Karakteristik dan Aplikasi Dioda

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    Latarbelakang

            Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Ketikan suatu sambungan dibentuk dari bahan semikonduktor tipe-P dan tipe-N, perangkat yang dihasilkan disebut diode. Komponen ini memberikan resistansi sangat rendah terhadap aliran arus pada satu arah dan resistansi yang sangat tinggi terhadap aliran arus pada arah yang berlawanan. Karakteristik ini memungkinkan dioda untuk memberikan tanggapan yang berbeda sesuai arah arus yang mengalir di dalamnya.

            Dioda sebagai salah satu komponen aktif juga sangat populer digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

            Dioda-dioda seringkali dikelompokkan menjadi jenis sinyal dan jenis rectifiernya sesuai dengan bidang aplikasi utamanya. Diode sinyal membutuhkan karakteristik bias maju yang jatuh tegangan maju yang rendah. Diode sinyal membutuhkan karakteristik bias maju yang konsisten dengan jatuh tegangan maju yang rendah.

            Dioda rectifier harus dapat menangani tegangan balik yang tinggi dan tegangan maju yang besar. Dalam praktikum ini, kita akan mengukur tegangan dari sebuah dioda yaitu dioda IN 4007 dan menggambarkan kurva yang dihasilkan dan membandingkannya apakah sama dengan kurva yang kita pelajari di teori.

1.2    Tujuan

1.      Untuk mengetahui dan menjelaskan karakteristik statik dan kurva dioda

2.      Untuk mengetahui konstruksi penyusun dasar dioda

3.      Untuk mengetahui sifat dioda dan prinsip kerja dioda sebagai penyearah

4.      Untuk mengetahui dan menjelaskan terjadinya bias maju dan bias mundur pada dioda

5.      Untuk mengetahui aplikasi dari dioda

6.      Untuk mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis diode

BAB II

TEORI DASAR

Sebuah diode daya adalah komponen sambungan -pn dua terminal dan sambungan -pn di bentuk dari penumbuhan pencampuran, difusi dan epiktasial. Teknik kendali modern dalam proses difusi,dan epiktasial mengizinkan karakteristik komponen yang diinginkan menunjukkan  pandangan sebagian dari sebuah sambungan -pn dan symbol diode.

Ketika potensial anode positif terhadap katode.diode bertindak bias maju dan diode terkonduksi memiliki drop tegangan maju yang relative kecil.dan besarnya tergantung pada proses manufakturnya dan temperature sambungan. Ketika potensial katode positif terhadap anode. Diode dikatakan sebagai bias mundur.

Dibawah kondisi tersebut, sebuah arus mundur yang kecil (disebut juga arus bocor ) dalam rentang mikro atau mihamper mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan sampai tegangan zener atau avalance tercapai . menunjukkan karakteristik tunak v-i diode. Untuk kebanyakan keperluan praktis. Sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah saklar ideal, yang karakteristiknya. Arus pada diode sambungan bias maju tergantung pada efek bersih pembawa mayoritas dan minoritas. Sekali diode pada mode konduksi maju dan kemudian arus majunya ditunkan menjadi nol ( karena prilaku natural rangkaian diode atau dengan menerapkan tegangan mundur), diode meneruskan konduksi karena pembawa minoritas yang tersisa tersimpan dalam sambungan pn dan material semikonduktornya . pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebut reserve recorvery time ( waktu pemulihan yang balik ) diode menunjukkan dua karakteristik pemulihan balik dari sambungan diode tipe pemulihan lunak ( soft recorvery ) yang paling umum.

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (Variable kapacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator pengendali tegangan.Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis diode seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, diode 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 yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan.

Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Waktu pemulihan balik dinotasikan dengan  dan diukur dari perpotongan initial zero crossing arus diode sampai 25% arus balik puncak. .  berisi dua komponen  dan .  karena pengisian komponen penyimpanan dalam bagian terbesar material  semikonduktor. Rasio  dikenal dengan factor kelunakan (softnes factor), SF . Agar praktis. Konsentrasikan pada waktu pemulihan total dan nilai puncak dari arus mundur puncak .

