DocumentD1

LAPORAN RESMI PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR II

Abstrak—Telah dilakukan percobaan elektronika dasar II mengenai karakteristik dioda (D1). Alat yang digunakan adalah diode, power supply batrai 9V, resistor variabel 100kΩ dan 10 kΩ, amperemeter DC dan voltmeter DC. Percobaan ini dilakukan untuk menentukan karakteristik diode yang digunakan, mengetahui karakteristik dioda bias mundur dan maju dan mengetahui hubungan tegangan dan arus listrik pada diode. Dalam percobaan ini menggunakan dua rangkaian yakni rangkaian untuk diode bias maju dan rangkaian untuk diode bias mundur. Amperemeter dipasang seri dan voltmeter dipasang parallel pada rangkaian. Kemudian, tegangan diatur dengan memutar resistor variabel. Tegangan yang digunakan variasi dari 0,1V-1 V, 3V dan 5 V. Masing-masing tegangan, diukur nilai arusnya. Berikutnya dilakukan langkah yang sama untuk rangkaian diode bias mundur. Dari percobaan, didapatkan nilai arus. Hasil percobaan menunjukkan bahwa pada kondisi dioda diberi penambahan pra tegangan maju (bias maju) terjadi penambahan nilai arus yang mengalir atau dapat dikatakan nilai tegangan berbanding lurus dengan arus), sebaliknya ketika dioda diberikan pra tegangan mundur (bias mundur) maka arus tidak akan bisa mengalir.

Kata Kunci—Karakteristik dioda, bias maju dan bias mundur, hubungan arus dan tegangan pada dioda

I. PENDAHULUAN

iode adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Diode memegang peranan sangat

penting dalam elektronika, diantaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari 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 denagn perubahan teganan jala-jala (PLN), untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor, mengesan gelombang mikro dan lain-lain.[1]

D

Diode merupakan komponen elektronik yang dibuat dari bahan semikonduktor ( silikon atau germanium) tipe p (lubang) dan tipe n (elektron bebas) yang disatukan. Dioda memiliki dua kaki yaitu anoda yang dihubungkan pada sumber tegangan positif dan katoda yang dihubungkan pada sumber negatif. Arus listrik mengalir dari kaki anoda ke kaki katoda, atau dari semihantar p ke semihantar n (forward bias). Bila kaki anoda dihubungkan

sumber negatif dan kaki katoda dihubungkan ke sumber positif (reverse bias) maka diode akan memiliki hambatan yang sangat besar sehingga arus tidak bisa lewat.Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja tetapi disisi lain dioda juga dapat menahan arus yang berlawanan arah. [3]

Gambar 1.1 Sambungan P-N

Struktur dioda adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan sisi yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. [3]

Gambar 1.2 Simbol dioda

Gambar 1.1 menunjukkan sambungan P-N nya, sedang gambar 1.2 menunjukkan lambang atau simbolnya. Arah panah menunjukkan arah hole (arus listrik) jika diberi tegangan maju (prasikap maju). [3]

Di sekitar persambungan semihantar terdapat daerah transisi atau disebut juga daerah muatan ruang. Di daerah transisi ini terdapat tembok potensial / potential barrier (Vγ). Besarnya tembok potensial bergantung pada jenis semi konduktor yang dipakai, untuk silikon (Si) mempunyai besar Vγ sebesar 0,7 volt dan untuk germanium (Ge) mempunyai Vγ sebesar 0,3 volt. Pada kondisi forward bias (dioda diberi tegangan maju) yaitu dimana anoda lebih positif dibandingkan dengan katoda maka Vγ merendah sebaliknya jika diode diberi reverse bias (diode diberi tegangan mundur) yaitu dimana katoda lebih positif daripada anoda maka Vγ meninggi. Untuk tembok potensial meninggi maka tidak ada perpindahan muatan atau besarnya arus adalah nol ( idealnya), namun praktisnya tetap ada arus meskipun sangat kecil. [2]

Karakteristik dioda dapat ditunjukkan oleh hubungan antara arus yang lewat dengan beda potensian ujung-ujungnya. Karakteristik diode pada umumnya diberikan oleh pabrik, tetapi dapat juga

KARAKTERISTIK DIODA (D1)Diani Ainun Nisa, Adis Prasetyo

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA Institut Teknologi Sepuluh Nopember Jl. Arief Rahman Hakim, Surabaya 60111

E-mail: [email protected]

1


diselidiki sendiri dengan rangkaian seperti gambar 1.3. [3]

Gambar 1.3 Rangkaian untuk menyelidiki karakteristik diode

Jika tegangan balik diperbesar maka akan mencapai keadaan arus meningkat secara tajam, yang hanya dapat dibatasi oleh tahanan luar. Tegangan kritis ini disebut tegangan dadal (break down voltage = peak inverse voltage). [3]

I=I 0(εV

ηV T

−I ) …..............…..

