Penyusunan Pedoman Praktikum Dasar untuk Matakuliah Elektronika Daya
oleh Boby Gunarso Wiminto NIM : 612005018
Tugas Akhir untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Ijazah Sarjana Teknik Elektro FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA 2012
INTISARI
Berdasarkan evaluasi bersama pengajar, pedoman praktikum mata kuliah Elektronika Daya yang sudah ada dan dipakai selama ini perlu diperbaiki dalam hal sistematika dan langkah-langkah praktikum. Tugas akhir ini berisi langkah-langkah praktikum disertai dengan analisis hasil praktikum yang nantinya dapat dipakai sebagai pedoman bagi asisten dalam mengevaluasi laporan praktikum mahasiswa. Terdapat enam topik praktikum, yaitu karakteristik dioda, karakteristik transistor, karakteristik SCR, karakteristik TRIAC, karakteristik MOSFET, dan karakteristik IGBT, serta sebuah topik untuk tugas rancang, yaitu step-up chopper. Langkah-langkah praktikum diberikan dengan jelas sehingga para praktikan, dibantu oleh asisten mata kuliah Elektronika Daya, dapat semakin memahami karakteristik tiap komponen yang dibahas pada setiap topik praktikum.
i
ABSTRACT
Based on evaluation with teachers, the existing Power Electronics courses practicums guidance that used for these should be improved in terms of systematic and practical measures. The final task contains steps and lab results that can later be used as a guide for assistants in evaluating student lab reports. There are six topics, which is diode characteristics, transistor characteristics, SCR characteristics, TRIAC characteristics, MOSFET characteristic, and IGBT characteristics, as well as a topic for the design task, the step-up chopper. Practical steps given clearly so that the practitioner, assisted by assistant of Power Electronics course, could understand the characteristics of each component that discussed in each topic.
ii
KATA PENGANTAR
Terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan Rahmat dan KaruniaNya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro UKSW. Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, bantuan, dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Ayah, Ibu, dan seluruh anggota keluarga yang telah memenuhi semua kebutuhan penulis selama kuliah maupun selama skripsi, selalu setia mendoakan penulis. Robby Wijaya Wiminto (612006005), adik penulis, yang telah banyak membantu penulis baik dalam kuliah, pengerjaan tugas akhir saat penulis di konsentrasi telekomunikasi, maupun pengerjaan tugas akhir ini. Bapak Dalu Setiadji dan Bapak Budihardja Murtianta yang dengan penuh kesabaran telah meluangkan waktu dalam membimbing dan memberikan arahan pada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Seluruh tenaga pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan di UKSW. Mas Wicak, Mbak Tin, Mbak Rista, Mbak Dita, Pak Bambang, Pak Harto, Mas Harry, dan Pak Budi yang telah membantu penulis selama kuliah dan pengerjaan tugas akhir. Seluruh teman kuliah dan teman kos penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
iii
Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat diharapkan. Semoga tugas akhir inidapat bermanfaat bagi kita semua.
Salatiga, 17 Agustus 2012
Penulis
iv
DAFTAR ISI INTISARI ............................................................................................................................i ABSTRACT ........................................................................................................................ii KATA PENGANTAR .......................................................................................................iii DAFTAR ISI.......................................................................................................................v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................................viii DAFTAR TABEL ..............................................................................................................xi BAB I.
BAB II.
BAB III.
PENDAHULUAN ......................................................................................1 1.1.
Tujuan .............................................................................................1
1.2.
Latar Belakang ................................................................................1
1.3.
Spesifikasi Alat ...............................................................................5
1.4.
Sistematika Penulisan .....................................................................5
DASAR TEORI ..........................................................................................7 2.1.
Dioda ...............................................................................................7
2.2.
Transistor ......................................................................................11
2.3.
SCR ...............................................................................................16
2.4.
TRIAC...........................................................................................20
2.5.
MOSFET .......................................................................................22
2.6.
IGBT .............................................................................................25
LANGKAH PERCOBAAN......................................................................28 3.1.
Karakteristik Dioda .......................................................................28 3.1.1. Tujuan ...............................................................................28 3.1.2. Alat dan Bahan ..................................................................28 3.1.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................29
3.2.
Karakteristik Transistor ................................................................31 3.2.1. Tujuan ...............................................................................31 3.2.2. Alat dan Bahan ..................................................................31 3.2.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................32
3.3.
Karakteristik SCR .........................................................................35 3.3.1. Tujuan ...............................................................................35
v
3.3.2. Alat dan Bahan ..................................................................35 3.3.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................36 3.4.
Karakteristik TRIAC .....................................................................38 3.4.1. Tujuan ...............................................................................38 3.4.2. Alat dan Bahan ..................................................................38 3.4.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................38
3.5.
