Laporan Praktikum Elektronika Dasar I DIODA SEMIKONDUKTOR
DISUSUN OLEH : NAMA
:
ARINI QURRATA A’YUN
NIM
:
H21114307
KELOMPOK
:
LIMA (V)
ASISTEN
:
MUH. NUR GAZALI YUNUS
JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2015
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Dalam elektronika diasanya diperlukan alat yang dapat mengalirkan arus satu arah saja dan tidak mengalirkan arus pada arah yang berlawanan. Dikarenakan banyaknya alat alat elektronika yang memerlukan jenis arus satu arah bukannya dua arah. Maka untuk memenuhi kebutuhan ini dibuatlah sebuah komponen elktronika yang dapat melakukan tugas tersebut, yaitu dioda. Dimana dioda ini terbuat dari bahan semikonduktor biasanya berupa silikon. Dioda berbahan dasar semikonduktor ini biasanya digunakan pada tegangan yang tidak terlalu tinggi sedangkan untuk tegangan tinggi biasanya digunakan dioda vakum (Arifin, 2015). Dioda merupakan komponen elektronika yang memiliki beragam fungsi selain sebagai penyearah arus, dimana sebagai penyerah ars dioda dapat digunakan di dalam catu daya arus DC, mendeteksi gelombang radio dan TV (Arifin, 2015) pengaman rangkaian listrik. Selain itu, dioda dapat juga digunakan sebagai penstabil tegangan, pelipat tegangan, penghasil cahaya, dan digunakan dalam solar sel, dll. Dikarenakan banyaknya fungsi dioda ini maka perlulah diketahui berupa karakteristik dasar dioda sehingga dapat berfungsi sebagai hal hal yang telah dipaparkan, dioda berguna sebagai pelipat tegangan apabila dirangkan sebagai salah satu rangkaian listrik. Maka selanjutnya perlu diketahui cara merangkai rangkaian dioda tersebut. Untuk lebih memahami mengenai karakteristik diode maka dilakukan praktikum ini.
I.2 Ruang Lingkup Dalam praktikum akan membuktikan karakteistik dioda dengan mengubah nilai resistansi dan tegangan pada rangkaian. Selanjutnya mengukur besaran arus saturasi dan tegangan pada dioda serta merangkai dioda sebagai pengali tegangan doubler, tripler dan pengali tegangan quadrapler. Selain itu praktikum ini juga melihat bentuk signal masukan dan keluran pada rangkaian dioda sebagai clipping, slicing dan clamping. I.3 Tujuan Praktikum Setelah melakukan praktikum maka mahasiswa akan mampu: 1. Membuat
karakteristik
statistik
dioda
dan
dioda
zenner
serta
dapat
menggunakannya. 2. Dapat menggunakan dioda untuk clipping, slicing, clamping, dan voltage doubler serta dapat mengaplikasikannya dalam berbagai rangkaian elektronika.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA II.1 Semikonduktor Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda, transistor dan sebuah IC. Disebut semikonduktor atau setengah konduktor, karena bahan ini memang tidak terbuat dari bahan konduktor murni (Oklilas, 2007). Bahan bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik, sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehingga elektronnya dapat begerak bebas. Dimana pada bahan konduktor memiliki elktron valensi (misalkan tembaga) 1 buah dan letaknya jauh dari nukleus, sehinga ikatannya tidak terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini akan mudah terlepas dari ikatannya. Sedangkan isolator merupakan bahan yang memiliki atom dengan elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat melepaskan elktron elekron ini (Oklilas, 2007). Sehinga dapat disimpulakn bahwa bahan semikonduktor adalah sebuah unsur yang susunan atomnya memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Dimana bahan yang dikatakan paling semikonduktor adalah bahan dengan elektron valensi sebanyak 4 buah (Oklilas, 2007). Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si), Germanium (Ge), dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu merupakan bahan satu satunya yang dikenal untuk membuat bahan semikonduktor. Namun belakangan menjadi populer setelah ditemukan cara untuk mengekstrak bahan ini dari alam. Dimana silikon merupakan bahan terbanyak kedua yang ada di bumi setelah oksigen (o2) (Oklilas, 2007).
1. Tipe –N Misalkan pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenin yang pentavalen yaitu bahn kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, silikon yang tidak lagi murni ini akan memiliki kelebihan elektron (Oklilas, 2007). Kelebihan elektron inilah yang membentuk bahan semikonduktor tipe-N. Semikonduktor tipe-N disebut juga donor yang siap melepaskan elekron (Oklilas, 2007).
Gambar II.1 Doping atom pentavalen 2. Tipe-P Kalau silikon diberikan doping Boron, Galium atau Indium, maka akan didapatkan semikonduktor tipe-P. Untuk mendapatkan semikonduktor tipe ini, bahan dopingnya adalah bahan trivalen yaitu unsur yang memiliki 3 elektron dapa pita valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron dengan demikian akan ada ikatan kovalen yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima elektron. Dengan demikian kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini menjadi tipe-P (Oklilas, 2007).
Gambar II.2 Doping atom trivalen
II.2 Pengertian dan Cara Kerja Dioda Dioda merupakan salah satu komponen semikonduktorr. Disebut semi konduktor atau setengah konduktor karena bahan ini tidak disusun dari konduktor murni (Zaki, 2005). Dioda ini merupakan komponen sederhana yang terbuat oleh bahan semikonduktor bahan yang umum digunakan dioda ialah silikon (Adi, 2010). Selain dioda silikon kedeannya telah dilakukan penggunaan CuO sebagai bahan pembuat dioda (Tombak, 2015).
