Materi 3: Teori Dioda

Materi 3: Teori Dioda I Nyoman Kusuma Wardana Sistem Komputer STMIK STIKOM Bali

Outline • • • • • • • • •

Rangkaian dioda dasar Kurva umum dioda Tegangan kaki (knee) Hambatan bulk Current Limiting Diode Disipasi Daya Karakteristik Dioda ideal Dioda pendekatan kedua Dioda pendekatan ketiga Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar • Piranti linier  grafik arus thd tegangan merupakan garis lurus. Contoh: Resistor • Piranti non-linier grafik arus thd tegangan bukan merupakan garis lurus Contoh: Dioda • Hal ini dikarenakan trdapat potensial penghalang (potential barrier) Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Rangkaian Dioda Dasar • Terminal tipe-p : anoda • Terminal tipe-n : katoda • Arus hole searah dgn lambang dioda

Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Dioda bias maju • Jika terminal (+) sumber terhubung anoda dan terminal (-) terhubung katoda


Ide Dasar • Tegangan Kaki (Knee Voltage)  tegangan pd saat arus mulai naik secara cepat dlm daerah maju. Utk dioda silikon Vk ≈ 0,7V


Ide Dasar Resistansi Bulk (rB)

• Di atas teg.knee, penambahan arus sangat cepat • Alasannya sesudah melewati teg.knee, semua penghambat arus adlh resistansi daerah p (rp) dan daerah n (rn). • Karena setiap konduktor mempunyai resistansi, maka kedua daerah p&n jg memiliki resistansi

𝒓𝑩 = 𝒓𝒑 + 𝒓𝒏 • Nilai resistansi bulk tergantung pd doping • Besarnya rB umumnya sebesar 1 sampai 25Ω • Dikenal pula sbg ohmic resistance


Ide Dasar Memperkirakan Resistansi Bulk • Lihat parameter arus forward (IF) pd lembar data (datasheet) • Utk dioda silikon  0,7V pertama jatuh pd lapisan deplesi dan 0,3V terakhir jatuh pd rB dari dioda, maka: 0,3 𝑟𝐵 ≅ 𝐼𝐹 Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Perkirakan resistansi bulk dari setiap dioda silikon berikut: 1. Dioda 1N662 dengan IF = 10 mA pada 1V 2. Dioda 1N3070 dengan IF = 100 mA pada 1V Jawab • Untuk 1N662 ∶ 𝑟𝐵 =

0,3V 10mA

• Untuk 1N3070 ∶ 𝑟𝐵 =

=

0,3V 100mA

0,3V (10×10−3 )A

=


= 30Ω

0,3V (100×10−3 )A

= 3Ω

Ide Dasar Arus Maju DC Maksimum • Jika arus maju terlalu besar  panas yg berlebihan akan merusak dioda Sebagai contoh: • Dioda 1N456 mempunyai IF(max) sekitar 135mA Resistor Pembatas Arus (Current Limiting Diode) • Mengapa sebuah resistor hampir selalu dipasang secara seri dgn dioda  resistor pembatas arus Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar • Arus yg mengalir pada diode dirumuskan sbg: 𝑉𝑠 − 𝑉𝐷 𝐼= 𝑅 Dimana: • Vs = Tegangan sumber (Volt) • VD = tegangan sepanjang diode (Volt) • R = hambatan resistor (Ohm) Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Contoh: • Pada gambar berikut, Vs = 10V, VD=0,7V dan R=1k Ohm. Berapakah arus yg mengalir pd dioda? Jawab: • 𝐼=

10−0,7 1000

= 9.3mA


Ide Dasar


Ide Dasar Disipasi Daya • Disipasi daya  perkalian antara tegangan dan arus yg bekerja pd dioda: 𝑃𝐷 = 𝑉𝐷 𝐼𝐷 • Rating daya daya maksimum yg dpt dilepas secara aman tanpa memperpendek usia dioda atau merusak sifat2 dioda tsb: 𝑃𝑚𝑎𝑘𝑠 = 𝑉𝑚𝑎𝑘𝑠 𝐼𝑚𝑎𝑘𝑠 Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Contoh: • Tegangan yg melalui dioda 1N4001 adalah 0,93V ketika arusnya sebesar 1A. Berapa disipasi dayanya? Jawab: • 𝑷𝑫 = 𝑽𝑫 𝑰𝑫 = 0,93V 1A = 0.93W • Ini adalah penerapan rumus dasar utk mencari daya, yaitu P=VI. Daya menyebabkan panas, yg akan menaikkan temperatur dr dioda Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Ide Dasar Contoh: • Sebuah dioda memiliki rating daya 5W. Jika tegangan dioda 1,2V dan arus dioda 1,75A berapakah disipasi daya? Apakah dioda akan rusak? Jawab: • 𝑃𝐷 = 𝑉𝐷 𝐼𝐷 = 1,2V 1,75A = 2,1W • Hasilnya lebih kecil dibanding dgn rating daya. Dengan demikian, dioda tidak akan rusak Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Dioda Ideal • Ada kalanya kita tidak memerlukan pendekatan secara eksak • Utk dioda ideal  hambatan nol saat forward bias dan tidak terhingga saat reverse bias • Sifat ini seperti sebuah saklar  dimana saat tertutup memiliki hambatan nol dan ketika dibuka memiliki hambatan tidak terhingga


