modul rangkain dioda

Praktikum Rangkaian Elektronika

MODUL PRAKTIKUM RANGKAIAN ELEKRONIKA

DEPARTEMEN ELEKTROFAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK 2010


MODUL I

DIODA SEMIKONDUKTOR DAN APLIKASINYA

1. RANGKAIAN PENYEARAH & FILTER

A. TUJUAN PERCOBAAN

Mengamati dan memahami cara kerja beberapa rangkaian dioda sebagai penyearah.

B. TEORI

Penyearah setengah gelombang adalah rangkaian yang mengubah tegangan AC menjadi

tegangan DC berdenyut. Sumber tegangan AC yang biasa digunakan adalah transformator

penurun tegangan (step down). Pada siklus positif dari tegangan masukan, dioda akan dibias maju

(forward bias) dan pada siklus negatif dari tegangan masukan, dioda akan dibias mundur (reverse

bias).

Gambar 1.1. Rangkaian penyearah setengah gelombang

Tegangan yang muncul di R1 merupakan tegangan DC berdenyut yang memiliki nilai

efektif Vrms = untuk VM = tegangan maksimum.

Gambar 1.2 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh. Pada siklus positif

tegangan masukan, D2 dan D3 dibias maju dan selama siklus negatif, dioda D1 dan D4 dibias

maju. Arus yang mengalir melalui tahanan beban memiliki arah yang sama kedua setengah siklus

tersebut.


Gambar 1.2. Rangkaian penyearah gelombang penuh.

Rangkaian filter digunakan untuk mengubah sinyal keluaran penyearah setengah

gelombang dan gelombang penuh menjadi tegangan DC yang memiliki ripple kecil. Hal ini

dapat diterapkan pada rangkaian sebelumnya dengan menambahkan komponen berupa kapasitor

yang dapat menyimpan muatan ketika potensial naik dan melepaskan muatan pada saat potensial

turun.

Gambar 1.3. Rangkaian penyearah dengan filter C

C. Percobaan 1A. Penyearah Setengah Gelombang

Alat dan Bahan :1 buah transformator step down1 buah dioda (1N4002 / 1N4007 / 1N4148)1 buah resistor (10K)1 unit osiloskop Hameg HM303-6 + probe

Unjuk Kerja :1. Ukur tegangan puncak-ke-puncak (peak-to-peak) dari kumparan sekunder transformator

dengan cara menghubungkan probe negatif dari osiloskop ke terminal 0 Volt dan probe

positif ke terminal 12 Volt. Atur terlebih dahulu tombol input coupling dari osiloskop

(gambar 1.4 tombol no.

29) ke posisi AC.


Gambar 1.4 Tombol input coupling dari osiloskop Hameg HM303-6

Bandingkanlah hasil pembacaan osiloskop dengan rating yang tertera pada transformator.

Apakah keduanya menunjukkan perbedaan ? Mengapa hal itu dapat terjadi ? Lalu jenis

tegangan apakah yang dibaca oleh osiloskop dan jenis tegangan apakah yang tertera pada

transformator ?

2. Susun dioda dan resistor seperti gambar 1.1 lalu hubungkan rangkaian tersebut ke terminal

transformator yang terdapat pada panel praktikum.

3. Ukurlah tegangan maksimum dari output rangkaian penyearah, yakni tegangan antara titik 2

dan 3 pada gambar 1.1 dengan input coupling dari osiloskop pada posisi DC.

Percobaan 1B. Penyearah Gelombang Penuh

Alat dan Bahan :1 buah transformator step down4 buah dioda (1N4002 / 1N4007 / 1N4148)1 buah resistor (10K)1 unit osiloskop Hameg HM303-6 + probe

Unjuk Kerja :

1. Ulangi langkah 1 dari percobaan 1A.

2. Susun keempat dioda dan resistor seperti gambar 1.2 lalu hubungkan rangkaian tersebut ke

terminal transformator yang terdapat pada panel praktikum.