Gambar II.3 Foward Bias Jika dua tipe bahan semikonduktor dilekatkan maka akan didapatkan sambungan PN-Juction. Hubungan PN ini hanya dapat meneruskan arus apabila diberikan tegangan bias maju, yaitu P (anoda) dihubungkan dengan terminal positif catu daya dan N (katoda) dengan terminal negatif catu daya. Jika hubungan ini dibalik maka dikatakan bahwa dioda menjadi tegangan bias mundur dan tidak dapat mengalirkan arus listrik. Karakteristik inilah yang menyebabkan dioda dapat bekerja sebagai penyearah arus listrik (Adi, 2010).
Gambar II.4 Simbol dioda
Fungsi utama dioda adalah penyearah arus AC menjadi arus DC. Selain itu dioda juga berfungsi sebagai pengaman dari beban induktif, misalnya solenoid, relay ataupun motor listrik. Pada saat dipadamkan maka beban induktif akan
menghasilkan tegangan yang cukup tinggi sehingga dapat merusak transistor maupun IC lain yang berfungsi sebagai input. Pada saat inilah dioda berfungsi sebagai pengaman komponen lainnya (Adi, 2010) selain itu diode juga telah memiliki fungsi yang lain yaitu pada penerapan diode PN-Juction ternyata juga dapat diaplikasikan sebagai sel surya (Ginting, 2006). Biasanya nilai breakdown voltage dioda cukuplah tinggi yaitu, >50V. Namun, terdapat satu jenis dioda yang memiliki nilai breakdown yang rendah, dioda ini dinamakan dioda Zenner. Dioda Zenner ini dapat mempertahankan tegangan hingga mendekati konstan pada rentang besar arus yang berbeda hal ini dikarenakan dioda ini memiliki breakdown voltage tertentu (Adi, 2010). Pada dasarnya dioda zenner memiliki karakteristik maju mundur. Pada dioda zenner bias maju bernilai Vji=0 sedangkan pada bias mundur terjadi pada saat terjadi gejala yang serupa breakdown pada dioda rectifier. Dioda zenner akan menghantarkan tanpa adanya kerusakan, tegangan inilah yang selanjutnya disebut tegangan zenner (Ahmad, 2007).
Gambar II.5 Nilai tegangan dan arus dioda zenner Karakteristik ini sangatlah cocok digunakan sebagai regulator tegangan, dikarenakan dapat memelihara tegangan stabil untuk variasi dan nilai catu daya dan resistansi suatu beban (Adi, 2010). Sedangkan pada Light Emiting Dioda memiliki prinsip kerja yang berbeda, pada dioda ini ketika elektron bergerak melewati PN-Juction, maka akan terjadi perpindahan elektron diantara pita valensi dan konduksi. Jika atom berpindah dari
pita konduksi yang tingkat energinya lebih tinggi menuju pita valensi yang memiliki tingkat energi yang lebih rendah maka akan terdapat energi yang dikeluarkan. Energi ini dapat berupa panas maupun cahaya. Prinsip inilah yang mendasari kerja suatu LED (Adi, 2010). Dimana ketika LED dialirkan arus maka akan menghasilkan output berupa cahaya. Cahaya yang dihasilkan ini proposional terhadap arus yang mengalir. Maksudnya intensitas cahaya yang dihasilkan akan berbanding lurus dengan banyaknya arus yang mengalir pada LED. Keuntungan dari penggunaan LED ini adalah konsumsi daya yang rendah (Adi, 2010). Apabila prinsip kerja dari LED dibalik maka akan terbentuk dioda jenis lain, yaitu fotodioda. Dimana pada saat normal fotodioda tidak mampu mengalirkan arus ketika diberi tegangan bias mundur. Namun saat terkena cahaya fotodioda dapat mengalirkan arus saat diberi tegangan bias mundur (Adi, 2010). Indeks bias dioda ada dua macam yaitu, bias positif atau bias maju (forward bias) dan bias negatif atau bias mundur (reverse bias). Pada kondisi bias positif, anode lebih positif dari katode (Ahmad, 2007)
Gambar II.6 Kondisi bias positif Apabila nilai
maka akan terjadi arus difusi didalam dioda untuk hole dari P
ke N untuk elekton dari N ke P. Arus difusi ini kemudian akan diimbangi oleh aliran arus dari kutup positif sumber ke dioda dan berakhir ke kutub negatif sumber. Dikatakan dioda penghantar apabila kondisi tegangan anode katode berkisar Vji yang disebut dengan cut in thereshold untuk Si Vji 0,6-0,7 V Ge 0,30,4. Biasanya tegangan anode katode agak sedikit lebih diatas Vij. Pada bias positif, dioda bersifat serupa dengan konduktor dengan nilai hambatan yang
disebut hambatan maju (RF). Nilai RF=RP+RN. RP dan RN disebut hambatan bulk (Ahmad, 2007). II.3 Karakteristik Arus dan Tegangan Dioda Karakteristik arus tegangan pada dioda dapat ditinjau melalui dua pendektan, yaitu sebagai dioda ideal dan dioda rill (Ahmad, 2007): 1. Dioda Ideal Diodal ideal di dekati melaluJi pendekatan setengah linear (Piece Wise Linier) ada tiga macam pendekatan yang dapat di dekati secara grafis (Ahmad, 2007).
