Karakteristik Dioda
Abstrak
Telah dilakukan
praktikum tentang Karakteristik Dioda. Dioda merupakan bahan semikonduktor dan
karakteristiknya dapat diketahui dari hubungan antara arus dioda dan beda
tegangan antara kedua ujung dioda.. Tujuan dari praktikum ini yaitu menggambarkan dan menginterpretasi kurva karakteristik
Arus – Tegangan (I–V) dari dioda penyerah dan dioda zener, menentukan garis
beban dan titik kerja berdasarkan kurva I – V dioda penyearah dan menentukan
tegangan zener berdasarkan kurva I – V dioda zener.Dalam
percobaan ini dilakukan pengukuran terhadap tegangan output dengan memanipulasi
resistor dan frekuensi sumber. Berdasarkan analisis grafik dimana nilai tegangan
diodanya untuk bias maju berkisar 0.58 volt sedang untuk bias mundurnya
tegangan diodanya berkisar -5,2 Volt serta tegangan zener yang diperoleh
sebesar -3.36 Volt. Dari hasil analisis tersebut disimpulkan bahwa untuk dioda
penyearah apabila dioda diberi tegangan bias maju maka arus yang dihasilkan
akan semakin besar dan arusnya akan semakin kecil pada saat di beri bias mundur
namun berbeda dengan dioda zener karena dioda zener lebih cenderung bekerja
pada bias mundur dan menghasilkan tegangan dadal.
Kata kunci: dioda
zener, dioda penyearah, bias maju, bias mundur, garis beban, titik kerja, arus
dioda dan tegangan dioda.
A. Metode dasar
B. Identifikasi Variabel
C. Definisi Variabel
D. Alat dan Bahan
E. Prosedur Kerja
H. Kesimpulan
(Dasar, 2013) .
(Bakri, Martawijaya, &
Shaleh, 2008) .
B. Identifikasi Variabel
C. Definisi Variabel
D. Alat dan Bahan
E. Prosedur Kerja
H. Kesimpulan
(Dasar, 2013)
Sesaat setelah
terjadi penyambungan, pada daerah
sambungan
semikonduktorterjadi
perubahan. Pada daerah
tipe-n (gambar 7.1,
sebelah kanan) memiliki
sejumlah elektron yang akan dengan mudah terlepas dari atom
induknya. Pada bagian kiri
(tipe-p), atom aseptor
menarik elektron (atau
menghasilkan lubang).
Kedua
pembawa muatan mayoritas tersebut memiliki cukup
energi untuk mencapai material pada
sisi lain sambungan. Pada
hal ini di difusi elektron dari tipe-n ke
tipe-p dan difusi lubang dari tipe-p ke tipe-n.
(Oklilas, 2007)
Karena elektron bebas pada bahan jenis-n akan berdifusi
melalui sambungan, masuk kedalam bahan jenis p, dan terjadi rekombinasi dengan
lubang-lubang yang ada dalam bahan p. Sebaliknya juga terjadi, yaitu lubang
bahan berdifusi masuk kedalam bahan n,dan ber-rekombinasi dengan elektron dan
saling meniadakan muatan. Akibatnya, tepat pada sambungan p-n terjadi daerah
tanpa muatan bebas, yang disebut daerah
pengosongan (Sutrisno, 1986) .
Kurva Karakteristik Dioda
Ada dua daerah operasi dioda sambungan P – N dan ada tiga
kondisi bias yang dapat diberikan:
1.
Zero Bias
– kondisi di mana tidak ada potensial eksternal yang diberikan kepada kedua
ujung dioda menghasilkan keseimbangan jumlah pembawa mayoritas, elektron dan
hole, dan keduanya bergerak dalam arah yang berlawanan. Kondisi keseimbangan
ini dikenal sebagai keseimbangan dinamis (dynamic
– equilibrium).
2.
Reverse Bias – kondisi di mana kutub positif sumber potensial eksternal dihubungkan ke
sisi N dioda dan kutub negatif sumer potensial eksternal dihubungkan ke sisi P
dioda.
