LAPORAN PRAKTIKUM ELKA ANALOG

NOMOR PERCOBAAN : 01

JUDUL PERCOBAAN : PENDEKATAN KARAKTERISTIK DIODA

KELAS/GROUP : TT 3A/2

NAMA PRAKTIKAN : 1. FERRY HARYANTO

2. AHMAD DZULQARNAIN

3. RANI HIDAYAH

DOSEN : BENNY NIXON

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

POLITEKNIK NEGERI JAKARTA

2011

PERCOBAAN 1

PENDEKATAN KARAKTERISTIK DIODA

1. TUJUAN

- Menunjukkan keadaan dimana karakteristik diode sesungguhnya dapat didekati oleh

garis lurus

- Mengetahui tegangan knee pada dioda silikon dan dioda germanium

2. PENDAHULUAN

Dioda adalah piranti semikonduktor dengan bahan tipe-n yang menyediakan

elektron-elektron bebas dan bahan tipe-p yang disatukan (P-N junction). Dioda

merupakan suatu piranti dua elektroda dengan arah arus yang tertentu, dapat juga

dikatakan dioda bekerja sebagai penghantar bila tegangan listrik diberikan dalam arah

tertentu tetapi dioda akan bekerja sebagai isolator bila tegangan yang diberikan dalam

arah berlawanan dari pergerakan elektron pembentuknya.

Kristal pn sebagai penyusun dioda akan bekerja jika arus didalamnya hanya dapat

mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya. Hubungan ini disebut dengan rangkaian

prategangan maju (forward bias). Pada dioda, kita mengenal potensial barrier yaitu beda

potensial pada persambungan. Beda potensial ini menjadi cukup besar untuk

menghalangi proses penyebaran difusi selanjutnya dari elektron-elektron bebas.

Gambar 2.4 Kurva Dioda

Gambar 2.4 merupakan kurva karakteristik dioda pada pra tegangan maju

(forward) dan pra tegangan balik (reverse). Dari gambar karakteristik tersebut dapat

dianalisa bahwa sebuah dioda akan mengalirkan arus setelah tegangan luar mengatasi

potensial barrier, maka arus maju akan menjadi besar. Pada kurva dengan karakteristik

balik saat tegangan yang diberikan sama dengan nol, maka tidak ada arus yang mengalir

jika tegangan dinaikkan maka arus akan sangat kecil. Saat arus maju terlalu besar maka

dioda akan rusak karena disipasi daya terlalu besar. Jika pada arah balik tegangan yang

terlalu tinggi akan menimbulkan kedadalan (breakdown) listrik pada dioda.

Gambar 2.5 Kurva Dioda Ideal

3. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN

No. Alt-alat yang dipergunakan Jumlah

1 Sumber daya searah (1-15) V 1 buah

2 Multimeter analog 2 buah

3 Dioda silicon 1 buah

4 Dioda germanium 1 buah

5 Resistor 470 Ω 1 buah

6 Resistor 1 kΩ 1 buah

7 Resistor 4,7 kΩ 1 buah

8 Kabel-kabel penghubung Secukupnya

4. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN

A. Percobaan dengan dioda silikon (tipe 1N400..)

1. Buatlah rangkaian seperti Gambar 1 dengan menggunakan diode silikon, R = 470 Ω

dan tegangan supply = 14 V.

2. Aturlah tegangan power supply sedemikian rupa hingga Vf = 0,35 V.

3. Ukurlah arus maju (forward) pada diode dan catatlah pada Tabel 1.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk harga Vf yang berlainan.

B. Percobaan dengan diode germanium (tipe….)

5. Gantilah dioda silikon dengan diode germanium serta ubahlah R menjadi 1 kΩ

6. Aturlah tegangan power supply sedemikian rupa hingga Vf = 0,1 V. Ukurlah arus maju

If pada dioda dan catatlah pada Tabel 2.

