Bab 1

DIODA SEMIKONDUKTOR – ZENER

I. TUJUAN PERCOBAAN

Setelah melakukan percobaan ini mahasiswa diharapkan dapat :

1. Menentukan bias maju dan bias mundur pada dioda semikonduktor.

2. Mengukur karakteristik dioda dan menggambarkan karakteristik dioda

dengan pengukuran arus dan tegangannya.

3. Menentukan tegangan knee (cut in coltage)

4. Menggambarkan garis beban dioda.

5. Membedakan antara tegangan knee (Vk) dengan tegangan kerja (vk)

dioda

6. Membuktikan pemakaian dioda zener sebagai panstabil tegangan.

7. Menggunakan dioda zener dalam rangkaian pemotong (clipping).

II. DASAR TEORI

a. Dioda semikonduktor

Dioda semikonduktor adalah komponen elektronika yang terdiri atas

pertemuan semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N (P-n Junction).

Elektroda yang dihubungkan dengan tipe P di sebut anoda sedangkan yang

dihubungkan dengan tipe N di sebut katoda.AK

Kontruksi Simbol

Gambar 1.1 Dioda Semikonduktor

b. Dioda Zener

Dioda zener adalah dioda semikonduktor yang bekerja pada daerah dadal

(break down). Dioda zener tersedia dalam beberapa harga tegangan dadal

mulai dari 2 V hingga puluhan Volt. Selain itu juga tersedia dalam

kemampuan daya bervariasi.

Pemakaian umum adalah untuk menghasilkan tegangan kostan

suatu sunmber tegangan yang berubah-ubah, tetapi juga sering di

pergunakan pada rangkaian – rangkaian pembatas, sehingga dapat di

pergunakan dalam rangkaian pembentuk gelombang.

Dioda zener mempunyai tegangan “knee” yang sangat tajam pada

saat “break down” , artinya akan terjadi perubahan arus yang sangat besar

pada tegangan yang relatif konstan.

Pemakaian yang lain dari dioda zener adalah sebagai rangkain

pemotong sinyal, baik yang akan dihilangkan sinyal positif maupun sinyal

negatif, bahkan dengan memberikan tegangan penyangga, maka dapat

dilakukan pemotongan sebagian.

III. KESELAMATAN KERJA

1. Perhatikan pemasangan voltmeter dan amperemeter yang benar untuk

skala, batas ukur, skala (saklar) pilih tegangan / arus VDC / IDC.

2. Mulai dari batas ukur yang besar, kemudian turunkan sampai terbaca

hasil pengukuran dengan jelas, teliti, dan benar.

IV. ALAT DAN BAHAN

1. Dioda Semikonduktor

a. DC catu daya 1 buah

b. Resistor 220 Ω 2 buah

c. Resistor 100 1 buah

d. Resistor 470 1 buah

e. Resistor 1 KΩ 1 buah

f. Dioda Silikon 1 buah

g. Dioda Germanium 1 buah

h. Papan percobaan 1 buah

i. Kawat penghubung secukupnya

2. Dioda Zener

a. Generator fungsi 1 buah

b. Catu daya 1 buah

c. Multimeter 1 buah

d. Osiloskop 1 buah

e. Transformator 220 V/ 9-ct-g 1 buah

f. Resistor 220 Ω 1 buah

g. Resistor 100 Ω 1 buah

h. Resistor 10 K 1 buah

i. Resistor 1 buah

j. Potensiometer 10 K 1 buah

k. Dioda zener 6,2 V 1 buah

l. Dioda zener 7,5 V 1 buah

m. Papan percobaan 1 buah

n. Kawat penghubung secukupnya

o. Capasitor 0,1 µF 1 buah

V. GAMBAR RANGKAIAN

VI. LANGKAH KERJA

A. Dioda semikonduktor

1. Mengukur resistansi dioda.

a) Siapkan dioda silikon dan germanium. Amati tanda – tanda yang

menunjukkan elektroda anoda dan katoda (dapat minta penjelasan dari

instruktur).

b) Siapkan multimeter pada posisi ohm meter.

c) Ukurlah resitansi dioda, perhatikan polaritas dari ohm meter.

