Percobaan V.docx

PERCOBAAN V RANGKAIAN DIODA A. TUJUAN Tujuan dari percobaan rangkaian dioda adalah sebagai berikut: 1. Membuat karakteristik static dioda dan menggunakannya 2. Memahami sifat dioda baik secara teoritis maupun praktik 3. Dapat mengaplikasikannya dalam rangkaian elektronika B. LANDASAN TEORI 1. Pengertian dioda Dioda merupakan komponen elektronika yayng mempunyai dua elektroda (terminal), dapat berfungsi sebagai penyearah aruslistrik. Ada dua jenis dioda yaitu dioada tabung dan dioda semi konduktor. Dalam praktikum ini hanya dibhas dioda semi konduktor saja karena dioda tabung arang dipakai.

(a) Sambungan P-N

(b) Simbol

Gambar 5.1 dioda semi konduktor 2. Karakteristik statik dioda Kita dapat menyelidiki karakteristik statik dioda (grafik I sebagai fungsi V) dengan cara memasang dioda secara seri dengan catu daya DC dan sebuah resistor seperti tampak pada gambar 5.2 berikut.

Gambar 5.2 rangkaian pengukuran karakteristik dioda Karakteristik statik dioda dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan arus yang melalui dioda (I). harga I dapat diubah dengan dua cara yaitu dengan mengubah Vdd atau mengubah R₁. dalam percobaan ini kita akan mengubah I dengan mengubah Vdd. Bila arus dioda I diplot terhadap tegangan Vab akan diperoleh karakteristik statik dari dioda seperti gambar 5.3 berikut.

Gambar 5.3 karakteristik statik dioda Bila anoda berada pada tegangan lebih tinggi dari pada katoda (Vd positif) dioda dikatakan mendapatkan panjar maju (forward bias). Bila Vd negative disebut reserve bias. Bila harga Vdd diubah, maka arus I dan Vdd akan berubah pula. Bila kita mempunyai karakteristik statikdioda dan kita tahu harga Vdd dan Rl , maka harga arus I dan Vd dapat kita tentukan sebagai berikut: Dari gambar 5.2, diperoleh: Vdd = Vab + IRL

(5.1)

I = (Vdd-Vab)/ RL

(5.2)

Bila hubungan diatas kita lukiskan pada karakteristik statik dioda kita akan mendapatkan garis lurus dengan kemiringan –(

1 𝑅𝐿

). Garis ini di

sebut dengan garis beban (load line). Ini di tunjukkan pada gambar 5.4 berikut.

Gambar 5.4 karakteristik statik dan garis beban (Anonim, 2017). Jika dua tipe bahan semikonduktor dilekatkan maka akan diperoleh sambungan P-N (P-N junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya material tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan member doping (impurity material) yang berbeda. Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. sebaliknya jika diberi tegangan balik (reserve bias), dapat di pahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi. Dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi rangkaian searah (rectifier) (oklilas, 2006). Dioda zener adalah dioda yang bekerja pada daerah breakdown atau pada daerah kerja reserve bias. Tipe dari katoda zener dibedakan oleh tegangan pembatasnya. Misalnya 12v, ini berarti dioda zener dapat

membatasi tegangan yang lebih besar dari 12v atau menjadi 12 volt. Dioda zener ini terbuat dari bahan semikonduktor, yang mana bahan dengan konduktivitas listrik yang berada diantara bahan isola tor dan bahan konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron valensi (Williem,2013). Dioda zener disebut juga dioda tegangan konstan karena alat ini dapat mengalirkan arus dengan tegangan yang tetap sesuai dengan kapasitas dari dioda zener tersebut. Dioda zener biasa disingkat ZD (Zener Diode), dioda ini kebanyakan mempunyai daya tahan ½ watt. Dioda zener dapat dipergunakan untuk menstabilkan tegangan yang ada pada catu daya (power supply) atau sumber tegangan (DC Volt). Dioda zener umumnya diberikan simbol seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.5 simbol dioda zener (Saefudin,2008).