Percobaan 1C. Penyearah Gelombang Penuh dengan Filter Kapasitor

Alat dan Bahan :1 buah transformator step down4 buah dioda (1N4002 / 1N4007 / 1N4148)


1 buah resistor (10K)2 buah kapasitor berorde mikroFarad1 unit osiloskop Hameg HM303-6 + probe

Unjuk Kerja :

1. Ulangi langkah 1 dari percobaan 1A.

2. Susun keempat dioda, resistor, dan kapasitor berorde mikroFarad ( yang lebih rendah nilai

kapasitansinya ) seperti gambar 1.3 lalu hubungkan rangkaian tersebut ke terminal

transformator yang terdapat pada panel praktikum. Biasanya kapasitor yang dipakai

merupakan kapasitor elektrolit. Perhatikan polaritas dari kapasitor yang bersangkutan. Jangan

sampai terbalik polaritasnya !!!



4. Ubahlah input coupling dari osiloskop menjadi AC, lalu ukurlah tegangan peak-to-peak dari

output rangkaian penyearah. Tegangan yang terukur disini adalah tegangan ripple dari

rangkaian penyearah yang bersangkutan.

5. Ulangi langkah 2 dengan menggunakan kapasitor berorde mikroFarad ( yang lebih tinggi

nilai kapasitansinya ).

6. Ulangi langkah 3 dan 4.

2. PENJEPIT TEGANGAN (CLAMPING CIRCUIT)

TUJUAN PERCOBAAN

Mengamati dan memahami cara kerja beberapa rangkaian dioda sebagai penjepit

tegangan.


TEORI

Penjepit tegangan adalah rangkaian yang inputnya berupa gelombang dan

bentukvoutputnya sama dengan input namun tegangannya dijepit pada polaritas yang ditentukan.

Gambar 2.1 menunjukkan gelombang pada ujung negatif dijepit menjadi nol sehingga

menghasilkan output yang positif murni dan gambar 2.2 menunjukkan gelombang pada ujung

positif dijepit menjadi nol sehingga menghasilkan output yang negatif murni.

JALAN PERCOBAAN

1. Susun rangkaian seperti gambar 2.1

2. Ukur tegangan peak-to peak VA dan VB dengan osiloskop dan gambar bentuk gelombangnya.

3. Ulangi prosedur 1 dan 2 untuk rangkaian gambar 2.2 dan 2.3.

3. RANGKAIAN PEMOTONG TEGANGAN (CLIPPER CIRCUIT)

TUJUAN PERCOBAAN

Mengamati dan memahami cara kerja beberapa rangkaian dioda sebagai pemotong tegangan.


TEORI

Pemotong tegangan adalah rangkaian yang inputnya berupa gelombang dan bentuk sinyal

outputnya sama dengan sinyal input namun tegangannya dipotong, dimana sinyalnya berada

diatas atau dibawah suatu level tegangan yang dijadikan referensi. Gambar 3.1. menunjukkan

gelombang pada bagian atas level tegangan yang dijadikan referensi dipotong sehingga outputnya

hanya gelombang yang berada di bagian bawah level tegangan referensi. Sedangkan pada gambar

3.2. menunjukkan gelombang pada bagian bawah level tegangan yang dijadikan referensi

dipotong sehingga outputnya hanya gelombang yang berada di bagian atas level tegangan

referensi.

Gambar 3.1. Clipping Sinyal di Atas Level Tegangan Referensi

Gambar 3.2. Clipping Sinyal di Bawah Level Tegangan Referensi


3.3. Rangkaian Clipping

Jalan Percobaan

1. Hubungkan power supply sesuai dengan rangkaian pada gambar 3.3.

2. Ukur tegangan peak-to peak VA dan VB dengan osiloskop dan gambar bentuk

gelombangnya.

3. Ulangi prosedur 1 dan 2 untuk nilai VAC yang berbeda-beda.

Peralatan Percobaan

1. AC/DC Power Supply

2. Oscilloscope

3. Protoboard Modul 1: Rangkaian Dioda

4. Kabel Penghubung


4. PENGATURAN TEGANGAN (REGULATOR)

TUJUAN PERCOBAAN

Mengetahui cara kerja suatu pengaturan tegangan.

