Modul Elektronika Dasar Semester 2

MODUL ELEKTRONIKA DEFI YULIANTI 13.2C.01.Teknik Komputer

Bina Sarana Informatika

PERTEMUAN 01 Semikonduktor STRUKTUR ATOM Bohr membuat model atom yang ideal dimana sebuah inti atom dikelilingi dikelili ngi oleh elektron-elektron yang mengitarinya, inti atom memiliki memili ki muatan positif yang menarik elektron-elektron (Gambar 1-1). Elektron-elektron akan jatuh ke dalam inti atom jika tidak memiliki gaya sentrifugal pada gerakannya, agar sebuah elektron bergerak didalam lintasan edar yang stabil, maka ia harus mempunyai kecepatan tertentu agar supaya gaya sentrifugal seimbang dengan gaya tarik inti Gambar 1-1

Gambar tiga dimensi seperti gambar 1-1 sukar untuk menunjukkan atom – atom yang rumit, hal inilah inil ah yang menyebabkan struktur atom dibuat dalam bentuk dua dimensi . Atom Silikon terisolir yang memiliki 14 proton dalam i ntinya,dua elektron bergerak pada pada orbit pertama, delapan elektron pada orbit ke dua dan empat pada orbit terluar atau orbit valensi. 14 elektron yang berputar menetralkan muatan dari inti atom sehingga dari luar atom ( secara listrik) adalah netral ( Gb 1-2).

Gb.1-2 menunjukkan atom Germanium terisolir. Perhatikan 32 proton dalam inti atom dan 32 elektron yang mengorbit. Yang penting khususnya adalah adalah orbit terluar yang terdiri dari 4 elektron,sama seperti Silikon. Oleh karena itu ,Silikon dan Germanium disebut elemen tentravalent ( mempunyai 4 elektron valensi ). JARI – JARI ORBITAL Ada suatu pemikiran bahwa elektron dapat bergerak dalam orbit dengan jari – jari yang berbeda sesuai dengan kecapatan yang dimiliki. Tetapi hal tersebut bertentangan dengan pernyataan fisika modern yang menyatakan sebaliknya bahwa hanya ukuran orbit – orbit t ertentu yang diizinkan, dengan perkataan perkataan lain beberapa jari – jari tidak diizinkan

Sebagai contoh, orbit terkecil dalam atom hydrogen mempunyai jari – jari r1 = 0,53(10˜¹º) m . Orbit = 2,12(10 ˜¹º) m . Semua jari – jari r1 dan r2 berikutnya yang dizinkan mempunyai jari –jari r2 –jari r2 = 2,12(10 terlarang tidal perduli berapapun kecapatan elektron, sehingga eletron tidak akan terletak pada o rbit stabil jika jari – jarinya j arinya sebesar r1 dan r2. LEVEL ENERGI • Dalam Gb.1-3a, energi diperlukan untuk memindahkan elektron dari orbi t terendah ke yang lebih tinggi karena adanya penarikan oleh inti atom. • Untuk mempermudah penggambaran dapat dilihat pada Gb.1-3b dimana orbit pertama menyatakan level energi pertama,orbit kedua adalah level energi kedua dan seterusnya,semakin tinggi tingkat level energinya, makin besar energi elektron dan makin besar orbitnya.



KRISTAL • Jika atom–atom bergabung membentuk padatan (solid), mereka mengatur dirinya sendiri dalam pola tataan tertentu yang disebut KRISTAL disebut KRISTAL. • Atom Silikon terisolir memiliki 4 elektron dalam orbit valensinya dan untuk dapat membuat suatu ikatan agar mempunyai 8 elektron dalam orbit valensinya,maka valensinya,maka tiap atom Silikon mendudukkan dirinya antara 4 atom Silikon lainnya (Gb.1-4a). • Dimana masing – masing m asing tetangga membagi electron dengan atom pusat dengan jalan inilah maka atom pusat mengabil 4 elektron dan membentuk 8 elektron dalam orbit vaelnsinya dan hal inilah yang disebut dengan ikatan kovalen.

Gb.1-4b melambangkan pembagian pembagian timbal balik dari elektron.Tiap garis mewakili elektron yang terbagi dimana tiap elektron terbagi membentuk ikatan antara atom pusat dan tetangganya. Jika energi dari luar mengangkat eletron valensi ke level energi yang lebih tinggi ( orbit l ebih besar ), elektron yang keluar akan meninggalkan kekosongan dalam orbit terluar ( Gb.1-4.c) dan kekosongan ini dimanakan dengan hole dengan hole.. Hole ekovalen dengan ikatan kovalen yang terputus dan dilambangkan dengan (gambar 1-4d).

Pita Energi ( Energy Bands ) (Gb.1-5) menunjukkan apa yang terjadi dengan level energi. Semua elektron yang bergerak dalam orbit pertama mempunyai level energi yang sedikit berbeda karena tidak ada dua yang benar – benar terlihat mempunyai lingkungan muatan yang sama. Karena ada bermiliyar – miliyar elektron pertama, level energi sedikit berbeda membentuk kelompok atau pita. Sama halnya bermilyaran elektron orbit kedua, semua dengan level energi yang sedikit berbeda, membentuk pita energi kedua seperti yang di tunjukkan pada gambar.



KONDUKSI DALAM KRISTAL (Gb.1-6a) menunjukkan sebatang silikon dengan logam pada bagian ujung – ujungnya, tegangan luar akan membentuk medan listrik antara ujung – ujung kristal. Nol Mutlak Pada suhu nol mutlak elektron tidal t idal dapat bergerakmmelalui kristal, semua elektron di pegang kuat oleh atom – atom silikon.Elektron orbit terdalam terkubur di dalam atom, sedangkan elektron orbit terluar merupakan bagian dari ikatan kovalen dan tidal t idal dapat putus tanpa menerima energi dari luar. Oleh sebab itu pada suhu nol mutlak, kristal silikon berlaku seperti isolator yang sempurna.

(Gb.1-6b) menunjukkan diagram pita energi. Tiga pita pertama terisi dan elektron tidal dapat bergerak dengan mudah dalam pita – pita ini.Tetapi di atas pita valensi terdapat pita konduksi ( conduction band ). Pita ini mewakili kelompok jari – jari berikutnya yang lebih besar yang memenuhi keadaan gelombang partikel dari elektron. Orbit – orbit dalam pita konduksi sangat besar sehingga penarikan inti diabaikan, hal ini berakibat jika elektron dapat di angkat ke pita konduksi maka elektron tersebut dapat bergerak bebas dan elektron – elektron yang berada di pita konduksi sering kali disebut dengan elektron bebas ( free electron ).

Di Atas Nol Mutlak Dengan menaikkan suhu di atas nol mutlak mutl ak akan menyababkan terputusnya beberapa beberapa ikatan kovalen, energi panas ini akan memukul elektron ke dalam pita konduksi sehingga kita mendapatkan elektron pada pita konduksi dalam jumlah terbatas yang dilambangkan oleh tanda negatif (Gb.1-7a). Diatas nol mutlak penggambaran pita energi seperti (Gb.1-7b), dimana energi panas telah mengangkat beberapa elektron ke dalam pita konduksi dimana mereka bergerak dalam orbit dengan jari – jari yang lebih besar dari sebelumnya. Dalam (Gb.1-7b), setiap kali elektron menembus ke dalam pita konduksi, dihasilkan hole dalam pita valensi. Oleh sebab itu pita valensi tidal lagi saturasi atau terisi dimana tiap hole mewakili rotasi orbit yang tersedia.