(1.1)

V T=K T

q …….……..…….

(1.2)

dimana I0 adalah arus mundur, I adalah arus maju, V adalah tegangan terpasang.

Gambar 1.4 Dioda Bias Maju

Pada Gambar 1.4 kita dapat melihat suatu rangkaian ditata bias maju dengan sebuah sumber DC. Pusat sumber positif dihubungkan dengan anoda / p sedangkan kutub negatif sumber mengenai katoda / n. Seperti yang diketahui pada bias maju, sumber (baterai) mendorong lubang-lubang dan elektron bebas menuju sambungan. Jika tegangan baterai lebih kecil daripada hambatan potensial / tembok potensial (V<Vγ), maka elektron bebas tidak mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi / daerah transisi, sehingga tidak ada arus yang melintasi dioda. [4]

Gambar 1.5 Dioda Bias Mundur

Pada rangkaian gambar 1.5 diatas, jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. maka didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Pada kondisi ini dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun kondisi tarsebut ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi. [4]

II. METODE

Pada percobaan mengenai karakteristik diode ini menggunakan dua rangkaian percobaan yakni rangkaian untuk diode bias maju dan rangkaian untuk diode bias mundur. Adapun alat dan bahan yang digunakan adalah diode, power supply batrai 9V, resistor variabel 100kΩ dan 10 kΩ, amperemeter DC dan voltmeter DC.

Gambar 2.1 Rngkaian Percobaan

Ada beberapa langkah kerja pada percobaan gejala transier ini. Langkah pertama ialah peralatan serta komponen percobaan disiapkan. Kedua, rangkaian RL seri disusun seperti pada gambar 2.1. Ketiga, power supply dinyalakan yakni menggunakan batrai 9V. Keempat, tegangan yang

2


masuk pada diode diatur sebesar 0,1V dengan mengubah atau memutar resistor variabel. Kelima, arus yang masuk pada diode diamati pada amperemeter. Ketujuh, tegangan pada diode dinaikkan secara perlahan dengan mengubah hambatan pada resistor variabel hingga menuju 0,2V. Kedelapan, setiap perubahan tegangan dari 0,1V-1V, 3 V dan 5V arus pada amperemeter diamati. Langkah kedua hingga kedelapan diulangi untuk rangkaian diode bias mundur. Grafik dibuat dari data tersebut.

Flow Chart

III. HASIL DAN PEMBAHASAN

Dari percobaan yang telah dilakukan ini, didapatkan nilai dari masing-masing rangkaian yakni arus pada bias maju dan arus pada bias mundur. Masing-masing data hasil perolehan akan ditampilkan pada tabel 1 dan tabel 2.

Tabel 1 Data percobaan rangkaian diode bias maju

No. Tegangan (V) Arus (ηA)1 0,1 -0,12 0,2 -0,13 0,3 -14 0,4 -4,95 0,5 -11,16 0,6 -17,37 0,7 -22,5

8 0,8 -279 0,9 -32,410 1 -36,711 3 -12012 5 -210

Dari data di atas, dapat kita amati bahwa nilai arus yang dihasilkan sejak awal pada tegangan 0,1V hingga 5V nilai arus adalah minus. Hal ini dikarenakan terjadi kesalahan pada rangkaian alat yang digunakan. sehingga, hasilnya adalah minus. Minus menandakan arus yang mengalir adalah berkebalikan.

Seperti yang diketahui pada bias maju, sumber (baterai) mendorong lubang-lubang dan elektron bebas menuju sambungan. Jika tegangan baterai lebih kecil daripada hambatan potensial / tembok potensial (V<Vγ), maka elektron bebas tidak mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi / daerah transisi, sehingga tidak ada arus yang melintasi dioda.

Ketika sumber tegangan baterai lebih besar daripada tembok potensial (V>Vγ), baterai mendorong kembali lubang-lubang dan elektron-elektron bebas menuju ke sambungan. Pada saat tersebut elektron bebas mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi dan bergabung dengan lubang-lubang. Arus mengalir dengan mudah dalam bias / prasikap maju dioda. Sepanjang penerapan tegangan lebih besar dibandingkan hambatan potensial / tembok potensial, maka akan terjadi arus kuat yang secara terus-menerus melalui dioda.

