DASAR ELEKTRONIKA

APLIKASI DIODA

Oleh : Adrian Hadi Kardison

(0904405010) Nyoman Oka Arwata (0904405023)

I Gede Nova Priana

(0904405032)

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS UDAYANA

2010BAB I

PENDAHULUAN1.1 LATAR BELAKANG

Hampir semua perangkat elektronik di jaman moderen saat ini mengunakan IC (intergated circuit) untuk memperkecil dimensi alat elektronika dan memperingkas tempat agar komponen-komponen lain bisa terpasang ditempat yang terbatas.

Isi dari bab ini akan mengungkapkan sisi menarik dan sangat positif dari studi lapangan seperti perangkat elektronik dan sistem-sekali perilaku dasar perangkat, fungsi dan respon dalam berbagai konfigurasi tak terbatas dapat ditentukan. Kisaran aplikasi tidak ada habisnya, namun karakteristik dan model tetap sama. Analisis ini akan dilaksanakan dari satu dioda yang mempekerjakan satu dioda aktual karakteristik yang memanfaatkan model perkiraan hampir secara eksklusif. Adalah penting bahwa peran dan respon berbagai elemen sistem elektronik dipahami tanpa terus-menerus harus resor menggunakan prosedur yang panjang. Hal ini biasanya dilakukan melalui proses pendekatan, yang dapat berkembang menjadi sebuah seni itu sendiri. Meskipun hasil yang diperoleh menggunakan karakteristik aktual mungkin sedikit berbeda dari yang diperoleh menggunakan serangkaian aproksimasi, perlu diingat bahwa karakteristik yang diperoleh dari lembaran spesifikasi bisa sedikit berbeda dari perangkat yang digunakan sebenarnya. 1.2 TUJUAN PEMBUATAN PAPER

Tujuan dari pembuatan paper ini adalah :

Untuk mengembangkan pengetahuan tentang cara kerja dari dioda dalam berbagai konfigurasi menggunakan model yang sesuai untuk daerah aplikasinya. Untuk lebih memahami aplikasi dari dioda.BAB IIPEMBAHASAN

2.1 PRINSIP KERJA DIODA

Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor diode sering kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda digunakan untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatif. Didalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu.

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kjondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakain saja antara lain sebagai

penyearah gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai Klipper, Clamper , pengganda tegangan dan lain-lain.

Sifat-Sifat Dioda antara lain :

1) Dioda Silikon :

Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt

Perlawanan maju cukup kecil perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega ohm (M). Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A.

Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat mencapai 1000 V

2) Dioda Germanium : Menghantar dengan tenaga nmaju kira-kira 0,2 Volt. Perlawanan maju agak besar, perlawanan terbalik kurang tinggi (< 1 M). Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi.2.2 ANALISIS LOAD LINEBeban yang diterapkan biasanya akan memiliki dampak penting pada titik atau daerah pengoperasian setiap perangkat. Jika analisis dilakukan dengan cara grafis, garis dapat ditarik pada karakteristik perangkat yang merupakan beban yang telah diterapkan. Pada persimpangan ini, garis beban dengan karakteristik akan menentukan titik operasi dari suatu sistem. Analisis seperti ini, untuk alasan yang jelas disebut load line analisis atau analisis load line. Meskipun sebagian besar jaringan dioda dianalisis, tetapi dalam bab ini tidak mempekerjakan pendekatan beban line, teknik ini yang biasanya digunakan cukup sering dan dalam pengenalan ini menawarkan penerapan metode sederhana. Hal ini juga memungkinkan terjadinya validasi teknik perkiraan dalam menggambarkan seluruh bab ini.Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff pada rangkaian seri seperti pada gambar 2.1A akan menghasilkan rumus seperti di bawah ini : E -VD - VR = 0

E = VD +IDR Persamaan 2.1

Gambar 2.1 Seri dioda konfigurasi (a) diode rangkaian (b) diode karakteristikDua variabel dari Persamaan (2.1) (VD dan ID) adalah sama dengan variabel sumbu dioda pada gambar 2.1 b. Kesamaan ini memungkinkan perencanaan dari persamaan (2.1) pada karakteristik yang sama pda gambar 2.1 b. Persimpangan dari garis beban pada karakteristik dapat dengan mudah ditentukan jika hanya satu bahwa di mana saja pada sumbu horisontal ID = 0 dan pada sumbu vertikal VD = 0. Oleh karena VD 0 V maka Persamaan 2.1 menjadi :E = VD + IDR