Arus Hole • Pada (Gb.1-8) merupakan penggambaran hole didalam atom. Dengan perubahan energi sedikit maka elektron valensi pada A akan berpindah menuju hole yang mengakibatkan akan muncul hole baru pada posisi A. Hole baru ini akan menarik • pada posisi A. Hole baru ini akan menarik elektron valensi pada B, ketika elektron valensi bergerak dari B ke A maka holepun bergerak dari A ke B pergerakan eketron valensi ini akan kontinu sepanjang jalan yang ditunjukkan oleh tanda panah sedangkan hole bergerak ke arah yang berlawanan. • Energi thermal ( energi panas ) akan menyebabkan elektron dari pita valensi berpindah ke dalam pita konduksi dan akan menyebabkan terjadinya hole pada pita valensi ( Gb.1-9). • Dengan perubahan energi sedikit elektron valensi pada A dapat bergerak ke dalam hole. • Sehingga hole yang semula lenyap akan terjadi lagi pada posisi A, kemudian elektron valensi pada B akan bergerak ke dalam hole dan akan tercipta lagi hole baru pada posisi B , proses ini akan terus berlanjut sepanjang jalan yang ditunjukkan oleh tanda panah.

Jika kita memberikan tegangan dari luar pada kristal ,hal ini akan memaksan elektron untuk bergerak. Pada (Gb.1-10a) terdapat dua macam gerakan elektron yang dapat bergerak yaitu elektron pita konduksi dan elektron valensi dimana gerakan elektron valensi kekanan berarti hole sedang bergerak ke kiri. Hole berlaku seperti muatan positif dengan alasan inilah maka hole disimbolkan dengan tanda positif (Gb.1-10b). Dalam (Gb.1-10b), ti ap tanda negative adalah elektron pita konduksi dalam orbit besar dan tiap tanda positif adalah hole dalam orbit yang lebih kecil. Kadang – kadang orbit pita konduksi dari atom dapat tumpang tindih dengan orbit hole lainnya, hal inilah yang menyebabkan elektron pita konduksi sering kali dapat jatuh kedalam hole. rekombinasi. Jika terjadi rekombinasi Penggabungan Penggabungan antara elektron pita konduksi dan hole disebut rekombinasi. maka hole tidal bergerak kemana – mana tetapi akan lenyap. Rekombinasi terjadi secara kontinu di dalam semikonduktor dan energi panas yang datang terus menerus menghasilkan pasangan electron dan hole baru. Umur hidup ( life time ) adalah



nama yang diberikan kepada waktu rata- rata antara terciptanya dan lenyapnya pasangan electron – hole . Umur hidup berubah dari beberapa nano detik sampai beberapa mikro detik tergantung kesempurnaan struktur kristal dan faktor – faktor lain.

DOPING Doping berarti penambahan atom – atom impuritas i mpuritas ( non tetravalent ) pada kristal untuk menambah ekstrintik.. jumlah elektron bebas bebas maupun hole. hole. Jika kristal di dop, disebut disebut semi konduktor semi konduktor ekstrintik SEMIKONDUKTOR Tipe – N Untuk mendapatkan tambahan elektron pita konduksi maka dapat ditambahkan atom – atom pentavalent dimana atom ini memiliki lima elektron dalam orbit valensinya. Dan sekarang dan seterusnya maka akan didapatkan atom pentavalent diantara empat tetangganya seperti ditunjukkan pada (Gb.1-11a).

Setelah membentuk ikatan kovalen dengan empat tetangganya,atom tetangganya,atom pusat mempunyai kelebihan elektron.Karena orbit valensi tidak dapat memegang lebih dari delapan elektron, elektron sisa ini harus bergerak dalam orbit pita konduksi. (Gb.1-11b) menunjukkan menunjukkan kristal yang telah t elah di dop oleh impuritas pentavalent.Dengan pentavalent.Dengan di dop maka akan diperoleh sejumlah besar elektron pita konduksi yang dihasilkan oleh doping. Maka dapat disimpulkan eletron sebagai pembawa mayoritas ( majority carrier ) dan hole sebagai pembawa minoritas ( minority carrier ). Silikon yang didop semacam ini dikenal sebagai semikonduktor semikonduktor tipe – n ( negatif ).

Semikonduktor Tipe-p Untuk menambahkan hole pada kristal maka kita dapat mendop kristal dengan menggunakan impuritas trivalent impuritas trivalent ( atom dengan 3 elektron dalam orbit terluarnya ). Setelah penambahan ini akan diperoleh atom trivalent diantara empat tetanggany t etangganyaa seperti pada (Gb.1-12a). Karena tiap ti ap atom trivalent membawa hanya tiga elektron pada orbit valensinya,maka valensinya,maka hanya tujuh elektron yang akan berjalan dalam orbit valensinya dan hal ini akan menyababkan munculnya hole dalam setiap atom trivalent.



• Semikonduktor yang didop oleh impuritas trivalent dikenal sebagai semikonduktor semikonduktor tipe-p ( positif ). Seperti dalam (Gb.1-12b), hole dari semikonduktor tipe –p jauh lebih besar jumlahnya dari pita konduksi. • Maka hole merupakan pembaya mayoritas dalam semikonduktor tipe-p, sedangkan elektron pita konduksi adalah pembawa minoritas.

Komponen Elektronika Peralatan-peralatan elektronika seperti: seperti: Televisi, Radio, komputer dan lain-lain dibangun dari komponen-komponen komponen-komponen elektronika. Berdasarkan sifatnya komponen dapat di kelompokan menjadi dua jenis, yaitu: 1. Komponen aktif. 2. Komponen pasif ~ Komponen pasif : komponen yang tidak menyerap energi dari sumber listrik untuk mengaktifkan kompnen tsb. Yang termasuk jenis j enis komponenpasif adalah: Resistor, Kapasitor Induktor Transpormator Komponen Elektronika •Komponen aktif : komponen yang menyerap energi dari sumber listrik untuk mengaktifkan kompnen tsb. Dioda Transistor Rangkaian terintegrasi (IC) Merupakan komponen aktif. Sebuah rangkaian atau jaringan listrik dapat terbentuk dari elemen-elemen listrik. Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena dia berfungsi sebagai pengatur arus listrik. Fungsi dasar resistor dalam rangkaian Listrik adalah sebagai pembatas arus.



Induktor Kumparan ( Induktor ) adalah sebuah elemen rangkaian yang menyimpan energi selama satu periode waktu tertentu dan pengembaliannya selama periode waktu yang lain sedemikian rupa sehingga daya rata-rata adalah nol. Satuan dari nilai induktor adalah Henry ( H ).

Capasitor Kapasitor adalah elemen rangkaian yang juga seperti inductor yang menyimpan dan mengembalikan energi, dimana di dalam kapasitor penyimpanan berlangsung di dalam medan listrik. Satuan dari nilai Kapasitor adalah Farad ( F ) .

Pertemuan 02 Teori Dasar DIODA Dioda merupakan Junction merupakan Junction ( pertemuan ) semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Dioda junction adalah nama lain untuk kristal untuk kristal tipe pn. Dioda tanpa Bias (The Unbiased Diode) Pada gambar menunjukkan dioda junction. Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi. Dioda pada gambar dibawah ini adalah t anpa bias yang berarti tidak ti dak ada tegangan luar dikenakan kepadanya.

Lapisan pengosongan ( The depletion layer ) Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi (tersebar) ke segala arah. Beberapa berdifusi melewati junction. Jika elektron masuk daerah p, maka akan menjadi pembawa minoritas dan memiliki umur hidup yang singkat , setelah memasuki daerah p maka elektron akan jatuh ke dalam hole sehingga hole lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron valensi.



