4-karakteristik-dioda.pdf

8/19/2019 4-karakteristik-dioda.pdf

1/39

Karakteristik dan Rangkaian

DiodaRudi Susanto

1


2/39

Pengantar tentang Dioda

• Resistor merupakan sebuah piranti linier karena arusberbanding terhadap tegangan. Dalam bentuk grafik,grafik arus terhadap tegangan merupakan garis lurus.

• Berbeda dengan resistor, dioda merupakan piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan bukanberupa garis lurus.

• Saat tegangan dioda lebih kecil dari teganganpenghalang ( potential barier ) maka arus di dalam diodakecil. Tetapi ketika tegangan dioda melebihi teganganpenghalang maka arus dioda akan naik dengan cepat.

2


3/39


4/39

Operasi Dasar Dioda

Dioda menghantarkan arus searah dengan arah yangsama dengan simbol

Namun jika arahnya berlawanan, maka dioda akan

berperilaku seperti open circuit4


5/39

Karakteristik dioda ideal – Area konduksi

•

Pada area konduksi, idealnya: – Tegangan pada dioda adalah 0 V.

– Arus yang melalui dioda adalah disesuaikan dengan rangkaian.

– Tahanan maju (RF) didefinisikan sebagai RF = VF/IF.

– Dioda berperilaku seperti short circuit.

Lihat garis vertikal!

5


6/39

Karakteristik dioda ideal – Area non-konduksi

•

Pada area non-konduksi, idealnya: – Semua tegangan dapat melalui dioda.

– Arus yang melalui dioda adalah 0A.

– Tahanan mundur (RR) didefinisikan sebagai RR = VR/IR.

– Dioda berperilaku seperti open circuit.

Lihat garis horizontal!

6


7/39

Karakteristik dioda

7


8/39

Material Semikonduktor

• Bahan yang digunakan dalam pembuatan

divais semikonduktor.

– Silikon (Si)

– Germanium (Ge)

8


9/39

Enegy level

9


10/39

Doping

• Karakteristik dari Silikon dan Germanium

diperbaiki dengan menambahkan material

lainnya melalui proses yang dinamakan

doping.

• Terdapat dua tipe material

tambahan, yaitu:

– n-type

– p-type

10


11/39

Efek Doping

11


12/39

Perbandingan n-type dan p-type

• Material n-type membuat atom Silikon (atauGermanium) menjadi lebih bermuatan negatif.

• Sebaliknya, material p-type membuatnya lebihbermuatan positif.

• Menggabungkan n-type dan p-type akanmenghasilkan p-n junction.

12


13/39

pn Junction

• Dioda tanpa Bias (The Unbiased dioda)

– Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyakelektron pita konduksi.

– Tidak ada tegangan luar disebut dioda tanpa bias.

13


14/39

Lapisan pengosongan (The depletion layer)

• Elektron pada sisi n berdifusi ke segala arah.

•Beberapa berdifusi melewati junction.

• Elektron yg masuk ke daerah p, merupakanpembawa minoritas.

• Elektron akan jatuh ke dalam hole, holelenyap dn elektron pita konduksi menjadielektron valensi.

• Elektron yg berdifusi melalui junctionmenciptakan sepasang ion.

• Pasangan ion positif dan negatif disebutdipole.

• Medan antara ion ekivalen dgn perbedaan

potensial. Disebut potensial barier.• Pembentukan sejumlah dipole

mengakibatkan daerah dekat junctiondikosongkan dari muatan yg bergerak.

• Daerah kosong muatan disebut lapisan

pengosongan (depletion layer). 14


15/39

Potensial Barier

•

Tiap dipole mempunyai medan listrik.• Anak panah menunjukkan arah gaya

pada muatan positif.

• Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap elektron.

• Beberapa pembawa minoritas bergesarmelewati junction. Mengurangi medan ygmenerimanya.

• Beberapa pembawa mayoritas berdifusimelewati junction dan mengembalikanmedan pada harga semula.

• Potensial barier :• 0,3 V utk dioda germanium

• 0,7 V utk dioda silikon

15


16/39

Jenis Dioda

16


17/39

Model Dioda

• Model adalah representasi dari suatu

komponen atau rangkaian yang memiliki satu

atau lebih Sifat atau karakteristik.

• Tiga model dioda :

1. Model Dioda Ideal

2. Model dioda Praktek

3. Model dioda Lengkap

17


18/39

1. MODEL dioda IDEAL

• Model dioda ideal menggambarkan dioda sebagai saklar

sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika dibias

forward maupun terbuka ( nonconducting ) ketika dibias

reverse. Model ini hanya digunakan untuk menentukan tahap

awal troubleshooting (proses mencari kesalahan dalamperangkat elektronik).

Kondisi Karakteristik

OPEN *Infinite Resistansi Sehingga Arus nol

*Tegangan penuh pada kaki dioda

CLOSED *Resistansi nol Shg Arus Max

*Tegangan nol pada kaki dioda

18


19/39

• Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat

diperoleh :1. Ketika dibias reverse ( Open Switch )

– dioda memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )

– dioda tidak dialiri arus

– Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal dioda

2.Ketika dibias forward ( Closed Switch )

– dioda memilki resistansi nol ( minimum )

– dioda dialiri arus

– Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal dioda

CONT.

