PERCOBAAN IV DIODA

I. TUJUAN PERCOBAAN Setelah selesai melakukan praktikum dan membuat laporannya, mahasiswa diharapkan telah memiliki kemampuan-kemampuan sebagai berikut : 1. 2. 3. Membuat karakteristik statik dioda dan menggunakannya. Memahami sifat dioda baik secara teoritis maupun praktis. Menggunakan dioda untuk clipping, slicing, clamping, dan voltage doubler. 4. Dapat mengaplikasikannya dalam berbagai rangkaian elektronika.

II. DASAR TEORI Dioda adalah suatu komponen elektronik yag dapat melwatkan arus pada satu arah saja. Ada berbagai macam dioda, yaitu dioda tabung, dioda sambungan p-n, dioda kontak titik dan sebagainya. Dioda memegang peranan penting dalam elektronika, di antaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-balik, untuk mengesan gelombang radio, untuk membuat berbagai bentuk gelombang isyarat, untuk mengatur tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan jala-jala (PLN) dan sebagainya. Karakteristik Statik Dioda Kita dapat menyelidiki karakteristik statik dioda (grafik l sebagai fungsi dari V) dengan cara memasang dioda seri dengan sebuah catu daya DC dan sebuah resistor seperti pada gambar di bawah ini:

Rangakaian pengukuran karakteristik statik dioda

Karakteristik statik dioda dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan arus yang melalui dioda yaitu I. Harga I ini dapat diubah dengan dua cara, yaitu mengubah Vdd atau mengubah RL. Dalam percobaan ini kita mengubah I dengan mengubah Vdd. Bila arus dioda I kita plotkan terhadap tegangan dioda Vab kita peroreh karakteristik statik dioda seperti pada gambar di bawah:

Karakterisitik statik dioda

Bila anoda berada pada tegangan lebih tinggi dari pada katoda (Vd positif) dioda dikatakan mendapat bias forward. BiIa Vd negatif disebut bias reserve. Pada gambar di atas, Vc disebut cut-in-voltage, Is disebut arus saturasi dan Vpiv adalah peak-inverse voltage. Bila harga Vdd diubah, maka arus, dan Vdd akan berubah pula. Bila kita mempunyai karakteristik statik dioda dan kita tahu harga Vdd dan RL, maka harga arus I dan Vd dapat kita tentukan sebagai berikut : Dari gambar karakteristik dioda, kita peroleh:

Vdd = Vab + I RL atau I = (V dd - Vab )/ RL

Bila hubungan di atas kita lukiskan pada karakteristik statik dioda kita akan mendapatkan garis lurus dengan kemiringan -(1/RL). Garis ini disebut garis beban ( load line). Ini ditunjukkan pada gambar di bawah ini:

Krakarteristik statik dan garis beban

Kita lihat bahwa garis beban memotong sumbu V dioda pada Vdd yaitu bila arus I = 0, dan memotong sumbu I pada harga (Vdd/RL). Titik potong antara karakteristik statik dengan garis beban memberikan harga tegangan dioda Vd (q) dan arus dioda Id(q). Dengan mengubah harga Vdd kita akan dapatkan garisgaris beban sejajar seperti pada gambar di bawah ini. Perpotongan garis beban dengan karakteristik statik dioda memberikan harga tegangan dioda Vd(q) dan arus Id(q). Bila dioda dibalik sehingga katodanya berhubungan dengan kutub positif catu daya maka bias dioda adalah bias reverse. Karakteristik statik dioda dan load line-nya adalah seperti pada gambar di bawah. Bila Vdd = 0 maka arus dioda yang mengalir adalah kecil sekali, yaitu arus saturasi Is. Arus ini mempunyai harga kira-kira 1QA untuk dioda silikon.

Garis beban untuk berbagai harga Vdd

Dioda Zener Jika tegangan mundur pada dioda p-n diperbesar, pada suatu nilai tegangan maka arus mundur naik dengan cepat sekali. Tegangan mundur yang terjadi disebut tegangan balik puncak (PIV). Peristiwa ini terjadi karena dadalnya ikatan kovalen silikon di dalam daerah pengosongan pada sambungan p-n. Ada dua mekanisme kedadalan yaitu, pada keadaan Zener, medan listrik yangtinggi dalam daerah pengosongan menyebabkan elektron pada ikatan kovalen lepas menjadi elektron bebas. Pada mekanisme ini tegangan dadal