Setiap kali elektron berdifusi melalui junction,maka akan tercipta sepasang ion. Pada gambar menunjukkan ion – ion ini pada masing – masing sisi junction. Tanda positif berlingkaran menandakan ion positif dan tanda negatif berlingkaran menandakan ion negatif. Ion tetap dalam struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita konduksi ataupun hole.

Tiap pasang ion positif dan negatif pada gambar disebut dipole disebut dipole.. Penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole telah dikeluarkan dari sirkulasi. Jika terbentuk t erbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari muatan – muatan yang bergerak dan daerah yang kosong muatan ini disebut dengan lapisan pengosongan ( depletion layer ).

Potensial Barier Tiap dipole mempunyai medan listrik (lihat (li hat gambar) Anak panah menunjukkan arah gaya pada muatan positif . Oleh sebab itu jika elektron memasuki lapisan pengosongan, pengosongan, medan listrik mencoba mendorong elektron kembali ke dalam daerah- n. Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya berpindahnya tiap elektron sampai akhirnya medan menghentikan difusi electron yang melewati junction.

Hole yang memasuki daerah pengosongan akan didorong oleh medan listrik kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan listrik dan membiarkan beberapa pembawa • mayoritas berdifusi dari kanan ke kiri untuk mengembalikan medan listrik pada kekuatannya semula. Adanya medan listrik diantara ion adalah ekivalen dengan perbedaan potensial yang disebut potensial barier. barier. Pada 25o C, potensial berier kira-kira sama dengan 0,3 V untuk dioda germanium dan 0,7V untuk dioda silikon. •

Forward Bias Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian bias maju, dimana terminal negatif sumber dihubungkan dengan dengan bahan tipe-n, dan terminal termi nal positif dengan bahan tipe-p, hubungan ini disebut bias. dengan forward dengan forward bias.

Pada hubungan ini arus listrik akan dengan mudah mengalir. Jika elektron pita konduksi bergerak menuju junction, ujung kanan kristal menjadi lebih positif. Hal ini terjadi karena elektron pada ujung kanan kristal bergerak menuju junction dan meninggalkan atom bermuatan negatif di belakang.



Atom bermuatan positif kemudian menarik elektron ke dalam kristal dari terminal sumber negatif. Jika elektron pada sisi n mendekati junction, mereka bergabung kembali dengan hole. Penggabungan Penggabungan ini terjadi pada jarak yang berlainan dari junction, tergantung pada berapa lama elektron pita konduksi dapat menghindarkan kejatuhannya ke dalam hole. Kebanyakan Kebanyakan penggabungan terjadi dekat junction. Forward bias merendahkan bukit energi (lihat gambar). Karenanya, elektron pita konduksi mempunyai cukup energi untuk menyerbu daerah p. Segera setelah memasuki daerah p, tiap – tiap elektron jatuh ke dalam hole.

+

Gambar berikut menunjukkan rangkaian bias balik, dimana terminal positif sumber dihubungkan dengan bahan tipen, dan terminal negatif dengan bahan tipe-p, hubungan Bias. Pada reverse bias (lihat gambar) lapisan pengosongan ini disebut dengan Reverse dengan Reverse Bias. pengosongan akan semakin lebar karena hole dan elektron bergerak menuju ujung – ujung Kristal (menjauhi junction). Elektron pergi meninggalkan ion positif dan hole yang pergi meninggalkan ion negatif , oleh sebab itu maka lapisan pengosongan pengosongan bertambah lebar. Arus listrik li strik mengalir dalam rangkaian luar ketika lapisan pengosongan pengosongan sedang disesuaikan menjadi lebarnya yang baru . Arus transisi ini menjadi nol setelah lapisan pengosongan berhenti melebar. Pada gambar dibawah ini menggambarkan bahwa jika pasangan electron – hole diciptakan di dalam lapisan pengosongan, pengosongan, medan listrik mendorong elektron ke kanan , memaksa satu electron untuk meninggalkan ujung kanan kristal. Hole di dalam lapisan pengosongan pengosongan didorong ke kiri. Kelebihan hole pada sisi p mengizinkan satu elektron memasuki ujung kiri kristal dan jatuh ke dalam hole. Karena energi thernal terus menerus menghasilkan pasangan elektron – hole dekat j unction, maka diperoleh arus kontinu yang kecil dalam rangkaian luar.

Arus reverse yang disebabkan oleh pembawa minoritas disebut arus IS) . Energi thermal menghasilkan arus saturasi, makin tinggi suhu maka makin besar arus saturasi ( IS saturasinya. Jika tegangan reverse diperbesar maka akhirnya akan mencapai tegangan breakdown, tegangan ini merupakan batas dari kemampuan dioda untuk menerima kenaikan tegangan reverse. Biasanya tegangan breakdown lebih besar dari 50 V, tetapi dioda tidak diizinkan untuk mencapai tegangan breakdownnya. Dioda Penyearah Pada gambar, sumber ac mendorong elektron ke atas melalui resistor selama ½ periode positif tegangan input dan turun melalui resistor selama ½ periode negatif dan naik turunnya arus adalah sama.



Rangkaian pada gambar menunjukkan bahwa ½ periode positif dari tegangan input akan memberikan bias forward pada dioda, sehingga dioda akan konduksi selama ½ periode positif. Tetapi untuk ½ periode negatif,dioda dibias reverse dan hanya arus reverse kecil yang mengalir. Tanda panah besar munujukkan aliran elektron ke atas dan yang kecil untuk aliran ke bawah. Dioda telah menyearahkan menyearahkan arus ac berarti mengubahnya mengubahnya dari arus bolak balik menjadi arus searah.

Gambar berikut melambangkan sebuah diode penyearah. Sisi p disebut anoda dan sisi n disebut katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi p ke sisi n. Dan ini mengingatkan kita bahwa arus konvensional mudah mengalir mengalir dari sisi p ke sisi n.

Grafik Dioda Gambar berikut menunjukkan sebuah rangkaian yang dibuat di laboratorium. Karena sumber dc mendorong arus konvensional searah dengan dengan anak panah dioda, dioda dibias forward. Makin besar tegangan yang diberikan, makin besar arus dioda. Dengan mengubah tegangan yang diberikan maka dapat diukur arus dioda dan tegangan dioda. Dengan menggambarkan hubungan antara arus dan tegangan maka didapatkan grafik arus diode terhadap tegangan dioda.

Tegangan Lutut ( Knee voltage) Gambar berikut menunjukkan bagaimana bentuknya bentuknya grafik dioda silikon sili kon terbias forward. Bila diberikan forward bias, dioda menjadi sangat tidak konduktif sebelum melalui potensial barier. Hal ini yang menyebabkan mengapa arus menjadi kecil untuk beberapa persepuluh volt yang pertama.

Bila telah mendekati potensial barier ( sekitar 0.7 V untuk dioda silikon ), elektron pita konduksi dan hole mulai melintasi junction dalam jumlah yang besar. Inilah s ebabnya arus mulai bertambah dengan cepat. Diatas 0.7 V, setiap pertambahan 0.1 V menghasilkan pertambahan arus yang besar.



Tegangan dimana arus bertambah dengan capat disebut di sebut tegangan lutut ( knee voltage ). Untuk dioda silikon, tegangan lututnya sama dengan potensial barier kira – kira 0.7 V. V. Dioda germanium mempunyai tegangan lutut sekitar 0.3 V. Resistansi Bulk Diatas tegangan lutut, arus ar us dioda bertambah dengan cepat,pertambahan tegangan sedikit pada dioda akan menyebabkan pertambahan yang besar pada arus dioda. Alasannya adalah setelah potensial barier dilewati,yang menahan arus hanya tahanan bulk atau tahanan ohm dari daerah p dan n. Karena setiap konduktor mempunyai resistansi,maka kedua daerah daerah p dan n juga mempunyai resistansi. Jumlah resistansi – resistansi ini disebut resistansi disebut resistansi bulk dioda.