 =  + …………………………………………………………………….……………( 2.1)

Arus mundur dapat diekspresikan dalam :

 =   ……………………………………………………………………………………(2.2)

Jika  bisa diabaikan dibandingkan . Yang sering terjadi pada banyak kasus,

, =  dan persamaan ( 2.2 ) menjadi,

 = …………….…………………………………………….……………( 2.3 )

Waktu pemulihan mundur , mungkin dapat didefinisikan sebagai interval waktu antara arus  yang melewati nol selam pengalihan dari konduksi maju kekondisi pemblokingan mundur dan momen arus mundur kehilangan 25% nilai puncak mundur  ,  tergantung pada temperature sambungan, tingkat jatuhnya arus jatuh dan arus mundur sbelum komutasi.

Pengisian pemulihan mundur , adalah pembawa pengisian  yang mengalir melalui diode dengan arah berlawanan karena pengambilalihan dari konduksi maju ke kondisi pemblockingan mundur. Nilainya ditentukan dari wilayahnya yang dicakup  oleh arah  dari arus pemulihan mundur.

Secara ideal, sebuah diode harus tidak memilki waktu pemulihan mundur. Namun,biaya pembuatan diode seperti itu akan tinggi. Dalam banyak penggunaan, efek dari waktu  pemulihan mundur tidak terlalu penting, sehingga diode dapat digunakan. Tergantung pada karakteristik pemulihan dan teknik pembuatan, diode daya dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori. Karakteristik dan batasan praktis  tiap tipelah yang membatasi kegunaannya.

1.    Dioda standart atau diode serbaguna

2.    Diode pemulihan cepat

3.    Diode shchottky

Diode Serbaguna ;

Diode penyearah serbaguna memilki waktu pemulihan mundur yang relative tinggi, biasanya 25 μs, dan digunakan untuk aplikasi kecepatan rendah, yang waktu pemulihannya tidak kritis. Diode ini mencakup tingkat dari kurang dari 1 A sampai beberapa ribu ampere,dengan tingkat tegangan antara 50 V sampai sekitar 5 kV. Diode ini secara umum dibuat dengan fusi, Namun tipe campuran ( alloy ) dari penyearah yang digunakan untuk suplay daya pengelasan paling efektif pembiyaannya dan kasar, dan memiliki tingakt kemampuan sampai300 A dan 1000 V.

Dioda pemulihan cepat : 

Memiliki waktu pemulihan rendah, normalnya kurang dari 5μs. Digunakan untuk rangkaian converter dc-dc dan dc-ac dengan kecepatan pemulihannya yang sangat penting. Diode ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari 1 A sampai ratusan ampere dengan tingkat tegangan mulai dari 50 V sampai 3kV.

Untuk tingkat tegangan diatas 400 V, diode ini dibuat melalui fusi dan waktu pemulihan diatur oleh platina atau emas . untuk tingkat tegangan dibawah 400 V, diode epitaksi lebih cepat disbanding diode fusi. Diode pemulihan cepat mempunyai basis yang tipis,yang menghasilkan waktu pemulihan cepat dalam berbagai ukuran .

Diode Schottky :

Masalah pengisian penyimpanan sambungan pn dapat dihilangkan ( atau minimalkan ) dalan diode schottky dengan mengatur “potensial barrier” dengan sebuah kotak antara metal dan semikonduktor. Sebuah lapisan metal didepositkan pada lapisan epitaksi tipis silikon tipe n. potensial barrier mensimulasikan perilaku sambungan pn .aksi penyearah tergantung pada pembawa mayoritas dan sebagai hasilnya tidak ada kelebihan pembawa  minoritas untuk merekombinasi.

          Urutan dooping (pengotor penambahan) merupakan urutan dari 1 bagian 10 atom. Dalam semikonduktor type -n, pembawa mayoritas elektron saat ini mayoritas saat ini elektron minoritas membawa menjadi lubang. Efek pemulihan semata-mata karena kapasitansi dari sambungan semikonduktor.

