas diketahui bahwa: pada saat tegangan V S ≤ 0, maka nilai arus yang mengalir pada rangkaian adalah 0. karena sifat dari diode, bila pada keadaan itu maka diode mengalami reverse bias, sehingga pada diode akan berlaku hubungan terbuka. Untuk lebih telitinya, maka dapat dilihat sebagai berikut: Pada saat reverse bias ( V S ≤ 0):

a.

=

b. Pada saat forward bias ( V S > 0): =

1. Untuk nilai Vs ≤ 0 berarti tidaka ada arus yang mengalir pada rangkaian (I

= 0) sehingga V s

+

V s

+0 +

−

−

V R

V D

+

V D

=0

=0

V s

V D

=

Persamaan ini berlaku untuk semua jenis diode baik itu jenis Si maupun Ge. Selama perhitungan , walaupun tegangan diubah-ubah, selama VS lebih kecil dari 0 maka Vd=Vs. 2. Pada saat Vs> 0 maka : Secara matematis perhitungannya adalah : ID = IR = I Vs = VR + VD = I x R + VD I

=

V s

−

V D

R

Nilai VD untuk diode jenis silikon adalah 0,7 volt sedangkan untuk germanium 0,3 volt Pada saat : Vs = 1 volt maka

I

Vs = 2 volt maka

I

Vs = 3 volt maka

I

Vs = 4 volt maka

I

1

−

0,7

=

=

100 2

−

0,7

=

=

100 3

−

0,7

=

=

100 −

0,7

=

=

100

3mA

13 mA

23mA

33mA

Sehingga diperoleh pengukuran seperti table berikut : Table 1.17 Hasil perhitungan karakter V-I

No

Vo

ID mA

1 2 3 4

1 2 3 4

3 13 23 33

Bias Forward Voltage Dioda penyearah 0, 60 Volt 0, 68 Volt 0, 70 Volt 0, 72 Volt

Bias Riverse Voltage Dioda Penyearah 1, 09 Volt 2,02 Volt 3,05 Volt 4,00 Volt

ket

Berdasarkan data yang diperoleh pada hasil percobaan dan hasil kalkulasi maka dapat

dihitung persentase kesalahannya dengan menggunakan

persaaman sebagai berikut :

% kesalahan =

I pengukuran I teori

I teori

−

x 100 %

Untuk data I D pertama dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu: = 1 mA

I pengukuran

I teori

= 3 mA

% kesalahan =

1

−3 x 100 % 3

= 66.6 % Untuk data I D kedua dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 2 mA

I pengukuran

I teori

= 13 mA

% kesalahan =

2

−(13 ) 13

x 100 %

= 84.6 %

Untuk data I D ketiga dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 3 mA

I pengukuran

I teori

= 23 mA

% kesalahan =

3

−23 23

x 100 %

= 91.3% Untuk data I D keempat dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 4 mA

I pengukuran

I teori

= 33 mA

% kesalahan =

4

−33 33

x 100 %

= 87.8% Untuk data hasil perhitungan persentase kesalahan dapat dilihat pada tabel di bawah ini :

Tabel 1.18 Persentase Kesalahan pada Karakteristik V -I

No 1 2 3 4

VD

ID

(V)

(mA) (pengukuran) 0 0 0 0

1 2 3 4

ID (mA) (perhitungan) 3 13 23 33

Persentase kesalahan (%) 66,6 84,6 91.3 87.8

Gambar 1.6.1 Grafik Perbandingan Vd dan Id pada Percobaan

Gambar 1.6.2 Grafik Perbandingan Vd dan Id pada Pengukuran

Dari grafik diatas dapat disimpulkan bahwa V D berbanding lurus dengan ID, yaitu makin besar V D makin besar juga I D baik dalam pengukuran maupun dalam perhitungan.

