BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS

48

BAB IV HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS 4.1.

HASIL PERCOBAAN 4.1.1. KARAKTERISTIK DIODA  Karakteristik Dioda dengan Masukan DC Tabel 4.1. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Maju. VS (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

VL (V) 0 0 0 0 0,013 0,019 0,059 0,128 0,201 0,274 0,362 0,448 0,557 0,655 0,735 0,838 0,934 1,02 1,12 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8

ID (A) 0 0 0 0 0,00013 0,00019 0,00059 0,00128 0,00201 0,00274 0,00362 0,00448 0,00557 0,00655 0,00735 0,00838 0,00934 0,0102 0,0112 0,012 0,013 0,014 0,015 0,016 0,017 0,018

VS (V) 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5

VL (V) 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3

ID (A) 0,019 0,02 0,021 0,022 0,023 0,024 0,025 0,026 0,027 0,028 0,029 0,03 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,04 0,041 0,042 0,043

49 Tabel 4.2. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Maju. VS (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5

VL (V) 0 0 0 0 0,001 0,011 0,045 0,099 0,171 0,247 0,338 0,424 0,521 0,604 0,693 0,8 0,89 0,99 1,084 1,185 1,264 1,35 1,47 1,55 1,65 1,73

ID (A) 0 0 0 0 0,00001 0,00011 0,00045 0,00099 0,00171 0,00247 0,00338 0,00424 0,00521 0,00604 0,00693 0,008 0,0089 0,0099 0,01084 0,01185 0,01264 0,0135 0,0147 0,0155 0,0165 0,0173

VS (V) 2,6 2,7 2,8 2,9 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5

VL (V) 1,83 2 2,1 2,14 2,24 2,34 2,43 2,53 2,63 2,73 2,82 2,92 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2

ID (A) 0,0183 0,02 0,021 0,0214 0,0224 0,0234 0,0243 0,0253 0,0263 0,0273 0,0282 0,0292 0,03 0,031 0,032 0,033 0,034 0,035 0,036 0,037 0,038 0,039 0,04 0,041 0,042

Tabel 4.3. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Balik. VS (V) 0 10 20 30

VL (mV) 0 5 6 7

ID (nA) 0 5,36 6,43 7,5

Tabel 4.4. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Balik. VS (V) 0 10 20 30

VL (V) 0 6 8 10

ID (nA) 0 6,43 8,57 10,71

50  Menghitung Reverse Recovery Time Dioda

Gambar 4.1. Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 1 KHz.

Gambar 4.2. Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 10 KHz.

51

Gambar 4.3. Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 5 KHz.

Gambar 4.4. Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 50 KHz.

52

4.1.2. KARAKTERISTIK TRANSISTOR  Karakteristik IC – IB Tabel 4.5. Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 10 V.

VBB (V) 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 2 2,1 2,2 2,5 3 3,5 4

VCC = 10 Volt; RB = RC = 100Ohm/20Watt VBE (V) IB (mA) IC (mA) VCE (V) 0 0 0 10 0,3 0 0 10 0,4 0 0,6 10 0,45 0,5 2,1 10 0,5 1 10,5 9 0,55 1,5 38,8 6 0,57 2,3 45,5 5,3 0,62 2,8 61,3 3,6 0,65 3,5 84,6 0,8 0,65 4,5 90,5 0,225 0,65 5,5 90,8 0,225 0,65 6,5 90,8 0,21 0,65 7,5 90,9 0,21 0,65 8,5 91,1 0,2 0,65 9,5 91,2 0,19 0,65 13,5 91,3 0,16 0,65 14,5 91,5 0,15 0,65 15,5 91,5 0,15 0,65 18,5 91,6 0,135 0,65 23,5 91,7 0,125 0,65 28,5 91,7 0,12 0,65 33,5 91,7 0,115

VCB (V) 10 9,7 9,6 9,55 8,5 5,45 4,73 2,98 0,15 -0,425 -0,425 -0,44 -0,44 -0,45 -0,46 -0,49 -0,5 -0,5 -0,515 -0,525 -0,53 -0,535

53 Tabel 4.6. Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 15 V. VBB (V) 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 2 2,5 2,7 3 3,5 4

VCC = 15 Volt; RB = RC = 100Ohm/20Watt VBE (V) IB (mA) IC (mA) VCE (V) 0 0 0 15 0,1 0 0 15 0,2 0 0 15 0,28 0,2 0,2 15 0,37 0,3 0,4 15 0,44 0,6 0,8 15 0,515 0,85 25,5 15 0,535 1,65 36,2 11,4 0,575 2,25 73,9 7,25 0,6 3 113,4 2,9 0,6 4 122,4 2 0,6 5 131,8 1 0,62 5,8 137,8 0,275 0,64 6,6 138,4 0,23 0,65 7,5 138,5 0,21 0,65 8,5 138,6 0,205 0,65 13,5 138,8 0,17 0,65 18,5 138,8 0,17 0,65 20,5 138,8 0,17 0,65 23,5 139 0,15 0,67 28,3 139 0,15 0,67 33,3 139 0,15

VCB (V) 15 14,9 14,8 14,72 14,63 14,56 14,485 10,865 6,675 2,3 1,4 0,4 -0,345 -0,41 -0,44 -0,445 -0,48 -0,48 -0,48 -0,5 -0,52 -0,52

Tabel 4.7. Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 20 V. VBB (V) 0 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,5 1,8 2 2,2 2,5 3 3,5 4 4,5 5

VCC = 20 Volt; RB = RC = 100Ohm/20Watt VBE (V) IB (mA) IC (mA) VCE (V) 0 0 0 20 0,28 0,2 0 20 0,37 0,3 0,1 20 0,44 0,6 1,3 20 0,5 1 15,9 18,2 0,55 1,5 52,5 14,1 0,55 2,5 67,4 12,6 0,58 3,2 106,8 8,5 0,6 4 115,4 7,5 0,625 4,75 141,3 4,5 0,65 8,5 179,6 0,25 0,66 11,4 180,1 0,24 0,66 13,4 180,2 0,24 0,665 15,35 180,4 0,225 0,67 18,3 180,4 0,21 0,68 23,2 180,4 0,205 0,68 28,2 180,5 0,2 0,685 33,15 180,5 0,19 0,69 38,1 180,6 0,18 0,7 43 180,7 0,175

VCB (V) 20 19,72 19,63 19,56 17,7 13,55 12,05 7,92 6,9 3,875 -0,4 -0,42 -0,42 -0,44 -0,46 -0,475 -0,48 -0,495 -0,51 -0,525

54  Karakteristik VBE – IB Tabel 4.8. Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 7 V. VCE = 7 V; RB = 10 Ω / 10 W; RC = 100 Ω / 20 W VB (V) VBE (mV) IB (mA) 0 0 0 0,1 96 0,4 0,2 192 0,8 0,3 277 2,3 0,4 362 3,8 0,5 460 4 0,6 558 4,2 0,7 655 4,5 0,8 674 12,6 0,9 694 20,6 1 704 29,6 1,1 717 38,3 1,2 723 47,7 1,3 733 56,7 1,4 738 66,2 1,5 742 75,8 1,6 744 85,6 1,7 751 94,9 1,8 753 104,7 1,9 756 114,4 2 759 124,1