C. ALAT DAN BAHAN Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan rangkaian dioda dapat dilihat pada tabel 5.1 berikut: Tabel 5.1 alat dan bahan pada rangkaian dioda No Alat dan bahan Fungsi Sebagai media untuk merangkai alat 1. Papan rangkaian elektronika 2. 3.

4.

Resistor Multimeter digital

Untuk menghambat arus Untuk mengukur tegangan dioda

Kabel

Untuk menghubungkan komponen

penghubung

elektronika

NST

JU

-

-

-

-

0,1V

~

-

-

Dioda 5.

6. 7.

 Dioda biasa

Sebagai penyearah arus

-

-

 Dioda zener

Untuk menstabilkan tegangan

-

-

-

-

Kertas grafik Power supply

Untuk

menggambar

karakteristik

statik dioda Sebagai sumber tegangan

0,1V 15V

D. PROSEDUR KERJA 1. Dioda biasa a. Vpanjar maju 1) Membuat rangkaian seperti pada gambar 5.6 menggunakan dioda biasa dengan resistor 220.000Ω.

Gambar 5.6 Rangkaian Vpanjar maju 2) Mengukur tegangan Vdd pada power supply menjadi 2 Volt. 3) Menggunakan multimeter digital untuk mengukur tegangan pada dioda. 4) Mencatat tegangan pada multimeter. 5) Mengulangi langkah 2-4 untuk tegangan Vdd pada power supply 4,6,8,10 dan 12 volt. 6) Mengulangi langkah 1-5 untuk resistor 22.000Ω dan 2000Ω. b. Vpanjar maju 1) Membuat rangkaian seperti gambar 5.7 menggunakan dioda biasa dengan resistor 220.000 Ω.

Gambar 5.7 Rangkaian Vpanjar mundur 2) Mengukur tegangan Vdd pada power supply menjadi 2 volt 3) Menggunakan multimeter digital untuk mengukur tegangan pada dioda. 4) Mencatat tegangan pada multimeter digital. 5) Mengulangi langkah 2-4 untuk tegangan Vdd pada power supply 4,6,8,10 dan 12 volt. 6) Mengulangi langkah 1-5 untuk resistor 22.000Ω dan 2.000Ω. 2. Dioda zener Perlakuan untuk dioda zener sama dengan dioda biasa, hanya mengganti dioda biasa dengan dioda zener, kemudian mengulangi semua langkah pada dioda biasa.

E. DATA PENGAMATAN 1. Dioda biasa a. Resistor 220000Ω Tabel 5.2 Data pengukuran pada resistor 220000Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.3626 0.3931 0.409 0.422 0.433 0.441

Vpanjar mundur (v) -3.95 -7.87 -11.86 -15.84 -19.81 -23.59

b. Resistor 22000Ω Tabel 5.3 Data pengukuran pada resistor 22000Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.461 0.496 0.516 0.531 0.542 0.551

Vpanjar mundur (v) -4.12 -8.1 -12.09 -16.11 -20.19 -24.09

c. Resistor 2000Ω Tabel 5.4 Data pengukuran pada resistor 2000Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.578 0.612 0.634 0.648 0.659 0.668

Vpanjar mundur (v) -4.01 -8.17 -12.09 -16.25 -20.14 -24.14

2. Dioda zener a. Resistor 220000 Ω Tabel 5.5 Data pengukuran pada resistor 220000 Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.495 0.541 0.566 0.583 0.596 0.606

Vpanjar mundur (v) -1.37 -1.536 -1.631 -1.703 -1.755 -1.801

b. Resistor 22000 Ω Tabel 5.6 Data pengukuran pada resistor 22000 Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.625 0.658 0.674 0.685 0.693 0.699