Kondisi ini menghasilkan suatu nilai resistansi yang
tinggi antar persambungan dan praktis tidak menghasilkan aliran pembawa muatan
mayoritas dengan meningkatnya potensial sumber. Namun, sejumlah arus kebocoran
yang sangat kecil akan melewati persambungan yang dapat diukur dalam orde
mikroampere (mA).
Pada bias arah mundur arus yang mengalir amat kecil, dan
sampai-sampai batas-batas tertentu tak tergantung pada tegangan dioda. Arus ini
terdiri dari arus pembawa muatan minoritas, mengalir dari anoda ke katoda yang
disebut arus penjenuhan dioda. Pada bias arah mundur tertentu lengkung ciri
turun dengan curam, dikatakan terjadi kedadalan (breakdown). Tegangan mundur
dalam keadaan ini disebut teganga dadal atau tegangan balik puncak dan biasanya
terjadi pada tegangan 50 V, 100 V, 200 V, hingga beberapa KV. (Bakri,
Martawijaya, & Shaleh, 2008)
3.
Forward
Bias – Kondisi di mana kutub positif sumber potensial
eksternal dihubungkan ke sisi P dioda dan kutub negatif sumer potensial eksternal
dihubungkan ke sisi N dioda.
Kondisi ini menghasilkan suatu nilai resistansi
persambungan P – N yang sangat rendah sehingga memungkinkan arus yang sangat
besar mengalir walaupun hanya dengan potensial sumber yang relatif kecil.
Perbedaan potensial aktual yang timbul pada kedua ujung persambungan dioda akan
bernilai tetap akibat aksi dari lapisan deplesi yang bernilai sekitar 0,3 V
untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon. (Dasar, 2013) .
Dioda Zener
Telah dibahas
sebelumnya bahwa dioda menahan arus dalam kondisi reverse bias dan akan
menghasilkan kerusakan (breakdown) bila tegangan balik yang diberikan terlalu
besar. Berbeda halnya dengan dioda zener atau biasa disebut dioda breakdown,
pada dasarnya sama dengan dioda sambungan P – N standar kecuali dirancang
secara khusus menghasilkan tegangan balik atau breakdown yang lebih rendah dan
relatif konstan sehingga sangat baik digunakan dalam arah reverse bias sebagai
regulator tegangan. Titik di mana dioda zener mengalami breakdown atau konduksi
disebut tegangan zener ”VZ”. (Dasar, 2013) .
Kurva karakteristik
I-V untuk diode Zener dapat
dibuat dengan bentuk linier seperti diperlihatkan pada gambar
7.13. Pada saat panjar maju, arus mengalir dengan bebas, hambatan maju
sangat kecil dan dapat diabaikan. Pada
tegangan panjar mundur lebih besar dari tegangan patah, besarnya hambatan dapat
diperkirakan dengan melihat kurva pada gambar 7.13-b sebesar
(Oklilas, 2007)
Konsep
Garis Beban
Garis beban
merupakan garis lurus degan kemiringan =
, memotong sumbu VD pada VDD dan
sumbu ID pada titik ID=IA=
. Dimana ID dan IA ditentukan dari kurva karakteristik dioda
Kegiatan 1. Rangakaian dioda penyearah
a. Variabel
Manipulasi : Tegangan dioda (V).
b. Variabel
Respon : Arus dioda (mA) pada
bias maju dan (mA) pada bias mundur.
c. Variabel
Kontrol : Resistansi Resistor (W),
tegangan sumber (V).
Kegiatan 1. Rangakaian Dioda zener
a. Variabel
Manipulasi : Tegangan dioda (V).
b. Variabel
Respon : Arus diode (mA)
c. Variabel
Kontrol : Resistansi Resistor (W),
tegangan sumber (V).
a. Variabel
manipulasi
Tegngan
dioda merupakan besarnya tegangan yang terbaca pada Voltmeter yang dirangkai
parallel dengan dioda akibat dari perubahan potensiometer yang satuannya adalah
Volt. Dimana tegangan dioda untuk bias maju kenaikannya 0.05 Volt sedang untuk
bias mundur kenaikannya 0.5 Volt.