55 Tabel 4.9. Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 8 V. VCE = 8 V; RB = 10 Ω / 10 W; RC = 100 Ω / 20 W VB (V) VBE (mV) IB (mA) 0 0 0 0,1 85 1,5 0,2 172 2,8 0,3 270 3 0,4 368 3,2 0,5 466 3,4 0,6 564 3,6 0,7 635 6,5 0,8 675 12,5 0,9 692 20,8 1 709 29,1 1,1 714 38,6 1,2 725 47,5 1,3 733 56,7 1,4 736 66,4 1,5 743 75,7 1,6 745 85,5 1,7 751 94,9 1,8 753 104,7 1,9 758 114,2 2 761 123,9

Tabel 4.10. Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 9 V. VCE = 9 V; RB = 10 Ω / 10 W; RC = 100 Ω / 20 W VB (V) VBE (mV) IB (mA) 0 0 0 0,1 96 0,4 0,2 192 0,8 0,3 288 1,2 0,4 388 1,2 0,5 487 1,3 0,6 579 2,1 0,7 643 5,3 0,8 673 12,7 0,9 691 20,9 1 699 30,1 1,1 714 38,6 1,2 720 48 1,3 729 57,1 1,4 735 66,5 1,5 739 76,1 1,6 742 85,8 1,7 748 95,2 1,8 752 104,8 1,9 754 114,6 2 757 124,3

56  Karakteristik VCE – IC Tabel 4.11. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,3 mA. IB = 0,3 mA; RC = 100 Ω / 20 W VC (V) VCE (mV) IC (mA) 0 0 0 1 0,038 9,4 2 0,058 17,8 3 0,078 28,6 4 0,094 37,2 5 0,112 47 6 0,125 56,3 7 0,14 64,4 8 0,152 72,7 9 0,3 79,8 10 1,075 83 11 1,85 84,1 12 3,05 85,6 13 4 86,8 14 4,8 87,7 15 5,6 88,8 16 6,4 90,2 17 7,25 91,4 18 8 92,2 19 9 93,3 20 10 94,5 21 10,8 95,6 22 11,4 96,9 23 12 98,8 24 13 100 25 14 101,4 26 15 102,9 27 16 104,3 28 17 105,6 29 18 107

57 Tabel 4.12. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,4 mA. IB = 0,4 mA; RC = 100 Ω / 20 W VC (V) VCE (mV) IC (mA) 0 0 0 1 0,034 10,3 2 0,05 18,6 3 0,066 28,4 4 0,08 37,9 5 0,095 47,6 6 0,109 56,9 7 0,125 63,8 8 0,14 73,7 9 0,15 82,9 10 0,175 90,9 11 0,25 98,7 12 0,7 105,7 13 1,85 107,9 14 2,65 109,2 15 3,5 110,5 16 4,3 111,9 17 5 113,2 18 5,7 114,4 19 6,6 116 20 7,6 117,7 21 8,3 119 22 9,2 120,8 23 10 122,5 24 10,8 123,9 25 11,8 125,6 26 12,5 127,3 27 13,3 129,2 28 14 131,6 29 15 133

58 Tabel 4.13. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,5 mA. IB = 0,5 mA; RC = 100 Ω / 20 W VC (V) VCE (mV) IC (mA) 0 0 0 1 0,027 9,2 2 0,052 24 3 0,064 33,2 4 0,076 41,9 5 0,087 49,9 6 0,099 60,2 7 0,11 69,1 8 0,125 78,4 9 0,135 87 10 0,15 95,5 11 0,165 106,2 12 0,2 115,3 13 0,35 123,9 14 0,91 126,3 15 1,85 128,8 16 2,5 130,3 17 3,2 132,3 18 3,6 135,2 19 4 136 20 5,4 139,2 21 6 141,1 22 7 143,2 23 7,6 145 24 8 148 25 9,4 149 26 10,5 150 27 11 152,8 28 12 155,6

59

4.1.3. KARAKTERISTIK SCR Tabel 4.14. Karakteristik SCR untuk IG 10 mA. VGG = 1 V; RG = 100 Ω / 0,5 W; IG = 10 mA VAA (V) VAK (V) IA (mA) 0 0 0 1 0,6 0,1425 2 0,68 0,8 3 0,7 1,3 4 0,74 1,825 5 0,75 2,5 6 0,75 4,3 7 0,76 4,5 8 0,76 5,4 9 0,76 6 10 0,76 6,6 12 0,76 8 14 0,76 9,5 16 0,76 11 18 0,76 12,25 20 0,76 13,5 22 0,76 15 24 0,76 16,1 26 0,76 17,5 28 0,76 19 30 0,76 24,3 IH = 15mA VBO > 90 V IL = 16,4mA

60 Tabel 4.15. Karakteristik SCR untuk IG 15 mA. VGG = 1,5V; RG = 100 Ω / 0,5 W; IG = 15 mA VAA (V) VAK (V) IA (mA) 0 0 0 1 0,65 0,21 2 0,65 0,7 3 0,66 1,05 4 0,68 1,5 5 0,7 1,975 6 0,7 2,35 7 0,7 2,8 8 0,7 4 9 0,7 4,4 10 0,7 4,75 12 0,725 5,6 14 0,725 6,7 16 0,725 7,55 18 0,74 8,6 20 0,74 9,6 22 0,74 10,5 24 0,74 11,5 26 0,74 12,5 28 0,74 18,75 30 0,74 20,25 IH = 13,5mA VBO > 90 V IL = 15,8 mA

61 Tabel 4.16. Karakteristik SCR untuk IG 20 mA. VGG = 2V; RG = 100 Ω / 0,5 W; IG = 20 mA VAA (V) VAK (V) IA (mA) 0 0 0 1 0,65 0,12 2 0,66 1 3 0,665 1,25 4 0,67 1,75 5 0,675 2,4 6 0,7 2,9 7 0,7 4 8 0,7 4,1 9 0,7 4,6 10 0,7 5,25 12 0,71 6,5 14 0,715 7,5 16 0,72 8,55 18 0,725 9,6 20 0,725 10,75 22 0,73 11,8 24 0,735 12,9 26 0,74 14,1 28 0,745 15,1 30 0,75 16,3 IH = 12mA VBO > 90 V IL = 14,5 mA

62

4.1.4. KARAKTERISTIK TRIAC  Mode 1 Tabel 4.17. Karakteristik TRIAC Mode 1. Mode 1 RG = 100 Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ /0,5 W; VG = 1,5V VM (V) VMT2MT1 (V) IM (mA) 0 0 0 1 0,56 0,22 2 0,6 0,64 3 0,6 1,055 4 0,645 1,5 5 0,65 1,8 6 0,65 2,46 7 0,65 2,89 8 0,65 4,1 9 0,66 4,5 10 0,67 4,95 12 0,675 5,9 14 0,69 7,05 16 0,695 8 18 0,7 9 20 0,7 10 22 0,71 11 24 0,71 11,8 26 0,72 12,9 28 0,72 13,6 30 0,725 14,7 IH = 1,2mA VBO > 90 V IL = 1,8mA

63

 Mode 2 Tabel 4.18. Karakteristik TRIAC Mode 2. Mode 2 RG = 100 Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1,5V VM (V) VMT2MT1 (V) IM (mA) 0 -0,47 0,2 1 -0,34 0,59 2 -0,23 1 3 -0,13 1,395 4 -0,07 1,81 5 -0,03 2,5 6 0,03 2,9 7 0,09 3,4 8 0,15 3,8 9 0,21 4,25 10 0,27 4,7 12 0,4 5,6 14 0,5 6,5 16 0,6 7,4 18 0,62 8,25 20 0,63 9,3 22 0,65 10,4 24 0,66 11,5 26 0,675 12,25 28 0,68 13,25 30 0,69 14,5 IH = 2,5mA VBO > 90 V IL = 4,25mA