Arus FORWARD dc maksimum Resistor yang ada dalam gambar disebut resistor pembatas arus. M akin besar R maka arus diode makin kecil. Besarnya R tergantung pada apa yang sedang dicoba pada rangkaian tersebut.Untuk saat ini cukup diketahui bahwa dioda tergantung pada R agar arus menjaga arus lebih kecil dari pada maksimumnya.

Kurva Dioda Jika sebuah dioda diberi reverse bias ( gambar a) maka hanya akan mendapatkan arus yang kecil. Dengan mengukur arus dan tegangan dioda maka dapat digambarkan kurva reverse terlihat seperti pada (gambar b). i

Arus dioda sangat kecil untuk semua tegangan reverse yang lebih rendah daripada tegangan breakdown BV. Pada tegangan breakdown arus bertambah dengan cepat untuk pertambahan tegangan yang sedikit saja Dengan menggunakan harga positif untuk arus dan tegangan forward, dan harga negatif untuk arus dan tegangan t egangan reverse, maka dapat digambarkan kurva foward dan reverse pada sebuah grafik ( gambar). Grafik ini menyimpulkan kerja dari sebuah dioda dan menunjukkan berapa besar arus dioda yang mengalir untuk setiap harga tegangan dioda.

Dioda Ideal Secara ideal dioda berlaku seperti konduktor sempurna ( tegangan nol ) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna ( arusnya nol ) jika dibias reverse ( lihat gambar).



Dalam istilah rangkaian, dioda ideal berlaku seperti saklar otomatis.Jika arus konvensional berusaha mengalir searah anak panah dioda, saklar tertutup (lihat gambar). Jika arus konvensional konvensional berusaha mengalir ke arah sebaliknya, saklar terbuka. PERTEMUAN 3 DIODA FUNGSI KHUSUS DAN TEORI TRANSFORMATOR Dioda Zener

Dioda zener merupakan jenis dioda yang berbeda dengan dioda jenis lain yang dibuat oleh pabrik. Karena dioda ini bekerjanya lebih baik pada daerah breakdown.

(Gambar 4-1b) menunjukkan lambang skematis diode di ode zener. Dengan mengubah –ubah derajat doping dari dioda silikon,maka pabrik dapat menghasilkan diode zener dengan tegangan breakdown dari 2 sampai 200 V,dimana dioda ini dapat beroperasi pada tiga daerah yaitu forward, bocor (leakage), atau breakdown. • (Gambar 4-1a) menunjukkan grafik I-V dioda zener. • Pada daerah maju dioda mulai menghantar pada tegangan sekitar 0.7 V dan pada daerah bocor ( antara nol dan breakdown ) dioda hanya memiliki sedikit arus bocor atau at au arus breakdown. • Pada dioda zener lengkungan disekitar titik breakdownnya breakdownnya berbentuk lutut yang sangat tajam, diikuti olah kenaikan arus yang hampir vertikal. Batas Kemampuan Maksimum Pembuangan daya pada dioda zener sama dengan hasil kali tegangan dan arusnya P Z = VZ IZ Selama PZ lebih kecil daripada batas kemampuan k emampuan daya,dioda daya,dioda zener dapat beroparasi di daerah breakdown tanpa mengalami kerusakan



Lembar data kadang mencantumkan arus maksimum yang dapat dilewati dioda zener tanpa m elebihi batas kemampuan dayanya.Arus maksimum ini berhubungan dengan batas kemampuan daya sebagai IZM = PZM / VZ berikut IZM berikut Dimana : IZM = batas kemampuan arus zener maksimum PZM = batas kemampuan daya Vz = tegangan zener Resistansi Zener Bila dioda zener sedang beroperasi di daerah breakdown, kenaikan arus akan menghasilkan sedikit kenaikan tegangan, hal ini berarti bahwa dioda zener mempunyai resistansi ac yang kecil. Lembaran data menentukan resistansi zener pada arus pengujian IZT yang sama dengan yang digunakan untukmengukur untukmengukur VZ. Resistansi zener pada arus pengujian ini ditandai dengan RZT (ZZT ). Pengaturan tegangan (Voltage Regulation) Dioda zener kadang – kadang disebut dioda pengatur tegangan sebab dioda ini mempertahankan mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya berubah.

• Untuk operasi yang biasa, dioda harus diberi prategangan balik , seperti ditunjukkan pada (gambar 4-2). • Untuk menghasilkan keadaan breakdown tegangan sumber VS harus lebih besar daripada tegangan breakdown zener VZ. • Tahanan seri RS selalu digunakan untuk membatasi arus zener agar tidak melebihi batas kemampuan arusnya ,jika tidal diode zener akan terbakar seperti alat lain yang mengalami kelebihan penghamburan penghamburan daya ( power dissipation ).

Tegangan melintas tahanan seri sama dengan perbedaan dari tegangan sumber dan tegangan zener, VS – VZ . Jadi arus yang mengalir melalui tahanan adalah IS = ( VS – VZ ) / RS Karena rangkaian ini satu simpul maka arus zener IZ sama dengan IS. Tipe Lain Dari Dioda Dioda Pemancar Cahaya ( LED ) Pada dioda biasa energi elektron yang jatuh dari tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah biasanya berbentuk energi panas, tetapi pada LED ( Light Emitting Diode ) energi yang dipancarkannya berupa cahaya.

Dioda biasa dibuat dengan bahan silikon yaitu bahan buram yang menghalangi pengeluaran cahaya. Tetapi LED dengan menggunakan unsur – unsur seperti galium, arsen dan fosfor maka dapat dibuat LED yang dapat memancarkan cahaya merah ,hijau ,kuning , biru , jingga, atau infra merah. LED yang menghasilkan pemancaran di daerah cahaya tampak amat



berguna dalam instrumen, alat hitung, dan sebagainya. LED infra merah pemakaiannya dijumpai dalam sistem alarm, remote kontrol dan sebagainya. Penampil Tujuh Segmen

(sevent segment) (Gambar 4-3) memperlihatkan penampil tujuh segmen yang terdiri dari tujuh LED segi empat ( A sampai G ). Setiap LED disebut segmen karena LED ini membentuk bagian dari karakter yang sedang ditampilkan.

Fotodioda Fotodioda adalah suatu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaan terhadap cahaya. Pada dioda ini sebuah jendela memungkinkan cahaya untuk masuk melalui pembungkus pembungkus dan mengenai persambungan. persambungan. Cahaya yang datang menghasilkan eletron bebas dan hole, makin kuat cahayanya makin banyak jumlah pembawa minoritas dan makin besar arus baliknya.

Fotodioda adalah salah satu contoh fotodetektor,yaitu sebuah alat optoelektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi besaran listrik. Dioda Schottky Dioda schottky menggunakan logam emas ,perak atau platina pada salah satu sisi junction yang di dop ( biasanya tipe-n ) pada sisi lain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena elektron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dioda Schottky tidal mempunyai lapisan pengosongan pengosongan atau penyimpanan muatan. Sebagai akibatnya dioda ini dapat di switch nyala dan mati lebih cepat daripada dari pada dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan menyearahkan frekuensi diatas 300 MHz, jauh di atas kemampuan diode bipolar dengan pembatas waktu pulih reversenya. Transformator Pada setiap peralatan rangkaian komponen elektronika pada umumnya menggunakan Transformator atau biasa disebut dengan Trafo. Transformator atau trafo adalah komponen elektronika yang berbentuk gulungan kawat dan berfungsi memindahkan tenaga dari input ke output.