Pengisian pemulihan diode schottky jauh lebih kecil dari pada sebuah diode sambungan pn yang ekuivalen. Jika hanya kapasitansi sambungan, pengisian pemulihan memiliki ketidaktergantungan yang besar dari di/dt mundur. Sebuah diode schottky memilki tegangan yang jatuh maju relative  kecil  .

Arus bocor diode schottky lebih tinggi dari diode sambungan pn. Sebuah diode schottky dengan tegangan konduksi relative kecil memiliki arus bocor, dan sebaliknya. Sebagai hasil, tegangan maksimum yang diizinkan biasanya dibatasi pada 100  V. Tingkat arus diode schottky bervariasi dari 1 sampai 300 A. diode schottky  ideal untuk arus tinggi tegangan rendah catu daya dc. Meskipun begitu, diode tersebut juga digunakan pada catun daya arus kecil untuk meningkatkan efisiensi.schootky penyearah ganda 20 dan 30 A.

                                                                                                          ( Muhammad  H Rashid,1992)

Beberapa  Dioda Hubungan p-n khusus :

1.              Diodah Patah (Breakdown)

Kalau dioda hubungan P-n bekerja dalam daerah garis putus-putus dari karakteristik tegangan balik. Dioda-dioda tersebut di namakan dioda patah (breakdown).Dua mekanisme berikut merupakan penyebab patahan dioda hubungan p-n:

(i)            Patahan avalans: pada saat catu balik yang di berikan dalam hubungan p-n naik, medan lewat hubungan akan naik pula. Pada suatu harga catu, medan menjadi sedemikian besar sehingga pembawa yang di bangkitkan secara panas pada saat melintas hubungan memperoleh sejumlah energi dari medan. Kemudian pembawa ini dapat melepaskan ikatan kovalen dan membentuk pasangan lobang baru pada saat membentuk ion tidak bergerak. Pembawa baru ini mengambil energi lagi yang cukup dari medan yang di berikan dan membentur ion-ion tidak bergerak lain sambil membagkitkan pasangan elekton lobang berikutnya.

Proses ini sifat akumulatif dan menghasilkan avalans (runtuhan) pembawa dalam waktu yang amat singkat. Mekanisme pembangkit pembawa ini dinamakan penggandaan avalans. Hasilnya adalah proses aliran sejumlah besar arus pada suatu harga catu balik,seperti di tunjukkan oleh bagian garis putus-putus dari karakteristik.

(ii)          Patahan Zener : patahan zener terjadi kalau medan catu balik lewat hubungan p-n sedemikian rupa sehingga medan dapat memberikan gaya kuat pada elektronterikat dan melepaskan nya dari ikatan kovalen.jadi, sejumlahbesar pasangan elektron-lobang akan di bangkitkan lewat putus nya langsung iaktan kovalen.pasnagan elektron-lobang demikian memperbesar arus balik. Catatan,bahwa dalam patahan zener pembangkit pembawa tidak disebabkan oleh tumbuhan pembawa dengan ion-ion diam seperti halnya dalam peristiwa penggandaan avalans.

          Walaupun ada dua perbedaan mekanisme, dioda-dioda patah biasanya dinamakan diode zener. Karakteristik  zener hamper sejajar dengan  sumbu arus,yang menunjukkan bahwa tegangan lewat diode hampir tetap walaupun arusnya banyak berubah.tegangan lewat diode zener dengan demikian dapat dimamfaatkan sebagai acuan ,dan diode tersebut dapat disebut dengan sebgai diode acuan. Penggunaan khas dari diode zener sebagai diode acuan.Tegangan V dan resistansi R ditentiukan sedemikian rupa sehingga rus diode berada dalam batas tertentu dan diode bekerja dalam daerah patah.tegangan  lewat resistansi beban  tetap, walaupun catu tegangan V dan resistansi beban  dapat berubah .batas atas arus diode  ditentukan oleh disipasi daya dari diode.