Gambar II.7 Model pertama Terdapat saklar ideal dimana saklar ini memiliki ciri untuk kondisi tertutup R=0 dan untuk kondisi terbuka R= . Untuk indeks bias negatif dioda akan dianggap sebagai isolator dengan nilai hambatan RR>>RF. Pada model ini indeks bias positif sebagai saklar tertutup (on) dan pada indeks bias negatif sebagai saklar terbuka (off) (Ahmad, 2007).
Gambar II.8 Model kedua Pada model kedua ini untuk bias positif sebagai saklar nono-ideal pada kondisi tertutup R
0. Untuk bias negatifnya sebagai saklar ideal kedua bias tersebut akan
dilukiskan sebagai Gambar (II.5) dimana nilai
Gambar II.9 Model ketiga
(Ahmad, 2007).
Untuk model ketiga bias positif sebagai saklat non-ideal yang tertutup terpasang seri dengan sumber tegangan Vji. Untuk bias negatif sebagai saklar ideal terbuka dengan grafik seperti pada Gambar (II.6) dengan nilai ID=VD-Vji/RF (Ahmad, 2007). 2. Dioda Rill Pada dioda riil akan didekati oleh pendekatan ketiga dari dioda ideal dengan adanya tambahan dimana pada bias negatif nilai RR
sehingga terjadi arus
reverse yang disebut arus bocor atau arus saturasi umumnya dalam dioda besatuan nanoampere. Ditulis sebagai Ib atau IS dimana pada hal ini akan dipandanga sebagai gerakan pembawa minoritas Is berupa suhu atau Is= aT3. Untuk bias positif terjadi hubungan eksponensial antara arus dan tegangan. Id = ev/vt, dimana nilai vt= tegangan termal= kT/g. Grafik dari dioda rill ini dapat digambarkan sebagai (Ahmad, 2007):
Gambar II.10 Dioda riil Pada nilai VR=VBVO, akan terjadi peningkatan nilai Is yang sangat besar. Arus dioda pada kondisi riil, umumnya dapat dinyatakan sebagi Id=Is(eV/VT-1) (Ahmad, 2007). II.4 Karakteristik Statistik Dioda Sedangkan untuk karakteristik statistik dioda dapat diselidiki dengan caa memasang dioda secara seri dengan catu daya DC dan sebuah resistor seperti pada gambar (II.11). karakteristik ini didapatkan dengan mengukur tegangan dioda dan arus listrik yang mengalir pada rangkaian dioda. Dimana harga I (arus) ini dapat diubah dengan dua cara, yaitu dengan tegangan dioda dan hambatan pada rangkaian. Sehingga akan dapat dilihat karkteristik dioda kemudian sepeti pad gambar (II.10) (Arifin, 2005).
Gambar II.11 Rangkaian Dioda Dapat dilihat bahwa apabila anoda berada pada tegangan yang lebih tinggi dari pada katodanya (untuk tegangan positif) dioda akan dikatakan mendapatkan bias maju (Bias Foward), sedangkan ketika tegangan negatif maka disebut dioda mengalami bias mundur (Bias Reserve). Dimana pada gambar (II.10) Vji disebut cut in voltage, Is disebut arus pada daerah saturasi, Vbov diseut sebagai peak inverse voltage. Bila diketahui nilai dari tegangan sumber dan hambatan pada rangkaian maka tegangan dan arus pada dioda dapat ditentukan dengan menggunakan rumus (Arifin, 2015):
Bila hubungan diatas dilukiskan pada karakteristik dioda akan didapatkan garis lurus dengan kemiringan
. Dimana selanjutnya garis ini dikenal sebagai garis
beban (Load line) (Arifin, 2015).
Gambar II.12 Karakteristik statistik dan garis beban
II.5 Pemrosesan Bentuk Gelombang Dengan Dioda 1. Rangkaian Clipper (Penggunting Tegangan) Pada rangkaian ini terdapat beberapa rangkaian dimana rangkaian ini dapat dirangkai secara seri dan sejajar. Tetapi untuk bagian ini hanya akan dibahas rangkaian clipper secara seri. Untuk rangkaian clipper secara seri ini rangkaiannya dapat dilihat seperti pada gambar (II.13). Dapat dilihat bahwa signal keluaran dari rangkaian ini yaitu seperti pada dioda ideal, bila arus saturasi dan tegangan cut in diabaikan (Arifin, 2015)
Gambar II.13 Rangkaian clipper diode silikon
Gambar II.14 Rangkaian clipper positif negatif dioda silikon
Gambar II.15 rangkaian clipper dioda zenner
2. Rangkaian Slicer (Pengiris Tegangan)
Gambar II.16 Gelombang masukan dan keluaran rangkaian slicer Bila bised diode clipper polarotas baterai dibalik maka akan diperoleh sebuah rangkaian pengiris tegangan (Arifin, 2015).
Gambar II.17 Rangkaian Slicer 3. Rangkaian Clamper (Penggeser Tegangan) Rangkaian ini dapat membuat agar puncak tegangan AC berada pada suatu titik tegangan tertentu (Arifin, 2015).
Gambar II.18 Rangkaian clamper II.6 Rangkaian Dioda Sebagai Pelipat Tegangan Diode berfungsi sebagai pelipat tegangan dimana dirangkai seperti pada gambar (II.19) pada gambar tersebut dapat dilihat terdapat tiga rangkaian bagian (a)
merupakan pelipat dua tegangan, (b) pelipat tiga tegangan, dan (c) pelipat empat tegangan. Dapat dilihat pada gambar bahwa besarnya pelipatan tegangan yang dihasilkan dipengaruhi oleh banyaknya dioda yang dipasang.