7. Ulangi langkah 6 untuk harga Vf yang berlainan.

C. Percobaan tegangan jatuh dioda

8. Buat rangkaian seperti Gambar 2 dengan menggunakan diode silicon, R = 4,7 Ω dan

tegangan supply = 14 V.

9. Ukurlah Vf dan Vo.

10. Selanjutnya turunkan tegangan power supply menjadi 3 V. Ulangi langkah 9.

11. Gantilah tahanan R menjadi 470 Ω dan jagalah tegangan power supply tetap = 3 V.

Ulangi langkah 9.

DATA HASIL PERCOBAAN

No. Percobaan : 01 Pelaksanaan Praktikum : 26-08-2011

Judul : Pendekatan Karakteristik Dioda Penyerahan Laporan : 09-09-2011

Mata Kuliah : Lab. Elka Analog Nama Praktikan : Ferry Haryanto

Tahun Akademik : 2011 Nama Rekan Kerja : Ahmad Dzulqarnain

Tabel 1 (R = 470 Ω)

Dioda Silikon Jenis….

Vs (V) Vf (V) If (mA)0,38 0,35 0,040,49 0,40 0,080,6 0,45 0,120,7 0,50 0,220,9 0,55 0,751,35 0,60 1,62,6 0,65 43,6 0,70 69,8 0,75 19,520 0,80 40

Tabel 2 (R = 1 k Ω)

Dioda Germanium Jenis….

Vs (V) Vf (V) If (mA)0,2 0,1 0,0160,3 0,15 0,0380,4 0,20 0,150,6 0,25 0,350,75 0,30 0,71,7 0,35 1,15

2,175 0,40 1,653 0,45 2,34 0,50 3,5

4,2 0,55 4

Tabel 3

Vs R Vf (Volt) Vo (Volt)(Volt) (Ohm) Ukur Hitung Ukur Hitung

14 4,7 k 0,6 0,7 13,5 13,33 4,7 k 0,55 0,7 2,4 2,33 470 0,6 0,7 2,3 2,3

ANALISA

Kurva Karakteristik Dioda Silikon

Kurva Karakteristik Dioda Germanium

Vf merupakan tegangan breakdown dioda (tegangan jatuh dioda) sedangkan If adalah

besarnya arus yang melewati dioda. Dioda harus mencapai tegangan breakdown untuk dapat

konduksi (dioda ON). Pada dioda silikon, tegangan breakdownnya adalah 0,5 V hingga 0,7 V

sehingga untuk dapat konduksi nilai Vf harus bernilai 0,5 V hingga 0,7 V. Sedangkan pada dioda

germanium tegangan breakdownnya adalah 0,2 V hingga 0,3 V sehingga untuk dapat konduksi

nilai Vf harus bernilai 0,2 V hingga 0,3 V. Misalnya pada dioda silikon, jika diasumsikan

tegangan breakdownnya adalah 0,7 V, maka pada saat Vf < 0,7 V maka dioda tidak konduksi

(dioda OFF) dan tidak ada arus yang melewati dioda (If = 0 V). Sedangkan jika Vf lebih dari

atau sama dengan 0,7 maka dioda mengalami konduksi (dioda ON) sehingga ada arus yang

melewati dioda (If > 0 V). Secara teori, saat Vf pada dioda silikon bernilai < 0,7 V maka tidak

ada arus yang melewati dioda (If= 0 V). Namun pada praktiknya saat Vf bernilai < 0,7 V masih

ada arus yang melewati dioda walaupun nilainya sangat kecil. Arus yang melewati dioda ini

biasa disebut sebagai arus bocor. Pada dioda, ada yang dinamakan titik cut off dan titik saturasi.

Cut off merupakan titik dimana dioda mulai bersifat sebagai konduktor (dapat menghantarkan

arus listrik dengan jumlah yang cukup besar). Sedangkan saturasi merupakan titik jenuh, dimana

Vf nilainya tidak akan berubah meskipun tegangan sumber diperbesar. Berdasarkan kurva hasil

percobaan, dioda silikon mengalami cut off pada saat Vf bernilai 0,55 V, sehingga Vk = 0,55 V.