(PIV) berkurang dengan naiknya suhu. Mekanisme kedua yaitu dadal Townsend, terjadi karena elektron bebas mendapat percepatan cukup tinggi, sehingga jika menumbuk atom akan terjadi elektron bebas. Pada mekanisme yang terakhir ini tegangan dadal bertambah jika suhu naik. Dioda yang digunakan pada daerah dadal disebut dida Zener. Dioda ini digunakan untuk pengaturan tegangan, agar sumber tegangan searah tak berubah tegangan keluarannya jika diambil arusnya (dibebani) dalam batas-batas tertentu. Pada dasarnya dioda zener dan dioda biasa karakteristiknya sama. Perbedaan pokoknya hanya pada daerah kerjanya saja. Pemrosesan Bentuk Gelombang dengan Dioda Rangkaian clipper Ada beberapa jenis rangkaian clipper, yaitu cliper dioda seri, clipper dioda sejajar, biased dioda clipper dan slicer.

Rangkaian clipper dengan isyarat masukan dan keluaran

Clipper dioda seri Rangkaian untuk clipper dioda seri adalah seperti pada gambar di atas. Bentuk tegangan keluaran Vo pada gambar di ats adalah untuk dioda ideal, yaitu bila arus saturasi dan tegangan cut-in diabaikan. Untuk dioda silikon cutin voltage mempunyai harga kira-kira 0,6 V dan dioda germanium sekitar 0,2 V. Dengan adanya tegangan cut-in bentuk gelombang kita ramalkan seperti pada gambardi bawah. Tampak bahwa tegangan keluaran menjadi kurang dari tegangan masukan karena adanya tegangan cut-in Vo dan oleh karena

kecenderungan statik dioda.

Pembentukan gelombang dengan dioda Makin besar RL makin condong load line dan dioda akan beroperasi pada daerah arus kecil yang tak linear dekat tegangan cut-in. Bentuk tegangan keluaran akan makin mengalami distorsi. Harga RL menentukan arus yang melalui dioda dan harus dipilih agar arus kurang dari arus maksimum dioda.

Clipper dioda sejajar Bentuk rangkaian clipper dioda sejajar seperti gambardi bawah. Resistor RL dan dioda D membentuk suatu pembagi tegangan (voltage divider). Perlu diperhatikan bahwa pada saat anoda positif, arus sebesar (Vi/RL) seluruhnya melalui dioda. Jelas bahwa RL harus dipilih agar arus dioda tidak melebihi batas maksimum. Resistor yang boleh dipasang pada keluaran (sejajar dengan dioda) harus mempunyai harga jauh lebih besar dari pada hambatan reverse dari dioda,

Rangkaian clipper dioda sejajar

agar tegangan output tak terpengaruh oleh hambatan ini. Dengan biased dioda clipper kita dapat memotong isyarat masukan di atas atau di bawah harga Vi = 0 (base line) dengan rangkaian seperti gambar berikut:

Rangkaian biased dioda clipper Bila anoda positif yaitu bila Vi > Vc + Vb, maka tegangan pada dioda (V d ) adalah V c sehingga tegangan keluaran Vo adalah sama dengan Vc + Vb, di mana V c adalah cut-in voltage dioda. Pada saat anoda negatif, hambatan dalam dioda Rd menjadi besar, Rd > RL. Akibatnya Vo = Vi dan kita peroleh bentuk isyarat seperti gambar di atas.

Clipper dioda zener

Rangkaian clipper dioda zener

Dengan dioda zener kita dapat membuat biased clipper serupa batere. Rangkaian yang digunakan adalah seperti gambar di atas. Misalkan digunakan dioda zener yang mempunyai tegangan (Vpiv) 2,7 volt. Pada saat Vi posltif , dioda zener Z1 berfungsi sebagai dioda biasa sedangkan tegangan pada zener Z2 sama dengan VZ2 volt. Z2 dapat dianggap sebagai baterai dan rangkaian pada gambar di atas bisa disederhanakan menjadi seperti gambardi bawah.. Sebaliknya bila isyarat negatif Vi rangkaianya dapat digambarkan juga seperti gambar di bawah.

Rangkaian setara untuk isyarat masukan positif

Rangkaian setara untuk isyarat masukan negative

Slicer Bila pada rangkaian biased dioda clipper polaritas batere kita balik maka akan kita peroleh rangkaian slicer seperti gambar berikut.