Vpanjar mundur (v) -1.803 -2.053 -2.191 -2.286 -2.36 -2.424

c. Resistor 2000 Ω Tabel 5.7 Data pengukuran pada resistor 2000 Ω No 1 2 3 4 5 6

Vdd (volt) 2 4 6 8 10 12

Vpanjar maju (v) 0.712 0.741 0.758 0.766 0.779 0.786

Vpanjar mundur (v) -0.2546 -0.2697 -0.287 -0.2964 -0.2942 -0.2943

F. ANALISIS DATA 1. Dioda biasa a. Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 220000 Ω Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,3626) 220.000

= 0,00000744273 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R (2−(−3,95)) 220.000

= 0,0000270455 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dil;ihat pada tabel 5.8 berikut. Tabel 5.8 Analisis data dioda biasa pada resistor 220.000 Ω Resistor Vp. Mj Vp. Md No Vdd (v) Ip. Maju (A) (Ω) (v) (v) 1 220000 2 0,3626 0.000007442 -3,95 2 220000 4 0,3931 0.000016395 -7,87 3 220000 6 0,409 0,000025413 -11,86 4 220000 8 0,422 0,000034445 -15,84 5 220000 10 0,433 0,000043486 -19,81 6 220000 12 0,441 0,000052409 -23,59

Ip. Md (A) 0,000027 0,000053 0,000081 0,000108 0,000135 0,0001617

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda biasa pada resistor 220000Ω

Gambar 5.8 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda biasa

untuk resistor 220000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda biasa pada resistor 220000Ω

Gambar 5.9 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda biasa untuk resistor 220000 Ω b.

Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 22000Ω. Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,461) 22000

= 0,00000744273 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R (2−(−4,12)) 22000

= 0,000278182 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.9 berikut. Tabel 5.9 Analisis data dioda biasa pada resistor 220.000 Ω Resistor Vdd Vp. Mj Vp. Md No Ip. Maju (A) (Ω) (v) (v) (v) 1 22000 2 0,461 0,000069954 -4,12 2 22000 4 0,496 0,000159273 -8,1 3 22000 6 0,516 0,000249273 -12,09 4 22000 8 0,531 0,0003395 -16,11 5 22000 10 0,542 0,000429909 -20,19

Ip. Md (A) 0,000278182 0,00055 0,000822273 0,001095909 0,001372273

6

22000

12

0,551

0,000520409

-24,09

0,001640455

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda biasa pada resistor 22000

Gambar 5.10 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda biasa untuk resistor 22000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda biasa pada resistor 22000

Gambar 5.11 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda biasa untuk resistor 22000 Ω c. Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 2000 Ω Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,578) 2000

= 0,000711 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R

(2−(−4,1)) 2000

= 0,003005 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.10 berikut. Tabel 5.10 Analisis data dioda biasa pada resistor 2000 Ω Resistor Vp. Mj Ip. Maju Vp. Md No Vdd (v) (Ω) (v) (A) (v) 1 2000 2 0,578 0.000711 -4,1 2 2000 4 0,612 0.001694 -8,17 3 2000 6 0,634 0,002683 -12,09 4 2000 8 0,648 0,003676 -16,25 5 2000 10 0,659 0,0046705 -20,14 6 2000 12 0,668 0,005666 -24,14

Ip. Md (A) 0,003005 0,006085 0,009045 0,012125 0,01507 0,01807

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda biasa pada resistor 2000Ω

Gambar 5.12 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda biasa untuk resistor 2000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda biasa pada resistor 2000Ω

Gambar 5.13 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda biasa untuk resistor 2000 Ω 2. Dioda zener a. Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 220000 Ω Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,495) 220.000

= 0,0000068409 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R (2−(−1,37)) 220.000

= 0,0000153182 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat diliihat pada tabel 5.11 berikut. Tabel 5.11 Analisis data dioda zener pada resistor 220.000 Ω No 1 2

Resistor (Ω) 220000 220000

Vdd (v) 2 4

Vp. mj (v) 0,495 0,541

Ip. maju (A) 0.000006841 0.000015723

Vp. md (v) -1,37 -1,536

Ip. md (A) 0,0000153 0,0000252

3 4

220000 6 220000 8 Lanjutan tabel 5.11

5 6

220000 220000

10 12

0,566 0,583 0,596 0,606

0,0000247 0,000033714

0,000042745 0,000051791

-1,755 -1,801

-1,631 -1,701

0,0000347 0,0000441

0,0000534 0,0000627

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda zener pada resistor 220000Ω.