= 0V +IDR

Persamaan 2.2Contoh : 1. Untuk konfigurasi seri dioda gambar. 2.3 a menggunakan karakteristik dioda dari gambar 2.3 b tentukan :(A) VDQ dan IDQ(B) VR

Gambar 2.3 a Circuit Gambar 2.3 b karakteristik.SimakBaca secara fonetikpenyelesaian(a) Eq (2.2) : ID = E/R

= 10V/2 k = 10 mA

Eq (2.3) : VD = E

= 10 V

(b) VR = IRR = IDQR = (9.25 mA)(1 k) = 9.25 V atau VR = E VD = 10 V 0.78 V

= 9.22 V2.3 DIODE APROKSIMASITABEL 2.1 Model semikonduktor dan diode ideal

Tabel 2.1 dikembangkan untuk meninjau penting karakteristik, model, dan kondisi aplikasi untuk aproksimasi dan model dioda ideal. Meskipun dioda silikon digunakan hampir secara eksklusif karena karakteristik tinggi terhadap suhu, dioda germanium masih dapat bekerja dan seperti terlihat pada tabel 2.1. Seperti halnya dengan dioda silikon, dioda germanium juga didekati oleh yang setara dengan sirkuit terbuka untuk voltase kurang dari VT.2.4 KONFIGURASI DIODA PADA KONDISI SERI DENGAN INPUT DC.Ada beberapa prosedur yang harus dilakukan dalam menganalisis dioda, yitu:1) Tentukan kondisi dioda ON/OFF dengan cara:

a. Lepaskan dioda dari rangkaian

b. Hitung tegangan pada terminal dioda VD yang dilepas tadi dengan KVL

c. Kondisi ON :Dioda silikon ( VD > 0.7Dioda germanium ( VD> 0.3

d. Kondisi OF:Dioda silikon ( VD < 0.7Dioda germanium ( VD< 0.32) Jika dioda ON, ganti dengan model pendekatan yang digunakan.

3) Analisis rangkaian tersebut. Contoh :

2.5 KONFIGURASI PARAREL DAN SERI-PARAREL PADA DIODA

Prosedur seperti di atas dapat dipakai untuk menganalisis rangkaian dioda paralel dan seri paralel Contoh :

Hitunglah V0, I1, ID1, dan ID2 dari rangkaian dioda berikut :

Jawab :

2.6 AND/OR GATES

Alat untuk menganalisis dan kesempatan untuk menginvestigasi konfigurasi komputer analis kali ini cukup terbatas pada level tegangan dan tidak termasuk pada penjabaran boolean.

Gerbang OR untuk logika positifVo = E Vd = 10V-0,7V = 9,3

Ketika salah satu input bernilai 1, maka arus pada terminal yang bernilai satu akan mengalir melalui dioda silikon lalu keluar pada terminal output Vo. Jadi dioda D1 dianggap ON dan dioda D2 dianggap OFF. Sesuai logika OR jika salah satu dari input bernilai 1 maka Output akan benilai 1.

2.7 INPUT SINUSOIDAL HALF WAVE

Untuk periode T / 2, UI T, polaritas dari VI masukan ke VO sinyal keluaran memiliki nilai positif. Proses menghapus satu setengah sinyal input untuk menetapkan tingkat dc adalah disebut setengah gelombang perbaikan. Pengaruh menggunakan dioda silikon dengan VT daerah di atas sumbu selama periode penuh dan nilai rata-rata yang ditentukan oleh Vdc. Efek bersih adalah pengurangan di daerah di atas sumbu, yang secara alami mengurangi tingkat yang dihasilkan tegangan dc.

Ada dua persamaa yang di gunakan untuk menentukan nilai rata-rata dengan tingkat akurasi yang relatif tinggi :

Vdc = 0.318 Vm

Vdc 0.318 (Vm Vt)

PIV (PRV)Tegangan puncak inverse PIV atau PRV (puncak tegangan reverse) peringkat dioda adalah paling penting dalam desain sistem perbaikan. Ingat bahwa tegangan rating yang tidak boleh melebihi wilayah reverse bias atau dioda akan memasuki Zener. PIV rating diperlukan untuk penyearah setengah gelombang.2.8 REKTIFIKASI FULL WAVE

