POLITEKNIK NEGERI BANDUNG Lab : Pengukuran Prodi : Teknik Otomasi Indrustri
I.
Nomor: PENGUKURAN KARAKTERISTIK DIODA
NILAI:
Semester: III
Tujuan percobaan :
Setelah melakukan praktium dapat diharapkan mempraktikan: a. Membangun rangkaian pelacak kurva dan menampilkan karakteristik dioda pada osciloscope. b. Mengukur karakteristik dioda germanium dan diode silikon. c. Mengidentifikasi parameter diode ; ; resistansi statis (RS) diode seperti : tegangan konduksi (VT) ; ;
resistansi dinamis (RD) dan dan resistansi reverse (RR). d. Mengukur resistansi zener (RZ)
II.
i.
Teori singkat.
Dioda adalah komponen yang terdiri dari sambungan PN dengan susunan ini dioda memilki dua terminal ,yaitu Anoda dan Katoda. Ditinjau dari bahan semikonduktornya,terdapat duan jenis dioda yaitu: dioda silikon dan dioda germanium.simbol dan struktur dioda.ditunjukan pada gambar 1:
Gambar 1.simbol dan struktur didoda
Bila dioda di bias mundur.yaitu tegangan anoda-katoda negative,maka dioda akan mengalirkan arus balik yang sangat kecil,apabila tegangan biasnya terus di perbesar ia akan mengalami breakdown,sementara itu bila dioda di bias maju (tegangan anoda katoda positif ),dioda akan mengalirkan arus maju.pada saat tegangan maj di bawah tegangan ambang,arus
1
yang dialirkan sangat kecil.namun bila tegangan ambangnya telah dilewati,arus yang mengalir pada dioda tergantung dari resistansi yang dipasangkan pada dioda .karakteristik dio dioda dapat apat di tumj tumjuk ukan an pada ada gamba ambarr 2
Dari karakteristik tersebut di atas dapat di tentukan nilai nilai parameter dioda,diantaranya adalah:
ii.
Dioda zener adalah dioada yang di operasikan pada daerah bias mundur.pada kondisi bias mundur ,dan tegangan bias mndurnya telah mencapai tegangan breakdown,dioda ini tidak akan mengalami kerusakan selama arus yang mengalir tidak menyebabkan disiplasi dayan yang berlebihan.dengan memanfaatkan tegangan breakdown yang umumnya dikenal sebagai teganga zener ,dioda ini umunnya di gunakan sebagai penstabil tegangan.simbol dioda zener di tunjukan pada gambar 3..
2
A
K
Gambar 3. Simbol dioda zener
Beberapa parameter penting dari dioda ini dapat ditentukan dari karakteristinya.karakteristik dioda zener mirip dengan dioda pada umumnya.namun pada dioda zener tegangan dadalnya lebih kecil,juaga kemampuan arusnya lebih kecil dari dioda penyearah,karakteristik dioda zener di tunjukkna pada gambar 4..
Dari karakteristik tersebut diatas dapat di tentukan nilai-nilai parameter dioda,diantarnya adalah :
Tegangan Zener Vz, adalah nilai tegangan zener pada arus zener tertentu,Izt, sekitar 25% dari kemampuan disiplasi daya maksimumnya.
resistansi zener dapat di tentukan berdasarkan pengukuran dan di hitung dengan rumus
3
Percobaan III.
Alat dan Bahan
NO 1
Nama komponen Catu daya dc,0-60 volt
Jumlah 1 buah
2 3
Catu daya ac,0-15 volt Dioda 1N4002
1 buah 1 buah
4 5 6
Dioda 1N60 Dioda zener 4,7 volt Dioda zener 15 volt
1 buah 1 buah 1 buah
7 8
Resistor 1KΩ/0,5 Watt Resistor 10Ω/10 Watt Resistor 1Ω/5 Watt Multimeter Oscilloscope 2 kanal Kabel secukupnya
1 buah 1 buah
9 10 11 12
IV.