(a)
(b)
(c) Gambar II.17 Rangkaian pelipat tegangan (a) Doubler (b) Tripler (c) Quadrapler II.7 Pengaplikasian Dioda Semikonduktor Salah satu pengaplikasian dioda dalam teknologi adalah penggunaannya sebagai bahan dasar dari peranti photo voltaic. Dimana peranti yang dirancang ini akan memperoleh model sel surya dengan efisiensi yang tinggi (Ginting, 2006).
BAB III METODOLOGI PERCOBAAN III.1 Waktu dan Tempat Praktikum ini dilaksanakan pada tanggal 11 November 2015, hari Rabu pukul 13.00 – 16.00 WITA bertempat di Laboratorium Elektronika Fisika Dasar Fakultas MIPA Universitas Hasanuddin, Makassar. III. 2 Alat dan Bahan III. 2. 1 Alat Beserta Fungsinya Alat-alat yang digunakan dalam praktikum ini ialah: 1) Papan Breadboard
Gambar III.1 Papan Breadboard Berfungsi sebagai tempat perakitan rangkaian dioda. 2) Kabel Jumper
Gambar III.2 Kabel Jumper Kabel ini berfungsi untuk menghubungkan komponen dalam rangkaian pada papan PCB.
3) Multimeter
Gambar III.3 Multimeter Berfungsi untuk mengukur tegangan, arus, dan hambatan dari rangkaian dioda. 4) Catu Daya DC
Gambar III.4 Catu Daya DC Berfungsi sebagai sumber tegangan DC pada percobaan ini. 5) Osiloskop
Gambar III.5 Osiloskop Osiloskop berfungsi untuk menampilkan bentuk signal masukan dan keluaran rangkaian dioda.
6) Signal Generator
Gambar III.6 Signal Generator Signal generator berfungsi sebagai pembangkit signal untuk kemudian disambungkan pada rangkaian. 7) Catu Daya AC
Gambar III.7 Catu daya AC Berfungsi sebagai sumber tegangan AC pada percobaan ini.
III.2.2 Bahan Beserta Fungsinya Bahan yang digunakan pada praktikum ini ialah: 1) Resistor
Gambar III.5 Resistor Tetap Berfungsi sebagai pemberi hambatan/nilai resistansi pada rangkaian. 2) Potensiometer
Gambar III.6 Potensiometer Berfungsi sebagai pemberi nilai resistansi pada rangkaian. 3) Capasitor
(a)
(b)
Gambar III.7 Capasitor (a) Elco (b) Mika Befungsi sebagai salah satu komponen penyusun rangkaian dioda.
4) Dioda Silikon
Gambar III.8 Dioda silikon Sebagai salah satu komponen utama penyusun rangkaian dioda. 5) Dioda Zenner
Gambar III.9 Dioda zenner Berfungsi sebagai salah satu komponen utama penyusung rangkaian dioda. III.3 Prosedur Percobaan III.3.1 Prosedur Percobaan Karakteristik Dioda III.3.1.1 Prosedur untuk Nilai Resistansi yang Berubah 1) Dioda Silikon 1. Menyiapkan bahan dan alat yang digunakan, antara lain dioda silikon, resistor/ potensiometer (1K, 10 K, dan 100K), kabel jumper, papan PCB, multimeter dan catu daya. 2. Merangkai komponen sesuai dengan gambar (III.10) untuk setiap nilai resistansi yang digunakan, dimana sebelumnya telah diatur potensiometer sedemikian rupa sehingga menghasilkan nilai resistansi yang diinginkan.
Gambar III.10 Rangkaian karakteristik dioda silikon 3. Menyambungkan rangkaian dengan catu daya yang telah ditentukan besar tegangan masukannya (VDD). 4. Menghitung tegangan yang lewat pada resistor menggunakan multimeter (VR). 5. Menghitung tegangan yang lewat pada dioda menggunakan multimeter (VD). 6. Menghitung besarnya arus saturasi yang melewati dioda (ISAT). 7. Mencatat semua nilai data yang didapatkan kedalam tabel yang telah ditentukan. 8. Melakukan prosedur percobaan yang sama untuk tiap nilai resistansinya. 2) Dioda Zenner 1. Menyiapkan bahan dan alat yang digunakan, antara lain dioda zenner, resistor/ potensiometer (560 K, 1,0 M dan 1,5 M), kabel jumper, papan PCB, multimeter dan catu daya.
Gambar III.11 Rangkaian karakteristik dioda zenner 2. Merangkai komponen sesuai dengan gambar (III.11) untuk setiap nilai resistansi yang digunakan, dimana sebelumnya telah diatur potensiometer sedemikian rupa sehingga menghasilkan nilai resistansi yang diinginkan. 3. Menyambungkan rangkaian dengan catu daya yang telah ditentukan besar tegangan masukannya (VDD). 4. Menghitung tegangan yang lewat pada resistor menggunakan multimeter (VR). 5. Menghitung tegangan yang lewat pada dioda menggunakan multimeter (VD). 6. Menghitung besarnya arus saturasi yang melewati dioda (ISAT). 7. Mencatat semua nilai data yang didapatkan kedalam tabel yang telah ditentukan.
8. Melakukan prosedur percobaan yang sama untuk tiap nilai resistansinya. III.3.1.2 Prosedur untuk Nilai Tegangan yang Berubah 1. Menyiapkan bahan dan alat yang digunakan, antara lain dioda silikon, resistor (nilai resistor selanjutnya akan sama) kabel jumper, papan PCB, multimeter dan catu daya.
