Upload
nani-dwi-larasati
View
228
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/3/2019 Laporan LR 03
1/15
LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB
KARAKTERISTIK VI SEMIKONDUKTOR
Nama / NPM : Nani Dwi Larasati / 1006680890
Fakultas / Program studi : Teknik / Teknik Lingkungan
Kode Praktikum : LR03
Tanggal Praktikum : 26 Oktober 2011
Laboratorium Fisika Dasar
Unit Pelaksana Ilmu Pengetahuan Dasar
(UPP-IPD)
Universitas Indonesia
8/3/2019 Laporan LR 03
2/15
2
Tujuan
Mempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu
semikonduktor
Alat
1. Bahan semikonduktor
2. Amperemeter
3. Voltmeter
4. Variable power supply
5. Camcorder
6. Unit PC
7. DAQ dan perangkat pengendali otomatis
Teori
Sebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan
disipasi panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh
material ini akan mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Jika pada
material semikonduktor, pertambahan kalor/panas akan mengurangi nilai
hambatan material tersebut. Peristiwa disipasi panas dan perubahan resistansi
bahan semikonduktor ini saling berkaitan.
Berdasarkan tingkat kemurnian atom penyusunnya, terdapat dua kelompok
semikonduktor yaitu intrinsik dan ekstrinsik. Untuk kelompok ekstrinsik terdapat
dua jenis/tipe semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-
n. Bahan semikonduktor yang banyak dipelajari dan secara luas telah dipakai
adalah bahan silikon (Si). Semikonduktor tipe-n dibuat dari bahan silikon murni
dengan menambahkan sedikit pengotor berupa unsur valensi lima. Empat
elektron terluar dari donor ini berikatan kovalen dan menyisakan satu elektron
lainnya yang dapat meninggalkan atom induknya sebagai elektron bebas. Dengan
demikian pembawa muatan mayoritas pada bahan ini adalah elektron. Hal yang
sama, semikonduktor tipe-p dibuat dengan mengotori silikon murni dengan atom
8/3/2019 Laporan LR 03
3/15
8/3/2019 Laporan LR 03
4/15
4
4. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan
5. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8
Catatan: data yang diperoleh adalah 5 buah data terakhir jika rangkaian diberi
beda potensial tertentu ( misalkan V1) dengan interval 1 detik antara data ke satu
dengan data berikutnya.
Tugas dan evaluasi
1. Perhatikan data yang saudara peroleh, apakah terjadi perubahan tegangan dan
arus untuk V1 , V2 , V3 , V4, dan V5? Bila terjadi perubahan Jelaskan secara
singkat mengapa hal tersebut terjadi (analisa dan bila tidak terjadi jelaskan pula
mengapa demikian!
2. Dapatkan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur
untuk V1 , V2 , V3 hingga V8.
8/3/2019 Laporan LR 03
5/15
5
3. Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan I
yang terukur (lihat tugas 2)!
4. Bagaimanakah bentuk kurva hubungan V vs I , jelaskan mengapa bentuknya
seperti itu !
5. Berdasarkan berbagai kurva grafik V vs I bolehkah kita menggunakan hukum
Ohm dalam peristiwa ini ?
6. Berikan kesimpulan terhadap percobaan ini
8/3/2019 Laporan LR 03
6/15
6
Data Pengamatan
V (volt) I (mA)
0.45 3.91
0.45 3.91
0.45 3.91
0.45 3.91
0.45 3.91
0.93 8.15
0.93 8.15
0.93 8.15
0.93 8.15
0.93 8.15
1.38 11.73
1.38 11.73
1.38 11.73
1.37 12.06
1.37 12.06
1.85 15.97
1.85 16.29
1.85 16.29
1.85 16.29
1.85 16.29
2.27 20.20
2.27 20.85
2.27 20.53
2.27 20.53
2.27 20.85
2.85 27.04
2.85 26.72
2.85 27.37
2.84 27.70
2.84 28.023.17 30.63
3.17 30.30
3.16 30.95
3.15 31.93
3.15 31.93
3.62 35.84
3.61 36.49
3.60 37.15
3.59 37.47
3.58 38.12
8/3/2019 Laporan LR 03
7/15
7
Catatan: Data pengamatan yang digunakan adalah data pengamatan pada
percobaan kedua.
8/3/2019 Laporan LR 03
8/15
8
Pengolahan Data
1. Beda potensial yang terukur mengalami perubahan di V3, V6, V7, dan V8,
sementara nilai arus yang terukur mengalami perubahan mulai dari V3 hingga ke
V8.
