LAPORAN R-LAB

Pengukuran Lebar Celah

Nama : Randy Tandian

NPM : 1206217156

Group : B6

Fakultas / Jurusan : Teknik / Teknik Mesin

Nomor Percobaan : LR03 – Karakteristik V I Semikonduktor

Tanggal Percobaan : 14 Maret 2013

Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

(UPP-IPD)

Universitas Indonesia

KARAKTERISTIK V I SEMIKONDUKTOR

Tujuan

Mempelajari hubungan antara beda potensial ( V ) dan arus listrik ( I ) pada semikonduktor

Peralatan

1. Bahan semikonduktor

2. Amperemeter

3. Voltmeter

4. Variable power supply

5. Camcorder

6. DAQ dan perangkat pengendali otomatis

Teori

Semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara

isolator dankonduktor dan sering disebut sebagai bahan setengah penghantar listrik.

Semikonduktorbersifar isolator pada saat temperatur yang sangat rendah, dan pada

temperatur ruangandapat bersifat konduktor. Bahan semikonduktor yang sering digunakan

adalah silikon,germanium, dangallium arsenide. Pada suhu yang rendah

semikonduktormurni bekerja seperti insulator yang baik. Tapi ketika berada dalam suhu

tinggi danterkena cahaya, serta tidak murni semikonduktor, maka material

semikonduktortersebut mengalami kenaikan konduktivitas yang pesat yang dapat

mendekatikonduktivitas material logam.

Semikonduktor pada umumnya melingkupi elemen dan senyawa kimiaseperti,

silicon, germanium, arsenic, zinc selenide, dan lain-lain. Materialsemikonduktor, seperti

juga material-material lainnya terdiri atas atom-atom yangberukuran sangat kecil. Atom-

atom ini terdiri atas nukleus (inti) yang dikelilingi olehsejumlah elektron. Nukleus sendiri

terdiri atas neutron dan proton. Proton bermuatanpositif, elektron bermuatan negatif,

sedangkan neutron netral. Elektronelektron yangmengelilingi nukleus ini tersebar pada

beberapa lapisan kulit dengan jarak tertentudari nukleus, dimana energinya semakin

meningkat seiring dengan meningkatnya jarak dari setiap lapisan kulit terhadap nukleus.

Elektron pada lapisan terluar disebutelektron valensi.

Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi

panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh material ini akan

mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Jika pada material semi konduktor ,

pertambahan kalor / panas akan mengurangi nilai hambatan material tersebut. Peristiwa

dispasi panas dan perubahan resistansi bahan semi konduktor ini saling berkaitan.

Gambar 1. Rangkaian tertutup semikoduktor

Cara Kerja

Eksperimen rLab ini dapat dilakukan dengan cara masuk ke

http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory kemudian masuk ke jadwal praktikan , klik LR-03

karakteristik V I semikonduktor.

1. Memperhatikan halaman web percobaan karakteristik VI semikonduktor.

2. Memberikan beda potensial dengan member tegangan V1.

3. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button di

sebelahnya.

4. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan.

5. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8.

Catatan : Data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi

beda potensial tertentu (misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu

dengan data berikutnya.

Tugas & Evaluasi

1. Memperhatikan data yang diperoleh praktikan , apakah terjadi perubahan

tegangan dan arus untuk V1, V2, V3, V4, dan V5 ?. Bila terjadi perubahan

jelaskan secara singkat mengapa hal tersebut terjadi (analisa dan bila tidak

terjadi jelaskan pula mengapa demikian.

2. Mendapatkan nilai rata rata beda potensial yang terukur dan arus yang

terukur untuk V1, V2, V3 hingga V8.

3. Membuat grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan

I yang terukur (lihat tugas 2).

4. Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I jelaskan mengapa bentuknya

seperti itu

5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kita menggunakan hukum

Ohm dalam peristiwa ini?.