Gambar III.12 Rangkaian dioda untuk tegangan berubah 2. Merangkai komponen sesuai dengan gambar (III.12) dengan nilai resistansi yang tetap dimana yang diubah pada percobaan ini adalah besarnya tegangan yang diberikan pada rangkaian. 3. Menyambungkan rangkaian dengan catu daya yang telah ditentukan besar tegangan masukannya (VDD) dengan nilai 10 V, 5 V, dan 3 V. 4. Menghitung besar tegangan masukan menggunakan multimeter. 5. Menghitung tegangan yang lewat pada resistor menggunakan multimeter (VR). 6. Menghitung tegangan yang lewat pada dioda menggunakan multimeter (VD). 7. Menghitung besarnya arus saturasi yang melewati dioda (ISAT). 8. Mencatat semua nilai data yang didapatkan kedalam tabel yang telah ditentukan. 9. Melakukan prosedur percobaan yang sama untuk tiap nilai VDD. III.3.2 Prosedur Percobaan Rangkaian Dioda Pelipat Tegangan 1. Menyiapkan bahan dan alat yang digunakan, antara lain dioda silikon, resistor, kabel jumper, papan PCB, multimeter dan catu daya. 2. Merangkai komponen sesuai dengan gambar (III.11) untuk rangkaian penguat tegangan doubler bagian (a), untuk rangkaian penguat tegangan tripler sesuai bagian (b), dan penguat tegangan quadraplet bagian (c).
(a)
(b)
(c) Gambar III.11 Rangkaian pelipat tegangan (a) Doubler (b) Tripler (c) Quadraplet 3. Menyambungkan rangkaian dengan catu daya AC yang telah ditentukan besar tegangan masukannya (VIN) dimana untuk rangkaian doubler 5 V, tripler 4 V, dan quadraplet 3 V. 4. Menghitung besar tegangan masukan menggunakan multimeter. 5. Menghitung tegangan yang lewat pada rangkaian menggunakan multimeter (VD). 6. Mencatat semua nilai data yang didapatkan kedalam tabel yang telah ditentukan. III.3.3 Prosedur Percobaan Rangkaian Dioda Clipping, Slicing dan Clamping 1) Prosedur percobaan rangkaian Clipping Seri 1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan.
Gambar III.13 Rangkaian Clipping 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar (III.13). dimana pada gambar ini rangkaian clipping.
3. Mengkalibrasi osiloskop. 4. Menghubungkan signal generator dan osiloskop chanel 1 pada input rangkaian. Sedangkan pada output menghubungkan osiloskop chanel 2. 5. Menyalakan signal generator sehingga pada osiloskop didapatkan gambaran signal masukan pada rangkaian. Mengubah chanel 1 pada osiloskop ke chanel 2 dan mengamati gambaran signal keluaran rangkaian. 6. Menyertakan gambar signal masukan dan keluaran rangkaian pada hasil praktikum. 2) Prosedur Percobaan Rangkaian Clipping Positif Negatif dan Clipping Dioda Zenner 1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan. 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar (III.13 (a)) untuk clipping positif negatif dan gambar (III.13 (b)) untuk clipping zenner.
(b)
(a)
Gambar III.13 Rangkaian clipping (a) positif negatif dioda silikon (b) dioda zenner 3. Mengkalibrasi osiloskop. 4. Menghubungkan signal generator dan osiloskop chanel 1 pada input rangkaian. Sedangkan pada output menghubungkan osiloskop chanel 2. 5. Menyalakan signal generator sehingga pada osiloskop didapatkan gambaran signal masukan pada rangkaian. Mengubah chanel 1 pada osiloskop ke chanel 2 dan mengamati gambaran signal keluaran rangkaian. 6. Menyertakan gambar signal masukan dan keluaran rangkaian pada hasil praktikum. 7. Menganti rangkaian clipping positif menjadi slincing negatif deangan membalik arah dioda. Kemudian mengulangi prosedur percobaan.
8. Untuk dioda zenner menggunakan rangkaian pada gambar (III.13 (b)). 9. Melakukan prosedur percobaan seperti yang telah dilakukan sebelumnya pada bagian ini. 3) Prosedur Percobaan Rangkaian Slicing dan Clamping 1. Menyiapkan alat dan bahan yang digunakan. 2. Merangkai rangkaian sesuai dengan gambar (III.14). Dimana untuk gambar (III.14 (a)) merupakan rangkaian climping dan gambar (III.14 (b)) merupakan rangkaian slicing.
(a)
(b)
Gambar III.13 Rangkaian (a) Clamping (b) Slicing 3. Mengkalibrasi osiloskop. 4. Menghubungkan signal generator dan osiloskop chanel 1 pada input rangkaian. Sedangkan pada output menghubungkan osiloskop chanel 2. 5. Menyalakan signal generator sehingga pada osiloskop didapatkan gambaran signal masukan pada rangkaian. Mengubah chanel 1 pada osiloskop ke chanel 2 dan mengamati gambaran signal keluaran rangkaian. 6. Menyertakan gambar signal masukan dan keluaran rangkaian pada hasil praktikum.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN IV.1 Tabel Hasil Pengamatan IV.1.1 Tabel Karakteristik Dioda IV.1.1.1 Nilai Resistansi Berubah 1. Dioda Silikon No.
R (Ω)
VR (V)
VD (V)
ISAT (mA)
1
1K
9,41
0,65
9,54
2
10 K
9,53
0,54
0,96
3
100 K
9,63
0,44
0,096
No.