Bridge network Tingkat dc diperoleh dari masukan sinusoidal dapat ditingkatkan 100% menggunakan proses yang disebut penuh gelombang perbaikan. PIV diperlukan setiap dioda (ideal) dapat ditentukan dari gambar 2.8.1 diperoleh pada puncak wilayah positif dari sinyal input. Untuk loop ditunjukkan maksimal tegangan pada R adalah Vm dan PIV rating didefinisikan oleh :

PIV > Vm

Gambar 2.8.1 PIV untuk menetukan konfigurasi jembatanPIV Gambar 2.8.2 akan membantu menentukan PIV untuk masing-masing dioda guna untuk penyearah gelombang penuh. Memasukkan tegangan maksimum untuk tegangan sekunder dan Vm sebagaimana ditetapkan dalam loop sebelah akan menghasilkanPIV = Vs + VR = Vm + Vm

Gambar 2.8.2 PIV tingkat dioda dari CT untuk penyearah gelombang penuh.SimakBaca secara fonetik2.9 CLIPPERS

Ada berbagai jaringan dioda yang memiliki kemampuan untuk klip kembali sebagian dari sinyal masukan tanpa mengganggu bagian sisa bolak balik gelombang. Tergantung pada orientasi dioda, wilayah positif atau negatif dari sinyal input dipotong off. Ada dua kategori umum pemotongan yaitu seri dan paralel. Konfigurasi seri didefinisikan sebagai salah satu dimana dioda secara seri langsung ke beban, sedangkan paralel varietas memiliki dioda dalam paralel cabang ke beban. SERI

Meskipun pertama kali diperkenalkan sebagai penyearah setengah gelombang (dalambentuk gelombang sinusoidal), tidak ada batasan pada jenis sinyal yang dapat diterapkanuntuk sebuah clipper.

Gambar 2.9.1 Seri pemangkas dengan suplai DC PARALEL

Analisis konfigurasi paralel sangatserupa dengan yang diterapkan pada konfigurasi seri, seperti yang ditunjukkan dalam contoh berikut ini :Tentukan Vo untuk jaringan dari gambar 2.9.2

Gambar 2.9.2

Penyelesaiannya :

Polaritas pasokan dc dan arah dioda sangat menyarankan bahwa dioda akan berada di wilayah negatif dari sinyal input. Untuk wilayah ini jaringan akan muncul sebagaimana ditunjukkan pada Gambar. 2.9.2.1 dimana didefinisikan terminal untuk membutuhkan Vo itu.

Vo = V = 4 V

Keadaan transisi dapat ditentukan dari Gambar. 2.9.2.2, dimana kondisi id 0 A telah di kenakan. Hasilnya adalah vi (transisi) = V = 4 V. Karena suplai dc jelas menekan dioda untuk tinggal di short circuit, tegangan input harus lebih besar dari 4 V untuk dioda yang akan di off kan. Setiap tegangan input kurang dari 4 V akan menghasilkan sebuah dioda hubungan singkat. Untuk melengkapi sketsa hasil vo dalam bentuk gelombang Gambar. 2.9.2.3

Simak Baca secara fonetik Gambar. 2.9.2.2SimakBaca secara fonetik

Gambar. 2.9.2.3

2.10 CLAMPERSJaringan penjepit adalah salah satu penjepit sinyal dc ke tingkat yang berbeda. Jaringan harus memiliki kapasitor, dioda, dan elemen resistif, tetapi juga dapat menggunakan suplai dc independen untuk memperkenalkan pergeseran tambahan. Besarnya R dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga waktunya konstan. RC cukup besar untuk menjamin bahwa tegangan kapasitor tidak membebaskan secara signifikan selama selang dioda adalah non conducting. Sepanjang analisis kita akan mengasumsikan bahwa untuk semua tujuan praktis kapasitor akan bekerja sepenuhnya, biaya atau debit pada lima konstanta waktu. Jaringan gambar 2.10.1 akan menjepit sinyal input ke tingkat nol (untuk ideal dioda). R resistor dapat menjadi resistor beban atau kombinasi paralel beban resistor dan resistor yang dirancang untuk menyediakan tingkat yang diinginkan dari R.

Gambar 2.10.1

Contoh :

Tentukan Vo untuk jaringan dari Gambar. 2.10.2 untuk input yang ditunjukkan.