Dioda Ideal • Sifat dioda ideal seperti sebuah switch (saklar) yg tertutup saat forward bias (bias maju) dan terbuka saat reverse bias (bias balik)


Dioda Ideal Contoh: • Gunakan pendekatan dioda ideal untuk mencari tegangan dan arus pd beban:


Dioda Ideal • Dioda ideal dimodelkan dgn saklar tertutup ketika dibias maju. Gunakan pendekatan Thevenin jika diperlukan, atau lakukan menggunakan teori rangkaian listrik


Pendekatan Kedua • Menghasilkan hasil yg lebih akurat drpd pendekatan ideal • Pd pendekatan kedua tdk ada arus yg mengalir sampai teg. 0,7V


Pendekatan Kedua Contoh: • Gunakan pendekatan kedua utk menghitung tegangan, arus beban dan daya dioda pd gambar berikut: Jawab: VL = 10V-0,7V = 9,3 V IL = 9,3V/1kOhm = 9,3 mA PD = (0,7V)(9,3mA) = 6,51 mW


Pendekatan Kedua Contoh: • Gunakan pendekatan kedua utk menghitung tegangan, arus beban dan daya dioda pd gambar berikut:


Pendekatan Kedua Jawab: • Bentuk sederhana rangkaian:

Jawab: IL = (12V-0,7V)/3kOhm = 3,77 mA VL = (3,77mA)(1kOhm) = 3,77 V PD = (0,7V)(9,77mA) = 6,51 mW


Pendekatan Ketiga • Hambatan bulk (rB) dimasukkan dalam perhitungan • Rangkaian ekivalen utk pendekatan ketiga  saklar yg terhubung seri dengan hambatan bulk


Pendekatan Ketiga • Tegangan total yg melalui dioda: 𝑉𝐷 = 0,7𝑉 + 𝐼𝐷 𝑅𝐵 • Abaikan hambatan bulk jika: 𝑅𝐵 < 0,01𝑅𝑇𝐻 • Jika hambatan bulk lebih kecil dr 1/100 hambatan Thevenin, maka pendekatan ketiga bisa diabaikan (error < 1 persen) • Umumnya pendekatan ketiga jarang digunakan Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Pendekatan Ketiga Contoh: • Gunakan pendekatan ketiga utk menghitung tegangan, arus beban dan daya dioda pd gambar berikut (dioda 1N4001 memiliki hambatan bulk sebesar 0,23 Ohm):


Pendekatan Ketiga Jawab: • Bentuk rangkaian dgn pendekatan ketiga:

• Nilai hambatan bulk dlm kasus ini dpt diabaikan, sehingga berlaku pendekatan kedua Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Pendekatan Ketiga • Hasilnya sama dengan contoh sebelumnya untuk pendekatan kedua Jawab: VL = 10V-0,7V = 9,3 V IL = 9,3V/1kOhm = 9,3 mA PD = (0,7V)(9,3mA) = 6,51 mW


Pendekatan Ketiga Contoh: • Ulangi contoh sebelumnya jika hambatan beban sebesar 10 Ω Jawab: • Dlm hal ini, hambatan bulk tidak dpt diabaikan Hambatan total  RT = 0,23+10 = 10,23 Ohm Tegangan total  VT = 10V – 0,7V = 9,3 V Arus beban  IL = 9,3V/10,23 = 0.909 A

Tegangan pd beban VL = (0,909 A)(10 Ohm) = 9,09 V Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Daftar Pustaka • Malvino, A.P. Electronics Principles. McGraw Hill 7th Edition, New York. • Malvino, A.P. 1993. Electronics Principles. McGraw Hill 5th Edition, New York. • Malvino, A.P. 1999. Prinsip-Prinsip Elektronika (terjemahan oleh Alb.Joko Santoso). Salemba Teknika, Jakarta. • Malvino, A.P. 1999. Prinsip-Prinsip Elektronik (terjemahan oleh Hanapi Gunawan). Erlangga, Jakarta. Kusuma Wardana - Elektronika 2015

Materi 3: Teori Dioda

Recommend Documents