R (Ω)
VR (V)
VD (V)
ISAT (mA)
1
560 K
-0,059
-6,44
0
2
1,0 M
-0,200
-4,86
0
3
1,5 M
-0,160
-3,78
0
Keterangan : VDD = 10,09 V Resistansi berubah 2. Dioda Zenner
Keterangan: VDD = -10,07 V Resistansi berubah IV.1.1.2 Nilai Tegangan Berubah No.
VDD (V)
VR (V)
VD (V)
ISAT (mA)
1
10,08
9,400
0,64
9,550
2
4,930
4,320
0,59
4,370
3
2,010
0,011
0,34
0,012
Keterangan : R = 1 KΩ Nilai resistansi tetap dengan tegangan masukan yang diubah IV.1.2 Tabel Pelipat Tegangan No.
Rangkaian
VIN (V)
VD (V)
1
Doubler
5
12,95
2
Tripler
4
16,01
3
Quadraplet
2,9
14,73
Keterangan : C=1 F IV.2 Pengolahan Data IV.2.1 Pengolahan Data Resistansi Berubah
IV.2.1.1 Pengolahan Data Dioda Biasa
IV.2.1.2 Pengolahan Data Dioda Zenner
IV.2.1 Pengolahan Data Tegangan Berubah
IV.3 Gambar dan Grafik IV.2.1 Gambar Rangkaian Dioda dan Grafik karakteristi Dioda IV.2.1.1 Gambar dan Grafik Karakteristik Dioda dengan Resistansi Berubah IV.2.1.1.1 Dioda Silikon
Gambar IV.1 Rangkaian karakteristik dioda silikon
Karakteristi dioda silikon untuk R yang berubah 12
Arus (I) (mA)
10 8 Arus (I)
6
beban1
4
beban2 beban3
2 0 0
2
4
6
8
10
12
Tegangan (V)
Grafik IV.1 Karakteristik dioda silikon pada hambatan berubah IV.2.1.1.2 Dioda Zenner
Gambar IV.2 Rangkaian karakteristik dioda zenner
Karakteristi dioda Zener 1 0.9 0.8 Arus (I) (mA)
0.7 0.6 0.5 0.4
Arus (I)
0.3 0.2 0.1 0
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
Tegangan (V)
Grafik IV.2 Karakteristik dioda zenner pada hambatan berubah IV.2.1.2 Gambar dan Grafik Karakteristik Dioda dengan Tegangan Berubah
Gambar IV.4 Rangkaian karakteristik dioda dengan tegangan berubah
Karakteristi dioda biasa untuk tegangan yang berubah 12 10
Arus (I) (mA)
8 Arus (I)
6
beban1 4
beban2
2
beban3
0 0 -2
2
4
6
8
10
12
Tegangan (V)
Grafik IV.3 karakteristik dioda silikon dengan tegangan berubah IV.2.2 Gambar Rangkaian Penguat Tegangan Dioda 1) Tegangan Pelipat Dua Tegangan
Gambar IV.4 Rangkaian Pelipat Dua Tegangan 2) Tegangan Pelipat Tiga Tegangan
Gambar IV.5 Rangkaian Tegangan Pelipat Tiga Tegangan
3) Tegangan Pelipat Empat Tegangan
Gambar IV.6 Rangkaian Tegangan Pelipat Empat Tegangan IV.2.3 Gambar Rangkaian Clipping, Slincing, dan Clamping 1. Rangkaian Clipping a) Rangkaian Clipping Tipe Seri
Gambar IV.7 Rangkaian Clipping seri
(a)
(b)
Gambar IV.8 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian clipping seri
b) Rangkaian Clipping Sejajar Dioda Silikon
Gambar IV.9 Rangkaian clipping sejajar
(a)
(b)
Gambar IV.10 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian clipping sejajar positif c) Rangkaian Clipping Positif Negatif Dioda Silikon
Gambar IV.11 Rangkaian clipping positif negatif pada dioda silikon
(a)
(b)
Gambar VI.12 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian clipping positif negatif dioda silikon d) Rangkaian Clipping Positif Negatif Dioda Zenner
Gambar IV.13 Rangkaian clipping dioda zenner
(a)
(b)
Gambar VI.14 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian clipping dioda zenner 2. Rangkaian Slicing
Gambar IV.15 Rangkaian Slicing Positif
(a)
(b)
Gambar IV.16 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian Slincing positif dioda silikon
Gambar IV.17 Rangkaian Sliccing Negatif
(a)
(b)
Gambar IV.18 (a) Signal masukan (b) Signal Keluaran rangkaian Slicing negatif dioda silikon
3. Rangkaian Clamping
Gambar IV.19 Rangkaian clamping positif
(a)
(b)
Gambar IV.20 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian Clamping positif
Gambar IV.21 Rangkaian clamping negatif
Gambar VI.22 (a) Signal masukan (b) Signal keluaran rangkaian Clamping negatif IV.4 Pembahasan Untuk menghitung nilai karakteristik dari dioda maka ada dua cara yang dapat digunakan yaitu dengan mengubah nilai resistansi pada rangkaian atau dengan mengubah nilai tegangan masukannya. Untuk nilai resistansi yang diubah pada praktikum kali ini menngunakan dua jenis dioda yaitu dioda silikon dan dioda zenner. Dimana tidak ada perbedaan dalam merangkai rangkaian antara dua dioda tersebut. Pada dioda silikon diberikan tiga jenis hambatan yaitu 1 K, 10 K, dn 100 K . Pada praktikum ini tegangan masukan yang diberikan yaitu sebesa 10,09 V dimana kemudian tegangan dioda yang didapatkan selanjutnya ternyata dipengaruhi oleh besar hambatan yang diberikan. Semakin besar hambatan yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan dioda yang dihasilkan dari percobaan ini juga diukur besar arus saturasi yang dihasilkan oleh rangkaian. Kemudian dapat dilihat bahwa besarnya arus saturasi yang dihasilkan berbanding terbalik pula dengan besarnya hambatan pada rangkaian. Data yang didapatkan pada praktikum kali ini yaitu untuk besarnya arus saturasi 9,54 mA, 0,96 mA, dan 0,096 mA sedangkan berdasarkan teori didapatkan nilai perhitungan arus saturasi sebesar 9,44 mA, 0,96 mA, dan 0,096 mA. Dapat dilihat bahwa nilai yang didapatkan pada percobaan sesuai dengan teori yang ada. Hal ini menunjukkan keakuratan data yang dihasilakn dari praktikum. Pada dioda zenner diberikan tiga jenis hambatan yaitu 560 K, 1,0 K, dan 1,5 K . Pada praktikum ini tegangan masukan yang diberikan yaitu sebesa -10,07 V
dimana kemudian tegangan dioda yang didapatkan selanjutnya ternyata dipengaruhi oleh besar hambatan yang diberikan. Semakin besar hambatan yang diberikan maka akan semakin kecil tegangan dioda yang dihasilkan dari percobaan ini juga diukur besar arus saturasi yang dihasilkan oleh rangkaian. Nilai tegangan pada dioda zenner berniai negatif karena pada dioda jenis ini terjadi bias maju mundur. Kemudian dapat dilihat bahwa besarnya arus saturasi yang dihasilkan bernilai 0 untuk setiap hambatan yang diberikan. Hal ini sesuai teori dimana pada dioda zenner besar arus saturasi harus selalu bernilai nol, karena fungsi dioda zenner sebagai regulator tegangan yang menuntut tegangan yang dihasilkan haruslah selalu stabil. Data yang didapatkan pada praktikum kali ini yaitu untuk besarnya arus saturasi selalu bernilai nol. Sedangkan berdasarkan teori didapatkan nilai perhitungan arus saturasi sebesar -0,00648 mA, -0,00521 mA, dan -0,00419 mA dan melalui pendekatannya dengan menetapkan banyaknya angka penting yang dipakai adalah 1 maka dapat dilihat untuk semua nilai arus saturasi yang dihasilkan adalah bernilai 0 pula. Dapat dilihat bahwa nilai yang didapatkan pada percobaan sesuai dengan teori yang ada. Hal ini menunjukkan keakuratan data yang dihasilakan dari praktikum. Sedangkan untuk nilai tegangan berubah pada praktikum kali ini menggunakan dioda silikon pada rangkaiannya, sedangkan untuk nilai resistansinya ditetapkan sebesar 1 K. Besarnya arus saturasi yang didapatkan pada percobaan ini yaitu berturut turut untuk nilai tegangan masukan 10,08 V, 4,930 V, dan 2,010 V adalah 9,550 mA, 4,370 mA, dan 0,012 mA. Sedangkan berdasarkan teorinya didapatkan nilai arus saturasi yaitu berturut turut 9,440 mA, 4,340 mA, dan 1,670 mA. Unutk data pertana dan kedua dapat dilihat bahwa nilai arus saturasi yang terukur tidaklah jauh berbeda berdasarkan teorinya, tetapi pada data ketiga memiliki perbedaan nilai yang cukup besar (tidak sesuai dengan teori) hal ini kemungkinan
ditimbulkan oleh ketidak akuratan pada saat mengambil/mengukur nilai arus saturasi yang melewati rangkaian. Rangkaian dioda sebagai pelipat tegangan dapat dibuat menjadi tiga macam yaitu pelipat dua tegangan, pelipat tiga tegangan, dan pelipat empat tegangan. Pada pelipat dua tegangan sesuai teori akan didapatkan nilai tegangan keluaran yang dua kali lebih besar dibandingkan tegangan masukan. Dimana pada praktikum kali ini tegangan masukan yang digunakan sebesar 5 V maka seharusnya tegangan keluaran dari rangkaian adalah
, tetapi dapat dilihat
pada tabel data bahwa tegangan keluaran yang terukur adalah sebesar 12, 95 V. Nilai ini bernilai lebih besar dari yang seharusnya. Sehingga dapat dikatakan pada rangkaian tegangan keluaran yang dihasilkan dapat bernilai
.
Maksudnya batas toleransi rangkaian adalah sekitar 3 V. Batas toleransi ini sangatlah besar hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh kondisi dioda yang kurang baik dan hambatan internal yang dihasilkan oleh rangkaian secara keseluruhan. Pada pelipat tiga tegangan sesuai teori akan didapatkan nilai tegangan keluaran yang tiga kali lebih besar dibandingkan tegangan masukan. Dimana pada praktikum kali ini tegangan masukan yang digunakan sebesar 4 V maka seharusnya tegangan keluaran dari rangkaian adalah
, tetapi dapat dilihat
pada tabel data bahwa tegangan keluaran yang terukur adalah sebesar 16,01 V. Nilai ini bernilai lebih besar dari yang seharusnya. Sehingga dapat dikatakan pada rangkaian tegangan keluaran yang dihasilkan dapat bernilai
.