TEORI

Pengaturan tegangan dapat dilakukan dengan menggunakan komponen dioda zener yang

bekerja pada daerah breakdown dengan karakteristik sebagai berikut:

VIN < Vbreakdown menghasilkan VOUT = VIN

VIN > Vbreakdown menghasilkan VOUT = Vbreakdown

Untuk menetapkan daerah breakdown, dioda zener harus dipasang pada posisi reverse.

Gambar 4.1. Rangkaian pengaturan tegangan dengan zener.

JALAN PERCOBAAN

1. Susun rangkaian seperti pada gambar 3.1.

2. Ukur tegangan pada dioda zener (VZ) dengan voltmeter untuk setiap kenaikan tegangan pada

catu daya (VIN).

3. Bandingkan tegangan yang diukur tersebut.

BAHAN BACAAN

Sutanto, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu.

Millman, Jacob & Arvin Grabel, Microelectronics.

Millman, Jacob & Christos Halkias, Integrated Electronics.


MODUL II

BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR

TUJUAN PERCOBAAN

1. Memahami prinsip kerja bipolar junction transistor.

2. Mengamati dan memahami DC bias pada transistor.

3. Mengamati dan memahami prinsip kerja transistor bipolar sebagai penguat.

4. Memahami prinsip rangkaian logika melalui BJT

TEORI UMUM

Transistor merupakan suatu komponen aktif karena dapat melakukan penguatan terhadap sinyal

yang masuk. Pada dasarnya penguat transistor bipolar terdiri dari tiga konfigurasi dasar, yaitu

common emitter, common collector, dan common base, seperti terlihat pada gambar 1, 2, dan 3.

Gambar 1. (a) Rangkaian common-emitor, (b) Rangkaian ekivalen

Gambar 2. (a) Rangkaian common-collector, (b) Rangkaian ekivalen


Gambar 3. (a) Rangkaian common-base, (b) Rangkaian ekivalen

Common Emitter

Langkah Percobaan

1. Hubungkan rangkaian penguat CE dengan generator fungsi seperti Gambar 4. Atur agar

harga V1 = 10 volt dan frekuensinya = 1 kHz.

Gambar 4. Rangkaian perubahan CE-1

2. Ulangi langkah 1 di atas dengan frekuensi yang berbeda-beda.

Rangkaian logika

Selain untuk rangkaian amplifier, transistor juga biasa dalam proses switching. Proses

switching digunakan pada aplikasi digital, yaitu unutk merangkai gerbang-gerbang

logika, seperti:

VA CE

B10k

Vg1k

rg A

V1


1. Gerbang NOT

2. Gerbang AND


3. Gerbang OR

4. Gerbang NAND


5. Gerbang NOR

ALAT YANG DIGUNAKAN

Power supply DC, multimeter, oscilloscope, bread board, LED, resistor (10K, 1K, 220 Ohm),

IC741, IC4558.


MODUL III

OPERATIONAL AMPLIFIER

PERCOBAAN 1 : Op-Amp Sebagai Pembanding (Komparator)

TUJUAN PERCOBAAN

1. Mempelajari kerja op-amp sebagai pembanding

2. Mengamati fenomena saturasi pada op-amp saat bekerja tanpa umpan-balik

TEORI UMUM

Op-amp yang ideal memiliki karakteristik sebagai berikut :

1. resistansi input, Ri = tak hingga

2. resistansi output, Ro = 0

3. selisih tegangan antara masukan membalik dan tak membalik, Vd = 0

4. arus input, Ii = 0

5. penguatan tegangan open-loop, Av = tak hingga

Di zaman modern ini, op-amp sudah dikemas dalam bentuk kepingan IC. Salah

satu IC op-amp paling legendaris di dunia adalah keluarga IC 741 yang sudah diproduksi

oleh banyak perusahaan dengan kode nomor seri yang bervariasi.

Tegangan keluaran op-amp dapat dinyatakan dengan persamaan (1) yaitu :

Vo = Vd.AOL……………………………………….(1)

dimana : Vo = tegangan output.