1.6.3 Penyearah Setengah Gelombang a.

Dengan 1 diode

Dari hasil percobaan diperoleh hasil sebagai berikut : Table 1.19 Pengukuran Diode Penyearah Setengah Gelombang dengan 1Diode

Vp RMS 220 V

Pengukuran Dengan RL

10 ohm : 20 w

perhitungan

Vs

18

47 Kohm :20 w

ket Vd

VRL

Va

IRL

PRL

7,30

5,5

220

-

-

7,78

7,81

220

-

-



Untuk menghitung I RL ,

P RL

dapat digunakan persamaan berikut:

I RL

P RL

=

I D

=

=

V RL R

2

I RL R

Sehingga untuk menghitung pada saat R L = 10Ω:20W : : I RL

P RL

=

V RL

5,1 =

R =

=

10

0,5 A

I RL R = 0.5 2 x10 =2,6 Watt 2

Begitu juga untuk menghitung pada saat R L = 47KΩ:20W : I RL

P RL

=

V RL

7,81 =

R =

=

4700

0.00166 A

I RL R = 0.00166 2 x47000 = 1,3 mW 2

Maka akan didapat tabel perhitungan nilai dari I RL dan PRL adalah sebagai berikut : Tabel 1.20 Perbandingan Hasil Pengukuran dengan Hasil Perhitungan

Vp RMS 220 V

Pengukuran Dengan RL

10 ohm : 20 w

Vs

18

47 Kohm :20 w b.

perhitungan ket

Vd

VRL

Va

IRL

PRL

7,30

5,5

220

0,51

7,78

7,81

220

1,66x10 4

2,6 1,3 mw

Dengan 2 diode

Table 1.22

Pengukuran diode penyearah setengah gelombang dengan 2

diode Vp Rms

Dengan RL

(V) 220 10Ω;20W


Vs(V

Perhitungan IR VRL PRL

Ket

)

IRL

VRL

VD(CE)

VA

18

0,477

4,77

0,08

220

-

-

0,16mA

7,61

0,43

220

-

-

47kΩ;20W

18



Untuk mencari pesentase kesalahannya, harus dihitung terlebih dahulu I RL, VRL, dan PRL. Untuk menghitung I RL, VRL, dan PRL dapat digunakan persamaan berikut : V RL I RL

P RL

E −V D

=

=

I D

=

=

; V D

V

= 0.7

V RL R

2

I RL R

Sehingga untuk menghitung pada saat R L = 10Ω:20W : : V RL

V RL I RL

P RL

=

18

−

0,7

V

= 17 ,3

=

V RL R

=

17 ,3 =

=

10

1,73 A

2 I RL R = 1.73 2 x10 = 29,9Watt

Begitu juga untuk menghitung pada saat R L = 47KΩ:20W : V RL

V RL I RL

P RL

=

18

−

0,7

V

= 17 ,3

V RL =

R =

17,3 =

=

47000

0.36 A

I RL R = 0.36 2 x47000 = 6091,1 Watt 2

Dari hasil perhitungan secara teori di atas Maka akan diperoleh hasil seperti table di bawah ini sebagai berikut : Tabel 1.23 Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Perhitungan

Vp

Vs

Rms

Dengan

(V)

RL 10Ω;20 W

(V)

18

Pengukuran Multimeter Digital VD(C VA IRL VRL E) 0,47 22 4,77 0,08 7 0

Perhitungan IRL

VRL

PRL

1,7

17,

3

3

22

0,3

17,

6091,

0

6

3

1

Ket

29,9

-

220 47KΩ;20 W

18

0,16

7,61

mA

0,43

Berdasarkan data yang diperoleh pada hasil percobaan dan hasil kalkulasi maka dapat dihitung persentase kesalahannya dengan menggunakan persaaman sebagai berikut : % kesalahan =


I teori

−

x 100 %

untuk data I RL pertama dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : I pengukuran

I teori

= 0,477 A = 1,73 A

-

% kesalahan

= =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0,477

−1.73

x 100 %

x 100 %

1.73

= 72,4 % Untuk data I RL kedua dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 0,16 mA

I pengukuran

I teori

= 0,36 A

% kesalahan

= =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0,16 mA

−0.36

0.36

x 100 % x 100 %

= 99,5 % Dengan cara yang sama untuk menghitung V RL maka didapat tabel perbandingan sebagai berikut: % kesalahan

= =

V pengukuran

V teori

−

V teori 4,77

x 100 %

−17 ,3 x 100 %

17 ,3

= 72,4 % % kesalahan

= =

V pengukuran

V teori

−

V teori 7,61

x 100 %

−17 ,3 x 100 %

17 ,3

= 56,01 %

Tabel 1.24 Persentase kesalahan

Dengan RL

Pengukuran IRL

VRL

Perhitungan IRL

VRL

Persentase kesalahan (%) IRL

VRL

10Ω;20W

0,477 0,16

100Ω;20W

mA

4,77 1.73

17,3

72,4

72,4

7,61 0.36

17,3

99,5

56,01

1.6.4 Penyearah Gelombang Penuh a.

Menggunakan 2 dioda Table 1.25 Pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 2

diode Vp Rms

220

Vs(V )