Karakteristik MOSFET .................................................................41 3.5.1. Tujuan ...............................................................................41 3.5.2. Alat dan Bahan ..................................................................41 3.5.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................42
3.6.
Karakteristik IGBT .......................................................................44 3.6.1. Tujuan ...............................................................................44 3.6.2. Alat dan Bahan ..................................................................45 3.6.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan ............................45
3.7. BAB IV.
Tugas Rancang ..............................................................................47
HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS .................................................48 4.1.
Hasil Percobaan ............................................................................48 4.1.1. Karakteristik Dioda ...........................................................48 4.1.2. Karakteristik Transistor ....................................................52 4.1.3. Karakteristik SCR .............................................................59 4.1.4. Karakteristik TRIAC .........................................................62 4.1.5. Karakteristik MOSFET .....................................................66 4.1.6. Karakteristik IGBT ...........................................................71
4.2.
Analisis .........................................................................................75 4.2.1. Karakteristik Dioda ...........................................................75 4.2.2. Karakteristik Transistor ....................................................81 4.2.3. Karakteristik SCR .............................................................92 4.2.4. Karakteristik TRIAC .........................................................96 4.2.5. Karakteristik MOSFET ...................................................100 4.2.6. Karakteristik IGBT .........................................................107 4.2.7. Tugas Rancang ................................................................111
vi
BAB V.
PENUTUP...............................................................................................117
DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................................119 LAMPIRAN ....................................................................................................................120
vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1.
Simbol Dioda .............................................................................................7
Gambar 2.2.
Grafik Karakteristik V – I Dioda Ideal .......................................................8
Gambar 2.3.
Grafik Karakteristik V – I Dioda Tak Ideal................................................9
Gambar 2.4.
Grafik Soft Reverse Recovery Time .........................................................10
Gambar 2.5.
Grafik Abrupt Reverse Recovery Time.....................................................10
Gambar 2.6.
Struktur Transistor npn ............................................................................12
Gambar 2.7.
Struktur Transistor pnp ............................................................................12
Gambar 2.8.
Simbol Transistor npn ..............................................................................13
Gambar 2.9.
Simbol Transistor pnp ..............................................................................13
Gambar 2.10. Karakteristik IC - IB Transistor .................................................................15 Gambar 2.11. Simbol SCR..............................................................................................16 Gambar 2.12. Struktur pnpn SCR ...................................................................................17 Gambar 2.13. SCR dari Dua Buah Transistor.................................................................18 Gambar 2.14. Grafik Karakteristik V – I SCR ................................................................19 Gambar 2.15. Simbol TRIAC .........................................................................................20 Gambar 2.16. Grafik Karakteristik V – I TRIAC............................................................21 Gambar 2.17. Rangkaian Ekivalen TRIAC ....................................................................22 Gambar 2.18. Simbol MOSFET Enhancement Tipe n ...................................................23 Gambar 2.19. Simbol MOSFET Enhancement Tipe p ...................................................23 Gambar 2.20. Karakteristik VDS – ID MOSFET ..............................................................24 Gambar 2.21. Simbol IGBT Tipe n ................................................................................25 Gambar 2.22. Simbol IGBT Tipe p ................................................................................25 Gambar 2.23. Rangkaian Ekivalen IGBT Tipe n ............................................................26 Gambar 2.24. Karakteristik VCE – IC IGBT ....................................................................27 Gambar 3.1.
Untai untuk Percobaan Karakteristik Dioda dengan Masukan DC..........29
Gambar 3.2.
Untai untuk Percobaan Dioda dengan Masukan Gelombang Kotak ........30
Gambar 3.3.
Grafik Waktu Pemulihan Balik ................................................................30
Gambar 3.4.
Untai untuk Percobaan Karakteristik Transistor ......................................32
Gambar 3.5.
Untai untuk Percobaan Karakteristik SCR...............................................36
viii
Gambar 3.6.
Untai untuk Percobaan Karakteristik TRIAC ..........................................38
Gambar 3.7.
Untai untuk Percobaan Karakteristik MOSFET ......................................42
Gambar 3.8.
Untai untuk Percobaan Karakteristik IGBT .............................................45
Gambar 4.1.
Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 1 KHz .......................................................................................50
Gambar 4.2.
Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 10 KHz .....................................................................................50
Gambar 4.3.
Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 5 KHz .......................................................................................51
Gambar 4.4.
Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 50 KHz .....................................................................................51
Gambar 4.5.
Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4007 ................................................76
Gambar 4.6.
Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4148 ................................................77
Gambar 4.7.
Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4007 Bias Balik ..............................78
Gambar 4.8.
Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4148 Bias Balik ..............................78
Gambar 4.9.