Dari data juga kita dapat menentukan jenis diode yang digunakan, baik diode dari bahan silikon atau diode dari bahan germanium. Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi (Vγ) adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. Pada percobaan D1 kali ini menggunakan diode silikon karena tegangan konduksi terjadi pada saat lebih dari 0,7V.

Tabel 2 Data percobaan rangkaian diode bias maju

No. Tegangan (V) Arus (ηA)1 0,1 02 0,2 03 0,3 04 0,4 05 0,5 06 0,6 07 0,7 08 0,8 0

StartAlat

dirangkai

Tegangan keluaran batrai 9V diaturVariabel resistor diatur

untuk mengubah teganganPerubahan arus

diamati pada amperemeter

Ganti teganga

n masuka

n

Ganti rangkaian dioda bias mundur

Komponen apa sudah

terpasang ?Finish

Tegangan dinaikkan

dengan mengubah

resitor variabel

3


9 0,9 010 1 011 3 012 5 0

Dari data hasil diatas, dapat dilihat bahwa arus yang dihasilkan pada saat bias mundur dari tegangan 0,1V hingga 5V adalah 0ηA. Pada kondisi ini dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun kondisi tarsebut ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Ketika perbedaan potensial sama dengan penerapan tegangan reverse Lapisan deplesi berhenti berkembang. Ketika hal ini terjadi, elektron-elektron dan lubang-lubang berhenti bergerak keluar sambungan. Setelah lapisan deplesi stabil ada sebuah arus kecil pada reverse bias. Sedikit pembawa minoritas berada pada kedua sisi sambungan, sebagian besar begabung dengan pembawa mayoritas. Tetapi yang berada di dalam lapisan deplesi berada lebih lama untuk melintasi sambungan. Ketika hal ini terjadi, sebuah arus mengalir dalam rangkaian luar. Arus reverse disebabkan oleh panas yang menghasilkan minoritas disebut juga arus jenuh.

Di samping arus pembawa minoritas, terdapat arus bocor dalam sebuah dioda prasikap mundur. Arus kecil ini mengalir pada permukaan kristal (arus permukaan – bocor), hal ini disebabkan karena permukaan yang tidak murni dan tidak sempurna dalam struktur kristal. Jadi arus adalah mendekati nol pada dioda bias balik / prasikap mundur.

-190 -140 -90 -40 100

1

2

3

4

5

6Hubungan V-I

Bias Maju

Bias Mundur

Arus (ηA)

Teg

anga

n (V

)

Grafik 3.1 Hubungan tegangan dan arus pada diode bias maju dan bias mundur

Pada gambar grafik diatas dapat diketahui bahwa pada kondisi dioda diberi penambahan pra tegangan maju (bias maju) terjadi penambahan nilai arus yang mengalir atau dapat dikatakan nilai tegangan berbanding lurus dengan arus, sebaliknya ketika dioda diberikan pra tegangan mundur (bias mundur) maka arus tidak akan bisa mengalir.

IV. KESIMPULAN

Dari percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa pada kondisi dioda diberi penambahan pra tegangan maju (bias maju) terjadi penambahan nilai arus yang mengalir atau dapat dikatakan nilai tegangan berbanding lurus dengan arus), sebaliknya ketika dioda diberikan pra tegangan mundur (bias mundur) maka arus tidak akan bisa mengalir.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada asisten laboratorium Asdi Prasetyo (asisten dalam percobaan gejala transier), yang telah bersedia membantu baik pada saat sebelum dilaksanakannya percobaan maupun pada saat sesudahnya (briefing jurnal). Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada tim kelompok atas kerja samanya dalam melaksanakan praktikum.

DAFTAR PUSTAKA

[1] Blocker, Richard. 2003. “Dasar Elektronika”. Andi. Yogyakarta

[2] Boylestad, Robert L. 2009. “Electronics Devices and Theory”. Pecirson Education. Amazon

[3] Edminister, Joseph A. 1990. “Rangkaian Listrik Edisi Kedua”. Erlangga. Jakarta

[4] Smith, Ralph J. 1990. “Rangkaian, Piranti dan Sistem”. Erlangga. Jakarta

4

Documents

DocumentD1