6. Memberikan kesimpulan terhadap percobaan ini.

Vn V(Volt) I(mA) Vrt (V) Irt (mA)

V1 0.43 3.91 0,44 3,91

0.43 3.91

0.43 3.91

0.43 3.91

0.43 3.91

V2 0.89 7.82 0,93 7,82

0.89 7.82

0.89 8.15

0.89 8.15

0.89 8.15

V3 0.85 7.49 1,37 11,532

0.85 7.49

0.86 7.49

0.86 7.82

0.86 7.82

V4 1.82 16.94 1,776 15,118

1.82 16.94

1.82 16.94

1.82 16.62

1.82 16.94

V5 2.18 20.85 2,27 19,944

2.18 20.85

2.18 20.85

2.18 21.18

2.18 21.51

V6 2.77 27.70 2,85 26,264

2.77 27.70

2.77 27.70

2.77 28.02

2.76 28.35

V7 3.07 32.26 3,154 30,302

3.07 32.26

3.06 32.91

3.06 33.24

3.05 33.56

V8 3.51 38.12 3,6 36,692

3.50 38.77

3.49 39.43

3.49 39.75

3.48 40.40

Pengolahan Data dan Evaluasi A. Nilai rata-rata beda dan arus yang terukur untuk V1 hingga V8

B. Grafik Hubungan Vrata-rata dengan Irata-rata

Vrata-rata (V) I rata-rata (mA) 0,44 3,91

0,93 7,82

1,37 11,532

1,776 15,118

2,27 19,944

2,85 26,264

3,154 30,302

3,6 36,692

C. Bentuk kurva hubungan V vs I

Bedarsarkan dari grafik diatas kita tahu bahwa bentuk dari grafik antara

beda potensial dengan kuat arus berbanding lurus. Hal ini ditunjukkan dari

bentuknya yang mendekati garis lurus. Tetapi kita bisa melihat ada sedkit

penyimpangan. Hal ini bisa terjadi karena banyak hal, salah satunya karena

adanya perubhana suhu pada semi konduktor.perubahan suhu pada semi

konduktor menhyebabkan perubahan nilai hambatannya. Apabila nilai

hambatannya berubah, maka nilai arus yang tercatat pada alat ukur akan

berubah pula.walaupun begitu, karena deviasi yang terjadi tidak terlalu berarti

maka peramaan hubungan antara tegangan ( V ), kuat arus ( I ) dan hambatan ( R )

adalah dapat ditulis sebagai berikut

V = I . R

Dimana nilai R tidak ada hubunganya dengan nilai beda potensial. Tetapi nilai

R disini berpengaruh terhadap nilai I yang tercatat pada alat ukur

D. Nilai hambatan yang digunakan berdasarkan kurva V vs I

Berdasarkan data percobaan, dapat kita tentukan nilai hambatan yang

digunakan berdasarkan kurva tersebut dapat dicari dengan menggunakan

metode least square dimana dapat diperoleh hubungan sebagai berikut,

V = R I

y = a x + b

dimana:

y = V

b = R

x = I

Perhitungan nilai hambatan berdasarkan beda potensial dan kuat arus dengan

metode least square. Berikut tabel hubungan antara beda potensial rata-rata (Y)

dan kuat arus rata-rata (X):

Xi Yi Xi2 Yi2 XiYi

0,44 3,91 0,1936 15,2881 2,95977616

0,93 7,82 0,8649 61,1524 52,89071076

1,37 11,532 1,8769 132,987024 249,6033453

1,776 15,118 3,154176 228,553924 720,8993018

2,27 19,944 5,1529 397,763136 2049,633663

2,85 26,264 8,1225 689,797696 5602,881786

3,154 30,302 9,947716 918,211204 9134,104285

3,6 36,692 12,96 1346,302864 17448,08512

Jumlah 16,39 151,582 42,272692 3790,056348 35261,05799

Nilai a,

N( x y ) x y a i i i i

Nx 2 (x )

2 i i

a 0,2241

dan

x 2 y x ( x y )

b

Nx 2 (x )

2

b 0,0968

Nilai a = R, sehingga nilai hambatan yang diperoleh adalah 0,2141 dengan satuan a

adalah V/mA, sehingga

R = 224,1 Ohm

2

dengan kesalahan relatif sebesar,

= ( 1

8 2 ) [3790,056348

(42,272692)(16,39) 2(151,582)(35261,058)(151,582) 8(35261,058)2 ] 8(2828,17302) (130,862)2

