View
218
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
1/6
MODUL 1:Dioda: Karakteristik dan Aplikasi
Hafizh Al Fikry (18014044)Asisten:Rendy Wandarosanza(13212075)
Tanggal Percobaan: 11/02/2016EL2205-Praktikum Elektronika
Laboratorium Dasar Teknik Elektro -Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB
Abstrak
Dioda adalah salah satu komponen penting dalam elektronika.Dalam praktikum modul kali ini, akan dilihat perbedaandioda biasa dan dioda zener, aplikasi dioda dalam rangkaianpenyearah, clipper dan clamper, dan pengaruh filter sederhana.
Kata kunci: Dioda, karakteristik, penyearah, clipper,clamper, zener, filter.
1. Pendahuluan
Praktikum kali ini bertujuan untuk memahamikarakteristik dioda, baik dioda biasa maupundioda zener, dan aplikasinya pada elektronikaseperti rangkaian penyearah, clipper dan clamper.Selain itu, akan ditunjukkan juga pengaruh filtersederhana pada suatu sumber DC.
2.
StudiPustaka
2.1 KarakteristikDioda
Setiap dioda memiliki karakteristik yang berbedasetiap jenisnya.Karakteristik-karakteristik tersebutadalah:
Tegangan cut-in
Tegangan breakdown
Kemiringan kurva yang berarti besarnyaresistansi dinamis pada titik tersebut
Berdasarkan karakteristik-karakteristik diatas, bisadidapat beberapa kemungkinan penggunaan diodatersebut.
2.2 Penyearah
Pada praktikum ini akan diamati tiga jenispenyearah gelombang sinyal: penyarah gelombangsetengah, penyearah gelombang penuh dengantrafo center tapper, dan penyearah gelombangpenuh tipe jembatan.
Penggunaan dioda yang paling dasar adalah
sebagai penyearah arus bolak
balik jala
jalamenjadi arus searah pada suatu sumber teganganDC, seperti catu daya. Tegangan pada rangkaianpenyearah gelombang penuh diperoleh sebesar:
= 1
2
VPadalah magnituda tagangan puncak sinyal ACyang disearahkan dan tegangan ripple-nya sebesar:
=
2
Dengan f adalah frekuensi sinyal AC jala-jala yangdigunakan, C kapasitansi filter dan R beban padarangkaian penyearah dan filter.
Untuk catu daya DC murni, ripple harus bernilainol. Bisa diperoleh dengan nilai R beban tak hinggaatau nilai C tak hingga.
Karena catu daya ini tidak ideal, tegangan output-nya mengalami degradasi, dimodelkan denganrangkaian Thevenin dengan sumber tegangan dan
resistansi output. Resistansi output dapatdimodelkan dihitung:
=1
4
Besaran ini menentukan berapa besar degradasitegangan. Besaran lain yang bisa digunakan adalahfaktor regulasi tegangan VR, dihitung dengan:
=
100%
Dengan Vnl adalah tegangan tanpa beban dan V fl
adalah tegangan beban penuh. Nilai regulasitegangan VR yang kecil menunjukkan sumbertegangan yang lebih baik.
2.3 RangkaianClipperDanClamper
Rangkaian clipper adalah rangkaian yangmembatasi tegangan agar tidak melebihi suatunilai tegangan tertentu. Rangkaian ini bisa dibuatdengan dioda dan sumber tegangan DC ataualternatifnya dengan dioda zener.
Rangkaian clamper adalah rangkaian yang
digunakan untuk memberikan offset tegangan DCpada sinyal AC.
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
2/6
3. Metodologi
Alat dan Bahan yang digunakan:
Kit Praktikum Karakteristik Dioda &Rangkaian Penyearah
Sumber tegangan DC
Osiloskop
Multimeter
Dioda 1N4001/1N4002
Dioda Zener 5V1
Resistor Variabel
Resistor 150k
Kapasitor 10 F
Breadboard
Kabel-kabel
Percobaan 1: Karakteristik Dioda
Bagan1: Langkah percobaan karakteristik dioda
Gambar1: Rangkaian percobaan karakteristik dioda
Percobaan 2: Penyearah dan Filter
Bagan2: Langkah percobaan rangkaian penyearah dan filter
Gambar2: Rangkaian penyearah setengah gelombang
Gambar3: Setelah dipasang Rm
Gambar4: Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan TrafoCenter Tapped
Gambar5: Penyearah Gelombang Penuh Tipe Jembatan
Dengan kit praktikum,susun seperti gambar 1
Gunakan mode X-Y untukmengamati sinyal
Amati tegangan cut-in,
breakdown, karakteristikarus-tegangan pada
dioda silikon
Ulangi untuk diodagermanium dan zener
Buat rangkaianseperti gambar 2di kit praktikum.
