LAPORAN PRAKTIKUM 3 DAN 4 ELEKTRONIKA-KARAKTERISTIK DIODA & TRANSFORMATOR PDF

Preview

Summary

LAPORAN PRAKTIKUM III DAN IV KARAKTERISTIK DIODA DAN TRANSFORMATOR Disusun untuk Memenuhi Matakuliah Elektronika Dibimbing oleh Bapak I Made Wirawan, S.T., S.S.T, M.T. Asisten Praktikum: Muhammad Arif Syarifudin Muhammad Bagus Arifin Oleh : Dwitha Fajri Ramadhani 160533611410 S1 PTI OFF B UNIVERSITA...

Description

LAPORAN PRAKTIKUM III DAN IV KARAKTERISTIK DIODA DAN TRANSFORMATOR Disusun untuk Memenuhi Matakuliah Elektronika Dibimbing oleh Bapak I Made Wirawan, S.T., S.S.T, M.T.

Asisten Praktikum: Muhammad Arif Syarifudin Muhammad Bagus Arifin

Oleh : Dwitha Fajri Ramadhani

160533611410

S1 PTI OFF B

UNIVERSITAS NEGERI MALANG FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK INFORMATIKA September 2016

1.1 Tujuan 1. Mahasiswa dapat mengetahui komponen elektronika dioda semikonduktor 2. Mahasiswa dapat mengetahui karakteristik dioda semikonduktor 3. Mahasiswa dapat menganalisis rangkaian forward bias dan reverse bias pada dioda semikonduktor

1.2 Pendahuluan Dalam elektronika biasanya 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 dioda maka dilakukan praktikum ini.

1.3 Dasar Teori 1.3.1 Dioda (Diode) Dioda adalah komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor. Dioda berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika.

2

Dioda memiliki dua kaki/kutub yaitu kaki anoda dan kaki katoda. Dioda terbuat dari bahan semi konduktor tipe P dan semi konduktor tipe N yang di sambungkan.

Gambar 1. Simbol Dioda, Struktur Dioda, Karakteristik Dioda

Gambar 2. Anoda, Katoda, dan Deplesi Dioda

Semi konduktor tipe P berfungsi sebagai Anoda dan semi konduktor tipe N berfungsi sebagai Katoda. Pada daerah sambungan 2 jenis semi konduktor yang berlawanan ini akan muncul daerah deplesi yang akan membentuk gaya barier. Gaya barier ini dapat ditembus dengan tegangan + sebesar 0.7 volt yang dinamakan sebagai break down voltage, yaitu tegangan minimum dimana dioda akan bersifat sebagai konduktor/penghantar arus listrik. Dioda bersifat menghantarkan arus listrik hanya pada satu arah saja, yaitu jika kutub anoda kita hubungkan pada tegangan (+) dan kutub katoda kita hubungkan dengan tegangan (–).

1.3.2 Karakteristik Dioda Karakteristik Dioda dapat diketahui dengan cara memasang dioda seri dengan sebuah catu daya dc dan sebuah resistor. Dengan menggunakan rangkaian tersebut maka akan dapat diketahui tegangan dioda dengan variasi sumber tegangan yang diberikan. Seperti yang telah kita ketahui bahwa dioda adalah komponen aktif dari dua elektroda (katoda dan 3

anoda) yang sifatnya semikonduktor, jadi dengan sifatnya tersebut dioda tidak hanya memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah, tetapi juga menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda dapat dibuat dari Germanium (Ge) dan Silikon atau Silsilum (Si). Komponen aktif ini mempunyai fungsi sebagai; pengaman, penyearah, voltage regulator, modulator, pengendali frekuensi, indikator, dan switch.

1.3.3 Zero Bias

Gambar 3. Zero Bias

Merupakan keadaan dimana dioda tidak dihubungkan dengan sumber tegangan sehingga tidak terjadi perpindahan elektron juga tidak ada pelebaran P-N Junction.

1.3.4 Forward Bias

Gambar 4. Forward Bias

Ketika kaki katoda disambungkan dengan kutub negatif batere dan kaki anoda disambungkan dengan kutub positif, maka dikatakan bahwa dioda sedang dibias dengan tegangan maju. Dioda dengan bias tegangan maju dalam bias maju, kutub negatif batere akan menolak elekton-elektron bebas yang ada dalam semikonduktor tipe N, jika energi listrik yang digunakan adalah melebihi tegangan barier, maka elektron yang tertolak tersebut akan

4

melintasi daerah deplesi dan bergabung dengan hole yang ada pada tipe P, hal ini terjadi terus menerus selama rangkaian di gambar tersebut adalah rangkaian tertutup. Karakteristik Forward Bias Dioda yang dibias maju akan dapat menghantarkan

arus

sepenuhnya

setelah

melewati tegangan potensial barier atau knee voltage.