2.             Dioda terobosan

          Kalau konsentrasi atom-atom pencampur sangat besar ( sekitar  atau    ) baik dalam daerah p atau n, lebar halangan  dari diode hubungan p – n menjadi sangat kecil. Karakteristik volt amper khas dari diode semacam itu  menunjukkan daerah kemiringan negative  ini tidak dapat dijelaskan dengan mekanisme yang telah diberikan . proses mekanika kuantum yang dikenal dengan terobosan ( tunneling ), memberikan penjelasan yang memuaskan tentang karakteristik diatas dinamakn diode terobosan ( tunnel ). Pembahasan tentang terobosan mekanika kuantum tersebut diluar cakupan buku ini.

3.      Dioda foto

Kalau cahaya dibiarkan jatuh pada diode hubungan p-n yang dicatu balik, pasangan elekrton lobang tambahan terbentuk baik dalam daerah p maupun n. hal ini mengakibatkan terbentuknya perubahan konsentrasi pembawa mayoritas yang amat kecil dan perubahan konsentrasi minoritas yang amat besar. Tambahan pembawa minoritas ini memperbesar arus balik,karena pembawa-pembawa ini menurunkan potensial halangan telah ditemukan, bahwa arus lewat diode hamper linear dengan fluks cahaya. Diode yang dirancang untuk bekerja dengan prinsip ini dinamakan diode foto dioda semacam ini digunakan dalam deteksi cahaya, dalam penyambung bekerja dengan cahaya , pembacaan kartu lobang computer, pita-pita dan sebagainya.

4.      Dioda pemancar cahaya ( LED =  Light Emitting Diode )

Tidak seperti halnya pembangkitan pasang electron lobang yang memerlukan energy , maka rekombinasi satu electron dengan satu lobang sebaliknya mengeluarkan energy. Dalam hal semikonduktor tertentu, seperti GAas , kalau electron dari pita hantaran turun kedalam pita valensi, energy yang dikeluarkan .muncul dalam bentuk radiasi infra merah. Dalam hal aloi semikonduktor gallium arsenit fosfit.radiasi yang dipancarkan berwarna merah. Suatu diode hubungan p-n yang dibangun semikonduktor semacam itu dinamakan diode pemancar cahaya.

                      ( D. Chattopadhyay,1989)

Diode-diode semikonduktor banyak ditemukan dalam berbagai aplikasi bidang rekayasa elektronika damn elektrik.diode secara luas juga dipakai rangkaian elektronika daya ( power electronik ) untuk mengkonversikan daya elektrik.beberapa rangkaian diode yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk pemrosesan daya. Diperkenalkan pula penggunaan diode untuk konversi ac ke dc. Konversi ac-dc secara umum akan dikenal dengan nama penyearah (rectifiers) .dan diode penyearah menyediakan tegangan keluaran dc yang pasti.agar mudah, diode selalu dianggap ideal.ideal ini berarti waktu reverse recovery  ) dan drop tegangan maju  diabaikan.

Bahan aktif dari dioda dimana dioda daya semikonktor terbentuk silikon, bahan semikonduktor, yaitu bahan dapat diklasifikasikan sebagai antara bahan isolasi dan melakukan, ketahanan menurun dengan kenaikan suhu.Silikon merupakan unsur dalam kelompok IV dari tabel periodik, dan memiliki empat elektron di orbit luar struktur atom. Jika elemen dari kelompok V ditambahkan, yaitu unsur yang memiliki lima elektron orbit luar, maka elektron bebas hadir dalam bentuk struktur elektron cristal bebas memungkinkan geatly meningkatkan konduksi, dan sebagai elektron bermuatan negatif seperti material adalah dikenal sebagai N-jenis semikonduktor. Jika silikon ditambahkan dan pengotor kelompok elemen dari kelompok III, yaitu, unsur memiliki elektron.maka orbit luar celah atau lubang muncul dalam struktur kristal yang dapat menerima elektron. Kesenjangan ini dapat dipertimbangkan untuk memberikan bermuatan positif dikenal sebagai lubang, yang akan memungkinkan konduksi sangat meningkat, sehingga bahan yang diolah dikenal sebagai semikonduktor tipe –p.