Amati bentuk dan frekuensigelombang dengan:
Tetapkan satu nilaikapasitansi, ubah-ubah ukuranresistor
Tetapkan satu nilai resistor,ubah-ubah ukuran kapasitor
pasang Rm seperti gambar 3,amati bentuk arus, arusmaksimum, dan frekuensi arus
dengan mengukur teganganpada Rm
Ulangi 3 langkahtadi untuk gambar
4 dan 5.
Dengan resistor variabel,cari nilai resistansi output
untuk rangkaianpengganti Thevenin.
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
3/6
Percobaan 3: Rangkaian Clipper
Bagan3: Langkah percobaan rangkaian clipper
Gambar6: Rangkaian clipper dengan tegangan DC
Gambar7: Rangkaian clipper dengan dioda zener
Percobaan 4: Rangkaian Clamper
Gambar8: Rangkaian clamper
4. HasildanAnalisis
Percobaan 1: Karakteristik Dioda
Jenis Dioda Tegangan Cut-In(V)
TeganganBreakdown
(V)
Catatan
Silikon 0,6 0 VS= 12 Vpp
Germanium 0,4 0 VS= 12 Vpp
Zener 0,6 4,2 VS= 20 Vpp
Tabel1: Hasil percobaan karakteristik dioda
Gambar9: Kurva i-v dioda silikon. Skala horizontal dan vertikal 1V/div.
Gambar10: Kurva i-v dioda germanium. Skala horizontal danvertikal 1 V/div.
Gambar11: Kurva i-v dioda zener. Skala horizontal dan vertikal 1V/div.
Dari Tabel 1, bisa dilihat bahwa tegangan cut-indioda silikon dan zener hampir sama. Dioda
germanium memiliki tegangan cut-in lebih rendah,yang berarti dioda germanium lebih mendekatidioda ideal.
Dengan breadboard, susunseperti gambar 6
Resistor 150 k
Dioda 1N4001/1N4002
Vin Trafo CT 15 V
Tegangan DC 5 V
Amati bentuk sinyaloutputnya.
Susun seperti gambar7
Resistor 150 k
Amati bentuk sinyaloutputnya.
Dengan breadboard, susunseperti gambar 8
Dioda 1N4002
Kapasitor 10 F 16-35 V
Vin Trafo CT 15 V
Tegangan DC 5 V
Amati bentuk sinyaloutputnya.
Susun sepertigambar 7
Resistor 150 k
Amati bentuk sinyaloutputnya.
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
4/6
Saat tegangan melebihi nilai cut-in dioda, arusmengalir melalui dioda. Kondisi ini yang disebut
forward bias. Kebalikannya, saat tegangan lebihkecil dari nilai cut-in dioda, arus yang mengalirsama dengan nol, yang berarti tidak ada arus yangmengalir. Kondisi ini disebut reverse bias.
Pada ketiga kurva diatas, nilai arus yang mengalir
diwakili dengan sumbu Y. Sebenarnya, sumbu Ymenunjukkan tegangan pada resistor. Karenaresistor yang digunakan bernilai 27 , berarti arusyang mengalir sebesar:
=
27
Tegangan breakdown dioda silikon dangermanium pada data di tabel didapat denganmelihat ujung grafik. Kenyataannya, teganganbreakdown dioda silikon dan germanium cukup
besar, sekitar 40 V. Tetapi, pada percobaan inikedua dioda tidak benar-benar dicoba hinggategangan breakdown karena akan merusak diodatersebut.
Berbeda dengan dioda zener, yang memangdimaksudkan untuk bekerja pada teganganbreakdown. Setelah tegangan VS diperbesar, akanterlihat ekor pada kurva i-v dioda zener, yangmerupakan tegangan breakdownnya. Dioda zenerbelum rusak pada tegangan breakdownnya. Padaarea lain, dioda zener berfungsi seperti dioda biasa.