Vd = selisih tegangan masukan non-inverting dan masukan inverting

AOL = penguatan tegangan rangkaian terbuka (tanpa umpan balik)

Secara praktis nilai AOL sangat besar sehingga nilai Vd yang sangat kecil dapat

menghasilkan Vo yang sangat besar. Namun tegangan yang sangat tinggi tersebut tidak

mungkin dicapai karena sudah melebihi nilai tegangan suplai untuk menghidupkan op-

amp tersebut. Akibatnya, tegangan output yang mungkin muncul pada sebuah op-amp

hanya berayun di antara nilai suplai tegangan positif (+VCC) dan negatifnya (-VCC).

Suatu keadaan dimana tegangan output dari op-amp hampir sama dengan

tegangan suplainya dinamakan kondisi saturasi. Pada saat terjadi saturasi, tegangan

output cenderung tetap dan tidak akan bisa bertambah lagi meskipun tegangan input

dinaikkan.


ALAT YANG DIGUNAKAN

Op-Amp Motorola MC1741CP1 (2 buah), Osiloskop, Function Generator, Catu daya

DC, Resistor 1K (2 buah), 220R (2 buah), LED (2 buah).

LANGKAH PERCOBAAN

1. Susun rangkaian seperti Gambar 4.1.

2. Aturlah Vi dengan cara mengatur catu daya DC sebesar 1 Volt. Amati LED

mana yang menyala dan padam.

3. Ulangi langkah 2 diatas untuk nilai Vi = 2, 3, 4, dan 5 Volt.

Gambar 4.1 Rangkaian Pembanding

PERCOBAAN 2 : Op-Amp Sebagai Penguat

TUJUAN PERCOBAAN


1. Mempelajari kerja op-amp sebagai penguat.

2. Memodelkan op-amp sebagai sebuah voltage-controlled voltage source (VCCS)

TEORI UMUM

Secara umum, ada dua jenis konfigurasi penguat yang menggunakan op-amp yaitu

penguat membalik (inverting amplifier) dan penguat tak-membalik (non-inverting

amplifier). Gambar 4.2 menunjukkan rangkaian inverting amplifier dan gambar 4.3

menunjukkan rangkaian non-inverting amplifier. Besarnya penguatan yang terjadi,

ditentukan oleh nilai dan konfigurasi rangkaian umpan-balik yang dipasang antara output

dan input op-amp tersebut.

ALAT YANG DIGUNAKAN

Op-Amp Motorola MC1741CP1, Osiloskop, Function Generator, Resistor.

LANGKAH PERCOBAAN

A. Percobaan penguat pembalik

1. Susun rangkaian seperti Gambar 4.2.

2. Aturlah tegangan V1 yang berasal dari function generator hingga

menghasilkan gelombang sinusoid dengan amplitudo 1 Vpp dan frekuensi 100

Hz. Nilai R1 dan R2 ditentukan oleh asisten.

3. Lihat Vo pada oscilloscope. Catat amplitudo dari tegangan output dan amati

juga pergeseran fasa yang mungkin terjadi pada output.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 dengan nilai R2 yang berbeda.

B. Percobaan penguat tak membalik

1. Susun rangkaian seperti pada Gambar 4.3.

2. Lakukan langkah 2-4 seperti pada percobaan A.


Gambar 4.2 Penguat pembalik Gambar 4.3 Penguat tak membalik

PERCOBAAN 3 : INTEGRATOR

TUJUAN PERCOBAAN

1. Mempelajari arti fisis dari proses integarasi gelombang sinusoid dan non-sinusoid

serta pengaruh proses integrasi terhadap amplitudo dan sudut fasanya.

TEORI UMUM

Integrator merupakan sebuah rangkaian yang digunakan untuk

mengimplementasikan proses pengintegralan dari suatu sinyal yang dinyatakan dengan

fungsi matematis tertentu. Output dari sebuah integrator merupakan integral dari inputnya

tehadap waktu. Integrator seperti pada gambar 1 biasa dipakai untuk pengubahan bentuk

gelombang, misalnya membentuk gelombang segitiga dari gelombang persegi dan

sebaliknya.