Gambar 5. Karakter Forward Bias

1.3.5 Reverse Bias

Gambar 6. Reverse Bias

Adalah kondisi ketika sebuah dioda disambungkan pada polaritas terbalik dimana kaki katoda disambungkan ke kutub positif dan kaki anoda disambungkan ke kutub negatif (rangkaian terbuka) maka dioda mengalami bias mundur/reverse bias. Sebuah dioda tidak akan menghantarkan arus listrik jika diberi bias mundur. Karakteristik Reverse Bias

Dioda tidak menghantarkan arus listrik, setelah melewati tegangan breakdown arus akan dihantarkan.

Gambar 7. Karakteristik Reverse Bias

5

1.3.6 Jenis-Jenis Dioda Semikonduktor Dioda adalah alat elektronika dua-terminal, yang hanya mengalirkan arus listrik dalam satu arah apabila nilai resistansinya rendah. Bahan semikonduktor yang digunakan umumnya adalah silikon atau germanium. Jika dioda dalam keadaan konduksi, maka terdapat tegangan drop kecil pada dioda tersebut. Drop tegangan silikon ฀ 0,7 V; Germanium ฀ 0.4V. Aplikasi Dioda Sesuai dengan aplikasinya dioda, sering dibedakan menjadi dioda sinyal dan dioda penyearah. (a) Penyearah setengah gelombang dan (b). Penyearah Gelombang Penuh

a.

Dioda Zener Dioda zener adalah diode silikon, yang mana didesain khusus untuk menghasilkan karakteristik “breakdown” mundur,. Dioda zener sering digunakan sebagai referensi tegangan.

b.

Dioda Schottky . Dioda schottky mempunyai karakteristik “fast recovery”, (waktu mengembalikan yang cepat, antara konduksi ke non konduksi). Oleh karena karakteristiknya ini, maka banyak diaplikasikan pada rangkaian daya modus “saklar”. Dioda ini dapat membangkitkan drop

tegangan

maju

kira-kira

setengahnya

diode

silikon

konvensional, dan waktu kembali balik sangat cepat. c.

Optoelektronika Optoelektronika

adalah

alat

yang

mempunyai

teknologi

penggabungan antara optika dan elektronika. Contoh alat optoelektronika antara lain : LED (Light Emitting Dioda), foto dioda, foto optokopler, dan sebagainya.

6

d.

LED LED adalah sejenis dioda, yang akan memancarkan cahaya apabila mendapat arus maju sekitar 5 ฀ 30 mA. Pada umumnya LED terbuat

dari bahan gallium pospat dan arsenit pospit. Didalam aplikasinya, LED sering digunakan sebagai alat indikasi status/kondisi tertentu, tampilan “Seven-segment, dan sebagainya. e.

Fotodioda Foto dioda adalah jenis foto detektor, yaitu suatu alat optoelektronika yang dapat mengubah cahaya yang datang menjadi besaran listrik. Prinsip

kerjanya

apabila

sejumlah

cahaya

mengena

pada

persambungan, maka dapat mengendalikan arus balik di dalam dioda. Di dalam aplikasinya, foto diode sering digunakan untuk elemen sensor/detektor cahaya. f.

Fototransistor Fototransistor adalah komponen semikonduktor optoelektronika yang sejenis dengan fotodioda. Perbedaannya adalah terletak pada penguatan arus dc. Jadi, pada fototransistor akan menghasilkan arus dc kali lebih besar dari pada fotodioda.

g.

Optokopler Optokopler disebut juga optoisolator adalah alat optoelektronika yang mempunyai teknologi penggabungan dua komponen semikonduktor di dalam satu kemasan, misalnya : LED – fotodioda, LED – fototransistor dan sebagainya. Prinsip kerja optokopler adalah apabila cahaya dari LED mengena foto dioda atau foto transistor, maka akan menyebabkan timbulnya arus balik pada sisi fotodioda atau foto

transistor tersebut. Arus balik inilah yang menentukan besarnya tegangan keluaran. Jadi apabila tegangan masukan berubah, maka cahaya LED berubah, dan tegangan keluaran juga berubah. Didalam aplikasinya, optokopler sering digunakan sebagai alat penyekat diantara duarangkaian untuk keperluan pemakaian tegangan tinggi.

7

h.