Urutan dooping (pengotor penambahan) merupakan urutan dari 1 bagian 10 atom. Dalam semikonduktor type -n, pembawa mayoritas elektron saat ini mayoritas saat ini elektron minoritas membawa menjadi lubang. Cadangan berlaku untuk tipe -p semiconductor.depending pada derajat dooping, konduktivitas n atau p semikonduktor tipe sangat meningkat dibandingkan dengan thr murni silikon.                                                                                                              ( Cyril W, Lander,1993 )BAB III

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1      Peralatan dan Komponen

3.1.1        Peralatan dan Fungsi

1.      Multimeter digital (2 buah)

Fungsi :

-           untuk mengukur tegangan masuk (v_dd).

-          Untuk mengukur tegangan keluaran (V_ab dan V_bc).

2.      Protoboard

Fungsi : sebagai tempat untuk merangkai rangkaian sementara.

3.      Jack banana

Fungsi : untuk menghubungkan peralatan dengan peralatan.

4.      PSA Adjust

Fungsi : sebagai sumber tegangan DC.

5.      Penjepit Buaya

Fungsi : untuk menghubungkan rangkaian dengan komponen.

6.      Kabel penghubung

Fungsi : untuk menghubungkan peralatan dengan peralatan.

3.1.2        Komponen dan Fungsi

1.      Dioda IN4007

Fungsi : untuk penyearah tegangan DC.

2.      Resistor 1 kΩ

Fungsi : untuk menghambat tegangan dan arus.

3.2 Prosedur Percobaan

1.      Dipersiapkan peralatan dan komponen yang akan digunakan.

2.      Digambar rangkaian seperti gambar dibawah ini:

3.      Dirangkai komponen yang sudah dipersiapkan sesuai dengan rangkaian diatas pada protoboard.

4.      Dihubungkan kutub positif PSA adjust pada anoda dioda dan negatif pada ground.

5.      Dihubungkan kutub positif multimeter pada anoda dioda dan negatif ke ground.

6.      Setelah diamati gambar berikut, dihubungkan kutub positif multimeter pada titik a dan kutub negatifnya pada titik b.

7.      Dihidupkan PSA dan multimeter.

8.      Divariasikan tegangan PSA dari 0, 0.5 V sampai 6 V dengan interval 0,5 V.

9.      Dilihat hasil pengukuran pada multimeter (V_ab).

10.  Dicatar hasilnya pada tabel pengukuran.

11.   Setelah diamati gambar berikut, dihubungkan kutub positif multimeter dititik b dan negatif dititik c.

12.  Diulang percobaan diatas pada no.8.

13.  Dilihat hasil pengukuran pada multimeter (V_bc).

14.  Dicatat hasilnya pada tabel pengukuran.

15.  Dinolkan semua tegangan PSA atau posisi normal (default).

16.  Dimatikan/ di-offkan semua peralatan yang digunakan.

17.  disimpan peralatan dan komponen yang telah digunakan.

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1  Kesimpulan

1.      Kurva karakterisitik statik dioda

Nilai ambang tegangan maju adalah nilai minimum tegangan yang harus dilampaui sebelum dioda dapat melewatkan arus dioda. Pada dioda silikon nilai ambang tegangan maju adalah sekitar 0,6 V hingga 0,7 V. Pada dioda germanium, nilai ambang tegangan majunya adalah sekitar 0,2 V hingga 0,3 V. Nilai breakdown adalah nilai tegangan maksimum yang dapat diterima oleh dioda. jika tegangan breakdownnya dilampaui maka dioda akan rusak. Pada dioda silikon, tegangan breakdownnya sekitar -50 V.

2.      Konstruksi penyusun dioda adalah:

Dimana sisi n adalah kutub anoda yang teridiri dari banyak elektorn dan sisi p adalah kutub katoda yang terdiri dari lubang-lubang.

3.      Sifat dan prinsip kerja dioda sebagai  penyearah dioda adalah menyearahkan arus bolak-balik dari PLN menjadi arus searah baik dengan menggunakan  penyearah gelombang penuh atau gelombang setengah penuh dan prinsip kerjanya  pada saat menyearahkan arus adalah elektron dari kutub anoda berpindah ke kutub katoda mengisi lubang-lubang dan elektron akan terisi kembali lagi ketika arus elektron mencapai kutub anoda.