64

 Mode 3 Tabel 4.19. Karakteristik TRIAC Mode 3. Mode 3 RG = 30 Ω /0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1 V VM (V) VMT2MT1 (V) IM (mA) 0 0,49 0 1 0,6 0,2 2 0,625 0,6 3 0,64 1,1 4 0,645 1,5 5 0,65 2 6 0,655 2,4 7 0,66 2,9 8 0,665 3,3 9 0,67 3,8 10 0,675 4,2 12 0,695 5,3 14 0,7 6,2 16 0,7 7,1 18 0,7 8 20 0,705 8,9 22 0,715 9,8 24 0,72 10,8 26 0,725 11,5 28 0,73 12,4 30 0,735 13,6 IH = 1mA VBO > 90 V IL = 1,2mA

65  Mode 4 Tabel 4.20. Karakteristik TRIAC Mode 4. Mode 4 RG = 100Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1,5V VM (V) VMT2MT1 (V) IM (mA) 0 0,6 0 1 0,625 0,1 2 0,65 0,5 3 0,65 1 4 0,655 1,4 5 0,66 1,9 6 0,66 2,4 7 0,665 2,8 8 0,67 3,3 9 0,675 3,7 10 0,68 4,2 12 0,69 5,2 14 0,7 6,2 16 0,7 7,2 18 0,705 8,2 20 0,71 9,2 22 0,715 10,2 24 0,72 11,3 26 0,72 12,3 28 0,725 13,2 30 0,73 14 IH = 1,1mA VBO > 90 V IL = 1,15mA

66

4.1.5. KARAKTERISTIK MOSFET A. Karakteristik VDS - ID Tabel 4.21. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3 V. VGS = 3 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ VDS (V) ID (mA) 0 0 0,01 0,15 0,02 0,25 0,03 0,32 0,04 0,36 0,08 0,5 0,1 0,52 1 0,55 2 0,57 3 0,58 4 0,59 5 0,6

Tabel 4.22. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,1 V. VGS = 3,1 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ VDS (V) ID (mA) 0 0 0,008 0,3 0,01 0,35 0,02 0,6 0,03 0,75 0,04 0,9 0,06 1,1 0,08 1,25 0,1 1,35 1 1,45 2 1,45 3 1,45 4 1,45 5 1,45

67 Tabel 4.23. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,2 V. VGS = 3,2 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ VDS (V) ID (mA) 0 0 0,01 0,87 0,02 1,36 0,03 1,85 0,04 2,16 0,1 4,2 1 4,2 2 4,2 3 4,2 4 4,2 5 4,2

Tabel 4.24. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,3 V. VGS = 3,3 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ VDS (V) ID (mA) 0 0 0,01 1,15 0,02 2,05 0,03 3 0,04 3,6 0,06 4,2 0,1 6 1 7 2 7 3 7 4 7 5 7

Tabel 4.25. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,4 V. VGS = 3,4 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ VDS (V) ID (mA) 0 0 0,01 2,3 0,02 3,2 0,05 5,4 0,1 7,6 0,2 8 0,5 9 1 10,1 2 10,1 3 10,1 4 10,1 5 10,1

68

B.

Karakteristik VGS - ID Tabel 4.26. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 0,6 V. VDS = 0,6V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ VGS (V) ID (mA) 0 0 2,4 0 2,45 0,0015 2,5 0,0025 2,55 0,005 2,6 0,0075 2,65 0,015 2,7 0,0225 2,75 0,04 2,8 0,065 2,85 0,085 2,9 0,135 2,95 0,215 3 0,3 3,05 0,6 3,1 0,9 3,15 1,2 3,2 1,9 3,25 3,1 3,3 5 3,35 6,5 3,4 8 3,45 10,5 3,5 14,5 3,55 18 3,6 22 3,65 23,5 3,7 25 3,75 32 3,8 35

69 Tabel 4.27. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 1 V. VDS = 1V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ VGS (V) ID (mA) 0 0 2,3 0 2,4 0,001 2,45 0,0015 2,5 0,0026 2,55 0,008 2,6 0,0125 2,65 0,021 2,7 0,035 2,75 0,055 2,8 0,105 2,85 0,14 2,9 0,235 2,95 0,36 3 0,6 3,05 0,9 3,1 1,3 3,15 2 3,2 3,2 3,25 5 3,3 6,5 3,35 9,2 3,4 11,5 3,45 17 3,5 21,5 3,55 28 3,6 32,5 3,65 35 3,7 40 3,75 48 3,8 50

70 Tabel 4.28. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 2 V. VDS = 2V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ VGS (V) ID (mA) 0 0 2,3 0 2,35 0,0004 2,4 0,0008 2,45 0,0015 2,5 0,003 2,55 0,0052 2,6 0,0095 2,65 0,015 2,7 0,0206 2,75 0,035 2,8 0,06 2,85 0,11 2,9 0,15 2,95 0,25 3 0,37 3,05 0,6 3,1 0,95 3,15 1,3 3,2 2,1 3,25 3,3 3,3 4,5 3,35 6 3,4 10 3,45 11,8 3,5 17,5 3,55 25,5 3,6 30 3,65 35 3,7 42 3,75 50 3,8 65

71

4.1.6. KARAKTERISTIK IGBT A. Karakteristik VCE – IC Tabel 4.29. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,5 V. VGE = 4,5V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 0,25 1 1,1 1,5 1,2 2 1,25 2,5 1,25 5 1,3 10 1,32

Tabel 4.30. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,6 V. VGE = 4,6 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 0,3 1 2,1 1,5 2,2 2 2,25 2,5 2,3 5 2,35 10 2,4

Tabel 4.31. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,7 V. VGE = 4,7 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 0,35 1 3,5 1,5 3,5 2 3,5 2,5 3,5 5 3,5 10 3,6

72 Tabel 4.32. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,8 V. VGE = 4,8 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 0,4 1 5,8 1,5 5,8 2 5,8 2,5 6 5 6 10 6,25

Tabel 4.33. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,9 V. VGE = 4,9 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 0,95 1 13 1,5 13,8 2 14 2,5 14,5 5 15,5 10 16

Tabel 4.34. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5 V. VGE = 5 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 1,4 1 23,3 1,5 23,5 2 23,7 2,5 23,9 5 24,5 10 24,8

73 Tabel 4.35. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,1 V. VGE = 5,1 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 2,75 1 28,4 1,5 28,7 2 28,9 2,5 29,2 5 32 10 33,7

Tabel 4.36. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,2 V. VGE = 5,2 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 4,8 1 38,6 1,5 38,9 2 39,1 2,5 39,5 5 40,8 10 41

Tabel 4.37. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,3 V. VGE = 5,3 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VCE (V) IC (mA) 0 0 0,5 8,7 1 58,8 1,5 61 2 61,7 2,5 62 5 63 10 63,8

74 B. Karakteristik VGE – IC Tabel 4.38. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,7 V. VCE = 0,7 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VGE (V) IC (mA) 0,8 0,0005 1 0,0015 2 0,0125 2,5 0,0234 3 0,045 3,6 0,086 4 0,15 4,5 0,85 4,55 1,06 4,6 1,33 4,65 1,81 4,7 2,06 4,75 2,4 4,8 2,9 4,85 3,7 4,9 4,5 4,95 5 5 5,5

Tabel 4.39. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,8 V. VCE = 0,8 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VGE (V) IC (mA) 0,8 0,0005 1 0,0015 2 0,013 2,5 0,0255 3 0,05 3,6 0,1 4 0,2 4,5 0,9 4,55 1,2 4,6 1,55 4,65 2 4,7 2,45 4,75 3,2 4,8 4,4 4,85 5,4 4,9 6,2 4,95 6,6 5 7,1

75 Tabel 4.40. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,9 V. VCE = 0,9 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W VGE (V) IC (mA) 0,8 0,001 1 0,0017 2 0,0134 2,5 0,0283 3 0,05 3,6 0,11 4 0,205 4,5 0,96 4,55 1,25 4,6 1,45 4,65 2 4,7 2,7 4,75 3,5 4,8 4,5 4,85 5,5 4,9 8 4,95 9,6 5 12

4.2.