2. Nilai beda potensial yang terukur dan arus rata-rata yang terukur:
Untuk V1V (volt) I (mA)
0.45 3.910.45 3.91
0.45 3.91
0.45 3.91
0.45 3.91
Rata-rata 0.45 3.91
Untuk V2V (volt) I (mA)
0.93 8.150.93 8.15
0.93 8.15
0.93 8.15
0.93 8.15
Rata-rata 0.93 8.15
Untuk V3V (volt) I (mA)
1.38 11.731.38 11.73
1.38 11.73
1.37 12.06
1.37 12.06
Rata-rata 1.376 11.862
8/3/2019 Laporan LR 03
9/15
9
Untuk V4V (volt) I (mA)
1.85 15.97
1.85 16.29
1.85 16.29
1.85 16.29
1.85 16.29
Rata-rata 1.85 16.226
Untuk V5V (volt) I (mA)2.27 20.20
2.27 20.85
2.27 20.53
2.27 20.53
2.27 20.85
Rata-rata 2.27 20.592
Untuk V6V (volt) I (mA)
2.85 27.04
2.85 26.72
2.85 27.37
2.84 27.70
2.84 28.02
Rata-rata 2.846 27.37
Untuk V7V (volt) I (mA)
3.17 30.633.17 30.30
3.16 30.95
3.15 31.93
3.15 31.93
Rata-rata 3.16 31.148
8/3/2019 Laporan LR 03
10/15
10
Untuk V8V (volt) I (mA)
3.62 35.84
3.61 36.49
3.60 37.15
3.59 37.47
3.58 38.12
Rata-rata 3.6 37.014
3. Grafik hubungan V vs I untuk rata rata V dan I yang terukur:
4. Penjelasan bentuk kurva hubungan V vs IGrafik menunjukkan adanya hubungan linear dari nilai beda potensial
yang terukur dengan arus yang terukur. Grafik tersebut berbentuk garis dari kiri
bawah ke kanan atas, hal ini menunjukkan bahwa nilai beda potensial dan arus
listrik yang telah diukur berbanding lurus. Dengan kata lain pada semikonduktor,
semakin besar nilai beda potensial yang diberikan, semakin besar pula arus yang
dihasilkan. Apabila ditulis dalam sebuah rumus seperti V =xI.
y = 10.44x - 1.9744
R = 0.9931
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 1 2 3 4
I(mA)
V (volt)
Grafik Hubungan V vs I
Linear
Linear (Linear)
8/3/2019 Laporan LR 03
11/15
11
Pada pratikum ini praktikan mendapatkan delapan jenis variasi data V1
hingga V8. Oleh karena itu, dalam praktikum ini, terdapat delapan macam variasi
data. Persamaan garis dari grafik hubungan tegangan rata-rata dengan kuat arus
rata-rata merupakan persamaan garis linear (y = mx+c) yang dapat dihitung
dengan menggunakan metode regresi linear (least square).
Xi Yi Xi Yi XiYi
V1 0.45 3.91 0.2025 15.2881 1.7595
V2 0.93 8.15 0.8649 66.4225 7.5795
V3 1.376 11.862 1.893376 140.707044 16.322112V4 1.85 16.226 3.4225 263.283076 30.0181
V5 2.27 20.592 5.1529 424.030464 46.74384
V6 2.846 27.37 8.099716 749.1169 77.89502
V7 3.16 31.148 9.9856 970.197904 98.42768
V8 3.6 37.014 12.96 1370.036196 133.2504
16.482 156.272 42.581492 3999.082184 411.996152
m = ()
( )
= ( ) ( )( ) = 10.44
c = ()
( )
=( ) ( )
( ) = -1.9744
y = mx + c = 10.44x1,9744
Namun, karena praktikan menggunakan Microsoft Excel untuk membuat grafik
maka persamaan garis lurus untuk V rata-rata dan I rata-rata dapat langsung
diketahui.
Sementara, nilai kesalahan relatifnya dapat dicari sebagai berikut:
y
2
=
[ -
( ) () ( ) ( ) ]
8/3/2019 Laporan LR 03
12/15
12
=
[()
y = 1.0141
m = y ( )
= 1.0141 ( ) = 0.3546
Kesalahan relatif = x 100% = 3.4%
5. Penggunaan hukum Ohm
Hukum Ohm berlaku pada percobaan ini karena tidak ada faktor luar yang
mempengaruhi, misalnya kalor/panas. Hubungan arus yang mengalir dengan
potensial diatur oleh Hukum Ohm yaitu V = IRdi mana Rmerupakan resistivitasatau hambatan dari beban. Nilai R di sini menjadi ukuran seberapa besar
semikonduktor tersebut menahan laju aliran elektron. Berlakunya hukum ohm
sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu, bahkan hukum ini tidak berlaku jika
suhu semikonduktor tersebut berubah. Akan tetapi, sekali lagi karena percobaan
ini bukanlah percobaan manual maka tidak ada perubahan panas.