b. Variabel
Respon
Arus
dioda merupakan besarnya arus yang berasal dari rangkaian yang terbaca pada Amperemeter akibat
Amperemeter dirangkai seri dengan dioda dan resistor dimana satuannya adalah mA
baik pada bias maju dioda penyearah dan dioda zener serta bias mundur untuk
dioda zener namun satuannya mA untuk bias mundur pada dioda
penyearah.
c. Variabel
Kontrol
a. Resistansi
Resistor (R) merupakan nilai dari resistor yang digunakan sebagai penghambat
muatan ataupun arus yang terbaca pada spesifikasi dari komponen tersebut dengan
satuan ohm yang bernilai 56W.
b. Tegangan
sumber merupakan besarnya tegangan yang berasal dari power supplay dan terbaca
pada voltmeter dimana untuk bias maju baik pada dioda penyerah maupun dioda
zener besarnya Vs= 2 Volt sedang untuk bias mundur diode penyearah sebesar 10
Volt dan diode zener sebesar 15 Volt.
1.
Power Supply 20 Vdc 1 buah
2.
Voltmeter 0 – 10 Vdc 1 buah
3.
Ammeter 0 – 1 Adc 1 buah
4.
Potensiometer 1 buah
5.
Resistor 56 W 1 buah
6.
Dioda Penyearah 1 buah
7.
Dioda Zener 1 buah
8.
Kabel Penghubung 8 buah
1. Kondisi forward bias
a. Membuat
rangkaian percobaan seperti pada gambar berikut.
b.
Mengukur tegangan sumber sebesar 2 V
untuk kondisi forward bias.
c.
Mengatur potensiometer VR pada posisi minimum dan mengamati
penunjukan kedua alat ukur.
d.
Menaikkan tegangan bias dengan mengatur
potensiometer hingga voltmeter menunjukkan nilai 0,05 V (atau bergantung pada
sensitivitas alat ukur), mencatat penunjukan kedua alat ukur pada tabel
pengamatan.
e.
melakukan kegiatan (c) untuk tiap
kenaikan tegangan bias 0,05 V hingga maksimum.
2.
Kondisi reverse bias
a.
Mengukur tegangan sumber sebesar 10 V
untuk dioda penyearah dan 15 V untuk dioda zener.
b.
Menaikkan tegangan bias dengan mengatur
potensiometer hingga voltmeter menunjukkan nilai 0,5 V (atau bergantung pada
sensitivitas alat ukur), mencatat penunjukan kedua alat ukur pada tabel
pengamatan.
Pada praktikum karakteristik dioda ada dua kegiatan
yang dilakukan yakni megamati kondisi dioda zener dan dioda penyearah pada
kondisi bias maju dan bias mundur.
Pada pratikum ini yang menjadi
variabel manipulasinya adalah tegangan dioda dan variabel responnya adalah arus
dioda.
Pada kegiatan 1 yatiu diode
penyearah kita akan melihat bagaimana kondisi dioda pada saat diberi bias maju
dan bias mundur. Secara teori pada saat dioda belum diberi tegangan bias, nilai
ID=0 dan VD=0. Pada saat nilai dari tegangan dioda
diperbesar dalam hal ini dioda diberi
tegangan bias maju dimana kutub positif sumber dihubungkan dengan bagian p dan
kutub negative sumber dihubungkan dengan bagian n maka setelah melewati
tegangan bariernya yaitu berkisar 0.6 Volt untuk dioda dengan bahan
silikon maka arus dioda akan naik dengan
cepat seiring dengan perubahan tegangan dioda yang menghampiri maksimum. Sedang
pada saat dioda diberi tegangan bias mundur, dimana kutub positif sumber
dihubungkan dengan bagian n dan kutub negative sumber dihubungkan dengan bagian
p maka arus yang mengalir amat kecil setelah melewati tegangan untuk silicon
sebesar -0,25 V karena lapisan deplesi mulai melebar sehingga elektron akan susah
mengalir. Karena arusnya sangat kecil maka arus tersebut diukur dengan
menggunakan satuan mA.
Dengan
melihat data yang diperoleh secara praktikum, apa yang dikatakan teori itu
benar yakni grafik yang dihasilkan pada saat bias maju itu merupakan grafik
eksponensial dimana arusnya akan semakin besar jika tegangannya diperbesar.