ANALISIS 4.2.1. KARAKTERISTIK DIODA Dioda merupakan komponen yang dapat digunakan untuk melewatkan arus atau menahan arus dalam rangkaian. Idealnya sebuah dioda hanya dapat menghantarkan arus searah saja dan tidak dapat menghantarkan arus bolak-balik. Untuk dapat menghantarkan arus, tegangan dioda harus melebihi suatu nilai tertentu yang disebut tegangan buka. Tegangan buka adalah tegangan minimal yang dibutuhkan oleh dioda agar dapat mulai menghantarkan arus (dalam orde mA) dalam rangkaian.

76 Berdasarkan Tabel 4.1 dan Tabel 4.2, grafik karakteristik V – I dioda 1N4007 dan 1N4148 dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 berikut.

Gambar 4.5. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4007.

77

Gambar 4.6. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4148. Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 hasil percobaan dapat dilihat dari kedua jenis dioda yang digunakan, yaitu 1N4007 dan 1N4148, keduanya memiliki tegangan buka yang hampir sama. Dioda 1N4007 memiliki tegangan buka sebesar 0,7 V karena pada saat tegangan dioda sebesar 0,7 V, dioda tersebut menghantarkan arus 1,28 mA. Sedangkan dioda 1N4148 memiliki tegangan buka antara 0,7 V hingga 0,8 V karena pada saat tegangan dioda sebesar antara 0,7 V hingga 0,8 V, dioda tersebut menghantarkan arus sekitar 1 mA. Pada saat diberi bias balik, dioda bekerja menahan arus balik tersebut. Dioda ideal seharusnya tidak melewatkan arus balik sedikit pun. Namun pada kenyataannya pasti ada arus balik yang melewati dioda tersebut meskipun sangat kecil, dalam orde nA saja. Berdasarkan Tabel 4.3 dan Tabel 4.4, gambar grafik

78 karakteristik V – I dioda 1N4007 dan 1N4148 saat dibias balik dapat dilihat pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 berikut.

Gambar 4.7. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4007 Bias Balik.

Gambar 4.8. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4148 Bias Balik.

79 Karakteristik lain yang diukur pada percobaan dioda adalah Reverse Recovery Time / waktu pemulihan balik ( t rr ). Waktu pemulihan balik adalah waktu yang dibutuhkan oleh dioda untuk dapat off ketika tegangan yang melewatinya berubah dari bias maju ke bias balik. Ada dua jenis reverse recovery time, yaitu soft dan abrupt. Dari Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa dioda 1N4007 termasuk jenis soft reverse recovery. Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 1 kHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut. 2.9V  29mA 100 I 0.25I RR  RR  7.25mA 4 t a  0.1kotak  5s  0.5s I RR 

t b  0.9kotak  5s  4.5s t rr  ta  tb  0.5s  4.5s  5s

Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 10 KHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut. 2.9V  29mA 100 I 0.25I RR  RR  7.25mA 4 t a  0.05kotak  10s  0.5s I RR 

t b  0.45kotak  10s  4.5s t rr  ta  tb  0.5s  4.5s  5s

Dari Gambar 4.3 dan Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa dioda 1N4148 termasuk jenis abrupt reverse recovery. Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 5 KHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut.

80 1.5V  15mA 100 t a  0.2kotak  100ns  20ns I RR 

t b  0.4kotak  100ns  40ns t rr  ta  tb  0.5ns  4.5ns  60ns

Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 50 KHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut. 1.5V  15mA 100 t a  0.4kotak  50ns  20ns I RR 

t b  0.8kotak  50ns  40ns t rr  ta  tb  20ns  40ns  60ns

Dari hasil penghitungan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa dioda 1N4007 memiliki waktu pemulihan balik sebesar 5s sedangkan dioda 1N4148 memiliki waktu pemulihan balik sebesar 60ns . Dari datasheet dioda 1N4007 diketahui bahwa untuk pensaklaran dengan arus maju sebesar 20 mA dan arus balik sebesar 1 mA yang melalui resistor beban sebesar 100 Ohm didapat nilai waktu pemulihan balik sebesar 30s . Sedangkan pada percobaan yang dilakukan, resistor beban 100 Ohm diberi masukan berupa gelombang kotak dengan amplitudo tegangan 0/5 V (arus maju 50 mA, arus balik 0 mA) diperoleh nilai waktu pemulihan balik sebesar 5s . Perbedaan ini terjadi karena adanya perbedaan amplitudo sinyal masukan. Dari datasheet dioda 1N4148 diketahui bahwa untuk pensaklaran dengan arus maju sebesar 10 mA dan arus balik sebesar 60 mA yang melalui resistor beban sebesar 100 Ohm didapat nilai waktu pemulihan balik sebesar 4 ns. Sedangkan pada percobaan yang dilakukan, resistor beban sebesar 100 Ohm

81 diberi masukan berupa gelombang kotak dengan amplitudo tegangan 0/5 V (arus maju 50 mA, arus balik 0 mA) diperoleh nilai waktu pemulihan balik sebesar

60ns . Perbedaan ini juga terjadi karena adanya perbedaan amplitudo sinyal masukan.

4.2.2. KARAKTERISTIK TRANSISTOR Pada Bipolar Junction Transistor / transistor persambungan bipolar (BJT), besar arus basis akan menentukan besarnya arus kolektor yang mengalir melalui transistor tersebut. Transistor memiliki tiga daerah kerja yaitu cut-off, aktif, dan saturasi. Dalam daerah cutoff, transistor dalam keadaan ”OFF” karena arus basis tidak cukup besar untuk mengaktifkan transistor tersebut. Dalam daerah aktif, arus kolektor semakin besar dan tegangan kolektor-emitter menurun. Dalam daerah saturasi, arus basis sangat tinggi sehingga tegangan kolektor-emitter sangat rendah. Berdasarkan Tabel 4.5, Tabel 4.6, dan Tabel 4.7, grafik arus basis terhadap arus kolektor dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.9, Gambar 4.10, dan Gambar 4.11 berikut.

82

Gambar 4.9. Grafik IC – IB untuk VCC 10 V.

Gambar 4.10. Grafik IC – IB untuk VCC 15 V.