18

Pengukuran

RL (Ω)

Perhitungan Ket

VA

VRL

VD

Vs

VRL

PRL

10

220

9.77

12.02

9.54

47K

220

15.68 15.67

5.23mW

f



Untuk menghitung I RL , V RL I RL

P RL

=

=

E

I D

=

V RL

; V D =

,

P RL

dapat digunakan persamaan berikut :

V

= 0.7

V RL R

2

I RL R

Sehingga untuk menghitung pada saat R L = 10Ω:20W : :

V RL

=

V RL I RL

V RL

=

18

=

0,7

V

= 17 ,3

17 ,3 =

=

R

P RL

−

10

1,73 A

I RL R = 1.73 2 x10 =29,9 Watt 2

Begitu juga untuk menghitung pada saat R L = 47KΩ:20W : V RL

=

V RL I RL

18

−

0,7

V

= 17 ,3

V RL =

17,3 =

P RL

=

=

47000

R

0.36mA

I RL R = 0.36 2 x 47000 = 6091,1 Watt 2

Maka akan didapat hasil perhitungannya sebagai berikut: Tabel 1.26 Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Perhitungan

Vp Rms

Vs(V

RL

(V)

)

(Ω)


10 220

18

Perhitungan

4700 0

Vs

IRL

PRL

12,02

18

1,73

29,9

15.67

18

0,36

6091,1

IRL

VA

VRL

VD

0,97

220

9,77

0,33

220

15,6 8

Ke

Berdasarkan data yang diperoleh pada hasil percobaan dan hasil perhitungan

maka

dapat

dihitung

persentase

kesalahannya

menggunakan persaaman sebagai berikut : % kesalahan =


I teori

−

x 100 %

untuk data I RL pertama dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu I pengukuran

I teori

= 0,97 A = 1.73 A

dengan

t

% kesalahan

= =

I pengukuran

I teori

−

I teori

x 100 %

0,97

−1.73 x 100 % 1.73

= 43,9% Untuk data IRL kedua dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 0,33 A

I pengukuran

I teori

= 0,36 A

% kesalahan

= =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0,33

−0.36

x 100 %

x 100 %

0.36

= 83,3 % Dengan cara yang sama untuk menghitung V RL maka didapat tabel perbandingan sebagai berikut: % kesalahan

= =

V pengukuran

V teori

−

V teori 9.77

−17 ,3

17 ,3

x 100 %

x 100 %

= 43,5 % % kesalahan

= =

V pengukuran

V teori

−

V teori 15 ,68

−17 ,3

17 ,3

x 100 %

x 100 %

= 9,36 % Dengan cara yang tersebut, maka didapat tabel pesentase sebagai berikut: Tabel 1.27 Persentase Kesalahan

Persentase Vs

RL

(V)

(Ω)

18

Pengukuran IRL

VA

VRL

10

0.97

220

9,77

4700

0,33

220

15,6

Perhitungan VD 12,0 2 15,6

IRL 15 15

VRL 17, 3 17,

PRL 29,9 6091,1

kesalahan (%) IRL 49,3

VRL 43,5

83,3

9,36

0

8

7

3

1.6.4 Penyearah Gelombang Penuh a. Menggunakan 2 dioda Table 1.25 Pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 2 diode

Vp Rms (V)

220

Pengukuran

R L (Ω )

Vs(V)

Ket

10 47 K

18

Perhitungan

VA

VRL

VD

220

9.77 15.6 8

12.02 15.6 7

220

Vs

VRL

PRL

f

9.54 5.23mW



Untuk menghitung

I RL

,

V RL

,

P RL

dapat digunakan persamaan

berikut : V RL I RL

P RL

=

=

E

I D

=

; V D =

V

= 0.7

V RL R

2

I RL R

Sehingga untuk menghitung pada saat RL = 10Ω:20W : : V RL

=

18

−

0.7

V RL

V

=17 .3

V RL

I RL

=

P RL

17 .3 =

R

=

=

10

1.73 A

I RL R = 1.73 2 x10 2

= 29.9Watt

Begitu juga untuk menghitung pada saat RL = 47kΩ:20W : V RL

=

V RL I RL

18

−

0.7

V

=17 .3

V RL =

17.3 =

R

P RL

=

=

47000

0.33mA

I RL R = 0.33 mA 2 x47000 2

= 5.7 mW

Maka akan didapat hasil perhitungannya sebagai berikut: Tabel 1.26 Perbandingan Hasil Pengukuran dan Hasil Perhitungan