V rata-rata(volt) I rata-rata (mA) R rata-rata (m)
V1 0.45 3.91 0.115089514
V2 0.93 8.15 0.114110429
V3 1.376 11.862 0.116000674
V4 1.85 16.226 0.114015
V5 2.27 20.592 0.110236985
V6 2.846 27.37 0.103982462
V7 3.16 31.148 0.101451136
V8 3.6 37.014 0.097260496
Rata-rata 3.2964 19.534 0.109018337
8/3/2019 Laporan LR 03
13/15
13
Dapat disimpulkan bahwa nilai hambatan yang akan diperoleh dengan
perhitungan V1,V2, V3, V4, V5, V6, V7, dan V8 dengan nilai I yang diukur yaitu
0.1090 m.
8/3/2019 Laporan LR 03
14/15
14
Analisis
Praktikum LR03 ini bertujuan untuk mempelajari hubungan antara beda
potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu semikonduktor. Setelah login ke
website sitrampil, praktikan melanjutkan dengan mengklik link ke rLab dan
melakukan login kembali. Kemudian, praktikan memberikan beda potensial
dengan memberi tegangan V1 dan dilanjutkan dengan mengaktifkan power
supply/baterai dengan mengklik radio button di sebelahnya. Setelah itu, praktikan
mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan dan mengulangi
langkah-langkah tersebut untuk beda potensial V2 hingga V8. Sebelum praktikum
terdapat perintah untuk melihat video terlebih dahulu, namun sayangnya video
tersebut tidak dapat digunakan sehingga praktikan mengukur tegangan V1 sampai
V8 tanpa melihat video sebelumnya. Padahal dalam cara kerja praktikum,
praktikan diminta untuk mengambil data saat tegangan atau beda potensial
mendekati nol.
Data pengamatan yang praktikan gunakan dalam perhitungan adalah data
pengamatan pada percobaan kali kedua. Data yang diperoleh adalah lima buah
data terakhir jika rangkaian diberi beda potensial tertentu (V1 hingga V8) dengan
interval 1 detik antara data ke satu dengan data berikutnya. Sehingga total
diperoleh 40 buah data.
Dari setiap V1 sampai V8, praktikan mencari nilai rata-rata dari beda
potensial dan arus yang terukur. Nilai rata-rata tersebut kemudian diplot ke grafik
di Microsoft Excel dengan sumbu x merupakan nilai rata-rata dari beda potensial
yang terukur (dalam volt), sedangkan sumbu y merupakan nilai rata-rata dari arus
yang terukur (dalam miliAmpere). Grafik menunjukkan bahwa persamaan garis
untuk data tersebut merupakan sebuah persamaan garis lurus dengan y = mx + c =
10.44x 1,9744. Grafik tersebut berbentuk garis dari kiri bawah ke kanan atas,
hal ini menunjukkan bahwa nilai beda potensial dan arus listrik yang telah diukur
berbanding lurus. Dengan kata lain pada semikonduktor, semakin besar nilai beda
potensial yang diberikan, semakin besar pula arus yang dihasilkan.
8/3/2019 Laporan LR 03
15/15
15
Nilai hambatan rata-rata dapat dicari dengan menggunakan rumus yang
diperoleh dari hukum ohm yaitu V=I.R karena panas pada percobaan ini tetap
sehingga persamaan ini dapat berlaku pada semikonduktor.
Dari perhitungan didapatkan bahwa nilai kesalahan relatif adalah 3,4%.
Sebenarnya, ada beberapa hal yang menjadi faktor penyebab terjadinya kesalahan.
Pertama, seperti sudah dikatakan sebelumnya, ketika praktikan melakukan
pratikum pada r-lab, praktikan tidak dapat melihat ataupun mengakses video
praktikum tersebut sehingga praktikan melaksanakan perintah pratikum tanpa
melihat video. Kedua, tidak ada penjelasan lebih lanjut mengenai ada atau
tidaknya pertambahan kalor/panas pada material ini. Hal ini mengakibatkan
praktikan berasumsi bahwa suhu pada saat dilaksanakan pratikum relatif konstan.
Selain itu faktor ketelitian praktikan saat mengakses rLab serta saat pengambilan
data sesuai dan koneksi internet yang dimiliki lancar.
Kesimpulan
Nilai Vrata-rata = 3.2964 voltIrata-rata = 19.534 mA
Rrata-rata= 0.1090 m
Kesalahan relatif = 3,4% Semakin besar beda potensial, semakin besar pula arus yang mengalir. Besar hambatan dapat dicari dengan menggunakan hukum Ohm.
Referensi
1. Giancoli, D.C. Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice Hall,
NJ. 2000.
2. Halliday, David., dan Resnick, Robert. Fisika Jilid 2. Ed. Ke-3. Jakarta:
Penerbit Erlangga, 1984.