4.      Bias maju terjadi apabila elektron-elektron dari sisi n menuju sisi p dimana keadaan itu terjadi saat anodanya diberikan tegangan positif dari katodanya sehingga arus dapat mengalir, sedangkan bias mundur terjadi saat sisi p yang dialiri arus elektron dimana keadaan itu terjadi saat anodanya diberi tegangan negatif dari katodanya sehingga arus tidak dapat mengalir.

5.      Aplikasi  dari  dioda  adalah  pendeteksi  gelombang radio, pendeteksi gelombang TV, dan sebagai

 sensor (pendetektor) sehingga dapat diaplikasikan pada laser.

6.      Jenis-jenis dioda yaitu:

-          Dioda penyearah : terbuat dari silikon atau germanium dan berfungsi sebagai penyearah

-          Dioda Zener : dioda silikon yang sangat terkotori dan memilki breakdown yang mendadak pada tegangan yang relatif rendah.

-          LED : dapat mengeluarkan cahaya apabila diberi bias maju

-          Dioda kapasitansi variabel : dioda yang bisa digunakan sebagai kapasitor yang dikendalikan oleh tegangan. Dikenal juga sebagai dioda varicap.

-          Photodioda : diaplikasikan pada sensor cahaya

5.2  Saran

1.    Sebaiknya praktikan mengetahui cara pembacaan resitor

2.    Sebaiknya praktikan mengetahui cara menentukan kutub anoda dan katoda pada dioda.

3.    Sebaiknya praktikan tidak mengoyang protoboard saat percobaan agar tegangan yang diperoleh tidak salah.

4.      Sebaiknya praktikan perlahan-lahan menentukan tegangan PSA agar diperoleh kurva yang bagus.

DAFTAR PUSTAKA

Chattopadhday,D.1989.DASAR ELEKTRONIKA. Jakarta : UI Press.

Halaman  40 -61.

Rashid, M H.1992.ELEKTRONIKA DAYA. Jakarta : PT Prenhallindo.

 Halaman 14-27

Cyril W, Lander.1993.”POWER ELECTRONICS.Edisi ketiga :  Mc Graw Hill.London.

   Halaman 1-5.

                                                                                                                        Medan, 01 Desember 2012

Asisten                                                                                                               Praktikan

( Lyri Martin Simorangkir )                                                                               ( Jerri Simanjuntak)

TUGAS PERSIAPAN

Nama : Jerri Simanjuntak

Nim     :  110801064

Judul  : Karakteristik dan Aplikasi Diode

1.      Sebutkan Jenis-jenis diode

Jawab :

a.    Dioda Penyearah : Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengubah arus ac menjadi dc.

b.    Dioda Zener : merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse (kuadran III).

c.    Suatu jenis dioda yang lain adalah Light Emiting Diode (LED) yang dapat mengeluarkan cahaya bila diberikan forward bias. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai indikator dan display. Misalnya dapat digunakan untuk seven segmen (display angka).

d.   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).

2.      Sebutkan Rangkaian Dasar  dari diode dan rangkaian cara pembiasan pada diode.

Jawab ;

Rangkaian Dasar Diode.

-Rangkaian Pembiasan :

3.      Apa yang anda ketahui tentang regulasi, regulator, dan factor ripple!

Jawab :

a.    Regulasi : regulasi tegangan: adalah perbandingan antara selisig tegangan keluaran penyearahan tanpa beban dengan beban penuh terhadap tegangan keluaran penyearahan beban penuh. Besarnya selisih tegangan terjadi disebabkan adanya tegangan jatuh maju pada dioda serta tegangan yang hilang pada resistansi transformasi saat penyearah mengalirkan arus beban. 

b.    Regulator : Regulator Voltage berfungsi sebagai  filter tegangan agar sesuai dengan keinginan. Oleh karena  itu biasanya dalam rangkaian power supply maka IC Regulator tegangan ini selalu dipakai untuk stabilnya output tegangan.