LDR LDR (Light Dependent Resistor) adalah komponenelektronik seringdigunakansebagai transduser/elemen sensor cahaya. Prinsip kerja LDR apabila cahaya yang datang mengena jendela LDR berubah, maka nilai resistansinya akan berubah pula. LDR disebut juga sel fotokonduktip.

i.

SCR SCR (Silicon Controlled Rectifier) disebut juga “thyristor”,adalah komponen elektronika tigaterminalyang keluarannya dapatdikontrol berdasarkan

waktupenyulutnya.

Di

dalamaplikasinya,

SCR

seringdigunakan sebagai alat“Switching” dan pengontrol daya AC. j.

TRIAC Triac adalah pengembangan dari SCR, yang mana mempunyai karakteristik dua arah (bidirectional). Triac dapat disulut oleh kedua tegangan positip dan negatip. Aplikasinya, triac sering diguna- kan sebagai pengontrol gelombang penuh.

k.

DIAC Diac adalah saklar semikonduktor dua-terminal yang sering digunakan berpasangan dengan TRIAC sebagai alat penyulut (trigger).

l.

Dioda biasa

Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan dioda penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida dan selenium, ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak pertemuan 8

ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahang yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari dioda silikon untuk rating arus yang sama. m. Dioda Bandangan Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika panjar mundur melebihi tegangan dadal. Secara listrik mirip dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi, menyebabkan arus besar mengalir, mengingatkan pada terjadinya bandangan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif. n. Dioda Arus Tetap Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan gerbangnya disambungkan ke sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut. o. Diode Gunn Dioda ini mirip dengan dioda terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan penjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda.

9

1.4 Data dan Analisis (Foto) 1.4.1 Tugas Pendahuluan 1. Jelaskan istilah-istilah : Tegangan Breakdown, Tegangan Knee, Forward Bias, Reverse Bias 

Tegangan Breakdown

Suatu keadaan dimana dioda tidak dapat menahan aliran electron dilapisan deplesi yang disebabkan karena reverse bias pada dioda yang tidak dapat mengalirkan arus pada tegangan puluhan sampai ratusan volt. 

Tegangan Knee

a. Tegangan pada saat arus mulai membesar dengan cepat dikarenakan forward bias pada dioda yang dapat mengalirkan arus dengan mudah. b. Apabila tegangan dioda lebih besar dari tegangan knee maka dioda akan menghantar dengan mudah dan sebaliknya bila tegangan dioda lebih kecil maka dioda tidak menghantar dengan baik. c. Tegangan dioda pada bahan silicon diatas 0,7 volt dan pada bahan germanium diatas 0,3 volt. 

Forward Bias (Bias Maju) Suatu

keadaan

dimana

dioda

dapat

mengalirkan arus listrik dari sisi P (kaki anoda) ke sisi N (kaki katoda) tanpa adanya suatu hambatan. Pada keadaan ini dioda bisa dianggap sebagai saklar tertutup. Gambar 11. Forward Bias



Reverse Bias (Bias Balik) Suatu keadaan dimana tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya, dikarenakan baik hole dan elektron masing-masing tertarik kearah

kutub

berlawanan

sehingga

Gambar 12. Reverse Bias

menyebabkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Pada keadaan ini dioda bisa dianggap sebagai saklar terbuka.

10

2. Apakah Dioda dapat bekerja seperti Saklar? Jelaskan! Dioda akan menghantarkan arus bila diberi tegangan sumber lebih besar dari tegangan idealnya. Dan dioda tidak akan menghantarkan arus apabila tegangan yang melaluinya lebih kecil dari tegangan idealnya. Tetapi mungkin akan ada tegangan yang akan dialirkan oleh dioda itu, dan besarnya hanya sebesar tegangan ideal dan besarnya tegangan ideal yang akan dialirkan tergantung dari jenis dioda yang digunakan. Oleh karena itu dioda juga dapat digunakan sebagai saklar pada rangkaian elektronika selain digunakan sebagai mana fungsinya yaitu sebagai penyearah tegangan.

1.4.2 Dioda 1.4.2.1 Mengukur Dioda dengan Ohmmeter a. Alat dan Komponen yang digunakan : 1. Multimeter Analog : 1 Buah 2. Dioda

: 2 Buah

b. Langkah Percobaan Praktikum : 1. Lakukan Kalibrasi 2. Putar Range Selector Switch ke Posisi Ohm ( Ω ) x100 3. Tempelkan Probe Merah pada bagian kaki Anoda dan Probe Hitam pada bagian kaki Katoda 4. Tempelkan Probe Merah pada bagian kaki Katoda dan Probe Hitam pada bagian kaki Anoda

c. Hasil Praktikum : Resistansi (Ohm)

Dioda IN5592

Probe (+) di Anoda, Probe (-) di Katoda Nilai resistansi = ∞ (mendekati tak hingga)

Hasil pengukuran resistanti ohm pada dioda IN5592 dengan probe + di Anoda dengan probe – di Katoda tersebut bernilai mendekati tak hingga.