Maksudnya batas toleransi rangkaian adalah sekitar 4 V. Batas toleransi ini sangatlah besar hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh kondisi dioda yang kurang baik dan hambatan internal yang dihasilkan oleh rangkaian secara keseluruhan. Pada pelipat empat tegangan sesuai teori akan didapatkan nilai tegangan keluaran yang empat kali lebih besar dibandingkan tegangan masukan. Dimana pada praktikum kali ini tegangan masukan yang digunakan sebesar 2,9 V maka seharusnya tegangan keluaran dari rangkaian adalah
, tetapi dapat dilihat
pada tabel data bahwa tegangan keluaran yang terukur adalah sebesar 14,73 V.
Nilai ini bernilai lebih besar dari yang seharusnya. Sehingga dapat dikatakan pada rangkaian tegangan keluaran yang dihasilkan dapat bernilai
.
Maksudnya batas toleransi rangkaian adalah sekitar 3,13 V. Batas toleransi ini sangatlah besar hal ini kemungkinan dipengaruhi oleh kondisi dioda yang kurang baik dan hambatan internal yang dihasilkan oleh rangkaian secara keseluruhan. Dapat disimpulakan bahwa pada rangkaian pelipat tegangan berdasarkan praktikum memiliki kelebihan tegangan yang sangat besar dibandingakan perhitungan sesuai dengan teori. Hal ini menunjukkan bahwa pada rangkaian adanya akumulasi tegangan komponen yang digunakan. Dioda dapat juga digunakan pemotong, pengiris dan penggeser tegangan. Pada rangkaian pemotong tegangan (rangkaian clipping) jenis seri, dapat dlihat untuk clipping postif akan memotong signal keluaran pada daerah negatif sehingga signal keluaran yang terlihat hanya signal pada daerah positif saja, sedangkan pada clipping negatif akan memotong signal keluaran pada daerah positif sehingga signal keluaran yang dihasilkan (yang terlihat) hanya signal keluaran pada daerah negatif saja. Pada rangkaian pemotong tegangan positif negatif untuk dioda silikon tegangan masukan yang diiris adalah bagian atasnya (dekat dengan puncak tegangan) sehingga bentuk pada signal keluarannya gelombang berbentuk seperti sinusoidal kotak dengan nilai amplitudo yang relatif kecil. Hal yang sama juga berlaku pada rangkaian pemotong dioda zenner, perbedaaannya hanyalah nilai amplitudo yang dihasilkan lebih besar dari amplitudo rangkaian clipping positif negatif dioda silikon. Untuk rangkaian pengiris tegangan (Sliccing) digunakan dioda silikon pada rangkaiannya. Pada rangkaian positif tegangan masukan yang diiris adalah seluruh bagian negatif signal masukan dan sebagian bagian postif dari signal masukan (dibawah puncak tegangan) sehingga bentuk pada signal keluarannya gelombang berbentuk seperti sinusoidal yang hanya menyisakan puncak tegangannnya saja. Hal sebaliknya terjadi pada rangkaian slincing negatif, dimana signal masukan
yang diiris adalah keseluruhan pada bagian positifnya dan sebagian pada bagian negatifnya sehingga hanya menyisakan puncak tegangan pada daerah negatif saja. Pada rangkaian penggeser tegangan (rangkaian clamping), dapat dlihat untuk clamping positif akan menggeser signal keluaran kearah daerah positif semua, sedangkan pada clamping negatif akan menggeser signal keluaran kearah daerah negatif semua.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1 Kesimpulan Dari praktikum yang telah dilakukan dapat ditarik beberapa kesimpulan yaitu: 1. Bahwa karakteristik dioda pada dioda silikon dan zenner dipengaruhi oleh besarnya hambatan (resistansi) dan teganagn pada rangkaian. 2. Dapat melihat bentuk masukan dan keluran pada rangkaian clipping, slicing, dan clamping. Dapat merangkai rangkaian dioda sebagai pelipat tegangan doubler, dimana pada pelipat tegangan doubler tegangan keluaran akan dua kali lebih besar dari tegangan masukan, pelipat tegangan tripler dimana tegangan keluaran akan tiga kali lebih besar dibanding tegangan masukan sedangkan pada pelipat teganagan quadrapler tegangan keluaran akan empat kali lebih besar dibandingkan tegangan masukannya. V.2 Saran V.2.1 Saran untuk Laboratorium Saran saya untuk laboratorium untuk senantiasa merawat dan memeriksa alat alat laboratorium secara berkala. V.2.2 Saran untuk Asisten Pada pengolahan data nilai arus saturasi yaitu nilai tegangan masukan dikurangi dengan tegangan dioda yang kemudian nilainya dibagi dengan hambatan pada rangkaian.
Daftar Pustaka Adi, Agung Nugroho. 2010. Mekatronika. Yogyakarta. : Graha Ilmu. Ahmad, Jayadi. 2007. ELDAS. jayadi.wordpress.com Arifin. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 1. Makassar : UNHAS. Ginting, Hendra. 2006. “Jurnal Teknologi Proses Simulasi Peranti Model Sel Surya Dioda n+(x)/p”. Jurusan Fisika Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Universitas negeri Medan : Medan. ISSN 1412-7814. 145. H, Zaki M. 2005. Cara Mudah Belajar Merangkai Elektronika Dasar. Yogyakarta : Absolut. Oklilas, Ahmad Fali. 2007. Elektronika Dasar.Palembang: Universitas Sriwijaya. Tombak, A, M. Benhaliliba, Y.S ocak, T. Kilicoglu. 2015. “The Novel Transparent Sputtered P-Type CuO Thin Films and Ag/p-Cuo/n-Si Schottky Diode Applications”. Published by Elsevier B.V. www.sciencedirect.com. Hal 1.