Rangkaian slicer

Clamp Dioda Suatu rangkaian clamping adalah rangkaian yang dapat membuat agar puncak tegangan AC berada pada suatu tingkat tertentu. Rangkaian ini juga dikenal dengan nama DC restorer atau base line restorer. Suatu rangkaian clamping dioda yang sederhana ditunjukkan oleh gambardi bawah. Pada t = 0, isyarat masukan tiba-tiba berubah positif. Dioda mendapat bias forward sehingga mempunyai hambatan rf yang rendah (rf =100 ohm). Arus transient

akan naik dengan segera dan kemudian turun dengan tetapan waktu X = rf C. Pada saat yang sama kapasitor C akan terisi sehingga mempunyai tegangan Vm. Pada t = 1ms tegangan masukan tiba-tiba berubah menjadi negatif. Bias pada dioda menjadi besar (rf = 1M). Dari gambar 4.11 tampak bahwa Vo = -2Vm ini akan berkurang karena kapasitor bocor dengan tetapan waktu 't = rf C. Pada t = 2 ms tegangan kapasitor adalah sedikit lebih kecil dari Vm sehingga IVml = 2Vm. Tampak bahwa dengan clamp dioda kita telah membuat puncak isyarat input pada 0 volt atau pada base line.

Rangkaian clamp dioda Biased Clamp .

Perhatikan gambarrangkaian clamp dioda ter-clamp di bawah. Dengan membalikan dioda pada gambar di atas, kita dapatkan dc level pada keluaran naik sehingga bagian bawah signal ter-clamp pada V = 0. Dengan menggunakan rangkaian seperti pada gambar tersebut kita dapat membuat clamp pada suatu harga tegangan yang positif.

Operasi Clamp dioda

Rangkaian clamp dioda ter-clamp di bawah

Voltage Doubler Dengan rangkaian seperti pada gambar di bawah kita telah dapat memperoleh tegangan output dc dua kali harga peak tegangan masukan. Tampak bahwa gabungan dioda D1 dan C1 bekerja sebagai halfwave rectifier yang diberi filter C1. Tegangan Va berlaku sebagai bias pada clamp (C2 dan D2) sehingga Vb(t) adalah seperti pada gambar. Tampak bahwa harga de dart Vb(t) adalah sama dengan 2V diatas Vm. Kita dapat membuat tegangan outputnya lebih besar lagi. Dengan menyusun rangkaian dasar tersebut dapat dihasilkan tegangan keluaran 3x, 4x, dan seterusnya.

Rangkaian voltage doubler

III. METODE PENGUKURAN 3.1 Waktu Hari/Tanggal Waktu Tempat : Kamis, 11 Desember 2008 : 14.00 selesai WITA : Laboratorium Fisika Mipa

3.2

Alat dan Komponen 1. Dioda biasa dan dioda zener 2. Resistor 3. Voltmeter 4. Amperemeter 5. Osiloskop 6. Signal generator 7. Kertas milimeter blok

3.3 Prosedur Kerja Karakteristik Dioda Pada percobaan ini kami diminta untuk membuat plot karakteristik statik pada bias forward dan reverse. Ini dimaksudkan agar kami merasa betapa peka arus dioda pada keadaan forward dan pada keadaan breakdown (bias reverse) terhadap perubahan tegangan. 1. Membuat rangkaian seperti pada gambar. Menggunakan dioda silikon.

2. Mengubah besar VDD mulai dari nilai 0 V sampai 2 V. 3. Mengukur Vab dan I dengan voltmeter dan amperemeter. 4. Melukiskan kurva karakteristik statik dioda dari data pengukuran.

5. Mengganti dioda biasa di atas dengan dioda zener dan memasang dengan posisi bias mundur. Menemukan Vpiv dengan mengukur Vab dan I sambil mengubah besar VDD. Bila tegangan Vpiv tercapai maka arus I akan muIai membesar, mencatat harga tegangan dioda Vab pada keadaan ini. 6. Membuat karakteristik statik reverse bias untuk dioda zener yang anda gunakan. Membuat pengamatan yang banyak pada daerah Vpiv supaya lengkungan breakdown dapat teramati dengan cermat.