Artinya dioda silikon akan mulai menghantarkan arus dengan jumlah yang cukup besar saat

tegangan breakdown dioda (Vf) bernilai 0,55 V. Sedangkan dioda germanium mengalami cut off

pada saat Vf bernilai 0,35 V, sehingga Vk = 0,35 V.

Pada dasarnya dioda disusun dari 2 bahan semi konduktor yang berbeda, yaitu bahan

bertipe P (bahan yang berisi muatan positif) dan bahan bertipe N (bahan yang berisi muatan

negatif). Bahan bertipe P disebut dengan anoda (A) sedangkan bahan bertipe N disebut dengan

katoda (K). Karakteristik dioda mirip seperti saklar. Pada suatu kondisi dioda akan ON

(konduksi) dan pada kondisi lain dioda akan OFF (tidak konduksi). Dioda hanya akan ON

(konduksi) apabila anoda (A) diberi tegangan positif (+) dan katoda (K) diberi tegangan negatif

(-). Apabila anoda (A) diberi tegangan negatif (-) dan katoda (K) diberi tegangan positif maka

dioda akan OFF (tidak konduksi).

Saat anoda (A) diberi tegangan positif (+) dan katoda (K) diberi tegangan negatif (-),

maka akan terjadi tolak menolak antara muatan positif (+) dari tegangan sumber dengan muatan

positif (+) dari bahan bertipe P. Selain itu juga terjadi tolak menolak antara muatan negatif (-)

dari tegangan sumber dengan muatan negatif (-) dari bahan bertipe N. Sehingga muatan positif

(+) dari bahan bertipe P akan berpindah dari anoda (A) ke katoda (K), dan muatan negatif (-) dari

bahan bertipe N akan berpindah dari katoda (K) ke anoda (A). Hal ini menyebabkan perpindahan

muatan yang ada di kedua bahan semi konduktor (anoda dan katoda) sehingga arus listrik dari

tegangan sumber dapat mengalir dari anoda (A) menuju katoda (K). Keadaan dimana anoda yang

mendapat tegangan positif dan katoda mendapat tegangan negatif ini disebut dengan bias maju

atau forward bias.

Saat anoda (A) diberi tegangan negatif (-) dan katoda (K) diberi tegangan positif (+),

maka akan terjadi tarik menarik antara muatan positif (+) dari bahan bertipe P dengan muatan

negatif (-) dari tegangan sumber. Selain itu juga terjadi tarik menarik antara muatan negatif (-)

dari bahan bertipe N dengan muatan positif (+) dari tegangan sumber. Sehingga akan terjadi

kekosongan diantara bahan bertipe P dan bahan bertipe N. Hal ini akan menyebabkan arus listrik

dari tegangan sumber tidak dapat mengalir dari anoda menuju katoda melainkan terputus di

antara bahan bertipe P dan bahan bertipe N. Keadaan dimana anoda yang mendapat tegangan

negatif dan katoda yang mendapat tegangan positif ini disebut dengan bias mundur atau reverse

bias.

Perhitungan Tabel 3

Saat Vs = 14 V dan R = 4,7 k Ω

Vf = 0,7 V

Vo = Vs – Vf

Vo = 14 – 0,7

Vo = 13,3 V

Saat Vs = 3V dan R = 4,7 k Ω

Vf = 0,7 V

Vo = Vs – Vf

Vo = 3 – 0,7

Vo = 2,3 V

Saat Vs = 3V dan R = 470 Ω

Vf = 0,7 V

Vo = Vs – Vf

Vo = 3 – 0,7

Vo = 2,3 V

Pada Tabel 3, nilai Vf yang digunakan dalam perhitungan adalah 0,7 V, sehingga di dapat

nilai Vo dengan cara mengurangi antara tegangan sumber (Vs) dengan nilai Vf .