11

IN4002

Nilai resistansi = ∞ (mendekati tak hingga)

Hasil pengukuran resistanti ohm pada dioda IN4002 dengan probe + di Anoda dengan probe – di Katoda tersebut bernilai mendekati tak hingga.

Dioda IN5592

Resistansi (Ohm) Probe (+) di Katoda, Probe (-) di Anoda Nilai resistansi = 180Ω Hasil pengukuran resistanti ohm pada dioda IN5592 dengan probe + di Katoda dan probe – di Anoda yaitu Jarum pada skala menunjukkan nilai 1,8, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi Ohm ( Ω ) x100 jadi nilai dari skala tersebut dikalikan 100, memperoleh hasil : 1,8x10 = 180Ω

IN4002

Nilai resistansi = 180Ω Hasil pengukuran resistanti ohm pada dioda IN4002 dengan probe + di Katoda dan probe – di Anoda yaitu Jarum pada skala menunjukkan nilai 1,8, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi Ohm ( Ω ) x100 jadi nilai dari skala tersebut dikalikan 100, memperoleh hasil : 1,8x10 = 180Ω

12

1.4.2.2 Dioda dengan Forward Bias a. Alat dan Komponen yang digunakan : 1. Multimeter Analog : 1 Buah 2. Dioda

: 2 Buah

3. Catu Daya

: 1 Buah

4. Kawat Penghubung : Beberapa utas 5. Resistor

: 1 Buah

b. Langkah Percobaan Praktikum : 1. Mengatur Catu daya sebesar 0, 0,1, 0,3, 0,5, 0,7, 0,9, 1, 2, 4, 6, 8, 10 V

2. Lakukan Kalibrasi

3. Pasang kawat penghubung diujung kaki dioda dan diujung kaki resistor 4. Putar Range Selector Switch ke Posisi DCV 5. Mengukur Tegangan Dioda

6. Putar Range Selector Switch ke Posisi DCA

13

7. Kemudian menghitung Arus Dioda, dengan memutus rangkaian (Open Circuit) dan kemudian menghubungkan terminal alat ukur pada titik yang telah terputus tersebut

c. Hasil Praktikum : Tabel Dioda ke – 1 ( IN4001 ) Vsumber (Volt) 0 0.1 0.3 0.5 0.7 0.9 1 2 4 6 8 10

VD (Volt) 0V 0,3 V 0,35 V 0,37 V 0,4 V 0,4 V 0,4 V 0,45 V 0,48 V 0,5 V 0,5 V 0,52 V

ID (Ampere) 0A 4 µA 16 µA 31 µA 43 µA 0,05 mA 0,06 mA 0,15 mA 0,35 mA 0,55 mA 0,75 mA 0,95 mA

Praktikum Pengukuran Dioda Ke – 1 ( IN4001 ) Vsumber (Volt) 0

VD IN4001 (Volt)

ID IN4001 (Ampere)

Jarum pada skala menunjukkan nilai Jarum pada skala menunjukkan nilai 0V 0.

14

0.1

Jarum pada skala menunjukkan nilai 30, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 30/100 = 0,3 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 4, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 50µA dan yang dilihat adalah skala 0-50 maka nilai arus 4 µA

Jarum pada skala menunjukkan nilai 35, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 35/100 = 0,35 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 16, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 50µA dan yang dilihat adalah skala 0-50 maka nilai arus 16 µA

Jarum pada skala menunjukkan nilai 37, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 37/100 = 0,37 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 31, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 50µA dan yang dilihat adalah skala 0-50 maka nilai arus 31 µA

0.3

0.5

15

0.7

Jarum pada skala menunjukkan nilai 40, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 40/100 = 0,4 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 43, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 50µA dan yang dilihat adalah skala 0-50 maka nilai arus 43 µA

Jarum pada skala menunjukkan nilai 40, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 40/100 = 0,4 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 5, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 2,5mA dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 5/100 = 0,05 mA

Jarum pada skala menunjukkan nilai 40, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCV 2,5 dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 40/100 = 0,4 V

Jarum pada skala menunjukkan nilai 6, karena yang dipakai adalah Range Selector Switch Posisi DCA 2,5mA dan yang dilihat adalah skala 0-250 maka nilai 6/100 = 0,06 mA

0.9

1

16

2...