Pada dasarnya transformator terdiri atas dua buah kumparan yang saling tersekat secara elektris dan dililitkan pada sebuah bahan inti besi yang membentuk suatu sirkuit magnetis tertutup, sehingga kedua kumparan tadi terhubung secara berbalasan. Kumparan primer dihubungkan dihubungkan kesumber



tegangan bolak-balik (AC) dan kumparan sekunder dilengkapi dengan terminal yang menghasilkan tegangan bolak-balik.. Teori Travo

Keterangan gambar: •Sisi pada terminal 1&4 pada gambar 2.5a disebut sisi primer (P) dan pada terminal 5&8 disebut sisi skunder (S). •Tegangan yang dipasang pada terminal 1&4 disebut tegangan primer (VP), sedangkan tegangan yang dipasang pada terminal 5&8 disebut tegangan skunder (VS). •Jumlah lilitan pada kumparan primer disimbolkan dengan NP dan lilitan pada kumparan skunder disimbolkan dengan NS. •Besarnya arus pada kumparan primer disebut IP dan arus pada kumparan skunder disebut IS. •Ratio perbandingan tegangan, jumlah kumparan dan arus pada sebuah travo sebagai berikut : ~ VP x NP = VS x NS ~ VP xIP = VS x IS PERTEMUAN 04 Rangkaian Aplikasi Dioda Rangkaian Penyearah Dioda (Diode Rectifier) Rangkaian Penyearah Dioda adalah suatu rangkaian pengubah tegangan masukan ac m enjadi tegangan dc yang berdenyut, dengan kata lain tegangan selalu positif atau nol. Penyearah ½ Gelombang Adalah rangkaian pada setengah siklus positif tegangan jala-jala, dioda dibias forward, pada setengah siklus negatif, dibias reverse. (Gb. 5-1).

Gambar 5-1. Rangkaian Penyearah Dioda ½ Gelombang



Dengan mengabaikan penurunan tegangan pada dioda , nilai dc atau nilai rata-rata dari sinyal setengah gelombang adalah adalah : Vdc = 0.318 / V2(puncak) atau Vdc = V2(puncak) / p • Tegangan maksimum ini dikenal sebagai tegangan inverse puncak ( peak inverse voltage = PIV ). Ini mewakili tegangan maksimum yang harus ditahan dioda selama bagian reverse dari siklus. • Dalam lambang PIV lambang PIV = VM Penyearah dengan Tap Tengah Gambar.5.2 menunjukkan penyearah tap tengah ( center tap rectifier ). Selama setengah siklus positif tegangan sekunder, dioda sebelah atas dibias forward dan dioda sebelah bawah dibias reverse , maka arus melalui dioda sebelah atas , resistor beban, setengah lilitan atas ( Gambar 5-

Gambar 5-2

Gambar 5-3 Selama setengah siklus negatif, arus melalui dioda bawah, resistor beban, dan setengah lilitan bawah. Arus beban adalah dalam arah yang sama. Inilah sebabnya mengapa tegangan beban merupakan sinyal gelombang penuh seperti ditunjukkan pada gambar 5-3. Harga rata – rata atau dc sinyal gelombang penuh adalah : VDC = 2VP / π Dalam gambar 5-3, periode sinyal output adalah setengah periode sinyal input. Dengan perkataan lain tiap siklus input menghasilkan dua siklus output. Inilah sebabnya mengapa frekuensi output penyearah tap tengah adalah dua kali frekuensi input : fout = 2fin Tegangan Inverse Puncak • Gambar 5-3 menunjukkan rangkaian pada saat tegangan sekunder mencapai harga maksimumnya.



• VM adalah tegangan pada setengah lilitan sekunder, tegangan reverse pada diode yang tidal konduksi adalah 2 VM atau PIV = 2 VM Penyearah Jembatan Gambar (5.3a), menunjukkan penyearah jembatan yang paling banyak digunakan. Selama siklus positif tegangan sekunder , dioda D2 dan D3 dibias forward oleh sebab itu , arus beban ke arah kiri (gambar 5.3b). Selama setengah siklus negatif negatif , diode D1 dan D4 dibias forward fo rward , dan arus beban ke Arah kiri.

Gambar. Penyearah Jembatan Pada (gb 5-4c dan d), arus beban mempunyai arah yang sama. Inilah sebabnya mengapa tegangan beban adalah sinyal gelombang penuh seperti ditunjukkan (gambar 5-4b). Tegangan beban rata – ratanya adalah VDC = 2VP / π Juga frekuensi output adalah dua kali input fout = 2fin VM dimana VM adalah tegangan sekunder maksimum (gambar Tegangan inverse puncaknya PIV puncaknya PIV = VM dimana 5-4c ). Filter RC dan LC Filter RC

(Gambar 5-5a) mununjukkan dua filter RC di antara kapasitor masukkan dan tahanan baban. Dengan rancangan yang seksama, seksama, pada frekuensi riak, R jauh lebih besar daripada XC. • •

Sehingga , tegangan riak menurun melintas tahanan seri dan bukan melintas tahanan beban. Lazimnya , R paling tidak 10 kali nilai XC, artinya setiap bagian meredam riak dengan unsur paling sedikit 10 kali.


•


Kekurangan utama dari filter RC ialah hilangnya tegangan dc melintas setiap R. Ini berarti bahwa filter RC hanya cocok untuk beban – beban ringan.

Filter LC Bila arus beban besar,filter LC pada (gambar 5-5b) merupakan susunan yang lebih baik digunakan daripada filter RC. Gagasannya ialah menurunkan riak tegangan melintas bagian bagian seri yang dalam hal ini adalah induktor. Ini diselesaikan dengan membuat XL jauh lebih besar dari pada XC pada frekuensi riak. Dengan cara ini, riak dapat amat jauh dikurangi.Lagi pula, tegangan jatuh dc melintas induktor jauh lebih kecil karena hanya resistansi belitan saja yang terlibat. Pengali Tegangan Pengali tegangan ( voltage multiplier ) adalah dua atau lebih penyearah puncak yang menghasilkan menghasilkan tegangan dc sama dengan perkalian dari tegangan puncak input (2 VP, 3 VP, 4 VP, dan seterusnya).

Voltage Doubler (Gambar 6-1a) adalah voltage doubler , hubungan dari dua penyearah puncak. Pada puncak dari setengah siklus negatif, D1 terbias forward dan D2 terbias reverse. Ini akan mengisi C1 sampai tegangan puncak VP dengan polaritas seperti yang ditunjukkan pada (gambar 6-1b).

Pada puncak setengah siklus positif, D1 terbias reverse dan D2 terbias forward. Karena sumber dan C1 terpasang seri, C2 akan mencoba diisi sampai dengan 2 VP. Setelah beberapa siklus, tegangan pada C2 akan sama dengan 2 VP seperti ditunjukkan pada (gambar 6.1c).

Dengan menggambarkan menggambarkan rangkaian kembali dan menghubungkan resistansi bebas, maka dapat diperoleh (gambar 6-1d). Selama RL besar, tegangan output kira-kira sama dengan 2 VP. Jika diberikan beban ringan , tegangan output dua kali tegangan puncak input.