Percobaan 2: Penyearah dan Filter
Rangkaiandiam
ati
R()
C(F
)
VDC
(V)
Vripplepeng-amatan
(V)
fV
ripple(Hz)
farus(Hz
)
Arus
maksimum
(A)
Routput()
Penyearahgelo
mbang
setengah
dengan
resistansi
konstan
1000
470 21,6 0,6 50 50 0,75 5,5
1000
21,2
0,8 50 50 0,95 5,6
2200
20,6
1 50 50 0,95 5,7
Penyearahgelo
mban
27
2200
10 2 50 50 0,75 6,4
18017,2
1,2 50 50 0.83 6,4
gsetengah
dengan
kapasitansikonst
an
1000
20,6
0,6 50 50 0,95 7
Penyearahgelo
mbang
penuh 2
diodadeng
anresistansi
konstan
27
47016,04
0,91100
100 1 7
1000
16,08
105100
100 1 7
2200
16,04
62,5100
100 0,9 6,8
Penyearahgelo
mbang
penuh 2
diodadeng
ankapasitansikonst
an
27
2200
13,22
450100
100 1 6,4
18014,06
180100
100 0,9 7
1000
16,04
63100
100 0,8 7,2
Penyearahgelo
mbang
penuh
jembatandeng
anresistansi
konstan
1000
47014,43
0,93100
100 1,2 6,4
1000
15,484
89100
100 1,2 7
2200
15,484
46100
100 1 7,3
Penyearahgelo
mbang
penuh
jembatandeng
ankapas
itansikonst
an
27
2200
8,37
420100
100 1,1 6,4
18013,42
179100
100 1,1 6,4
1000
15,66
47100
100 1,1 6,4
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
5/6
Tabel2: Hasil percobaan 2
Dari data diatas, bisa dilihat pengaruh R dan Cpada penyearah dan filter. Nilai kapasitansi C tidakterlalu mempengaruhi besarnya tegangan DC(VDC).Sementara itu, nilai resistansi Rmempengaruhi VDCdan ripple; semakin besar nilaiR akan semakin besar tegangannya dan semakin
kecil ripple-nya.Arus maksimum diukur dengan mengukurtegangan yang melalui resistor Rm. Padapercobaan ini, Rm yang digunakan nilairesistansinya 0.2 . Nilai resistansi memang harussangat kecil agar tidak membebani rangkaian. Bisadilihat dari data, nilai R juga mempengaruhi besararus yang terukur.
sehingga tegangan yang terukur sama dengantegangan sumber.
Gambar12: Grafik rangkaian clipper dengan dioda zener
Pada rangkaian clipper dengan dioda zener,tegangan juga hanya bisa naik dan turun padabatas tertentu. Pada rangkaian ini, batasnyaadalah tegangan breakdown dioda zener. Padasaat tegangan sangat positif, dioda diatas
forward bias dan yang dibawah breakdown,sehingga yang terukur adalah teganganbreakdown zener,begitu juga kebalikannya.
Gambar13: Grafik arus yang mengalir pada Rm
Nilai resistansi output diukur denganmembandingkan besar tegangan saat tidak adabeban (Vnl) dengan saat diberi beban denganresistor variabel. Apabila nilai tegangan pada
beban sudah mencapai separuh dari Vnl, sesuaidengan prinsip pembagi tegangan, nilai resistansioutput sama dengan nilai resistansi pada resistorvariabel.
Percobaan 3: Rangkaian Clipper
Gambar14: Grafik rangkaian clipper dengan sumber tegangan DC
Pada rangkaian clipper dengan sumber teganganDC, sinyal sinusoidal dari trafo akan terpotongpada batas 5 + 0.7 V, dengan 0.7 V adalah voltagedrop pada dioda. Ini terjadi karena saat tegangansangat positif (VS5.7 V), dioda di sebelah kiri akanforward bias sehingga short, dan tegangan yangterukur adalah tegangan dioda ditambah sumbertegangan sumber DC. Saat tegangan sangat negatif
(Vs -5.7 V), dioda sebelah kanan yang short,sehingga tegangan terukur juga tegangan diodaditambah tegangan sumber DC. Diantara dua nilaitersebut (-5.7 > Vout> 5.7), kedua dioda reverse bias
Percobaan 4: Rangkaian Clamper
Gambar15: Grafik tegangan setelah melalui rangkaian clamper
Grafik tegangan menyerupai sumber, tetapibergeser keatas sejauh 20 V. Pergeserannyadisebabkan tegangan DC dan resistor yangmemuat tegangan dari trafo.
5.
Kesimpulan
Dioda mengalirkan arus hanya bilategangan sudah melewati batas cut-in.
Tegangan breakdown pada dioda biasanyacukup besar, kecuali dioda zener yangmemang dimaksudkan untuk berkerjapada tegangan breakdown-nya.
Dioda dapat digunakan untuk penyearah(rectifier). Keluaran dari penyearah bisadiperbaiki dengan filter sehingga
membentuk tegangan DC ideal darisumber tegangan AC.
Dioda pada rangkaian clipper bisamembatasi tegangan agar hanya
7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]
6/6
menghasilkan tegangan pada rentangtertentu.
Dioda pada rangkaian clampermemberikan offset DC pada sinyal AC,tanpa merubah bentuk sinyal.
6. DaftarPustaka
[1]
Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith,Microelectronic Circuits, ed 5, Oxford UniversityPress, USA, 2004.
[2]
Mervin T. Hutabarat, Modul PraktikumElektronika, Penerbit ITB, Bandung, 2016.
Recommended