Vp Rms (V)

220

Vs(V )

R L (Ω )

18

10 47 K

Pengukuran

Perhitungan Ket

VA

VRL

VD

Vs

IRL

220

9.77 15.6 8

12.02 15.6 7

18

0.977

18

0.33 mA

220

PRL

f

9.54 5.23mW

Berdasarkan data yang diperoleh pada hasil percobaan dan hasil perhitungan maka dapat dihitung persentase kesalahannya dengan menggunakan persaaman sebagai berikut : % kesalahan =


I teori

−

x 100 %

untuk data IRL pertama dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu I pengukuran

I teori

= 0.97 A = 1.73 A

% kesalahan =


I teori

−

x 100 %

=

0.97

−1.73

x 100 %

1.73

= 44 % Untuk data IRL kedua dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 0.33 mA

I pengukuran

I teori

= 0,36 mA

% kesalahan = =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0.33 mA

x 100 %

−0.36 mA

0.36 mA

x 100 %

= 8.3 % Dengan cara yang sama untuk menghitung VRL maka didapat tabel perbandingan sebagai berikut:

% kesalahan = =

V pengukuran

V teori

−

V teori 9.77

−17 .3

17 .3

x 100 %

x 100 %

= 43.5 % % kesalahan = =

V pengukuran

V teori

−

V teori 15 .68

−17 .3

17 .3

x 100 %

x 100 %

= 9.4 %

Dengan cara yang tersebut, maka didapat tabel pesentase sebagai berikut: Tabel 1.27 Persentase Kesalahan

Vs (V)

RL (Ω)

Pengukuran IRL

VA

VRL

VD

IRL

VRL

10

1.73

220

9.77

12.02

0.97

47k

0.36mA

22 0

15.6 8

15.67

0.33mA

17. 3 17. 3

18

Persentase kesalahan (%)

Perhitungan PRL

IRL 44

9.54 5.23mW

VRL 43.5

8.3

9.4

b. Menggunakan 4 dioda Table 1.28 pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 4 diode

Vp Rms (V)

220

Vs(V )

18

Pengukuran

R L (Ω)

Perhitungan Ket

VA

VRL

VD

10

220

47K

220

9 15.3 3

4.64 7.6 4

Vs

VRL

PRL

f


Gambar 1.13 Diode Penyearah Gelombang Penuh dengan 4 Diode

Untuk menghitung I RL , V RL I RL

P RL

=

=

E

I D

=

2

V RL

,

; V D =

V RL

I RL R

R

P RL

dapat digunakan persamaan berikut : V

= 0.7

Sehingga untuk menghitung pada saat RL = 10Ω:20W : : V RL

V RL I RL

P RL

=

18

−

0.7

V

=17 .3

V RL =

17 .3 =

R

=

10

=

1.73 A

I RL R = 1.73 2 x10 2

= 29.9Watt

Begitu juga untuk menghitung pada saat RL = 47kΩ:20W : V RL

V RL I RL

P RL

=

18

−

0.7

V

=17 .3

V RL =

17.3 =

R =

=

47000

0.33mA

I RL R = 0.33 mA 2 x47000 2

= 5.7 mW

Maka akan didapat tabel sebagai berikut Tabel 1.29 Perbandingan Hasil Perhitungan dengan Hasil Percobaan

Pengukuran Vp

VS

Rms

(V

(V)

)

220

18

RL

Perhitungan

Multimeter Digital

(Ω)

Ket

IRL

VA

VRL

VD

10

0.97

220

9

4.64

47k

0.33mA

220

15.33

7.64

IRL

VRL

PRL

1.73

17.3

29.9

0.36mA 17.3 5.7mW

Berdasarkan data yang diperoleh pada hasil percobaan dan hasil perhitungan maka dapat dihitung persentase kesalahannya dengan menggunakan persaaman sebagai berikut :

% kesalahan =


I teori

−

x 100 %

I pengukuran

I teori

= 0.97 A = 1.73 A

% kesalahan = =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0.97

−1.73

x 100 %

x 100 %

1.73

= 44 % Untuk data IRL kedua dapat dihitung persentase kesalahannya yaitu : = 0.33 mA