Voltage Tripler Dengan menghubungkan menghubungkan seksi lain maka diperoleh voltage tripler seperti gambar.6.2a. Dua penyearah puncak pertama berlaku seperti doubler. Pada puncak setengah siklus negatif, D3 terbias forward

Ini akan mengisi C3 sampai 2 VP dengan polaritas seperti ditunjukkan dit unjukkan pada (gambar 6-2b). Output tripler terjadi pada C1 dan C3. Resistansi beban dihubungkan pada output tripler. Selama konstanta waktu panjang,output kira-kira sama dengan 3 VP. Clipper Clipper positif



(Gambar 6-5) menunjukkan clipper positif yaitu rangkaian yang membuang bagian positif dari sinyal. Seperti ditunjukkan, tegangan output bagian positifnya semua dipotong. Setelah setengah siklus positif tegangan input, dioda konduksi.

Tegangan pada hubungan singkat harus sama dengan nol, oleh sebab itu tegangan output sama dengan nol selama tiap – tiap setengah siklus positif. Selama setengah siklus negatif dioda terbias reverse dan kelihatan terbuka. Sebagai akibatnya, rangkaian membentuk pembagi tegangan dengan output Vout = ( RL/(R+RL) ) VP Biasanya RL jauh lebih besar daripada R, sehingga Vout - VP Maka selama setengah siklus positif, dioda konduksi dan seluruh tegangan jatuh pada R, hampir tidak ada tegangan pada RL. Selama tiap setengah siklus negatif dioda off. Karena RL jauh lebih besar dari R, hampir seluruh setengah siklus negatif muncul pada RL. (Gambar 6-5) menunjukkan bentuk gelombang output. Semua sinyal diatas level 0 V telah dipotong. Clipper positif disebut pembatas positif (positive limiter). Karena tegangan output dibatasi maksimum 0V. Clipper di Bias (Gambar 6-6) menunjuk clipper dibias. Agar dioda dapat konduksi, tegangan input harus lebih besar daripada +V. Ketika Vin lebih besar daripada +V,dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan pada output sama dengan +V. Tegangan output tetap pada +V selama tegangan input melebihi +V. Ketika tegangan input kurang dari +V, dioda terbuka dan rangkaian kembali pada pembagi tegangan. Sebagaimana biasanya, RL harus jauh lebih besar daripada R, dengan demikian hampir seluruh tegangan input muncul pada output. Bentuk gelombang output pada (gbr 6-6) menyimpulkan kerja rangkaian. Clipper dibias membuang semua sinyal diatas level +V.

Clipper Kombinasi (Gambar 6-7) merupakan penggabungan antara clipper positif dan negatif. Dioda D1 konduksi ketika tegangan input lebih besar dari +V1. Oleh sebab itu, tegangan output sama dengan +V1 ketika Vin lebih besar daripada +V1. Sebaliknya, ketika Vin lebih negatif daripada –V2, dioda D2 konduksi. Dengan D2 dihubung singkat, tegangan output sama dengan –V2 selama tegangan input lebih negatif dari –V2. Ketika Vin terletak antara –V2 dan +V1,tidal ada dioda yang konduksi.Dengan RL jauh lebih besar dari R, hampir seluruh tegngan input muncul pada output. Jika sinyal input besar yaitu VP jauh lebih besar daripada level pemotongan,sinyal output membentuk gelombang segi empat seperti (gb 6-7)



PERTEMUAN 05 Teori Transistor Pendahuluan Transistor merupakan komponen yang dibuat dari bahan Semikonduktor. Transitor dikenal sebagai komponen tiga lapis, karena dibuat dengan cara menyisipkan bahan semikonduktor ekstrinsik di dalam bahan semikonduktor ekstrinsik yang berbeda. • Jika diantara bahan semikonduktor tipe-N ditempatkan bahan Semikonduktor tipe-P, maka transistor ini dikenal dengan Transistor NPN.

Gambar 5.1 Transistor NPN Pada lapisan Tipe- N ditempatkan logam yang berfungsi sebagai terminal/kaki Colector (C) dan kaki Emiter (E). Sedangkan pada lapisan tipe- P Transistor ditempatkan logam yang berfungsi sebagai terminal/kaki Basis (B). Lapisan Basis dibuat sangat sanga t tipis ± 2% dari keselurahan bahan Pembuat Transistor. C=48 % B =2% E = 50% Gambar 5.2 Perbandingan Lapisan PenyusunTransistor • Jika diantara bahan semikonduktor tipe-P ditempatkan bahan Semikonduktor tipe-N, maka transistor ini dikenal dengan Transistor PNP.

Gambar 5.3 Transistor PNP Transistor NPN dan PNP dikenal Bipolar junction transistor (BJT), Karena pada megalir dua pembawa muatan berupa elektron dan hole Beberapa Jenis Transistor

Gambar 5.4 Beberapa Jenis Transistor



Dioda Emiter dan Kolektor Transistor mempunyai dua sambungan junction yaitu satu diantara emiter dan basis dan lainnya di antara basis dan kolektor, hal inilah maka transistor seperti dua buah dioda. Dari gambar dapat dilihat pertemuan Basis Colector membentuk Dioda Basis Colector dan pertemuan Basis Emiter membentuk Dioda Basis Emiter

Gambar 5.5 Dioda Basis Colector dan Dioda Basis Emiter Transistor Tanpa Bias Maksudnya adalah suatu Transitor tanpa diberikan sumber tegangan untuk membuat agar suatu transistor aktif .

Catatan: Transistor BJT pertama ditemukan oleh William Schockly pada tahun 1951. Bias Pada Transistor Maksudnya adalah cara pemberian tegangan pada transistor yang terdiri dari dua cara yaitu: Forward bias (Bias maju) Reverse bias (Bias mundur) Transistor Bias Maju

Gambar 5.6 Transistor di bias Maju Transistor Bias Maju Pada transistor NPN transistor bias maju dengan cara kaki basis dan kaki kolektor di hubungkan dengan sumber tegangan positif, sedangkan kaki emitter dihubungkan ke sumber tegangan negatif.

Gambar 5.7 Transistor di bias Maju Transistor Bias Mundur



Pada transistor NPN transistor bias mundur dengan cara kaki basis dan kaki kolektor di hubungkan dengan sumber tegangan negatif, sedangkan kaki emitter dihubungkan ke sumber tegangan positif.

Gambar 5.8 Transistor di bias mundur Alfa DC(α dc) Mengandung pengertian bahwa lebih dari 95 % dari elektron-elektron yang diinjeksikan mencapai kolektor, dengan perkataan lain arus kolektor DC dibagi arus emiter DC. Karena arus kolector hampir sama dengan dengan arus emiter maka α dc besarnya antara 0,95 s/d 0,99. adc = IC/IE Beta DC(b dc) Beta DC Dikenal sebagai gain arus (penguat arus) karena arus basis yang kecil dapat menghasilkan arus kolektor yang jauh lebih besar. Penguatan arus ini berupakan keuntungan utama dari transistor, sehingga transistor dapat digunakan sebagai rangkaian penguat. Beta DC dikenal juga dengan hfe bdc = IC/IB Besarnya Beta DC pada transistor berbeda-beda. Biasaya pabrik yang memproduksi transistor mencantumkan nilai beta DC pada data sheet (lembar data). – Untuk transistor daya rendah (dibawah 1 W) gain arusnya 100 s/d 300. – Untuk transistor daya tinggi (diatas 1 W) gain arusnya 20 s/d 100. bdc = IC/IB Hubungan Antara µ dc dc dan bdc Dengan menghubungkan arus kolektor dan arus emiter maka akan didapat : bdc = IC/IB Hubungan Antara µ dc dc dan bdc bdc = µdc /(1- µdc) µdc= bdc / (bdc + 1 ) Contoh Soal 1. Dari gambar diatas jika: - Arus mengalir pada basis = 40 mikro Ampere - Arus mengalir pada emiter = 10 mili Ampere Berapakah besarnya gain arus?