83

Gambar 4.11. Grafik IC – IB untuk VCC 20 V. Dari Gambar 4.9, Gambar 4.10, dan Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa transistor berada dalam keadaan cut-off saat arus basis yang mengalir kurang dari 5 mA. Dengan demikian arus basis tidak cukup besar untuk mengalirkan arus kolektor. Transistor berada di daerah active bila persambungan emiter-basis bias maju dan persambungan kolektor-basis bias balik. Dengan kata lain transistor berada di daerah active bila basis lebih positif daripada emiter dan kolektor lebih basis daripada basis. Transistor berada di daerah jenuh bila persambungan emiter-basis dan persambungan kolektor-basis bias maju. Dengan kata lain transistor berada di daerah jenuh bila persambungan basis-emiter dicatu maju sebesar 0,6-0,7 V dan kolektor lebih negatif daripada basis. Dari Tabel 4.5 dapat dilihat bahwa untuk VCC 10 V, transistor berada di daerah jenuh saat V BB  1,1V karena pada nilai

84 tegangan VBB tersebut tegangan basis-emiter bernilai di atas 0,6 V dan kolektor lebih negatif daripada basis. Dari Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa untuk VCC 15 V, transistor berada di daerah jenuh saat VB  1,2V karena pada nilai tegangan VBB tersebut tegangan basis-emiter bernilai di atas 0,6 V dan kolektor lebih negatif daripada basis. Dari Tabel 4.7 dapat dilihat bahwa untuk VCC 20 V, transistor berada di daerah jenuh saat VB  1,5V karena pada nilai tegangan VBB tersebut tegangan basis-emiter bernilai di atas 0,6 V dan kolektor lebih negatif daripada basis. Pada daerah aktif, transistor memiliki bati arus ( hFE ) yang besar dibandingkan saat saturasi sehingga dapat digunakan sebagai penguat (amplifier). Bati arus pada transistor ( hFE ) merupakan perbandingan antara arus kolektor dengan arus basis. Untuk menghitung hFE terlebih dahulu menghitung besarnya arus kolektor dan arus basis. Misalnya pada Tabel 4.7 saat tegangan basis 1,8 Volt, besar arus basis ( I B ), arus kolektor ( I C ), dan arus emiter ( I E ) adalah: IB 

V B  V BE 1,8V  0,66V 1,14V    11,4mA , RB 100  100 

I C  180 ,1mA , dan I E  I B  I C  11,4mA  180 ,1mA  191,5mA .

Sedangkan penguatannya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: hFE 

I C 180 ,1mA   15,8 IB 11,4mA

Jadi transistor yang digunakan memiliki penguatan arus sebesar 15,8 kali untuk nilai arus kolektor sebesar 191,5 mA dan arus basis sebesar 11,4 mA.

85 Nilai penguatan arus transistor (hFE) akan berbeda untuk arus kolektor dan arus basis yang berbeda pula. Misalnya pada Tabel 4.7 saat tegangan basis sebesar 0,7 V, maka besar arus basis ( I B ), arus kolektor ( I C ), dan arus emiter ( I E ) adalah: IB 

V B  V BE 0,7V  0,55V 0,15V    1,5mA , RB 100  100 

I C  52 ,5mA , dan I E  I B  I C  1,5mA  52 ,5mA  54 mA .

Sedangkan penguatannya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan: hFE 

I C 52 ,5mA   35 . IB 1,5mA

Jadi transistor yang digunakan memiliki penguatan sebesar 35 kali untuk nilai arus kolektor sebesar 54 mA dan arus basis sebesar 1,5 mA. Grafik terhadap untuk 10 V, 15 V, dan 20 V dapat dilihat pada Gambar 4.12, Gambar 4.13, dan Gambar 4.14 berikut.

Gambar 4.12. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 10 V.

86

Gambar 4.13. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 15 V.

Gambar 4.14. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 20 V. Pada transistor, daerah persambungan basis-emiter bertindak sebagai sebuah dioda. Karakteristik masukan transistor berguna untuk melihat karakteristik dioda persambungan tersebut. Karena bertindak sebagai sebuah

87 dioda, maka grafik karakteristiknya menyerupai grafik karakteristik V – I dioda. Dari Tabel 4.8, Tabel 4.9, dan Tabel 4.10, grafik karakteristik masukan transistor untuk tegangan kolektor-emiter ( V CE ) sebesar 7 V, 8 V, dan 9 V dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.15, Gambar 4.16, dan Gambar 4.17 berikut.

Gambar 4.15. Grafik VBE – IB untuk VCE 7 Volt.

88

Gambar 4.16. Grafik VBE terhadap IB untuk VCE 8 Volt.

Gambar 4.17. Grafik VBE terhadap IB untuk VCE 9 Volt.

89 Pada Gambar 4.15, Gambar 4.16, dan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa grafik karakteristik masukan transistor memiliki bentuk eksponensial. Ini sesuai dengan persamaan I B yang dituliskan dalam Persamaan 4.1 berikut. IB 

IS



e VB E / VT

(4.1)

Persamaan 4.1 digunakan untuk menghitung arus basis. Pada Persamaan 4.1 terdapat suku eksponensial. Karena itu grafik I B fungsi V BE berbentuk eksponensial. Selain karakteristik IC – IB dan VBE – IB, transistor juga memiliki karakteristik keluaran VCE – IC. Karakteristik keluaran juga dapat digunakan untuk melihat daerah kerja transistor. Berdasarkan Tabel 4.11, Tabel 4.12, dan Tabel 4.13, grafik karakteristik keluaran transistor dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.18 berikut.

90

Gambar 4.18. Grafik VCE – IC dengan IB sebagai Parameter. Transistor digunakan sebagai saklar saat bekerja pada daerah cut-off dan jenuh. Syarat saklar yang baik adalah pada saat on, saklar tersebut memiliki tegangan yang kecil, sehingga daya yang terbuang pada saklar tersebut memiliki nilai minimal. Transistor yang bekerja pada daerah aktif digunakan sebagai penguat karena memiliki bati arus yang cukup besar. Namun transistor yang bekerja pada daerah aktif memiliki nilai tegangan besar sehingga banyak daya yang terbuang pada transistor itu sendiri. Misalnya, dari Tabel 4.7, untuk nilai tegangan basis sebesar 0,7 Volt transistor memiliki tegangan ( V CE ) sebesar 14,1 Volt. Arus kolektor yang mengalir sebesar 52,5 mA. Daya yang dibuang menjadi kalor adalah sebesar: P  VCE  I C  14 ,1V  52 ,5mA  0,74W .

91 Jika transistor dinyalakan dalam keadaan tersebut selama sekitar seratus detik saja (tidak ada dua menit), maka transistor akan menjadi hangat karena transistor tersebut menghasilkan kalor sebesar:

W  P  t  0,74W  100s  74J . Dengan demikian, transistor yang bekerja pada daerah aktif tidak cocok digunakan sebagai saklar karena membuang kalor dalam jumlah yang cukup besar sehingga efisiensinya menurun. Agar dapat digunakan sebagai saklar, transistor harus bekerja pada daerah saturasi. Pada saat bekerja pada daerah saturasi, transistor memiliki nilai tegangan kolektor-emiter V CE yang rendah. Dari Tabel 4.7, untuk nilai tegangan basis sebesar 5 V, transistor memiliki tegangan ( V CE ) sebesar 0,175 Volt. Arus kolektor yang mengalir sebesar 180,7 mA. Sehingga dapat dihitung hambatan kolektoremiter saat transistor ’on’ adalah sebesar: RCE (ON ) 

VCE 0,175   0,97  IC 0,1807

Daya pada transistor adalah: P  VCE  I C  0,175V  180 ,7mA  32 mW

Daya pada transistor yang bekerja pada daerah saturasi lebih kecil dibandingkan dengan daya pada transistor saat bekerja pada daerah aktif. Dengan demikian, transistor yang bekerja pada daerah saturasi cocok digunakan sebagai saklar.