I pengukuran

I teori

= 0,36 mA

% kesalahan = =

I pengukuran

I teori

−

I teori 0.33 mA

x 100 %

−0.36 mA

0.36 mA

x 100 %

= 8.3 % Dengan cara yang sama untuk menghitung VRL maka didapat tabel perbandingan sebagai berikut:

% kesalahan = =

V pengukuran

V teori

−

V teori 9

−17 .3 17 .3

x 100 %

x 100 %

= 47.9 % % kesalahan = =

V pengukuran

V teori

−

V teori 15 .33

−17 .3

17 .3

= 11.4 %

x 100 %

x 100 %

Dengan cara yang sama untuk menghitung V RL, maka didapat tabel pesentase sebagai berikut: Tabel 1.30 Persentase Kesalahan

Persentase Vs

RL

(V)

(Ω)

18

1.7

Pengukuran

Perhitungan

kesalahan (%)

IRL

VA

VRL

VD

IRL

VRL

PRL

10

0.97

220

9

4.64

1.73

17.3

29.9

47k

0.33mA

220

15.33

7.64

Jawaban Pertanyaan :

1. Grafik Id terhadapVD

0.36mA 17.3 5.7mW

IRL 44

VRL 47.9

8.3

11.4

2.

Untuk Mengetahui baik buruknya dioda Untuk Mengetahui baik buruknya dioda,perlu melakukan pegukuran.

Dengan menggunakan ohm meter, dapat diketahui baik buruknya dioda tersebut. Dengan menggunakan prinsip forward bias maupun reverse bias. Untuk dioda penyearah seperti dioda silicon dan germanium, kita memakai prinsip bias voltage untuk mengukur baik buruknya dioda. Karena pada ohm meter, terminal positif alat ukur berpolaritas negative, sedangkan terminal negative alat ukur bermuatan positif. Pada saat dibias maju maka tidak ada arus yang mengalir pada dioda, dan pada saat dibias mundur maka akan ada arus yang mengalir melewati dioda. Bila demikian, maka dioda masih baik. Apabila pada saat dibias maju ataupun dibias mundur tidak ada arus yang melewati dioda, maka dioda rusak/putus. Juga pada saat dibias maju ataupun dibias mundur ada arus yang melewati dioda berarti dioda rusak/bocor. Pada dioda zener agak lain dari dioda penyearah diatas. Dioda zener apabila dibias maju ada arus yang melewati dioda zener dan pada saat dibias mundur tidak ada arus yang melewati dioda zener, berarti dioda zener baik. Apabila pada saat dibias maju ataupun dibias mundur tidak ada arus yang melewati dioda zener, maka dioda zener rusak/putus. Juga pada saat dibias maju ataupun dibias mundur ada arus yang melewati dioda zener berarti dioda zener rusak/bocor.

Jadi apabila terdapat atau terbaca suatu nilai pada salah saru resistansi dioda yaitu saat bias maju saja atau bias mundur saja maka dipastikan bahwa dioda tersebut dalam keadaan baik sehingga dapat digunakan. Namun apabila terdapat nilai saat bias maju dan saat bias mundur atau tidak terdapat nilai pada saat kedua resistansi (referse dan forward) maka dioda dalam kondisi buruk dan tidak dapat digunakan lagi. 4.

Cara kerja rangkaian pelipat ganda tegangan : a. Cara kerja Penyearah Diode Setengah Gelombang Perhatikan rangkaian pada gambar 1.92 a, dimana sumber masukan

sinusoida dihubungkan dengan beban resistor melalui sebuah diode. Untuk sementara kita menganggap keadaan ideal, dimana hambatan masukan sinusoida sama dengan nol dan diode dalam keadaan hubung singkat saat berpanjar maju dan keadaan hubung terbuka saat berpanjar mundur. Besarnya keluaran akan mengikuti masukan saat masukan berada di atas “tanah” dan berharga nol saat masukan di bawah “tanah” seperti diperlihatkan pada gambar 1.92 b. Jika kita ambil harga rata-rata bentuk gelombang keluaran ini untuk beberapa periode, tentu saja hasilnya akan positif atau dengan kata lain keluaran mempunyai komponen DC.