(Bias maju) (Bias Mundur)

Gambar 2.3

Gambar 2.4

d) Catat hasilnya dalam tabel di bawah ini

Dioda Silikon

Bias Resistansi Keterangan

Maju ∞Gunakan Range

Terendah

Mundur 3,3 KGunakan Range

Tertinggi

Dioda Germanium

Bias Resistansi Keterangan

Maju ∞Gunakan Range

Terendah

Mundur 0,8 KGunakan Range

Tertinggi

B. Karakteristik Dioda

Dioda Silikon

Gambar 1.8

a. Dioda Bias Maju b. Dioda Bias Mundur

1. Rakitlah dioda seperti pada gambar 1.8 a diatas.

2. Pastikan posisi range alat ukur sudah benar sesuai dengan fungsinya,

catu daya pada kondisi minimum.

3. Hidupkan catu daya, naikkan tegangannya selangkah demi selangkah

baca penunjukkan amperemeter sesuai dengan tabel pengukuran 1.

4. Baca dan catat tegangan dioda untuk setiap langkah penunjukan arus.

5. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi minimum.

6. Ubah rangkaian dioda seperti pada gambar 1.8 b.

7. Naikkan tegangan catu daya, sehingga tegangan dioda sesuai dengan

tabel pengukuran 2.

8. Catat pengukuran amperemeter untuk setiap langkah kenaikan

tegangan dan isilah dalam tabel pengukuran 2.

Catatan : untuk dioda silikon arus mundur sangant kecil (=0)

9. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi minimum dan matikan

semua peralatan.

Tabel 1.1 Pengukuran 1 dioda silikon

If (mA) 0,06 0,60 3,00 6,00 20 30 40 60

Vf (V) 0,69V 0,7V 0,9V 0,9V 0,9V 0,9V 0,9V 0,9V

Rf=VfIf 10 1,17 0,3 0,15 0,045 0,03 0,225 0,015

Tabel 1.2 Pengukuran 2 dioda silikon

Ir (mA) 0 0 0 0 0 0 0 0

Vr (V) 1 2 5 10 15 20 25 30

Rf=VfIf ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞

Dioda Germanium

Ulangi langkah pengukuran karakteristik dioda silikon, dioda silikon diganti

dengan dioda germanium dengan tabel pengukuran sebagai berikut:

Tabel 1.3 Pengukuran 1 dioda Germanium

If (mA) 0,01 0,10 0,50 1,00 3,0 6,0 10

Vf (V) 0,05V 0,2V 0,3V 0,3V 0,4V 0,5V 0,6V

Rf=VfIf 5 2 0,6 0,3 0,13 0,08 0,06

Tabel 1.4 Pengukuran 2 dioda Germanium

Ir (mA) 0 0 0 0 0 0 0

Vr (V) 0 1 3 4 6 8 10

Rr=VrIr ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞

C. Menentukan tegangan “knee” dengan sistem pendekatan.

1. Ambillah contoh hasil pengukuran katakteristik dioda bias maju. Untuk

daerah linear baik silikon maupun germanium seperti tabel di bawah ini:

Dioda Silikon Dioda germanium

Ir (mA) Vr Ir (mA) Vr

20 3

40 6

6 9

2. Buat karakteristik pendekatan dioda pada sumbu tegangan arus,

tentukan koordinat arus dan tegangan dari hasil pengukuran.

3. Tarik garis lurus yang menghubungkan ketiga titik koordinat, sehingga

memotong sumbu tegangan pada Ir = 0.

4. Dari grafik pendekatan di peroleh :

Untuk dioda silikon : Vknee = ........V

Untuk dioda germanium : Vknee = ........V

5. Dari karakteristik pendekatan tentukan resistansi dinamis dari dioda.

D. Menentukan garis beban dioda

Rd=∆v∆ i

1. Rakitlah rangkaian dioda germanium seperti pada gambar diatas.

2. Hidupkan catu daya atur pada tegangan 1,5 Volt

3. Ukurlah tegangan jatuh :

Vf = 0,3955Volt

Vout = 1,1Volt

4. Dengan cara yang sama, buatlah garis beban untuk Vs= 1 Volt dan R

= 470 Ω.

5. Dari kurva diperoleh nilai :

Vf = 0,2998Volt

Vout = 0,702Volt

6. Ulangi langkah 6 dan 7

Vf = 0,3354Volt

Vout = 1,162Volt

7. Ulangi langkah-langkah diatas untuk dioda silikon dengan Vs = 3 Volt

dan R = 100 Ω.

Vf = 6,22 x 10-4V

Vout = 2,49 V

C. Dioda Zener

1. Karakteristik dioda Zener

1. Rakitlah dioda zener seperti pada gambar 2.3 a diatas

2. Pastikan catu daya dalam kondisi minimum. Kemudian hidupkan.

3. Naikkan tegangan catu daya perlahan-lahan, sehingga amperemeter

menujukkan harga seperti dalam tebel pengukuran 2.4

4. Baca dan catat penunjukan Voltmeter untuk setiap langkah

penunjukan amperemeter ke dalam tebel pengukuran.