Jawaban Diket: IB = 40 mikro Ampere = 0,00004 A IE = 10 mili Ampere = 0,001 A Diatanya = bdc

bdc = IE/IB = 0,001A/0,00004A = 250



Contoh Soal 2..

Dari gambar diatas jika: - Arus mengalir pada kolektor = 250 mili Ampere - Arus mengalir pada emiter = 260 mili Ampere Berapakah besarnya alpha DC?

Jawaban Diket: IC = 250 mili Ampere IE = 260 mili Ampere Diatanya = bdc adc = IE/IB = 250 mA/260 mA = 0,96 PERTEMUAN 06 Rangkaian Bias Transistor Prinsip kerja Transistor Aliran Elektron dan arus dalam Transistor Jika sebuah transistor di bias maju : - Basis dan kolektor dihubungkan dengan kutub positif sumber. - Emiter dihubungkan dengan kutub negatif sumber.

Gambar 6.1 Transistor di bias Maju Aliran Elektron Dalam Transistor Menyebabkan: Lapisan deplesi (deplation layer) antara basis dan kolektor, serta deplesi (deplation layer) antara basis dan emiter mengecil. Dengan mengecilnya lapisan deplesi elektron dapat bergerak dari emiter ke kolektor, elektron akan terkumpul di kolektor. Karena lapisan kolektor berfungsi sebagai pengumpul elektron maka lapisan ini dikenal dengan colektor atau pengumpul.



Gambar 6.2 Aliran elektron dan arus di dalam Dalam praktek tidak dikenal aliran elektron, tetapi dikenal aliran arus listrik. Arah gerakan arus berlawanan dengan gerakan elektron. Jika elektron bergerak kebawah maka arus bergerak kebawah transistor Dengan menghubungkan transistor seperti gambar 6.1 maka transistor akan aktif, syaratnya tegangan tegangan tegangan basis(VBB) > 0,7 Volt. Aliran Arus dalam transistor Ada tiga jenis arus yang mengalir di dalam transistor: Arus yang mengalir melalui lapisan Basis disebut arus basis disingkat IB. Arus yang mengalir melalui lapisan Kolektor disebut arus kolektor disingkat IC. Arus yang mengalir melalui lapisan Emiter disebut arus emiter disingkait IE.   

Hubungan Arus dalam transistor Hubungan arus yang mengalir di dalam transistor: - IC = IB x bdc - IE = IC + IB Karena IB<< IC terkandang dalam perhitungan nilai IB bisa di abaikan.

Contoh soal:

Jika : VBB = 5 Volt VCC =10 Volt RB = 100K, RC = 1K bdc = 150

Hitunglah nilai : 1. Arus Basis 2. Arus Kolektor 3. Arus Emiter 4. Tehangan Kolektor Emiter

Jawaban: Diketahui: VBB = VCC =10 Volt RB = 10K, RC = 1K bdc = 150 Ditanya: IB = ….A IC = ….A IE = ….A

VCE = …..Volt 1. IB = VBB/RB = 5 V/ 100 K = 0,00005 Ampere 2. IC = IB x bdc = 0,00005 Ampere x 150 = 0,0075 A Contoh soal:


3. IE = IC + IB = 0,0075 A + 0,00005 A = 0,00755 A 4. VCE = VCC – (IC x RC)


= 10V-(0,0075 A x 1 K) = 10 V - 7,7 V = 2,5 V

KARAKTERISTIK TRANSISTOR Kurva Kolektor Data kurva CE dapat diperoleh dengan membentuk suatu rangkaian seperti (gambara) atau dengan menggunakan “transistor curve tracer”. Gagasan dari kedua cara tersebut, yaitu dengan mengubahubah tegangan Vbb dan Vcc untuk memperoleh tegangan dan arus transistor yang berbeda-beda.

Untuk mendapatkan hasil yang baik , prosedur yang biasa digunakan yaitu dengan menentukan suatu nilai dari Ib dan menjaganya tetap konstan sambil Vcc di ubah-ubah. Dengan mengukur Ic dan Vce , dapat diperoleh data untuk menggambar grafik Ic versus Vce. (Gambar-b)

Kurva Basis Gambar (a) menunjukkan suatu grafik dari arus basis versus tegangan basis emiter. Pada tegangan kolektor yang lebih tinggi, kolektor menangkap sedikit lebih banyak elektron hal ini akan mengurangi arus basis dapat dilihat pada gambar (b).

Kurva dengan Vce yang lebih tinggi mempunyai arus basis sedit lebih kecil untuk suatu nilai Vbe yang diberikan dan fenomena ini disebut dengan Pengaruh Early.



PERTEMUAN 09 RANGKAIAN BIAS TRANSISTOR (LANJUTAN) BIAS BASIS (Gambar 11-1a) adalah contoh dari bias basis. Sebuah sumber tegangan VBB membias forward dioda emiter melalui resistor yang membatasi arus RB. Hukum Kirchhoff menyatakan tegangan pada RB adalah VBB – VBE . Hukum Ohm memberikan arus basis IB = ( VBB – VBE ) / RB dimana VBE = 0.7 V untuk tranmsistor silicon dan 0.3 V untuk germanium.

Garis Beban DC Dalam rangkaian kolektor, sumber tegangan VCC membias reverse dioda kolektor melalui RC. Dengan hukum tegangan Kirchhoff, VCE = VCC – ICRC Dalam rangkaian yang diberikan, VCC dan RC adalah konstan, VCE dan IC adalah variabel. Maka didapatkan persamaan IC = (-VCE/RC)+(VCC/RC) (Gambar 11-1b) menunjukkan grafik dari persamaan diatas memotong kurva – kurva dari kolektor. Dalam rangkaian yang diberikan, VCC dan RC adalah konstan, VCE dan IC adalah variabel. Maka didapatkan persamaan : IC = (-VCE/RC)+(VCC/RC) (Gambar 11-1b) menunjukkan grafik dari persamaan diatas memotong kurva – kurva dari kolektor. Perpotongan vertikal adalah pada VCC/RC. Perpotongan horizontal adalah pada VCC,dan kemiringannya adalah – 1/RC. Garis ini disebut Garis Beban dc karena garis ini menyatakan semua titik operasi yang mungkin. Perpotongan dari garis beban dc dengan arus basis adalah Titik Operasi daripada Triansistor.

Cut Off dan Saturation Titik dimana garis beban memotong kurva IB=0 disebut titik sumbat ( cut off ). Pada titik ini arus basis adalah nol dan arus kolektor kecil sehingga dapat diabaikan (hanya arus bocoran ICEO yang ada ). Pada titik sumbat ,dioda emiter kehilangan forward bias, dan kerja Transistor yang normal terhenti. Untuk perkiraan yang aproksimasi tegangan kolektor emitor adalah VCE(cutoff) = VCC saturation). Pada titik ini Perpotongan dari garis beban dan kurva IB = IB(sat) disebut penjenuhan ( saturation arus basis sama dengan IB(sat) dan IC adalah maksimum. Pada penjenuhan , dioda kolektor kehilangan reverse bias dan kerja Transistor yang normal terhenti. Untuk perkiraan yang aproksimasi, arus kolektor



pada penjenuhan adalah: IC(sat) @ (VCC / RC) dan arus basis yang tepat menimbulkan penjenuhan adalah : IB(sat)=(IC(sat IB(sat)=(IC(sat)) )) / bdc Tegangan kolektor emiter pada penjenuhan adalah VCE = VCE(sat) Dimana VCE(sat) diberikan pada lembar data secara khusus beberapa persepuluh volt. Active Region Region) Daerah Aktif ( Active Semua titik operasi antara Titik Sumbat dan penjenuhan adalah Daerah Aktif dari Aktif dari transistor. Dalam daerah aktif, dioda emiter dibias forward dan dioda kolektor dibias reverse Dengan persamaan : IB =(VBB-VBE) / RB maka dapat ditentukan arus basis dalam setiap rangkaian bias basis. Perpotongan dari arus basis beban disebut Titik Stasioner ( Quiescent ) Q dalam (gambar 11-1b). Jika arus basis lebih besar daripada IB(sat), arus kolektor tidak dapat bertambah karena diode kolektor tidak dibias reverse. Dengan kata lain, perpotongan dari garis beban dan kurva basis yang lebih tinggi masih menghasilkan titik penjenuhan yang sama dalam (gambar 11-1b) Bias Pembagi Tegangan

