MAKALAH REKAYASA BAHANSAMBUNGAN P-N SEBAGAI PENYEARAH, KAPASITOR, DAN SAKLAR

Disusun Oleh :

Robertus Raditya (2413100097)Arfiq Isa Abdillah (2413100103)Rio Akbar Yuwono (2413100106)Ratri Kartika Sari (2413100109)

S1 TEKNIK FISIKAINSTITUT TEKNOLOGI SEPULUH NOPEMBER

SURABAYA2015

1KATA PENGANTAR

Puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat rahmat-Nya kami bisa menyelesaikan makalah tentang Sambungan P-N sebagai Penyearah, Kapasitor, dan Saklar. Makalah ini diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Rekayasa Bahan.

Kami mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan tepat pada waktunya. Makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu, kritik dan saran yang bersifat membangun sangat kami harapkan demi sempurnanya makalah ini. 

Semoga makalah ini memberikan informasi bagi masyarakat dan bermanfaat untuk pengembangan wawasan dan peningkatan ilmu pengetahuan bagi kita semua.

Surabaya, 20 September 2015

Penyusun

ii

2DAFTAR ISI

Halaman Judul i

Kata Pengantar ii

Daftar Isi iii

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 1

1.3 Tujuan 1

BAB II DASAR TEORI 2

2.1 Sambungan P-N 2

2.2 Kapasitor 2

2.3 Penyearah 3

2.4 Saklar 4

BAB III PEMBAHASAN 5

3.1 Sambungan P-N sebagai Penyearah 5

3.2 Sambungan P-N sebagai Kapasitor 7

3.3 Sambungan P-N sebagai Saklar 8

BAB IV PENUTUP 9

4.1 Kesimpulan 9

DAFTAR PUSTAKA 10

iii

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANGDalam menyajikan sifat fisis dasar semikonduktor, makalah ini membahas

mengenai sambungan P-N. Dimana sambungan P-N sebagai penyearah,

kapasitor dan saklar.

Semikonduktor adalah bahan dengan konduktivitas listrik yang berada

diantara isolator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan

setengah penghantar listrik. Semikonduktor bersifat sebagai isolator jika tidak di

beri arus listrik dengan besaran arus tertentu. Semikonduktor juga bersifat

konduktor untuk penguat listrik.

Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronika karena

konduktansinnya yang dapat diubh-ubah dengan cara mendonor electron. Alat

semikonduktor adalah sejumlah komponen elektronik yang menggunakan sifat-

sifat semikonduktor yaitu silicon, Germaniun. Contohnya tabung hampa alat ini

menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat. Alat-alat semikonduktor

dapat ditemukan dalam bentuk potongan-potongan seperti transistor, diode.

1.2 RUMUSAN MASALAHDari Latar Belakang diatas maka rumusan masalah pada makalah ini adalah

sebagai berikut:

1. Bagaimana prinsip sambungan P-N sebagai penyearah, Kapasitor dan

saklar?

1.3 TUJUANDari rumusan masalah diatas maka tujuan pada makalah ini adalah sebagai

berikut :

1. Mengetahui prinsip sambungan P-N sebagai penyearah, Kapasitor dan

saklar

1

BAB IIDASAR TEORI

2.1 Sambungan P-N

Gambar 2.1 Sambungan P-N

Dioda merupakan komponen listrik yang berfungsi sebagai penyearah arus

yang terbuat dari bahan semikonduktor yang memanfaatkan sambungan P-N.

semikonduktor sambunagn p-n merupakan semikonduktor yang

menggabungkan tipe P (jenis yang mayoritas membawa hole) dengan tipe N

(jenis yang mayoritas membawa electron). Suatu semikonduktor dapat dijadikan

tipe P atau tipe N tergantung pada dopping yang akan dilakukan. Apabila

semikonduktor di dopping oleh hole maka dikatakan semikonduktor tersebut tipe

P, sedangkan apabila semikonduktor di dopping tipe electron maka dikatan

semikonduktor tipe N.