= 3,64

sehingga,

= 3,94 8

8(42,272692) (16,39) 2

= 0,12

dan

= 0,1157

42,272692

8(42,272692) (16,39) 2

= 2,8

Maka, besar kesalahan relatif,

TK: 0,1157 /2,956 x 100% = 3,8 %

E. Analisis Hukum Ohm V = I R

Hukum Ohm, hubungan V = I R dapat digunakan untuk menghitung nilai

hambatan dalam suatu rangkain apabila rangkain tersebut mempunyai hambatan yang

tetap. Tetapi pada rangkain percobaan kali ini. Nilai hambatan dari superkonduktor

berubah ubah sebnading dengan perubahan suhu dari semikonduktor itu sendiri. Oleh

karena itu, untuk menghitung hambatan yagn ada pada semi konduktor kita

menggunakan persamaan sebagai berikut :

.

Analisis Data

R L

A

A. Analisa Percobaan

Percobaan karakteristik V I Semikonduktor dilakukan dengan metode R-Lab,

yaitu percobaan yang menggunakan komputer sebagai media pembelajarannya.

Pada percobaan R lab ini, yang perlu kita sipakan lebih dahulu adalah,

komputer yang sudah terhubung dengan internet, koneksi internet sagatlah

penting karena alat percobaan berada di server ui. Tanpa adanuya koneksi

internet kita tidak akan bisa melakukan percobaan r lab.

Tujuan dari percobaan ini adalah mengetahui hubungan antara V dan I pada

semikonduktor. Oleh karena itu, pada percobaan kali ini kita melakukan pemberian

beda potensial pada semikonduktor yang nilainya berbeda beda. Pada langakah

yang pertama, teganan yang kita berikan adalah yang terkecil. Selanjutnya,

secara bertahap, kita menambah tegangan ataupun beda potensial yang kita

berikan. Langakah penambahan beda potensial ini kita lakukan sampai

mendapatkan delapan buah macam beda potensial.

Pada percobaan kali ini, untuk setiap beda potensial atau tegangan yang

diberikan, dilakukan pengukuran dan pengambilan data sebanyak 5 kali. Hal ini

bertujuan untuk mendapatkan variasi data. Sehingga data yang kita dapatkan nanti

hasilnya lebih akurat.

Selama percobaan dilakukan, suhu pada ruangan tempat dilakukannya

percobaan tidak berubah ubah, sehingga nilai hambatan dari semikonduktor tidak

berubah juga. Kita tahu bahwa nilai hambatan dari semikonduktor sangatlah

tergantung pada suhu ruangan. Bila suhu ruangan berubah ubah maka nilai

hambatan dari semikonduktor akan ikt berubah ubah juga. Karena pada percobaan

semikondutor ini nilai hambatan tidak berubah secata signifikan maka hasil yang

didapat dari percobaan ini, untuk hubungan antara V dan I akan mendekati nilai

linier

B. Analisis Kuantitatif

Seperti yang diungkapkan pada analisis percobaan taddi bahwa untuk

setiap nilai tegangan atau beda potensial yang diberikan pada semikonduktor kita

melakukan 5 kali pengambilan nilai atai pengukuran. Dari kelima nilai ini, kita akan

mencari nilai rata ratanya terlebih dahulu. Contohnya pada nilai tegangan yang

pertama yang diberilkan pada semikonduktor. Kita mendapatkan nilai 5 buah . Dari

kelima buah nilai data ini, baik itu nilai tegangan ataupun kuat arusnya kita melakuan

perhitungan untuk mendapatkan nilai rata ratanya. Caranya adalah dengan

menjumlahkan semua nilai kemudian di bagi dengan banyaknya data yang dijumlah

ataupun nilainuya. Ini adalah persamaan untuk menghitung

rata rata dari tegangan atau bedap potensial

Vrata-rata v ke-n =

V1 V2 V3 V4 V5

5

Setelah mendapatkan nilai rata rata dari kuat arus dan beda potensial.