5. Kembalikan pengatur tegangan ke posisi awal........................

6. Ubalah posisi dioda zener seperti pada gambar 2.3 b.

7. Naikkan tegangan catu daya perlahan-lahan sehingga amperemeter

menunjukkan harga seperti pada tabel pengukuran 2.

8. Kembalikan pengatur tegangan pada posisi semula.

9. Ulangi untuk dioda zener yang mempunyai tegangan zener lain.

Data Percobaan

Tabel 2.1

I

(mA

)

0,06 0,6 3 6 20 30 40 60

Vf0,612

V

0,685

V

0,742

V

0,764

V

0,802

V

0,814

V

0,823

V

0,833

V

Tabel 2.1

I

(mA

)

0,06 0,6 3 6 20 30 40 60

Vr0,665

V

0,724

V

0,769

V

0,788

V

0,825

V

0,840

V

0,825

V

0,866

V

D. Dioda zener sebagai penstabil tegangan.

1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.4.

2. Atur tegangan catu daya pada tengangan 8 Volt

3. Ukur tegangan pada terminal keluaran.

Vout = 7,89 V

4. Naikkan tegangan catu daya menjadi 9 Volt.

5. Ukur tegangan pada terminal keluarannya.

Vout = 8,87 V

6. Naikkan tegangan catu daya menjadi 10 V.

7. Ukur tegangan pada terminal keluarannya.

Vout = 9,98V

8. Gantilah RL menjadi 1 K.

9. Ulangi langkah 2 sampai langkah 7.

10. Gantilah RL menjadi 220.

11. Ulangi langkah 9.

12. Ulangi langkah diatas untuk dioda zener 6,2 dengan sumber tegangan

7,8 dan 9 V.

RL Vs

8 9 10

1K 7,21V 8,17V 9,88V

220 7,76V 8,81V 9,61V

10 K 7,89V 8,87V 9,98V

RL Vs

7 8 9

1K 6,37V 7,27V 8,21V

220 4,81V 5,54V 6,19V

10 K 6,95V 7,93V 8,95V

Analisa

1. Perhitungan table 1.1 pengukuran 1 Dioda Silikon

Rf = VfIf

= 0,6V0,06

=10 Ω

Rf = VfIf

= 0,7V0,6

= 1,17 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V3,00

= 0,3 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V6,00

= 0,15 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V20

= 0,045 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V30

= 0,03 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V40

= 0,225 Ω

Rf = VfIf

= 0,9V60

= 0,015 Ω

2. Perhitungan table 1.2 pengukuran 2 dioda silicon

Rf = VrIr

= 1V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 2V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 5V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 10V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 15V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 20V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 25V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 30V0

= ∞ Ω

3. Perhitungan table 1.3 pengukuran 1 dioda germanium

Rf = VfIf

= 0,05V0,01

= 5 Ω

Rf = VfIf

= 0,2V0,10

= 2 Ω

Rf = VfIf

= 0,3V0,05

= 0,6 Ω

Rf = VfIf

= 0,3V1,00

= 0,3 Ω

Rf = VfIf

= 0,4V3,0

= 0,13 Ω

Rf = VfIf

= 0,5V6,0

= 0,08 Ω

Rf = VfIf

= 0,6V10

= 0,015 Ω

4. Perhitungan table 1.4 pengukuran 4 dioda germanium

Rf = VrIr

= 0V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 1V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 3V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 4V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 6V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 8V0

= ∞ Ω

Rf = VrIr

= 10V0

= ∞ Ω

5. Perhitungan menentukan garis beban

Vout = Vs - Vf = 1,5 V – 0,3955 V = 1,104 V

Vout = Vs - Vf = 1V – 0,2998 V = 0,7 V

Vout = Vs - Vf = 1,5 V – 0,3354 V = 1,164 V

Vout = Vs - Vf = 3 V – 6,22 x 10-4 V = 2,99 V

KESIMPULAN

1. Bias maju pada dioda silicon dan germanium harus menggunakan

range terendah sedangkan bias mundur pada dioda silicon dan germanium

harus menggunakan range tertinggi.

2. Dioda semikonduktor dan dioda zener memiliki fungsi masing-masing

dalam mengatur tegangan.

3. Rangkaian yang dibuat harus sesuai sehingga tegangan yang

diperoleh juga sesuai.

4. Letak dioda harus diperhatikan agar hasilnya sesuai.