2.2 Kapasitor

Kapasitor merupakan komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan

listrik. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat bahan metal yang

dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum

dikenal sebagai udara vakum, keramik, gelas. Jika kedua ujung plat diberi

tegangan listrik, maka muatan-muatan postif akan mengumpul pada salah satu

kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negative

terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.

2

Gambar 2.2 Kapasitor

Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negative dan

sebaliknya muatan negative tidak bias menuju ke ujung kutub positif karena

terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif.

Muatan elektrik selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam

bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan muatan

positif dan negative di awan.

2.3 Penyearah

Penyearah adalah rangkaian elektronika yang berfungsi menyearahkan

gelombang arus listrik yang semula berupa arus bolak balik (AC) jika dilewatkan

rangkaian penyearah akan berubah menjadi arus searah (DC). Terdapat dua

rangkain penyearah yaitu penyearah gelombang penuh dan penyearah

setengah gelombang.

Gambar 2.3 Rangkaian Penyearah

3

2.4 Saklar

Saklar atau switch merupakan komponen elektronika yang berfungsi untuk

memutuskan jaringan listrik atau menghubungkannya. Saklar dapat digunakan baik

pada jaringan listrik arus lemah maupun arus kuat. Secara sederhana, saklar terdiri

dari dua bilah logam yang menempel pada suatu rangkaian dan bisa terhubung atau

terpisah dengan kondisi on atau off. Transistor juga dapat digunakan sebagai saklar

atau switch. Jika sebuah transistor berada dalam keadaan saturasi, transistor

tersebut seperti sebuah switch yang tertutup (on) dari kolektor ke emitter. Jika

transistor tersumbat (cutoff), transistor seperti sebuah switch yang terbuka (off).

Gambar 2.4 Rangkaian Switching Transistor

4

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Sambungan p-n sebagai Penyearah

Sambungan P-N disebut juga sebagai diode. Pada pembuatannya material

tipe P dan tipe N bukan disambung secara harfiah melainkan dari suatu bahan

(monolithic) dengan memberi doping (impurity material) yang berbeda jika

diberi tegagan maju. Tegangan pada sisi P lebih besar dari sisi N, electron

dapat dengan mudah mengalir dari sisi N mengisi kekosongan pada sisi P,

sebaliknya jika di beri tegangan balik. Maka tidak ada electron yang mengalir

dari sisi N untuk mengisi kekosongan pada sisi P, karena tegangan potensial

pada sisi N lebih tinggi.

Dioda hanya bias mengalirkan arus pada satu arah saja, sehingga hanya bias

dipakai pada aplikasi rangkain penyearah (rectifier).

Gambar 3.1 Doping (Impurity Material)

Penyambungan tipe p dengan tipe n yang dilakukan dalam proses peleburan,

semikonduktor sebagai pembawa hole ialah tipe p sedangkan pembawa

electron ialah tipe n, jika disambungkan electron akan berdifusi menembus

daerah sambungan yang mengisi hole, seperti pada gambar 3.1 akibatnya

akan timbul polarisai yang akan menghasilkan medan litrik yang menghambat

gerakan electron. Selain itu polarisasi akan mengakibatkan lapisan perintah

5

(lapisan pengososngan) yaitu daerah sambungan dari semikonduktor yang

terbatas dari pembawa muatanlapisan ini berfungsi sebagai penghalang gerak

electron untuk menembus daerah sambungan.medan listrik yang timbul akan

menghasilkan beda potensial untuk silicon 0.6 volt sedangkan germanium 0,2

volt.

Gambar 3.2 Tegangan maju (Forward Bias)

Ketika diode memiliki sumber tegangan, maka daerah deplesi pada

sambungan P-N akan menyempit dan muatan postif dan negative mulai

mengisi daerah tersebut. Sehingga disebut dengan proses kerja dioda

Gambar 3.3 Reverse Bias

Peristiwa ini merupakan kebalikan dari forward bias. Dimana pada daerah

deplesi melebar, sehingga muatan arus tidak bias mengisi daerah tersebut.