:
1 buah 2buah 1 buah 1 buah
Langkah Kerja
4.1 Dengan menggunakan multimeter,periksa dioda yang akan di gunakan (1N4002,1N60,Zener 4,7 volt dan Zener 15 Volt). Pastikan dioda dalam keadaan baik. 4.2 Buat rangkaian seperti gambar gambar 5. Letakkan oscilloscope pada mode X-Y, kemudian lakukan pelacakan kurva karakteristik kar akteristik dioda silikon, dioda gemanium, dan dioda Zener 4,7 volt, dan 15 volt, secara bergantian. Amati tampilan oscilloscope dan gambar hasilnya pada kertas millimeter block.
Gambar 5.Rangkaian Pelacak Kurva
4
4.3 Buat rangkaian seperti pada gambar 6,kemudian lakukan pengukuran If dan Vf dari dioda germanium dan masukkan hasil pada tabel1
VR
Gambar 6. Pengukuran karakteristik karakteristik dioda
1. Tabel 1 (Germanium) Bias Maju
Bias Mundur
VF(volt)
IF(mA)
VR(volt)
IR(µA)
0,05
1,5 µA
-1
-0,7
0,1
12 µA
-2
-1
0,15
50,5 µA
-3
-1,7
0,2
160 µA
-5
-2
0,25
400 µA
-8
-2,5
0,328
1
-12
-4,9
0,421
2
-18
-8
0,5
3
-25
-13,8
0,571
4
-30
-19,5
0,698
6
-40
-38
0,8
8
-50
-
0,918
10
-60
-
4.4 Ulangi langkah 4.3 dengan mengubah polaritas dioda untuk mengukur Ir dan Vr dan masukkan hasilnya pada table 1.pindahkan posisi volt meter ke posisi sebelum amperemeter 4.5 Ulangi langkah 4.3 dan 4.4 dengan mengganti diodagermanium menjadi dioda silikon . ganti R 10Ω/10 watt.masukkan hasilnya ke table 2.
5
Table 2 (dioda (silikon) Bias Maju
Bias Mundur
VF (Volt)
IF (mA)
VR (Volt)
IR (µA) (µA)
0,2
0 µA
1
0
0,3
1,7 µA
2
0
0,4
21 µA
3
0
0,5
27 µA
5
0
0,6
2,1
8
0
0,68
10
10
0
0,72
20
12
0
0,76
50
18
0
0,798
100
25
0
0,83
200
30
0
0,865
400
40
0
0,88
600
50
-
-
800
60
-
4.6 Buat rangkaian pengukuran resistansi zener seperti pada gambar 7.dengan memberikan tegangan input Vin=0,1 Vpp, F = 1Khz ukur Vr2 berdasarkan perubahan arus seperti pada table 3.
Gambar 7 . Rangkaian pengukuran resistansi zener.
6
Table 3 (zener 4,7 V) IZ(mA) 4 6 8 12 16 20
Vin(Vpp) 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
VR2(Vpp) 0,044 0,048 0,05 0,052 0,052 0,052
RZ(Ω RZ(Ω) 127,272727 108,333333 100 92,3076923 92,3076923 92,3076923
7
V.
Tugas dan pertanyaan 5.1 Terangkan cara menguji dioda menggunakan multimeter dan terangkan pula cara mengetahui baik tidaknya dioda tersebut. 5.2 Amati gambar yang diperoleh dari langkah 4.2 kemudian tentukan tegangan konduksi dioda silikon dan gemanium. Pada dioda zener tentukan tegangan breakdown nya (Vz). 5.3 Dari table 1, plot karakeristik forward , If =f(Vf) untuk dioda germanium. Tentukan tegangan konduksi (vt) pada arus If=1 mA, resistansi statis (Rs) pada 4 mA dan resistansi dinamis (rd) pada perubahan arus If=(3-6)mA. Untuk karakteristik reverse bedakan skala arus dan tegangan dengan karakteristik forward.hitung resistansi reverse pada Vr=30 volt . 5.4 Dari table 2,plot karakteristik forward ,If=F(Vf) untuk dioda silikon . tentukan tegangan konduksi (Vt) pada arus If=10A,resistansi If=10A,resistansi statis (Rs) pada If=400 If=400 mA dan dan resistansi dinamis (Rd) pada perubahan iF=(200-600) mA. Untuk karakteristik reverse bedakan skala arus dan tegangan nya dengan karakteristik forward. Hitung resistanse reverse pada Vr=30 V. 5.5 Buatlah perbandingan parameter dioda germanium dan silikon pada table 4..