Gambar 5.14 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda zener untuk resistor 220000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda zener pada resistor 220000Ω

Gambar 5.15 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda zener untuk resistor 220000 Ω b. Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 22000Ω. Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,625) 22000

= 0,0000625 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R (2−(−1,803)) 22000

= 0,000172864 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.12 berikut. Tabel 5.12 Analisis data dioda zener pada resistor 22.000 Ω No 1 2 3 4 5 6

Resistor (Ω) 22000 22000 22000 22000 22000 22000

Vdd (v) 2 4 6 8 10 12

Vp. Mj (v) 0,625 0,658 0,674 0,685 0,693 0,699

Ip. Maju (A) 0,0000625 0,00015191 0,00024209 0,0003325 0,00042305 0,00051368

Vp. Md (v) -1,803 -2,053 -2,191 -2,286 -2,36 -2,424

Ip. Md (A) 0,000172864 0,000275136 0,000372318 0,000467545 0,000561818 0,000655636

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda zener pada resistor 22000Ω

Gambar 5.16 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda zener untuk resistor 22000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda zener pada resistor 22000 Ω

Gambar 5.17 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda zener untuk resistor 22000 Ω c. Menentukan arus untuk panjar maju dan panjar mundur pada resistor 2000 Ω Imj = =

(Vdd−Vp.maju) R (2−0,712) 2000

= 0,0011273 Ampere Imd = =

(Vdd−Vp.mundur) R (2−(−0,2546)) 2000

= 0,0011273 Ampere Dengan cara yang sama, untuk data selanjutnya dapat dilihat pada tabel 5.13 berikut. Tabel 5.13 Analisis data dioda zener pada resistor 2000 Ω No Resistor Vdd Vp. Mj Ip. Maju Vp. Md (v)

Ip. Md (A)

(Ω) (v) 1 2000 2 Lanjutan tabel 5.13 2 3 4 5 6

2000 2000 2000 2000 2000

4 6 8 10 12

(v) 0,712

(A) 0.000644

0,741 0,758 0,766 0,779 0,786

-0,2546

0.00163 0,002621 0,003617 0,0046105 0,005607

-0,2697 -0,2870 -0,2964 -0,2942 -0,2943

0,0011273 0,00213485 0,0031435 0,0041482 0,0051471 0,00614715

Hubungan antara Vdd dan Ip maju dioda zener pada resistor 2000 Ω

Gambar 5.18 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip maju pada dioda zener untuk resistor 2000 Ω Hubungan antara Vdd dan Ip mundur dioda zener pada resistor 2000 Ω

7

Gambar 5.19 Grafik hubungan antara Vdd dan Ip mundur pada dioda zener untuk resistor 2000 Ω