Memproses Bentuk Gelombang Pada percobaan ini kami akan menggunakan dioda untuk memproses gelombang, yaitu untuk cutter, slicer, clamping, dan menghasilkan tegangan DC yang merupakan kelipatan amplitudo isyarat masukan. 1. Memasang rangkaian clipper dioda seri seperti gambar Menggunakan isyarat berbentuk sinusoida dengan tegangan 10 Vpp dan frekuensi 1 Hz. Mencatat bentuk dan besar tegangan isyarat input Vi (t) dan tegangan isyarat output Vo(t) yang terlihat pada layar osiioskop. Menggunakan RL = 100 ohm dan mengulangi dengan = 10 K ohm.

2. Mengulangi percobaan pada langkah 1 dengan isyarat masukan berbentuk gelombang persegi. 3. Memasang rangkaian clipper dioda sejajar seperti gambar Melakukan langkah-langkah sama seperti pada langkah 1 dan 2.

4. Memasang rangkaian biased dioda clipper seperti pada gambar dengan Vb = 1 volt. Melakukan hal yang sama seperti di atas.

5. Memasang rangkaian slicer dengan Vb = -3 volt. Melakukan hal yang sama seperti di atas.

6. Memasang rangkaian clipper dioda zener dengan R = 1 K ohm. Melakukan hal yang sama seperti di atas.

7. Memasang rangkaian clamp dioda dengan C = 0,1 QF. Memberikan masukan gelombang sinusoida dan persegi. Menggambarkan bentuk isyarat keluaran. Membalik kutub dioda kemudian memberikan masukan gelombang persegi dan menggambarkan isyarat

keluarannya.

8. Memasang rangkaian pelipat dua tegangan (voltage doubler) seperi pada gambar. Mengamati bentuk dan besar tegangan isyarat Vi(t), Va(t) dan Vb(t) dengan osiloskop (osiloskop pada DC). Mengukur tegangan DC Va dan Vb dengan multimeter.

V. HASIL PENGAMATAN y Karakteristik dioda

a) NO. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

Dioda Biasa VDD (volt) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 1,1 1,2 1,3 1,4 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2 R(ohm) 5 VD(m volt) 0,485 0,539 0,574 0,595 0,612 0,63 0,633 0,642 0,651 0,659 0,665 0,674 0,679 0,686 0,69 0,695 ID(mA) 5,81 13,49 20,72 28,71 40,4 42,9 50,9 60,0 64,8 76,8 88,6 102,7 108,2 115,8 126,9 131,2

b) Dioda Zener NO. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. VDD(volt) 3 3,1 3,2 3,3 3,4 3,5 3,6 3,7 3,8 3,9 4 4,1 4,2 4,3. 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5 R(ohm) 5 VD(m volt) 2,99 3,14 3,21 3,28 3,37 3,48 3,59 3,68 3,77 3,9 3,91 4,06 4,20 4,26 4,4 4,44 4,52 4,61 4,63 4,68 4,72 ID(mA) 0,03 0,06 0,08 0,11 0,14 0,19 0,26 0,34 0,43 0,61 0,64 0,96 1,52 2,80 3,11 3,77 5,55 10,01 11,67 18,70 28,4

A) Voltage DoublerKeterangan : Time / div = 5 ms V masukan = 2 volt / div V keluaran = 2 volt / div f = 47 Hz Untuk Sinyal Sinosoida

Keterangan : Time / div = 10 ms V masukan = 5 volt / div V keluaran = 5 volt / div f = 47 Hz Untuk Sinyal Persegi

B) SlicerKeterangan : Time / div = 0,5 ms V masukan = 0,2 volt / div V keluaran = 1 volt / div f = 1,186 KHz R = 100 Untuk Sinyal Sinosoida

Untuk Sinyal Persegi

C) Clipper Dioda ZenerKeterangan : f = 47 Hz R= 100

D) Clamp DiodaKeterangan : C = 1000 F

Untuk Panjar Maju

Untuk Panjar Mundur

E) Clipper Dioda SeriKeterangan : f = 47 Hz R= 100 Untuk Sinyal Sinosoida

Untuk Sinyal Persegi

F) Clipper Dioda Sejajar Untuk Sinyal Sinosoida

Untuk Sinyal Persegi

G) Biassed Dioda Clipper Untuk Sinyal Sinosoida

Untuk Sinyal Persegi

VI. ANALISA DATA

VII. PEMBAHASAN

VIII. PENUTUP

DAFTAR PUSTAKA

Tim Penyusun. 2008. Modul Praktikum Elektronika I. Palu : Laboratorium Elektronika Dan Instrumentasi Jurusan Fisika FMIPA UNTAD