Gambar 1.34 Penyearah setengah gelombang

b. Cara Kerja Penyearah Diode Gelombang Penuh Terdapat cara yang sangat sederhana untuk meningkatkan kuantitas keluaran positip menjadi sama dengan masukan (100%). Ini dapat dilakukan dengan menambah satu diode pada rangkaian seperti terlihat pada gambar 1.2.11. Pada saat masukan berharga negatif maka salah satu dari diode akan dalam keadaan panjar maju sehingga memberikan keluaran positif. Karena

keluaran berharga positif pada satu periode penuh, maka rangkaian ini disebut penyearah gelombang penuh. Pada gambar 1.2.11 terlihat bahwa anode pada masing-masing diode dihubungkan dengan ujung-ujung rangkaian sekunder dari transformer. Sedangkan katode masing- masing diode dihubungkan pada titik positif keluaran. Beban dari penyearah dihubungkan antara titik katode dan titik center-tap (CT) yang dalam hal ini digunakan sebaga referensi atau “tanah”.

Gambar 1.35 Keluaran dari penyearah gelombang penuh

Mekanisme

terjadinya

konduksi

pada

masing-masing

diode

tergantung pada polaritas tegangan yang terjadi pada masukan. Keadaan positif atau negatif dari masukan didasarkan pada referensi CT. Pada gambar 1.2.12 nampak bahwa pada setengah periode pertama misalnya, v1 berharga positif dan v2 berharga negatif, ini menyebabkan D1 berkonduksi (bias maju) dan D2 tidak berkonduksi (bias mundur). Pada setengah periode ini arus

i D1

mengalir dan menghasilkan keluaran yang akan nampak pada hambatan beban. Pada setengah periode berikutnya, v2 berharga positif dan v1 berharga negatif, menyebabkan D2 berkonduksi dan D1 tidak berkonduksi. periode ini mengalir arus i D 2

Pada setengah

dan menghasilkan keluaran yang akan nampak

pada hambatan beban. Dengan demikian selama satu periode penuh hambatan beban akan dilewati arus i

D1

tegangan keluaran DC.

dan i D 2 secara bergantian dan menghasilkan

c. Cara Kerja Penyearah Gelombang Penuh Model Jembatan Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat buah diode. Dua diode akan berkondusi saat isyarat positif dan dua diode akan berkonduksi saat isyarat negatif.,Untuk model penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator,yang memiliki center-tap.,Seperti ditunjukkan pada gambar 8.4, bagian masukan AC dihubungkan pada,sambungan D1-D2 dan yang lainnya pada D3-D4. Katode D1 dan D3 dihubungkan, dengan keluaran positif dan anode D2 dan D4 dihubungkan dengan keluaran negative (tanah). Misalkan masukan AC pada titik A berharga positif dan B berharga negatif, maka diode D1 akan berpanjar maju dan D2 akan berpanjar mundur. Pada sambungan bawah D4 berpanjar maju dan D3 berpanjar mundur. Pada keadaan ini elektron akan mengalir dari titik B melalui D4 ke beban , melalaui D1 dan kembali ke titik A. Pada setengah periode berikutnya titik A menjadi negatif dan titik B menjadi positif. Pada kondisi ini D2 dan D3 akan berpanjar maju sedangkan D1 dan D4 akan berpanjar mundur. Aliran arus dimulai dari titik A melalui D2, ke beban, melalui D3 dan kembali ke titik B. Perlu dicatat di sini bahwa apapun polaritas titik A atau B, arus yang mengalir ke beban tetap pada arah yang sama.

Gambar 1.36 Penyearah gelombang penuh model jembatan

Rangkaian jembatan empat diode dapat ditemukan di pasaran dalam bentuk paket dengan berbagai bentuk. Secara prinsip masing-masing bentuk mempunyai dua terminal masukan AC dan dua terminal masukan DC. d. Cara Kerja Penyearah Keluaran Ganda Pada berbagai sistem elektronik diperlukan sumber daya dengan keluaran ganda sekaligus, positif dan negatif terhadap referensi (tanah). Salah satu bentuk rangkaian penyearah gelombang penuh keluaran ganda diperlihatkan pada gambar 1.95. Perhatikan bahwa keluaran berharga sama tetapi mempunyai

polaritas yang berkebalikan. Diode D1 dan D2 adalah penyearah untuk bagian keluaran positif. Keduanya dihubungkan dengan ujung transformer. Diode D3 dan D4 merupakan penyearah untuk keluaran negatif. Titik keluaran positif dan negatif diambil terhadap CT sebagai referensi atau tanah.