92

4.2.3. KARAKTERISTIK SCR Ada tiga karakteristik yang diukur, yaitu tegangan breakover, arus latching, dan arus holding. Tegangan breakover adalah tegangan anoda – katoda minimal yang dibutuhkan agar SCR dapat on tanpa adanya tegangan gerbang. SCR memiliki nilai tegangan breakover yang sangat besar sehingga peralatan yang ada di laboratorium tidak mampu untuk mengukur nilai tegangan ini. Tiga power supply di laboratorium dirangkai secara seri sehingga menghasilkan tegangan maksimum sebesar 90 Volt, namun belum juga cukup untuk dapat membuat SCR on tanpa adanya tegangan gerbang. Oleh karena itu, bentuk grafik yang disajikan pada Gambar 4.19, Gambar 4.20, dan Gambar 4.21 tidak dapat menyerupai bentuk grafik pada Gambar 2.14. Arus latching adalah arus SCR minimum yang diperlukan agar SCR tetap dalam keadaan on saat gerbang dipicu sesaat (dinyalakan lalu langsung dimatikan). Arus holding adalah arus SCR minimum yang diperlukan untuk menjaga agar SCR tetap dalam keadaan on tanpa adanya tegangan gerbang. Dari Tabel 4.14, Tabel 4.15, dan Tabel 4.16 karakteristik SCR dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.19, Gambar 4.20, dan Gambar 4.21 berikut.

93

Gambar 4.19. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 10 mA. Dari Tabel 4.14 diketahui bahwa untuk arus gerbang sebesar 10 mA, diperoleh arus latching 16,4 mA dan arus holding 15 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 16,4 mA agar SCR dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 10 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 15 mA untuk menjaga agar SCR tetap on.

94

Gambar 4.20. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 15 mA. Dari Tabel 4.15 diketahui bahwa untuk arus gerbang sebesar 15 mA, diperoleh arus latching 15,8 mA dan arus holding 13,5 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 15,8 mA agar SCR dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 13,5 mA untuk menjaga agar SCR tetap on.

95

Gambar 4.21. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 20 mA. Dari Tabel 4.16 diketahui bahwa untuk arus gerbang sebesar 20 mA, diperoleh arus latching 14,5 mA dan arus holding 12 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 14,5 mA agar SCR dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 12 mA untuk menjaga agar SCR tetap on. Semakin besar arus gerbang SCR, semakin kecil nilai arus latching dan arus holding untuk nilai gerbang yang bersangkutan. Dengan kata lain, makin tinggi arus gerbang, SCR makin mudah untuk dinyalakan.

96

4.2.4. KARAKTERISTIK TRIAC TRIAC hampir sama dengan SCR. Bedanya, TRIAC dapat menghantar arus bolak-balik. Karakteristik yang diukur pun sama dengan karakteristik yang diukur pada percobaan karakteristik SCR, yaitu tegangan breakover, arus latching, dan arus holding. Berdasarkan data pada Tabel 4.17, Tabel 4.18, Tabel 4.19, dan Tabel 4.20 karakteristik TRIAC dapat digambarkan pada Gambar 4.22, Gambar 4.23, Gambar 4.24, dan Gambar 4.25 berikut.

Gambar 4.22. Karakteristik V – I TRIAC Mode 1. Dari Tabel 4.17 diketahui bahwa pada mode 1 untuk arus gerbang sebesar 15 mA, diperoleh arus latching 1,8 mA dan arus holding 1,2 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 1,8 mA agar TRIAC dapat tetap on setelah dipicu sesaat

97 dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 1,2 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on.

Gambar 4.23. Karakteristik V – I TRIAC Mode 2. Dari Tabel 4.18 diketahui bahwa pada mode 2 untuk arus gerbang sebesar 15 mA, diperoleh arus latching 4,25 mA dan arus holding 2,5 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 4,25 mA agar TRIAC dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 2,5 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on.

98

Gambar 4.24. Karakteristik V – I TRIAC Mode 3. Dari Tabel 4.19 diketahui bahwa pada mode 3 untuk arus gerbang sebesar 33,3 mA, diperoleh arus latching 1,2 mA dan arus holding 1 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 1,2 mA agar TRIAC dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 33,3 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 1 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on.

99

Gambar 4.25. Karakteristik V – I TRIAC Mode 4. Dari Tabel 4.20 diketahui bahwa pada mode 4 untuk arus gerbang sebesar 15 mA, diperoleh arus latching 1,15 mA dan arus holding 1,1 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 1,15 mA agar TRIAC dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 1,1 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on. Sama seperti SCR, pada percobaan karakteristik TRIAC nilai tegangan breakover tidak dapat diperoleh karena nilainya sangat tinggi dan peralatan yang ada di laboratorium tidak mampu mengukur besarnya tegangan breakover tersebut. Oleh karena itu, bentuk grafik yang disajikan pada Gambar 4.22, Gambar 4.23, Gambar 4.24, dan Gambar 4.25 tidak dapat menyerupai bentuk grafik pada Gambar 2.16.

100

4.2.5. KARAKTERISTIK MOSFET MOSFET merupakan piranti terkendali tegangan. MOSFET yang digunakan dalam percobaan ini adalah MOSFET IRF740. MOSFET memiliki tiga daerah kerja, yaitu cut-off, trioda, dan pinch-off. Pada daerah kerja trioda, MOSFET berfungsi sebagai hambatan yang terkendali tegangan. Sedangkan pada daerah kerja pinch-off, MOSFET berfungsi sebagai penguat tegangan. Syarat MOSFET berada di daerah pinch-off dituliskan pada Persamaan 4.2 berikut: V DS  VGS  VTH

(4.2)

dengan tegangan threshold ( VTH ) bernilai 3 V. Ada dua karakteristik MOSFET yang dibahas dalam percobaan ini, yaitu karakteristik VDS – ID dengan VGS sebagai parameter dan karakteristik VGS – ID. Karakteristik VDS – ID digunakan untuk melihat daerah kerja MOSFET. Berdasarkan Tabel 4.21, Tabel 4.22, Tabel 4.23, Tabel 4.24, dan Tabel 4.25, karakteristik VDS – ID dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.26 berikut.

101

Gambar 4.26. Karakteristik VDS – ID dengan VGS sebagai Parameter. Berdasarkan Persamaan 4.2, saat VGS 3,1 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat V DS  0,1V , sedangkan pinch-off saat V DS  0,1V . Saat VGS 3,2 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat V DS  0,2V , sedangkan pinch-off saat V DS  0,2V . Saat VGS 3,3 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat V DS  0,3V , sedangkan pinch-off saat V DS  0,3V . Saat VGS 3,4 V, MOSFET

bekerja pada daerah triode saat V DS  0,4V , sedangkan pinch-off saat V DS  0,4V . Saat bekerja pada daerah triode, MOSFET juga memiliki hambatan pengurassumber ( R DS (ON ) ). Nilai dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.3 berikut.