Gambar 4.4 Rangkaian integrator sederhana


Secara matematis, hubungan antara tegangan output dan tegangan input dari

rangkaian pada gambar 4.4 tersebut adalah :

Gambar 4.5 menunjukkan rangkaian integrator yang akan digunakan pada praktikum.

Peralihan fungsi dari penguat membalik ke integrator terjadi pada saat XC = R2 dengan

frekuensi transisi :

Pembuktian persamaan 3 tersebut dapat dilakukan dengan analisa rangkaian pada domain

frekuensi (domain s) untuk mendapatkan transfer function dari integrator tersebut.

Frekuensi transisi dapat dicari dengan membaca bode plot dari transfer function tersebut.

Bode plot dapat dibuat dengan bantuan software MATLAB. Berikut adalah tabel sinyal

output ideal yang dihasilkan oleh integrator tersebut.


Gambar 4.5 Rangkaian percobaan integrator

ALAT YANG DIGUNAKAN

Op-Amp Motorola MC1741CP1, Osiloskop, Function Generator, Resistor (2 buah),

Kapasitor.

LANGKAH PERCOBAAN

1. Susun rangkaian integrator seperti pada gambar 4.5 dengan nilai R, R1, dan C

yang ditentukan oleh asisten. Tegangan suplai op-amp = 15 Volt.

2. Atur generator untuk gelombang sinusoid dengan amplitudo 1 Vpp dan frekuensi

yang ditentukan oleh asisten.

3. Amati gelombang input dan outputnya, seperti pada tabel 1. Bagaimana amplitudo

dan fasanya ? Catat hasilnya pada lembar data.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi yang berbeda.

5. Ulangi langkah 2 sampai 4 untuk gelombang segitiga dan persegi.

6. Ubah nilai resistor R1 sesuai petunjuk asisten.

7. Ulangi langkah 2 sampai 5.


PERCOBAAN 4 : DIFFERENSIATOR

TEORI UMUM

Differensiator pada gambar 4.6 adalah rangkaian yang menghasilkan sinyal

keluaran yang berupa turunan dari sinyal masukannya. Sinyal keluaran yang dihasilkan

sangat bergantung pada frekuensi sinyal masukan.

Gambar 4.6 Rangkaian differensiator sederhana

Hubungan matematis antara tegangan output dan input dari rangkaian tersebut adalah

Frekuensi transisinya adalah


Gambar 4.7 Rangkaian differensiator percobaan

ALAT YANG DIGUNAKAN

Op-Amp Motorola MC1741CP1, Osiloskop, Function Generator, Resistor (2 buah),

Kapasitor.

LANGKAH PERCOBAAN

1. Susun rangkaian differensiator seperti pada gambar 4.7 dengan nilai R, R1, dan C

yang ditentukan oleh asisten. Tegangan suplai op-amp = 15 Volt. Praktikum Rangkaian

Elektronika – Modul IV

2. Atur generator untuk gelombang sinusoid dengan amplitudo 1 Vpp dan frekuensi

yang ditentukan oleh asisten.

3. Amati gelombang input dan outputnya, seperti pada tabel 2. Bagaimana amplitudo

dan fasanya ? Catat hasilnya pada lembar data.

4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk frekuensi yang berbeda.

5. Ulangi langkah 2 sampai 4 untuk gelombang segitiga dan persegi.

6. Ubah nilai resistor R1 sesuai petunjuk asisten.

7. Ulangi langkah 2 sampai 5.

BAHAN BACAAN

Kissel, Thomas E., Industrial Electronics, Applications for Programmable

Controllers, Instrumentation and Process Control, and Electrical Machines and

Motor Controls, 3rd

edition, Chapter 8.

Sutanto, Rangkaian Elektronika Analog dan Terpadu.

Millman, Jacob & Arvin Grabel, Microelectronics.

Millman, Jacob & Christos Halkias, Integrated Electronics. Chapter 15, 16


Malvino, Albert Paul, Electronic Principles, 7th

edition, Chapter 17, 18, 20, 22

modul rangkain dioda

Documents