Gambar 1.37 Penyearah keluaran ganda

Misalkan pada setengah periode titik atas transformer berharga positif dan bagian bawah berharga negatif. Arus mengalir lewat titik B melalui D4, 2 L R , 1 L R , D1 dan kembali ke terminal A transformator. Bagian atas dari 1 L R menjadi

positif sedangkan bagian bawah 2 L R menjadi negatif. Pada setengah periode berikutnya titik atas transformer berharga negatif dan bagian bawah berharga positif. Arus mengalir lewat titik A melalui D3, 2 L R , 1 L R , D2 dan kembali ke terminal B transformator. Bagian atas dari 1 L R tetap akan positif sedangkan bagian bawah 2 L R berpolaritas negatif. Arus yang lewat 1 L R dan 2 L R mempunyai arah yang sama menghasilkan tegangan keluaran bagian atas dan bagian bawah pada 1 L R dan 2 L R .

5. Perbandingan antara perhitungan dan percobaan adalah sebagai berikut : a.

Perbandingan antara perhitungan dan percobaan Karakteristik V-I Table 1.17 Hasil Perhitungan Karakter V-I

No

Vo



Dioda penyearah

Dioda Penyearah

1

1V

0, 60 Volt

1, 09 Volt

2

2V

0, 68 Volt

2,02 Volt

3

3V

0, 70 Volt

3,05 Volt

4

3V

0, 72 Volt

4,00 Volt

ket

b. Perbandingan antara perhitungan dan percobaan penyearah setengah gelombang dengan 1 diode Tabel 1.20Perbandingan pengukuran dengan perhitungan

Vp RMS

220 V

Pengukuran Dengan RL 10 ohm : 20 w 4700 ohm : 20 w

perhitungan

Vs

18

ket Vd

VRL

Va

IRL

PRL

7,30

5,5

220

0,5

7,78

7,81

220

1,66x10 4

2,6 1,3 mw

Perbandingan antara Perhitungan dan Percobaan Penyearah Setengah

c.

Gelombang dengan 2 Diode Tabel 1.23 Perbandingan pengukuran dengan perhitungan

Vp Rms (V)

Dengan RL 10Ω;20

220 d.

W

Vs

Pengukuran

(V) IRL 18

3

Perhitungan

Multimeter Digital VRL VD(CE) VA 5,5

2,2

20 8

IRL

VRL

PRL

1,5

15

22,5

Ket

-

Perbandingan antara perhitungan dan percobaan Penyearah Gelombang

Penuh dengan 2 diode

Tabel 1.26 Pengukuran diode penyearah gelombang penuh dengan 2

diode Vp Rms

220

1.8

Vs(V )

18

RL (Ω)

Pengukuran

Perhitungan Ket

VA

VRL

VD

10

220

9.77

12.02

9.54

47K

220

15.68 15.67

5.23mW

Kesimpulan

Vs

VRL

PRL

f

1.

Dioda merupakan suatu komponen elektronika yang berfungsi sebagai

penyearah dan penstabil tegangan 2.

Dari percobaan yang telah dilakukan maka dapat disimpulkan sebagai

berikut : Apabila terdapat atau terbaca suatu nilai pada salah satu resistansi diode yaitu saat bias maju saja atau bias mundur saja maka dipastikan bahwa diode tersebut dalam keadaan baik sehingga dapat digunakan.Namun apabila terdapat nilai saat bias maju dan saat bias mundur atau tidak terdapat nilai pada saat kedua resistansi(reverse dan forward) maka diode akan berkondisi buruk dan tidak dapat di gunakan lagi. pada percobaan yang memakai 2 dioda yang dipasang pada polaritas positif dan negative terjadi kesalahan pengukuran yang di akibatkan karena polaritas positif dan negative pada rangkaian sama-sama di beri diode ,saat diukur seakan rangkaian short /di hubung singkat sehingga hasil pengukuran tegangan menjadi 0. Ini mengakibatkan resistor menjadi panas. Pada saat mengukur Vd tidak ada tegangan negative ,karena Vd merupakan tegangan AC ,tegangan AC tidak memiliki nilai minus/negative.

1.9

Daftar Referensi Buku.

Laporan Modul 1

Recommend Documents