102

R DS ( ON ) 

V DS ID

(4.3)

Misalkan berdasarkan Tabel 4.22, saat VDS bernilai 40 mV besar arus I D adalah 0,9 mA. Dengan menggunakan Persamaan 4.3 nilai RDS (ON ) adalah: R DS (ON ) 

40 mV  44 ,4 0,9mA

Selain karakteristik VDS – ID, ada juga karakteristik VGS – ID. Karakteristik VGS – ID disebut juga karakteristik transkonduktansi, digunakan untuk menentukan nilai transkonduktansi MOSFET. Nilai transkonduktansi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.4 berikut. gm 

I D VGS

VDS

I D  K VGS  VT 

2

I K VGS  VT  gm  D   2 K (VGS  VT ) VGS VGS 2

(4.4)

Dengan menggunakan data pada Tabel 4.22, nilai K dapat dihitung.

I D  K VGS  VT 

2

1,5mA  K 3,1  3

2

1,5  10 3 K  0,15 10  10 3

Berdasarkan Tabel 4.26, Tabel 4.27, dan Tabel 4.28, karakteristik VGS – ID MOSFET IRF740 dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.27, Gambar 4.28, dan Gambar 4.29 berikut. Dalam menghitung nilai transkonduktansi MOSFET,

103 nilai yang diambil misalnya nilai arus penguras ( I D ) untuk tegangan gerbang sumber ( VGS ) sebesar 3,5 Volt dan 3,55 Volt.

Gambar 4.27. Karakteristik VGS – ID untuk VDS 0,6 Volt. Dari Gambar 4.27, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 0,6 Volt adalah: gm 

I D VGS

 VDS  0 , 6

3,5mA  0,07 1 50mV

Sedangkan berdasarkan Persamaan 4.4, nilai transkonduktansinya adalah: g m  2 K (VGS  VT )  2.0,15 .3,55  3  0,165  1

Dapat dilihat bahwa nilai transkonduktansi yang diperoleh dari percobaan berbeda dengan nilai transkonduktansi yang diperoleh secara teoritis.

104

Gambar 4.28. Karakteristik VGS – ID untuk VDS 1 Volt. Dari Gambar 4.28, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 1 Volt adalah: gm 

I D VGS

 VDS 1

6,5mA  0,13 1 50mV

Sedangkan berdasarkan Persamaan 4.4, nilai transkonduktansinya adalah: g m  2 K (VGS  VT )  2.0,15 .3,55  3  0,165  1

Dapat dilihat bahwa nilai transkonduktansi yang diperoleh dari percobaan mendekati dengan nilai transkonduktansi yang diperoleh secara teoritis.

105

Gambar 4.29. Karakteristik VGS – ID untuk VDS 2 Volt. Dari Gambar 4.29, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 2 Volt adalah: gm 

I D VGS

 VDS  2

8mA  0,16 1 50mV

Sedangkan berdasarkan Persamaan 4.4, nilai transkonduktansinya adalah: g m  2 K (VGS  VT )  2.0,15 .3,55  3  0,165  1

Dapat dilihat bahwa nilai transkonduktansi yang diperoleh dari percobaan mendekati nilai transkonduktansi yang diperoleh secara teoritis. Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi V DS , maka nilai transkonduktansi hasil percobaan makin mendekati nilai transkonduktansi teoritis.

106 Berdasarkan hasil percobaan yang digambarkan pada Gambar 4.27, Gambar 4.28, dan Gambar 4.29 perubahan nilai arus penguras ( I D ) cukup linier untuk perubahan tegangan gerbang-sumber ( VGS ) yang kecil. Sebagai contoh pada Gambar 4.27, pada VGS sebesar 3,45 V, 3,5 V, dan 3,55 V diperoleh I D sebesar 10,5 mA, 14,5 mA, dan 18 mA. Ini berarti untuk kenaikan VGS sebesar 50 mV, terjadi kenaikan I D antara 3,5 mA sampai 4 mA. Pada Gambar 4.28 untuk VGS yang sama, yaitu 3,45 V, 3,5 V, dan 3,55 V diperoleh I D sebesar 11,5 mA, 17 mA, dan 21,5 mA. Ini berarti untuk kenaikan VGS sebesar 50 mV, terjadi kenaikan I D antara 4,5 mA hingga 5,5 mA. Memang tidak linier sempurna, ini terjadi

karena adanya kesalahan dalam membaca alat ukur pada saat melakukan pengukuran. Meskipun demikian hal ini mendekati teori yang mana perubahan nilai I D cukup linier untuk perubahan VGS yang kecil. MOSFET pada daerah kerja pinch-off berfungsi sebagai penguat. Pada daerah kerja pinch-off, MOSFET memiliki tegangan yang besar. Arus yang dilewatkan juga besar. Dengan demikian, MOSFET pada daerah kerja pinch-off memiliki daya yang besar. Misalkan untuk VGS 3,2 V, MOSFET bekerja pada daerah pinch-off apabila VDS  0,2V . Penulis mengambil nilai V DS 10 V. Pada saat V DS bernilai 10 V, arus I D yang mengalir adalah sebesar 4,2 mA. Daya yang dimiliki oleh MOSFET tersebut adalah:

P  V .I  10V .4,2mA  0,042W Jika MOSFET dioperasikan dalam waktu yang lama, misalnya 1 jam, maka besarnya kalor yang dihasilkan adalah:

107

W  P.t  0,042W .3600s  151,2 J Jika nilai V DS lebih besar lagi, maka semakin besar pula kalor yang dihasilkan oleh MOSFET tersebut. Oleh karena itu, MOSFET yang bekerja pada daerah pinch-off tidak cocok digunakan sebagai saklar. Saklar ideal seharusnya tidak memiliki tegangan pada saat menghantarkan arus. Sehingga tidak ada daya yang didisipasikan oleh saklar tersebut. MOSFET dapat berfungsi sebagai saklar saat bekerja di daerah triode. Misalkan untuk VGS 3,2 V, MOSFET bekerja pada daerah triode apabila V DS  0,2V . Penulis mengambil nilai V DS 100 mV. Pada saat V DS bernilai 100 mV, arus I D yang mengalir adalah sebesar 4,2 mA. Daya yang dimiliki oleh MOSFET tersebut adalah:

P  V .I  100mV .4,2mA  420W Bila dibandingkan dengan daya MOSFET pada daerah pinch-off, maka daya MOSFET pada daerah triode jauh lebih kecil. Dengan demikian, MOSFET yang bekerja pada daerah triode lebih cocok bila digunakan sebagai saklar.

4.2.6. KARAKTERISTIK IGBT IGBT menggabungkan kelebihan-kelebihan yang ada pada MOSFET dan BJT. IGBT merupakan piranti terkendali tegangan. IGBT memiliki hambatan masukan yang sangat besar. IGBT memiliki tiga daerah kerja seperti BJT, yaitu cut-off, aktif, dan saturasi. Ada dua karakteristik yang dibahas dalam percobaan ini, yaitu karakteristik VCE – IC dan karakteristik VGE – IC. Berdasarkan Tabel 4.29 hingga

108 Tabel 4.37, karakteristik VCE – IC IGBT IRG4BC20S dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.30 berikut.

Gambar 4.30. Karakteristik VCE – IC dengan VGE sebagai Parameter. IGBT yang digunakan memiliki tegangan ambang sebesar 4,5 V. IGBT bekerja pada daerah saturasi apabila memenuhi syarat VCE  VGE  VT . IGBT bekerja pada daerah cut-off apabila memenuhi syarat VCE  VGE  VT . Dari Gambar 4.30, misalnya untuk VGE 5 V, dapat dilihat bahwa IGBT bekerja pada daerah saturasi saat VCE  5  4,5  VCE  0,5V . Saat VCE  0,5V , IGBT bekerja pada daerah aktif. Sedangkan untuk VGE 5,3 V, IGBT bekerja pada daerah saturasi saat VCE  0,8V . Saat VCE  0,8V , IGBT bekerja pada daerah aktif.