Parameter
Germanium
Silikon
VT R S rd R R R 5.6 Dari table diatas buatlah kesimpulan yang anda peroleh.
Daftar Pustaka
-
Allen Mottershead, Electronic Devices and Circuits.
-
SB. Dewan, Power Semiconductor Devices.
8
Laporan Praktek:
Dioda Germanium
Tegangan sumber pada dioda gemanium.
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vpp Ch1 = 6 kotak Vpp = 6 x 2 V/div = 12 Volt
Tegangan pada dioda germanium (VAK)
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vak Ch1 = 3 kotak Vak = 3 x 2V/div = 6 Volt
9
Arus pada dioda germanium
Jumlah kotak vertical x volt/div = Iak Ch1 = 2,4 kotak Iak = 2,4 x 2 V/div = 4,8 A
Karakteristik dioda germanium
Ch2 = 2,8 kotak Tegangan Konduksi = 2,8 x 50 mV/div = 140 mV
10
Dioda silikon :
Tegangan sumber pada dioda silikon
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vpp Ch1 = 6 kotak Vpp = 6 x 2 V/div = 12 Volt
Tegangan pada dioda silikon (VAK)
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vak Ch1 = 3 kotak Vak = 3 x 2 V/div = 6 Volt
11
Arus pada dioda silikon
Jumlah kotak vertical x volt/div = Iak Ch1 = 2,45 kotak Iak = 2,45 x 2 V/div = 4,9 A
Karakteristik dioda silikon
Ch2 = 2,6 kotak Tegangan Konduksi
= 2,6 x 50 mV/div =130 mV
12
Dioda Zener :
Tegangan sumber dioda zener
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vpp Ch1 = 6 kotak Vpp = 6 x 2 V/div = 12 Volt
Tegangan dioda zener (VAK)
Jumlah kotak vertical x volt/div = Vak Ch1 = 2,1 kotak Vak=2,1 x 2 V/div = 4,2 Volt
13
Arus pada dioda zener
Jumlah kotak vertical x volt/div = Iak Ch1 = 2,3 kotak Iak = 2,3 x 2 V/div = 4,6 A
Karakteristik dioda zener
Ch1 = 1 Kotak.
Ch2 = 2,6 Kotak
Tegangan Breakdown = 1 x 1 V/div = 1 Volt Tegangan Konduksi
= 2,6 x 50 mV/div = 130 mV.
14
Jawaban pertanyaan :
1. Cara menguji dioda silikon, germanium dan dioda zener :
Cara menguji dioda silikon sama dengan menguji dioda germanium, caranya : 1. Posisikan Avometer pada posisi ohm dengan skala rendah dan kalibrasi dulu. Test pin positif( + warna merah) AVO Analog mempunyai polaritas negatif baterei dan test pin negatif AVO Analog ( - warna hitam) mempunyai polaritas positif baterei. 2. Hubungkan test pin positif dengan Anoda dari dioda yang akan ditest sedangkan reverse) . test pin negatif dengan Katoda dioda. (hubungan ini adalah reverse) 3. Dalam posisi semacam ini, jika dioda masih baik, maka jarum meter tidak akan bergerak. Namun jika dalam posisi ini jarum bergerak, maka dapat dikatakan dioda terhubung singkat (rusak). 4. Ulangi langkah 2 diatas dengan polaritas sebaliknya, dimana Anoda dihubungkan dengan negatip meter dan Katoda dengan positip meter. (hubungan ini adalah forward). 5. Dalam posisi semacam ini, jika dioda masih baik, maka jarum meter akan bergerak. Namun jika dalam posisi ini jarum meter tidak bergerak, maka dapat dikatakan dioda putus (rusak).