Gambar. 2.10.2Penyelesaiannya :Perhatikan bahwa frekuensi adalah 1000 Hz, sehingga dalam jangka waktu 1 ms dan interval 0,5 m/s antara tingkat. Analisis ini akan dimulai dengan periode t1 t2 dari input sinyal sejak dioda dalam kondisi hubungan arus pendek sebagaimana direkomendasikan sebelumnya. Untuk interval jaringan ini akan muncul sebagaimana ditunjukkan pada Gambar. 2.10.3 Output adalah di R, tetapi juga langsung di baterai 5V, jika anda mengikuti hubungan langsung yang didefinisikan antara terminal untuk vo dan terminal baterai. Hasilnya adalah Vo = 5V untuk interval ini. Dengan menerapkan hukum tegangan Kirchhoff, sekitar loop input akan menghasilkan :-20 V Vc 5V = 0

Vc = 25 V

Gambar. 2.10.3Dan oleh karena itu kapasitor akan menghasilkan beban sampai dengan 25 V. Dalam hal inikasus resistor R tidak korsleting dan resistor akan menghasilkan di RTH 0 dengan ETH V 5 V. Untuk jaringan t2 sampai t3 akan muncul seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.10.4. Dengan menerapkan hukum tegangan Kirchhoff, sekitar loop input akan menghasilkan :

+ 10 V + 25 V Vo = 0

Vo = 35 V

Gambar. 2.10.4.

= RC = (100k).(0.1F) = 0.01 s = 10 m/sWaktu debit total sehingga 5 = (5.10 m/s) = 50 m/s

Keluaran yang dihasilkan muncul pada gambar 2.10.5 dengan sinyal input. Perhatikan bahwa ayunan output 30 V sesuai dengan ayunan masukan seperti yang tercantum pada langkah 5.

Gambar. 2.10.5

2.11 DIODE ZENERMenganalisa jaringan menggunakan diode Zener sangat mirip dengan yang diterapkan pada analisis dioda semikonduktor di bagian sebelumnya. Pertama keadaan dioda harus ditentukan diikuti dengan substitusi dari model yang sesuai dan penetapan dari jumlah yang tidak diketahui dari jaringan. Kecuali dinyatakan lain, model diode Zener seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.1a. Diode Zener didefinisikan oleh tegangan kurang dari Vz tetapi lebih besar dari 0 V dengan polaritas ditunjukkan dalam Gambar. 2.11.1b yang setara diode Zener adalah sirkuit terbuka yang muncul dalam gambar yang sama.

Gambar 2.11.1 dioda Zener setara untuk (a) "on" dan (b) "off" Contoh :

(A) Untuk jaringan diode Zener gambar. 2.11.2 menentukan Vl, Vr, Iz, dan Pz.(B) Ulangi bagian (a) dengan Rl = 3k

Gambar. 2.11.2Penyelesaiannya :

a) V = Rl Vi = 1.2 k (16 V) = 8.73 V R + Rl 1 k + 1.2 kSaat V= 8,73 V kurang dari Vz =10 V, dioda dalam keadaan seperti yang ditunjukkan gambar 2.11.4 menggantikan sirkuit terbuka akan menghasilkan jaringan yang sama seperti pada gambar. 2.11.3 di mana kita menemukan bahwaSimakBaca secara fonetikKamus - Lihat kamus yang lebih detail Gambar 2.11.3

Gambar 2.11.4Vl = V = 8.73 V

Vr = Vi Vl = 16 V 8.73 V = 7.27 VIz = 0 A

(b) V = Rl Vi = 3 k (16 V) = 12 V R + Rl 1 k + 3 k Vl = Vz = 10 V

Vr = Vi Vl = 16 V 10 V = 6 V

Il = Vl = 10 V = 3.33 mA Rl 3 k

Ir = Vr = 6 V = 6 mA R 1 k Iz = Ir Il

= 6 mA 3.33 mA

= 2.67 mA2.12 PSPICE WINDOWSDioda seri KonfigurasiAplikasi dari PSpice Windows mengharuskan bahwa jaringan pertama akan dibangun pada skema layar. Beberapa paragraf berikutnya akan memeriksa dasar-dasar menyiapkan jaringan dilayar, dengan asumsi tidak ada pengalaman sebelumnya dengan proses terlebih dahulu.

Secara umum, lebih mudah untuk menarik jaringan jika grid adalah pada layar dan ketentuan yang dibuat bahwa semua elemen berada di grid. Ini akan memastikan bahwa semua sambungan dibuat antara elemen. Layar dapat diatur dengan memilih pilihan pertama di judul layar skema, diikuti dengan tampilan pilihan, pilihan tampilan kotak dialog akan mengizinkan untuk membuat semua pilihan yang diperlukan tentang jenis tampilan yang diinginkan.