Selain karakteristik VCE – IC, ada juga karakteristik VGE – IC. Karakteristik VGE

–

IC

disebut

juga

karakteristik

transkonduktansi.

Karakteristik

109 transkonduktansi digunakan untuk melihat nilai transkonduktansi yang dimiliki oleh IGBT IRG4BC20S. Nilai transkonduktansi IGBT dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.5 berikut. gi 

I C VGE

(4.5) VCE

Berdasarkan Tabel 4.38, Tabel 4.39, dan Tabel 4.40, karakteristik VGE – IC dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.31, Gambar 4.32, dan Gambar 4.33 berikut. Untuk menghitung nilai transkonduktansi, nilai yang diambil adalah dua nilai arus kolektor ( I C ) untuk tegangan gerbang – emiter ( V GE ) tertentu, misalnya sebesar 4,7 V dan 4,75 V.

Gambar 4.31. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,7 V. Dari Gambar 4.31, nilai transkonduktansi IGBT untuk VCE 0,7 V adalah:

110

gi 

I C VGE

 VCE  0 , 7

0,34mA  0,0068 1 50mV

Gambar 4.32. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,8 V. Dari Gambar 4.32, nilai transkonduktansi IGBT untuk VCE awal 0,8 V adalah: gi 

I C VGE

 VCE  0 ,8

0,75mA  0,015 1 50V

111

Gambar 4.33. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,9 V. Dari Gambar 4.33, nilai transkonduktansi IGBT untuk VCE awal 0,9 V adalah: gi 

Dari

I C VGE

 VCE 3

0,8mA  0,016 1 50V

penghitungan-penghitungan

di

atas

dapat

dilihat

bahwa

nilai

transkonduktansi IGBT IRG4BC20S bervariasi untuk nilai tegangan kolektor – emiter yang berbeda pula. Makin tinggi tegangan kolektor – emiter, maka makin besar pula nilai transkonduktansinya.

4.2.7. TUGAS RANCANG Step-up chopper adalah suatu rangkaian yang berguna untuk mengubah tegangan masukan DC menjadi tegangan keluaran DC yang nilainya lebih besar.

112 Rangkaian step-up chopper dapat direalisasikan dengan menggunakan sebuah MC34063.

Gambar

4.34

memperlihatkan

rangkaian

step-up

chopper

menggunakan MC34063.

Gambar 4.34. Rangkaian Step-Up Menggunakan MC34063. MC34063 memiliki tiga bagian penting, yaitu osilator, komparator, dan SRFF. Untuk menjelaskan cara kerja step-up, dimulai dengan kondisi awal kedua transistor off, arus induktor nol, dan tegangan keluaran sama dengan tegangan keluar yang seharusnya. Dalam keadaan demikian beban hanya memperoleh arus dari kapasitor keluaran ( C O ) yang melakukan pengosongan muatan. Saat kapasitor C O melakukan pengosongan, maka tegangan kapasitor tersebut juga

113 akan menurun. Penurunan ini dirasakan oleh rangkaian komparator yang ada dalam MC34063. Saat tegangan pada pin 5 MC34063 bernilai kurang dari tegangan acuan sebesar 1,5 V, maka komparator akan menghasilkan keluaran ’1’. Keluaran komparator ini diumpankan ke pin ’A’ gerbang AND. Pin ’B’ gerbang AND mendapat umpan dari osilator. Osilator akan menghasilkan keluaran logika ’1’ saat kapasitor CT melakukan pengisian. Saat pin ’A’ dan pin ’B’ gerbang AND mendapat masukan berupa logika ’1’, maka gerbang AND akan menghasilkan keluaran logika ’1’ pula. Dengan demikian SRFF juga akan menghasilkan keluaran pada pin ’Q’ berupa logika ’1’. Ini mengakibatkan transistor dan dalam keadaan saturasi. Saat saturasi, arus akan mengalir melalui tegangan masukan ( Vin ) menuju induktor ( L ) dan transistor ( Q1 ). Saat siklus on selesai, transistor Q1 akan off dan medan magnetik pada induktor mulai mengosongkan muatan melalui dioda 1N5822 dan memberi energi pada kapasitor C O dan siklus kembali berulang.

Untuk merancang sebuah step-up yang dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 40 V dari tegangan masukan 20 V, harus menentukan nilai-nilai resistor ( R1 , R 2 , dan R SC ), kapasitor ( CT dan C O ), dan induktor ( L ). Sebelum menentukan nilai-nilai komponen tersebut, terlebih dahulu menentukan lama waktu siklus on ( t on ) dan siklus off ( t off ) berlangsung dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut.

ton Vout  VF  Vin (min)  toff Vin (min)  Vsat

(4.6)

114 ton  toff 

toff 

1 f

(4.7)

ton  toff ton 1 toff

(4.8)

ton  ton  toff   toff

(4.9)

Nilai-nilai komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaanpersamaan berikut. t  I pk  2  I out (max)   on  1  toff  Rsc 

0,3 I pk

(4.10)

(4.11)

CT  4  10 5  ton

(4.12)

9  I out  ton Vripple

(4.13)

CO 

Lmin 

Vin (min)  Vsat I pk

 ton

(4.14)

Nilai resistor R1 dan R2 ditentukan sendiri agar dapat menghasilkan tegangan keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Nilai tegangan keluaran dihitung dengan Persamaan (4.13) berikut.

 R  Vout  1,251  2  R1  

(4.15)

Dengan menggunakan Persamaan 4.6 hingga Persamaan 4.15 tersebut, diperoleh penghitungan dengan hasil sebagai berikut.

115

Vin  20V  10%  18V  22V Vout  40V I out ( maz )  400mA Vripple  100mV t on Vout  V F  Vin (m in) 40  0,4  18 22,4     1,28 18  0,5 17,5 t off Vin (m in)  V sat 1 1   20s f 50kHz t on  t off 20s    8,77 s t on 1,28  1 1 t off

t on  t off  t off

t on  t on  t off   t off  20s  8,77 s  11,23s CT  4  10 5  t on  4  10 5  11,23  10 6  4,492  10 10 F  0,45nF t  I pk  2  I out (m ax)   on  1  2  400mA  1,28  1  2  400mA  2,28  1,824 A  t off  0,3 0,3   0,1645 R sc  I pk 1,824 Lm in  CO 

Vin (m in)  V sat I pk

 t on 

18  0,5  11,23s  107,7 H 1,824

9  I out  t on 9  0,4  11,23s   400F 0,1 Vripple

 R   300K  Vout  1,251  2   1,251    1,25  31  38,75V  10 R K   1  

Karena nilai-nilai komponen yang

diperoleh dari hasil penghitungan tidak

tersedia di pasaran dengan nilai yang sama persis, maka nilainya disesuaikan dengan yang ada di pasaran. Nilai-nilai komponen yang digunakan: R1  10 k R2  300 k Rsc  0,2

116 CT  0,42 nF CO  470 F

Lmin  107 H

Pada saat keluaran tidak diberi beban resistor, tegangan keluaran memiliki nilai 40,0 V. Namun saat diberi beban resistor 100 Ω, tegangan keluaran memiliki nilai lebih kecil dari yang seharusnya, yaitu 25,5 V sehingga arus keluaran juga turun, menjadi 255 mA.