Langakh selnjutnya adalah mencari nilai dari hambatan dengan metode least square.

Untuk persamaan grafik least squarenya adalah sebagai berikut :

V = R I y = b x + a

dengan, y = V

b = R

x = I

Setelah melakukan perhitungan least square seperti diatas, kita akan

mendapatakan nilai hambatan dari semikondukotr. Dimana nilai hambatannya

adalah sama dengan nilai dari b atau nilai gradiaen dari persamaan diatas. Untuk

mencari tahu nilai kesalahan, maka kita harus melakukan perhitungan lagi, berikut ini

adalah persamaan yang digunkan untuk mendapatkan nilai kesalahan.

maka

maka, tingkat kesalahan relatif

TK: δm/δb x 100%

C. Analisis Kualitatif dan Grafik

Melihat grafik hasil percobaan kita diatas, kita tahu bahwa besarnya V

sebganding dengan nilai dari I. Selain itu, kuat arus yang terjadi juga

dipengaruhi oleh nilai dari hambatan. Dapat dituis seperti berikut .

V ~ I , I ~ 1/R

Hubungan antara beda potensial dengan kuat arus juga dijelakan pada hukum Ohm.

Dimana pada hukum Ohm dinyatakan bahwa. Besarnya beda potensial sebanding

dengan kuat arus yang mengalir dan hambatan yang ada. Untuk nilainya, nilai dari

beda potensial adalah hail perkalian antara hambatan dengan kuat arus yang

mengalir. Hal ini menjelaskan pula hubngan antara hamabatan pada

semikonduktor dengan arus yang mengalir pada rangkaian. Pada semikondukotr,

hambatan hanyalah dipengaruhi oleh besarnya suhu yang terjadi. Hal ini bisa

dijelaskan dengan persamaan sebagai berikut

R L

A

Grafik yang dibuat adalah grafik hubungan antara hambatan dengan kuat arus

yang mengalir. Dari grafik ini kita tahu bahwa kuat arus yang mengalir hampir

berbanding lurus dengan tegangan yang diberikan. Hal ini ditunjukan dari bentuk

grafik yang hampir mendekati garis lurus bila dihubungkan. Secara teori, karena

bahan yang dibunakan sebagai hambatan adalah sama, yaitu semikonduktorm

maka grafik yang terjadi haruslah linear sempurna. Tetapi pada kenyataanya grafik

yang dibuat tidak menunjukkan hal itu. Keanehan ini terjadi karena pada

semikondukotr, nilai hambatannya dipengaruhi juga oleh suhunya. Pada saat awal,

belumada aliran arus listrik suhu semi konduktor masih dingin. Tetapi pada saat

percobaan berikutnya.semikonduktor telah dilalui arus dari percobaan

sebelumnya. Karena ada arus inilah. Suhu semikonduktor meningkat dan

mempengaruhi nilai hambatannya. Karena nilai hambatannya tidak tetap, maka nilai

dari arus yang tercatat pada alat ukur juga berbeda beda, tidak menunjukkan nilai

yang sama dengan teorinya.

Kesimpulan

Setelah melakukan percobaan diatas, kesimpulan yang kita dapat adalah sebagai berikut :

a. Nilai hambatan dari suatu semikonduktor dipengaruhi oleh suhu. b. Nilai suhu pada semi konduktor berbanding terbalik dengan besarnya hambatannya

c. Besar hambatan dari suatu semikonduktor tidak dipengaruhi oleh besar

tegangan dari sumber tegangan.

d. Hukum Ohm berlaku pada bahan semikonduktor, tetapi besar nilai hambatan jenisnya

Daftar Pustaka

Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engineers, Third Edition, Prentice Hall, NJ,

2000.

Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition, Extended

Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

P.A., Tipler. 2001. Fisika Untuk Sains dan Teknik.(Terjemahan Ed.3 Jilid. 2.

Jakarta: Erlangga

Link RLab

http://sitrampil7.ui.ac.id/lr03