19


20/39

2. MODEL DIODA PRAKTEK

• Dalam model dioda ideal banyak karakteristrik-karakteristik dioda yang diabaikan. Contohnya :Tegangan maju. Tegangan maju biasanyadiperhatikan dalam analisis matematika dari

rangkaian dioda. Pada aplikasi rangkaian yangdigunakan diasumsikan dioda yang dipergunakandioda silikon kalau ingin mengganti dengan diodagermaniun maka tegangan maju tinggal diubah

dari 0.7V menjadi 0.3V

20


21/39

3. MODEL dioda LENGKAP

• Merupakan model yang paling akurat.

• Menggambarkan karakteristik-karakteristik

operasional dioda.

• 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi

semakin akurat adalah Resistansi Bulk.

21


22/39

Kurva Karakteristik

Untuk masing-masing Model dioda

IF

V F

IR

V R

IF

V F

IR

V R V K =0.7V

IF

V F

IR

V R V K =0.7V

R B= ΔV / ΔI

Model dioda

IDEAL

Model dioda

PRAKTEK

Model dioda

LENGKAP

22


23/39

M e m b a c a D

a t a s h e e t

23


24/39

24


25/39

25


26/39

26


27/39

27


28/39

Membaca Datasheet Dioda 1N4001

• Seperti terlihat dalam Gambar, beberapa informasiberguna tentang dioda:

Tegangan patah sebesar: 50V (Maximum repetitive

peak reverse voltage). Rata-rata arus bias maju: 1A (Average rectified forwardcurrent).

Tegangan maksimum pada kondisi bias maju 1A adalah1,1V (Maximum instateneous forward voltage).

Arus bias mundur maksimum: 5 A – 50 A (MaximumDC reverse currnet)

28


29/39

Menentukan Garis Beban

Garis beban adalah sebuah perangkat yang dapatdigunakan untuk menghitung nilai arus dantegangan dioda dengan tepat.

Perhatikan rangkaian berikut, dan kita akanmenggambar garis beban dari rangkaian tersebut:

29

D1

Rs

100 Ohm

Vs

2 V


30/39

Persamaan Garis Beban

30


31/39


31


32/39


32


33/39


33

10 mA

20 mA

30 mA

12,5 mA

1V0,75v 2V

Saturation

Diode

Curve

Cutoff

Q (operating point)

ID

VD


34/39

Titik Q

Saat garis beban digabungkan dengan kurva diode,terdapat titik potong antara garis beban dan kurva dioda,yang dikenal sebagai titik Q. Q adalah singkatan dari“quiescent” yang berarti istirahat.

Titik Q memerupakan penyelesaian simultan antara kurvadioda dan garis beban. Titik ini merupakan satu-satunyatitik pada grafik yang berlaku untuk dioda dan rangkaian.

Dengan membaca koordinat titik Q, didapatkan titikoperasi (operating point ) pada arus sebesar 12,5 mA danpada tegangan dioda 0,75 V.

34


35/39

Percobaan 1 | Electronics Workbench (EWB)

1. Membuktikan Grafik V-I pada dioda silikon. Langkah-langkah percobaan

a. Buat rangkaian seperti pada gambar dibawah ini

b. Atur tegangan pada catu daya (Vs) pada nilai 0.001 V

c. Catat tegangan (Vd) dan arus (Id) pada dioda

d. Naikan Vs sampai dengan mencapai nilai 10 Ve. Buat grafik hubungan antara tegangan (Vd) dengan arus (Id)

35


36/39

Percobaan 2| Electronics Workbench (EWB)

Dengan menggunakan langkah percobaan yang

sama, lakukan pengukuran pada gambar di atas .

36


37/39

Percobaan 3| Electronics Workbench (EWB)

• Komponen yang digunakan dalam rangkaian penyearah yaitu Trafoatau Function Generator sebagai V in, Multimeter, Kapasitor,Resistor dan Osiloskop.

• Rangkailah gambar 1 pada EWB dengan V in adalah sumbertegangan bolak-balik (AC) dan V out disambung dengan osiloskop.

•Setelah merangkai gambar 1, kemudian lihat bentuk tegangan V indengan menggunakan osiloskop.

• Lihat bentuk tegangan pada V out dengan menggunakan osiloskopdan bandingkan dengan tegangan V in.

37


38/39

Percobaan 4| Electronics Workbench

(EWB)

• Langkah-langkah sama pada gambar 1.

38


39/39

Tugas!

• Buatlah laporan terkait Percobaan 1 dan 2,

Yang berisi : data hasil percobaan, grafik hasil

percobaan, analisis hasil percobaan

• Lakukan percobaan 3 dan 4 dan analis hasil

percobaan 3 dan 4

39

Documents

4-karakteristik-dioda.pdf