Melebarnya daerah deplesi di akibatkan karena muatan pada sambungan P-N

tertarik oleh sumber tegangan.

6

3.2 Sambungan p-n sebagai Kapasitor

Kapasitor terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah

lapisan metal-oksida. Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah

kapasitor polar dengan tanda + dan – di badannya. Kapasitor ini dapat memiliki

polaritas karena proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga

terbentuk kutub positif anoda dan kutub negatif katoda (sambungan P-N).

Gambar 3.4 Sambungan P-N sebagai Kapaistor

Beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium, niobium,

zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk

lapisan metal-oksida. Contoh dari kapasitor ini yaitu Elco / kondensator.

Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses

penyepuhan emas. Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium

borate) lalu diberi tegangan positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan

negatif (katoda). Oksigen pada larutan electrolyte terlepas dan mengoksidasi

permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan Aluminium, maka akan terbentuk

lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya.

Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan

electrolyte (katoda) membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida

sebagai dielektrik. Lapisan metal-oksida ini sangat tipis, sehingga dapat dibuat

kapasitor yang kapasitansinya cukup besar. Karena alasan ekonomis dan praktis,

umumnya bahan metal yang banyak digunakan adalah aluminium dan tantalum.

Untuk mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya

digulung radial. Sehingga dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang

kapasitansinya besar.

Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut

kapasitor elco. Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada

juga yang padat. Disebut electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan

7

electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya, melainkan bahan lain yaitu

manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa memiliki kapasitansi

yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena seluruhnya

padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini

juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor

Tantalum menjadi relatif mahal.

3.3 Sambungan p-n sebagai Saklar ( Switch)

Pada dasarnya sambungan P-N (diode) adalah suatu saklar (switch) atau

komponen yang electron akan dengan mudah mengalir melaluinya dalam satu arah

namun tidak dalam arah sebaliknya.

Contoh sambungan P-N sebagai saklar ada pada photodiode. Photodioda dibuat

dari semikonduktor dengan bahan yang populer adalah silicon ( Si) atau galium

arsenida ( GaAs), dan yang lain meliputi InSb, InAs, PbSe. Material ini menyerap

cahaya dengan karakteristik panjang gelombang mencakup: 2500 Å – 11000 Å

untuk silicon, 8000 Å – 20,000 Å untuk GaAs. Ketika sebuah photon (satu satuan

energi dalam cahaya) dari sumber cahaya diserap, hal tersebut membangkitkan

suatu elektron dan menghasilkan sepasang pembawa muatan tunggal, sebuah

elektron dan sebuah hole, di mana suatu hole adalah bagian dari kisi-kisi

semikonduktor yang kehilangan elektron. Arah Arus yang melalui sebuah

semikonduktor adalah kebalikan dengan gerak muatan pembawa.cara tersebut

didalam sebuah photodiode digunakan untuk mengumpulkan photon –

menyebabkan pembawa muatan (seperti arus atau tegangan) mengalir/terbentuk di

bagian-bagian elektroda. Photodiode dalam kondisi close circuit dapat dianalogikan

seperti saklar.

Gambar 3.5 Photodiode

8

BAB IV

KESIMPULAN

4.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan yang dapat diambil antara lain :

1. Sambungan p-n dapat berfungsi sebagai penyearah, kapasitor dan saklar

2. Pada dasarnya sambungan p-n (atau diode) adalah suatu saklar (switch)

atau komponen yang elektron-elektronnya akan dengan mudah mengalir

melaluinya dalam satu arah, tetapi tidak dalam arah yang berlawanan.

9

DAFTAR PUSTAKA

Sze, S.M. Physics of Semiconducter Devices 3rd Edition. 2007. John Wiley and

Sons

10

LAMPIRAN

Robertus Raditya : Cover, Kata Pengantar, Bab 3, Bab 4

Arfiq Isa Abdillah : PPT dan print

Rio Akbar Yuwono : Bab 1 dan bab 2

Ratri Kartika Sari : Bab 1 dan Bab 2

11