Untuk mengetahui titik kerja diode terlebih dahulu kita harus mencari garis
bebannya dimana garis beban itu sendiri merupakan garis kemiringan yang
menghubungkan antara tegangan dioda dengan arus diode. Setelah kita membuat
garis beban maka kita melihat perpotongan atara garis beban dengan grafik
eksponensial diode tadi. Setelah itu kita menarik suatu hubungan unuk
memperoleh tegangan diode arus diode pada saat berada pada titik kerja diode.
Dimana titik kerja yang diperoleh yaitu berada pada tegangan 0.52 Volt dan
arusnya berkisar 9,48 mA.
Antara
teori dan praktikum terdapat perbedaan nilai tegangan bariernya karena secara
teori tegangan bariernya 0,6 Volt sedangkan pada saat praktikum nilai tegangan
bariernya berkisar 0,5 Volt. Hal ini dapat disebabkan karena diode yang
digunakan sudah tidak efektif lagi karenaa telah keseringan digunakan.
Pada
saat bias maju grafik yang dihasilkan secara praktikum sudah sesuai yang
dikatakan teori yakni arusnya akan mengecil karena bergerak dari arah 0 ke
negative, dan besar arusnya menggunakan satuan mA karena pada saat kami
mencobanya dengan menggunakan satuan mA, tidak ada arus terbaca karena
mengingat arusnya sangat kecil sehingga menggunakan satuan mA.
Untuk
memperoleh tegangan diodanya dan arus diodanya pada saat diode mengalami titik
kerja maka terlebih dahulu kita harus menentukan titik kerja denganterlebih
dahulu menentukan garis bebannya. Adapun tegangan diode yang diperoleh yaitu
-5,2 Volt dan arusnya sebesar -0.44 mA. Arus dan tegangan bernilai minus karena dalam kondisi
reverse bias.
Apa yang dikatan teori benar karena arus mulai menurun
dengan cepat setelah melewati -5,2 volt.
Pada
kegiatan 2 yaitu diode zener prinsipnya sama dengan diode penyearah namun yang
membedakannya pada diode zener karena bias mundurnya lebih cepat mencapai arus
maksimumnya dibandingkan bias majunya karena diode zener memang dirancang
secara khusus menghasilkan tegangan balik atau breakdown yang lebih rendah dan
relatif konstan sehingga sangat baik digunakan dalam arah reverse bias sebagai
regulator tegangan. Secara teori dioda zener dibuat agar mempunyai tegangan dadal pada nilai teretntu antara 3V
dan 100 V.
Adapun data yang
diperoleh secara praktikum yaitu kita harus mentukan garis bebannya dan titik
kerja. Setelah diperoleh titik kerja maka kita membuat hubungan antara tegangan
dioda dan arus dioda maka hasil hubungannya itu merupakan tegangan zener yang
berkisar -3.36 V pada keadaan bias mundur. Data yang dipeoleh secara praktikum
sudah sesuai yang dikatakan teori.
Dari percobaan diatas dapat dismpulkan bahwa:
1.
Untuk
dioda penyearah maupun zener itu untuk bias maju hubungannya itu linear semakin
besar tegangan dioda semakin cepat pula arus mengalir secara eksponensial
sedangkan bias mundur itu kebalikan dari bias maju.
2. Garis beban dapat di tentukan dengan
menghubungkan tegangan sumber dengan arus maksimumnya sehingga memotong kurva,
dimana perpotongan kurva dengan garis beban adalah titik kerjanya
3. Tegangan zener dapat ditentukan
dengan terlebih dahulu menentukan garis beban dan titik kerjanya.
Daftar Pustaka
Bakri, A. H., Martawijaya, M., & Shaleh, M.
(2008). Dasar-Dasar Elektronia Buku 1. Makassar: Universitas Negeri
Makassar.
Dasar, T. E. (2013). Penuntun Praktikum Elektronka
Dasar 1. Makassar: Laboratorium Unit Elektronika dan Dokumentasi.
Oklilas, A. F. (2007). Elektronika Dasar.
Sutrisno. (1986). Elektronika Teori dan
Penerapannya. Bandung: ITB.
Untuk mendapatkan versi lengkapnya, silahkan unduh/download DISINI