(Gambar 11-2) menunjuk –kan bias pembagi tegangan, bias yang paling banyak dipakai dalam rangkaian-rangkaian diskrit linier. Nama pembagi tegangan (voltage divider) berasal dari pembagi tega ngan yang dibuat oleh R1 dan R2. Tegangan pada R2 membias forward diode emiter dan catu VCC membias reverse dioda kolektor. Arus Emiter Rangkaian bias pembagi tegangan yang khusus bekerja sebagai berikut. Arus basis dalam (gambar 11-2) kecil sekali dibandingkan dengan arus dalam R1 dan R2. Maka bentuk persamaannya menjadi : V2 @ ( R2 / (R1 + R2 ) ) VCC Hukum tegangan Kirchhoff memberikan : VE = V2 – VBE Ini menyatakan tegangan pada resistor emiter sama dengan tegangan pada R2 dengan jatuh tegangan VBE. Karena itu, arus emiter adalah IE = ( V2 – VBE ) / RE Tegangan Kolektor – Emiter Tegangan kolektor ke ground VC sama dengan catu dikurangi jatuh tegangan pada resistor kolektor VC = VCC – ICRC Tegangan kolektor ke ground adalah VE = IERE Tegangan kolektor ke emiter adalah VCE = VC – VE = VCC – ICRC – IERE atau VCE @ VCC – IC ( RC + RE )



Karena IC dan IE hampir sama (ingat α dc) Jika dalam (gambar 11-2) arus kolektor yang mengalir terlalu banyak, transistor menuju ke penjenuhan. Secara ideal ini berarti suatu hubungan singkat antara terminal kolektor-emiter, dengan arus penjenuhan sebesar IC(sat) @ VCC / ( RC + RE ) Sebaliknya jika transistor beroperasi dalam daerah titik sumbat ( cutoff ), tidak ada arus kolektor yang mengalir, dan semua tegangan catu muncul pada terminal kolektor emiter VCE( Cutoff ) = VCC Karena itu garis beban dc melewati perpotongan vertikal sebesar VCC / ( RC + RE ) melalui perpotongan horizontal pada VCC. Titik Q akan terletak pada garis beban ini, kedudukannya ditentukan dengan persamaan diatas. Bias Umpan Balik Kolektor Untuk menggerakkan resistor basis, maka tidak digunakan tegangan catu yang tetap yang dipasang pada resistor basis, tetapi menggunakan tegangan kolektor. Ini memasukkan umpan balik yang membantu mengurangi efek dari bdc terhadap titik Q. Kerja dari umpan balik adalah sebagai berikut : Misalkan kenaikan temperatur menyebabkan bdc dalam (gambar 11-3) bertambah. Hal ini akan menyebabkan arus kolektor bertambah. Tetapi segera setelah arus kolektor bertambah, tegangan kolektor emiter berkurang. Ini berarti tegangan yang lebih kecil meng gerakkan resistor basis , yang menyebab kan arus basis berkurang karena itu arus basis yang lebih rendah, mengurangi pertambahan arus kolektor yang semula. Tanpa umpan balik, arus kolektor berbanding lurus dengan bdc , tetapi dengan umpan balik, arus kolektor tidak bertambah dengan cepat seperti bdc. Bagian yang selanjutnya memastikan efek dari perubahan dalam bdc

Bias Emiter

(Gambar 11-4a) menunjukkan bias emiter, yang populer jika terdapat catu yang terbagi. Nama ‘bias emiter’ digunakan karena catu negatif VBE membias forward dioda emiter melalui resistor RE.



Arus Emiter Kunci untuk menganalisa rangkaian bias emitter yang tipikal adalah sebagai berikut : Tegangan dari emiter ke ground lebih kecil daripada 1 V. Karena VEE jauh lebih besar daripada 1 V, maka dapat diperlakukan ujung atas dari RE sebagai sebuah pertanahan pendekatan. (Gambar 11-4b) menekankan ide penting ini. Karena pertanahan , sebenarnya semua tegangan catu VEE muncul pada RE. Karena itu, IE @ VEE / RE Besaran-besaran Lain Biasanya, untuk pendekatan IC sama dengan IE. Karena emiter bekerja seperti sebuah titik ground aproksimasi, tegangan kolektor emiter sama dengan catu VCC dikurangi dengan jatuh tegangan tegangan pada resistor resistor kolektor kolektor : VCE @ VCC – ICRC Jika transistor dijenuhkan, terminal kolektor emitter secara ideal bekerja terhubung singkat dan jumlah dari tegangan catu muncul pada RC dan RE. Karena ini, arus maksimum yang mungkin adalah IC(sat) = ( VCC + VEE ) / ( RC + RE ) Rangkaian Bias PNP (Gambar 11-5) menunjukkan sebuah transistor pnp. Karena dioda emiter dan kolektor menunjuk arah yang berlawanan dengan arah pada transistor npn, semua arus dan tegangan dibalik jika transistor pnp dibias forward . Untuk membias forward dioda emiter dari transistor pnp, VBE mempunyai polaritas minus plus seperti ditunjukkan dalam (gambar 11-5). Untuk membias reverse dioda kolektor , VCB harus mempunyai polaritas minus plus seperti ditunjukkan. Selanjutnya VCE adalah minus plus seperti ditunjukkan. Karena dioda emiter menunjuk kedalam , arus emiter konvensional mengalir ke dalam transistor pnp, arus basis dan kolektor mengalir ke luar. Rangkaian – rangkaian Pengimbang Transistor pnp disebut pengimbang (complement ) dari transistor npn. Perkataan pengimbang menentukan bahwa semua tegangan dan arus berlawanan dengan pada transistor npn. Setiap rangkaian npn mempunyai sebuah rangkaian pnp pengimbang. Untuk mendapatkan rangkaian pnp pengimbang, semua yang telah dilakukan adalah : Ganti transistor npn dengan transistor pnp Imbangi ( complement ) atau balikkan (reverse ) semua tegangan dan arus Sebagai contoh, (gbr 11-6a) menunjukkan bias umpan balik kolektor dengan menggunakan transistor npn. Arus emiter mengalir ke bawah dan tegangan kolektor adalah positif terhadap ground. (Gbr 11-6b) menunjukkan rangkaian transistor pnp pengimbang (complementary)

Menganalisa Rangkaian PNP Jika digunakan besarnya ( magnitude ), semua rumus yang diturunkan untuk rangkaian – rangkaian npn berlaku rangkaian – rangkaian pnp. Contoh jika ingin mengetahui arus emiter dalam (gbr 11-5c) IE = IC IC = ( VCC – VBE )/( RC – (RB/ bdc)) = ( 20 – 0.7 ) / ( 104 + (106/10 = 0.965 mA



Modul Elektronika Dasar Semester 2

Recommend Documents