Grafik IC – IB untuk VCC 10 Volt ..............................................................82
Gambar 4.10. Grafik IC – IB untuk VCC 15 Volt ..............................................................82 Gambar 4.11. Grafik IC – IB untuk VCC 20 Volt ..............................................................83 Gambar 4.12. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 10 V..................................................85 Gambar 4.13. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 15 V..................................................86 Gambar 4.14. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 20 V..................................................86 Gambar 4.15. Grafik VBE – IB untuk VCE 7 Volt .............................................................87 Gambar 4.16. Grafik VBE – IB untuk VCE 8 Volt .............................................................88 Gambar 4.17. Grafik VBE – IB untuk VCE 9 Volt .............................................................88 Gambar 4.18. Grafik VCE – IC dengan IB sebagai Parameter...........................................90 Gambar 4.19. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 10 mA ..................................................93 Gambar 4.20. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 15 mA ..................................................94 Gambar 4.21. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 20 mA ..................................................95 Gambar 4.22. Karakteristik V – I TRIAC Mode 1 ..........................................................96 Gambar 4.23. Karakteristik V – I TRIAC Mode 2 ..........................................................97 Gambar 4.24. Karakteristik V – I TRIAC Mode 3..........................................................98
ix
Gambar 4.25. Karakteristik V – I TRIAC Mode 4 ..........................................................99 Gambar 4.26. Karakteristik VDS – ID dengan VGS sebagai Parameter ...........................101 Gambar 4.27. Karakteristik VGS – ID untuk VDS Awal 0,6 Volt ....................................103 Gambar 4.28. Karakteristik VGS – ID untuk VDS Awal 1 Volt .......................................104 Gambar 4.29. Karakteristik VGS – ID untuk VDS Awal 2 Volt .......................................105 Gambar 4.30. Karakteristik VCE – IC dengan VGE sebagai Parameter ...........................108 Gambar 4.31. Karakteristik VGE – IC untuk VCE Awal 0,7 Volt ...................................109 Gambar 4.32. Karakteristik VGE – IC untuk VCE Awal 0,8 Volt ...................................110 Gambar 4.33. Karakteristik VGE – IC untuk VCE Awal 0,9 Volt ...................................111 Gambar 4.34. Rangkaian Step-Up Menggunakan MC34063 .......................................112
x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1.
Tiga Mode Operasi Transistor dan Bias Persambungannya ........................14
Tabel 4.1.
Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Maju ......................................................48
Tabel 4.2.
Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Maju ......................................................49
Tabel 4.3.
Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Balik ......................................................49
Tabel 4.4.
Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Balik ......................................................49
Tabel 4.5.
Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 10 Volt .......................................52
Tabel 4.6.
Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 15 Volt .......................................53
Tabel 4.7.
Karakteristik IC – IB Transistor untuk Vcc 20 Volt .......................................53
Tabel 4.8.
Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 7 V .........................................54
Tabel 4.9.
Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 8 V .........................................55
Tabel 4.10. Karakteristik VBE – IB Transistor untuk VCE 9 V .........................................55 Tabel 4.11. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,3 mA ......................................56 Tabel 4.12. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,4 mA ......................................57 Tabel 4.13. Karakteristik VCE – IC Transistor untuk IB 0,5 mA ......................................58 Tabel 4.14. Karakteristik SCR untuk IG 10 mA..............................................................59 Tabel 4.15. Karakteristik SCR untuk IG 15 mA..............................................................60 Tabel 4.16. Karakteristik SCR untuk IG 20 mA..............................................................61 Tabel 4.17. Karakteristik TRIAC Mode 1 ......................................................................62 Tabel 4.18. Karakteristik TRIAC Mode 2 ......................................................................63 Tabel 4.19. Karakteristik TRIAC Mode 3 ......................................................................64 Tabel 4.20. Karakteristik TRIAC Mode 4 ......................................................................65 Tabel 4.21. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3 V............................................................66 Tabel 4.22. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,1 V.........................................................66 Tabel 4.23. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,2 V.........................................................67 Tabel 4.24. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,3 V.........................................................67 Tabel 4.25. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,4 V.........................................................67 Tabel 4.26. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 0,6 V.........................................................68 Tabel 4.27. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 1 V............................................................69 Tabel 4.28. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 2 V............................................................70
xi
Tabel 4.29. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,5 V........................................................71 Tabel 4.30. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,6 V........................................................71 Tabel 4.31. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,7 V........................................................71 Tabel 4.32. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,8 V........................................................72 Tabel 4.33. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 4,9 V........................................................72 Tabel 4.34. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5 V...........................................................72 Tabel 4.35. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,1 V........................................................73 Tabel 4.36. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,2 V........................................................73 Tabel 4.37. Karakteristik VCE – IC untuk VGE 5,3 V........................................................73 Tabel 4.38. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 0,8 V........................................................74 Tabel 4.39. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 1,5 V........................................................74 Tabel 4.40. Karakteristik VGE – IC untuk VCE 3 V...........................................................75
xii