Cara menguji dioda zener, caranya : 1. Caranya hampir sama dengan cara mnenguji dioda silikon dan germanium, pada dioda zener adalah dioda yang yang digunakan pada bias mundur. 2. Posisikan Avometer pada posisi ohm dengan skala rendah dan kalibrasi dulu. Test pin positif( + warna merah) AVO Analog mempunyai polaritas negatif baterei dan test pin negatif AVO Analog ( - warna hitam) mempunyai mempunyai polaritas positif baterei. 3. Hubungkan test pin positif dengan Anoda dari dioda yang akan ditest sedangkan test pin negatif dengan Katoda dioda. (hubungan ini adalah reverse) . 4. Dalam posisi semacam ini, jika dioda masih baik, maka jarum meter tidak akan bergerak. Namun jika dalam posisi ini jarum bergerak, maka dapat dikatakan dioda terhubung singkat (rusak). 5. Ulangi langkah 2 diatas dengan polaritas sebaliknya, dimana Anoda dihubungkan dengan negatip meter dan Katoda dengan positip meter. (hubungan ini adalah forward). 6. Dalam posisi semacam ini, jika dioda masih baik, maka jarum meter akan bergerak. Namun jika dalam posisi ini jarum meter tidak ber gerak, maka dapat dikatakan dioda putus (rusak).
15
2.
Vt Dioda Germanium
Vt Dioda Silikon
Karakteristik Forward Dioda Silikon 700 600 500 400 V knee=0,68 Volt
300 200 100 0 -100
0
0 .1
0 .2
0 .3
0 .4
0 .5
0 .6
0 .7
0.8
0.9
1
Tegangan breakdown pada zener :
Karakteristik Tegangan Breakdown 25 20 15 10 5 0 0
20 0
40 0
60 0
800
10 00
12 00
14 00
16 00
1 8 00
20 0 0
16
3. Dioda Germanium Karakteristik Forward Dioda Germanium
12 10 8 6 4 2 0 0
0. 1
0 .2
0. 3
0. 4
0.5
0 .6
0. 7
0. 8
0. 9
1
Karakteristik Reverse Dioda Germanium 0 -4 5
- 40
- 35
-30
-2 5
- 20
-1 5
-1 0
-5
-5 0 -10 -15 -20 -25 -30 -35 -40
17
4. Dioda Silikon Karakteristik Forward Dioda Silikon 700 600 500 400 300 200 100 0 -100
0
0 .1
0.2
0. 3
0 .4
0. 5
0.6
0. 7
0.8
0. 9
1
40
45
Karakteristik Karakteristik Reverse Dioda Silikon 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0
5
10
15
20
25
30
35
18
5. Perbandingan parameter dioda silikon dan dioda germanium . Parameter
Germanium
Silikon
VT
0,328
0,68
R S
142,75 Ω
4,15 Ω
rd
66 Ω
0,232 Ω
R R R
19,5 M Ω
∞
6. Dari pengamatan diatas dapat diperoleh kesimpulan yaitu :
Kurva karakteristik dioda ditentukan oleh bahan penyusun dioda tersebut dan faktorfaktor lingkungan.
Daerah breakdown pada dioda silikon dan germanium sulit dilihat dengan osiloskop sedangkan daerah breakdown dioda zener dapat dilihat dengan mudah memakai osiloskop.
Dioda germanium dapat membebani rangkaian karena resistansinya besar .
Jika arus (Iz) pada dioda zener semakin tinggi, maka resistansi (Rz) semakin menurun sampai batas tertentu.
Dioda zener membatasi tegangan ,meskipun ada batasan ampernya.
Dioda Germanium dan Silikon membatasi amper/arus .meskipun ada batasan tegangannya juga
Diode germanium lebih cepat konduksi dari pada diode silicon.
19