Vo = Vs – Vf atau Vo = Vs – 0,7 V

Pada perhitungan, tegangan breakdown pada dioda (nilai Vf) dianggap ideal, yaitu 0,7 V.

Sedangkan setelah diukur dengan menggunakan voltmeter nilai Vf tidak sama dengan 0,7 V

melainkan mendekati 0,7 V. Sehingga nilai Vo pun akan berbeda antara hasil perhitungan

dengan hasil pengukuran. Hal ini dapat terjadi karena voltmeter yang digunakan kurang presisi

sehingga tidak tepat dalam mengukur nilai Vf. Selain itu juga pada dasarnya dioda silikon

memiliki tegangan breakdown antara 0,5 V hingga 0,7 V. Jika diasumsikan tegangan breakdown

dioda silikon adalah 0,7 V namun setelah diukur tidak sama dengan 0,7 V tetapi masih berada

pada range 0,5 V hingga 0,7 V maka dioda tersebut masih dalam kondisi baik. Dalam praktikum

ini presentase kesalahan dapat dihitung sebagai berikut.

Error = Hasil Perhitungan – Hasil Pengukuran x 100 %

Hasil Perhitungan

Error = ((0,7 + 0,7 + 0,7 + 13,3 + 2,3 + 2,3) – (0.6 + 0,55 + 0,6 + 13,5 + 2,4 + 2,3)) x 100 %

(0,7 + 0,7 + 0,7 + 13,3 + 2,3 + 2,3)

Error = 0,0025 %

Pada dioda silikon, nilai Vf tidak bisa mencapai 0,85 V atau pada saat mendekati 0,85 V

berapa pun besarnya tegangan sumber yang diberikan pada dioda, nilai Vf akan tetap (tidak

mengalami peningkatan). Hal ini disebabkan karena pada titik 0,85 V ini dioda mengalami

saturasi (dioda berada pada titik jenuh) dimana nilai Vf akan tetap meskipun tegangan sumber di

perbesar. Sedangkan pada dioda germanium, titik jenuh berada 0,55 V sehingga nilai Vf akan

tetap 0,55 V meskipun tegangan sumber diperbesar.

KESIMPULAN

1. Tegangan breakdown (Vf) pada dioda silikon adalah 0,5 V hingga 0,7 V sedangkan tegangan

breakdown (Vf) pada dioda germanium adalah 0,2 V hingga 0,3 V.

2. Tegangan breakdown (Vf) adalah besarnya tegangan yang dibutuhkan oleh dioda untuk dapat

ON (menghantarkan arus listrik). Jika dioda diberi tegangan kurang dari tegangan breakdown

maka dioda akan OFF (tidak dapat menghantarkan arus listrik).

TUGAS

1. Apa perbedaan dioda silikon dengan dioda germanium?

2. Apa yang dimaksud dengan dioda ideal?

3. Carilah karakteristik dioda yang dipakai di datasheet dan jelaskan!

Jawab

1. Dioda silikon terbuat dari bahan silikon yang memiliki 2 tipe yang berbeda yaitu tipe P

(Anoda) dan tipe N (Katoda). Dioda silikon memiliki tegangan breakdown sebesar 0,5 V

hingga 0,7 V. Sedangkan dioda germanium terbuat dari bahan germanium yang memiliki

2 tipe yang berbeda yaitu tipe P (Anoda) dan tipe N (Katoda). Dioda germanium

memiliki tegangan breakdown sebesar 0,2 V hingga 0,3 V.

2. Dioda ideal adalah keadaan dioda dimana dioda akan sepenuhnya menjadi konduktor dan

menghantarkan arus listrik pada saat diberi tegangan bias maju/bias forward (Anoda

diberi tegangan positif dan Katoda diberi tegangan negatif). Dan dioda akan menjadi

isolator dan tidak dapat menghantarkan arus listrik ketika diberi bias mundur/reverse bias

(Anoda diberi tegangan negatif dan Katoda diberi tegangan positif).