c.    Factor Ripple (faktor riak) adalah perbandingan antara nilai efktif kandungan riak tegangan/arus keluaran terhadap nilai rata-rata tegangan/arus keluaran. Faktor ini menentukan baik tidaknya sinyal hasil penyearahan. Faktor riak dinyatakan dengan

4.      Terangkan kurva karakteristik static diode, apa perbedaan diode silicon dengan diode zener?

Kurva karakteristik statik dioda merupakan fungsi dari arus ID, arus yang melalui dioda, terhadap tegangan VD, beda tegang antara titik a dan b. Karakteristik statik dioda dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan arus yang melalui dioda, yaitu ID. Dapat diubah dengan dua cara, yaitu mengubah VDD.Bila arus dioda ID kita plotkan terhadap tegangan dioda Vab, kita peroleh karakteristik statik dioda. Bila anoda berada pada tegangan lebih tinggi daripada katoda (VD positif) dioda dikatakan mendapat bias forward. Bila VD negatip disebut bias reserve atau bias mundur. Pada gambar 2 VC disebut cut-in-voltage, IS arus saturasi dan VPIV adalah peak-inverse voltage. Bila harga VDD diubah, maka arus ID dan VD akan berubah pula. Bila kita mempunyai karakteristik statik dioda dan kita tahu harga VDD dan RL, maka harga

arus ID dan VD dapat kita tentukan sebagai berikut. Dari gambar 1 diperoleh :

VDD = Vab + (I· RL) atau I = -(Vab/RL) + (VDD / RL).

Perbedaan dioda silicon dengan dioda zener :

Diode silicon adalah:  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 1.9 yaitu kurva karakteristik diode silikon ini. Dimana pada kurva terlihat, saat tegangan mencapai 0,7 Volt, maka arus akan naik dengan cepat.

 Diode Zenner : Diode zener adalah suatu dioda yang mempunyai sifat bahwa tegangan terbaliknya sangat stabil, tegangan ini dinamakan tegangan zener. Dioda zener adalah tipe dioda yang spesial, dimana arus dapat mengalir pada arah kebalikan. Dioda zener sebenarnya sama seperti dioda biasa dapat mengalirkan arus pada arah bias maju. Jika di bias terbalik juga bekerja seperti biasa, kecuali bila mencapai tegangan yang bekerja pada zener/break down voltage, dioda zener akan mengalirkan arus listrik dalam arah bias terbalik atau mundur. Dioda menolak aliran arus pada arah kebalikan selama tegangan balik (reversing voltage) tetap rendah. Tetapi jika tegangan mendekati batas break down, dioda zener akan dialiri arus pada arah kebalikan. Dengan kata lain tahanan dioda zener break down mendekati nol dan arus balik (reverse current) dapat mengalir.

5.      Apa yang dimaksud dengan tegangan break down dari diode zenner!

Jawab :

Fenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya.

-       Jelaskan dan berikan contoh rangkaian regulator dengan menggunkan diode zener sebagai penstabil tegangan, terangkan cara kerjanya!

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).

RESPONSI

Nama               : Jerri Simanjuntak

NIM                : 110801064

Asisten            : Lyri Martin Simorangkir

Judul               : Karakteristik dan Aplikasi Dioda

1.      Jelaskan karakteristik diode menurut  grafik dan gambar!

2.      Perhatikan gambar rangkaian diode dibawah ini

a.       Apa yang terjadi pada rangkaian?

b.      Bagaimana cara mendapatkan tegangan bias maju dan bias mundur?

3.      Tuliskan dan jelaskan yang kamu ketahui tentang:

a.       Tegangan bias maju

b.      Tegangan bias mundur

c.       Tegangan factor ripple

d.      Regulasi

4.      Tuliskan dan jelaskan apa yang terjadi pada diode jika dialiri arus

Jawab  :

1.Untuk mengetahui karakteristik dioda dapat dilkukan dengan cara memasang dioda seri dengan sebuah catu daya dc dan sebuah resistor. Dari rangkaian percobaan dioda tersebut dapat di ukur tegangan dioda dengan variasi sumber tegangan yang diberikan. Rangkaian dasar untuk mengetahui karakteristik sebuah dioda dapat menggunakan rangkaian dibawah. Dari rangkaian pengujian tersebut dapat dibuat kurva karakteristik dioda yang merupakan fungsi dari arus ID, arus yang melalui dioda, terhadap tegangan VD, beda tegangan antara titik a dan b.