G. PEMBAHASAN Dioda adalah salah satu komponen elektronika yang merupakan suatu bahan semikonduktor yang hanya dapat menghantarkan arus dan tegangan searah. Oleh karena itu, tujuan digunakannya diode pada suatu rangkaian elektronika adalah sebagai penyearah arus atau tegangan. Dalam penggunaan dioda, dikenal istilah forward bias (bias maju) dan reverse bias (bias mundur). Keduanya dibedakan pada karakteristik arus dan tegangan yang mengalir dalam suatu rangkaian tersebut. Daerah deplesi (deplation layer) merupakan daerah dengan kesetimbangan hole dan elektron. Artinya, elektron pada sisi N melompat sebagian ke sisi P sehingga area tersebut menjadi area ternetralkan.daerah ini dapat membangkitkan pembawa muatan minoritas saat terdapat cukup energi termal untuk membangkitkan pasangan hole elektron. Berdasarkan hasil yang diperoleh secara praktek pada rangkaian dioda dengan menggunakan dioda biasa untuk panjar maju, anoda dijadikan lebih positif sehingga dioda bekerja sesuai dengan sifatnya yaitu melewatkan arus dalam satu arah saja. Sedangkan pada rangkaian dioda menggunakan dioda biasa untuk panjar mundur, anoda dijadikan lebih negatif. Hal ini diakibatkan karena penempatan dioda yang berlawanan arah dengan arus yang mengalir dalam rangkaian sehingga nilai yang dihasilkan bernilai negatif. Semakin besar penggunaan resistor pada suatu rangkaian maka tegangan dan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut akan mengalami penurunan. Dan sebaliknya, semakin kecil penggunaan resistor pada suatu rangkaian dioda maka tegangan dan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut akan mengalami peningkatan. Hal ini sudah sesuai dengan teori yang ada, dimana penggunaan resistor tersebut dapat menghambat arus dalam suatu rangkaian. Berdasarkan hasil yang diperoleh secara praktek pada rangkaian dioda dengan menggunakan dioda zener untuk panjar maju maupun panjar mundur peroleh tegangan yang berbanding terbalik dengan nilai hambatannya. Semakin besar penggunaan resistor pada suatu rangkaian maka tegangan dan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut akan mengalami penurunan. Dan sebaliknya, semakin kecil penggunaan resistor pada suatu rangkaian dioda

maka tegangan dan arus yang mengalir pada rangkaian tersebut akan mengalami peningkatan namun kenaikan dan penurunan dari nilai tegangan tersebut sangat kecil atau dapat dikatakan konstan.

Hal ini sudah sesuai

dengan teori yang ada, dimana penggunaan dioda zener memiliki sifat untuk menstabilkan tegangan. Berdasarkan hasil yang diperoleh berdasarkan teori pada rangkaian dioda baik dengan menggunakan dioda biasa maupun dengan menggunakan dioda zener dapat diketahuai bahwa jika dioda dalam keadaan forward bias (panjar maju), maka tegangan potensial sisi P lebih besar daripada sisi N sehingga elektron dari sisi N akan bergerak untuk mengisi hole di sisi P dan menyebabkan daerah deplation layer menjadi sempit. Sedangkan jika diberi tegangan mundur (reverse bias), sisi N akan mendapatkan polaritas tegangan yang lebih besar daripada sisi P. Sehingga baik hole maupun elektron masingmasing sisi akan tertarik ke arah kutub yang berlawanan dan menyebabkan pelebaran deplation layer dan menghalangi terjadinya arus.

H. KESIMPULAN Kesimpulan dari percobaan rangkaian dioda adalah sebagai berikut. 1. Karakteristik statik dioda dapat diperoleh dengan membagi nilai arus yang dihasilkan baik dalam keadaan panjar maju maupun dalam keadaan panjar mundur terhadap nilai tegangan masukan pada rangkaian. Dari karakteristik tersebut diperoleh grafik linier hubungan antara tegangan masukan dan arus yang dihasilkan. 2. Dioda biasa dan dioda zener, baik secara praktek maupun secara teori memiliki sifat yang sama. Dimana dioda biasa bersifat untuk meyearahkan arus., sedangkan dioda zener bersifat untuk menstabilkan tegangan. 3. Pengaplikasian dioda dalam rangkaian elektronika yaitu rangkaian penyearah power supply dari arus AC menjadi arus DC. Selain itu dioda zener dapat digunakan pada perangkat MCB (spam) agar dapat menstabilkan tegangan untuk mencegah koslet.