 Rangkaian Pengujian Karakteristik Dioda pengujian dioda,teori dioda,rangkaian dioda,rangkaian percobaan dioda,menguji dioda,rumus doda,rumus arus dioda,rumus tegangan dioda,pengaruh beban, Karakteristik dioda dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan arus yang melalui dioda, yaitu ID. Dapat diubah dengan dua cara, yaitu mengubah VDD. Bila arus dioda ID kita plotkan terhadap tegangan dioda Vab, kita peroleh karakteristik dioda. Bila anoda berada pada tegangan lebih tinggi daripada katoda (VD positif) dioda dikatakan mendapat bias forward. Bila VD negatip disebut bias reserve atau bias mundur. Pada diatas VC disebut cut-in-voltage, IS arus saturasi dan VPIV adalah peak-inverse voltage. Bila harga VDD diubah, maka arus ID dan VD akan berubah pula. Bila kita mempunyai karakteristik dioda dan kita tahu harga VDD dan RL, maka harga arus ID dan VD dapat kita tentukan sebagai berikut. Dari gambar pengujian dioda diats dapat ditentukan beberapa persamaan sebagai berikut. VDD=V_{ab}+(I\cdot R_{L}) I=-(\frac{V_{ab}}{R_{L}})+(\frac{VDD}{R_{L}}) Bila hubungan di atas dilukiskan pada karakteristik dioda kita akan mendapatkan garis lurus dengan kemiringan (1/RL). Garis ini disebut garis beban (load line) seperti gambar berikut.

Kurva Karakteristik Dioda Dan Garis Beban Kurva Karakteristik Dioda Dan Garis Beban,karakteristik dioda,kurva dioda,kurva garis beban dioda,kurva karakteristik dioda,titik kerja dioda,tegangan dioda,arus dioda,bias dioda,titik kerja dioda,titik breakdown dioda Dari gambar karakteristik diatas dapat dilihat bahwa garis beban memotong sumbu V dioda pada harga VDD yaitu bila arus I=0, dan memotong sumbu I pada harga (VDD/RL). Titik potong antara karakteristik dengan garis beban memberikan harga tegangan dioda VD(q) dan arus dioda ID(q).

b.- Bias Maju

Secara mudah suatu dioda dibias maju jika positif sumber

dihubungkan dengan posistif dioda sedangkan negatif sumber

dihubungkan dengan negatif dioda.

- Bias Mundur

Pada bias mundur, positif sumber dihubungkan dengan negatif

dioda dsedangkan negatif sumber dihubungkan dengan positif

dioda.

3. 1.    Bias Maju Dioda.

Adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Jika anoda dihubungkan dengan kutub positif batere, dan katoda dihubungkan dengan kutub negative batere, maka keadaan diode ini disebut bias maju (forward bias). Aliran arus dari anoda menuju katoda, dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup. Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode dan akan selalu positif.

2.    Bias Mundur Dioda.

Sebaliknya bila anoda diberi tegangan negative dan katoda diberi tegangan positif, arus yang mengalir  jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan tidak terlalu besar maupun tidak ada peningkatan yang cukup significant.

3. Faktor Ripple ( r )

Faktor ripple menunjukkan efektif tidaknya sebuah filter, didefinisikan sebagai perbandingan tegangan ripple efektif (rms) terhadap tegangan DC. Semakin kecil faktor ripple, semakin baik filter. Faktor ripple dapat diperkecil dengan menambah nilai kapasitor.

4. Regulator tregangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan dioda zener. Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai regulator tegangan dapat dilihat pada gambar rangkaian dibawah.

4. Jika diode dialiri arus, maka electron dari anoda diode akan meloncat ke hole yang ada pada katoda diode, oleh sebab itu maka arus akan mengalir dalam satu arah