`MODUL I

DIODA DAN TRANSISTOR

A. TUJUAN

1. Memahami karakteristik dioda dan transistor beserta fungsi -fungsinya.

2. Memahami rangkaian BJT sebagai saklar.

B. DASAR TEORI

1. DIODA

1.1. Pengertian Dioda

Dioda adalah adalah komponen aktif yang memiliki dua kutub dan bersifat

semikonduktor dan sebagian besar terdapat pada teknologi pertemuan P-N semikonduktor.

Dioda P-N terdapat arus yang mengalir dari sisi Tipe-P (anoda) menuju sisi Tipe-N

(katoda), akan tetapi tidak dapat mengalir ke arah sebaliknya.

Gambar 1.1 Simbol Sambungan P-N

1.2. Karakteristik dioda

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VAK

dapat dilihat pada kurva karateristik dioda(gambar 1.2).

Gambar 1.2 kurva karakteristik dioda

Gambar 1.2 menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon

(Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positip,maka arus ID akan naik

dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut in (Vg) ini kira-kira sebesar

0.2 Volt untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian

tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada

persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat.

Bagian kiri bawah dari grafik karakteristik dioda diatas merupakan kurva

karakteristik dioda saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu

untuk dioda germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation

current) Is untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah

1 mA. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah

10 nA.

Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut dinaikkan terus, maka

suatu saat akan mencapai tegangan patah (break-down) dimana arus Is akan naik dengan

tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat

hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari

atom. Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga

arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini selalu

dihindari karena dioda bisa rusak.

Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam

persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu :

dimana:

ID=arus dioda (amper) Is = arus jenuh

mundur (amper) e = bilangan natural,

2.71828… VD = beda tegangan pada dioda

(volt) n = konstanta, 1 untuk Ge; dan » 2

untuk Si

VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)

Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan

konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga

VT ditentukan dengan persamaan :

dimana:

k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K (J/K artinya joule per derajat Kelvin) T

= temperatur mutlak (kelvin)

q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C

1.3. Prinsip Kerja Dioda

Prinsip kerja dioda yaitu berbeda dengan prinsip atau teori elektron yang

menyebutkan bahwa arus listrik yang terjadi dikarenakan oleh pergerakan elektron dari

kutub positif menuju ke kutub negatif, tetapi dioda ini hanya mengalirkan arus satu arah

saja, yaitu DC. Oleh karena jika dioda dialiri oleh tegangan P yang lebih besar dari muatan

N, maka elektron yang terdapat pada muatan N akan mengalir ke muatan P yang disebut

sebagai Forward Bias, bila terjadi sebaliknya, yaitu jika dioda tersebut dialiri dengan

tegangan N yang lebih besar daripada tegangan P, maka elektron yang ada di dalamnya

tidak akan bergerak, sehingga dioda tidak mengaliri muatan apapun, pada kondisi seperti

ini sering disebut sebagai reverse bias.

Gambar 1.2 Skema Prinsip Kerja Dioda

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Prinsip Kerja Dioda merupakan salah

satu alat yang sangat unik karena mampu memanipulasi muatan hingga menjadi muatan

yang searah atau DC. Sambungan antara muatan anoda (P) dengan muatan katoda (N)

dinamakan sebagai depletion layer (lapisan deplesi) dimana terjadi keseimbangan muatan

elektron dan hole. Biasanya pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima

muatan elektron, sedangkan pada sisi N banyak elektron yang siap untuk membebaskan

diri, dengan kata lain jika sisi P diberi muatan potensial yang lebih, maka elektron dari sisi

N akan langsung mengisi setiap hole-hole yang ada di sisi P.

1.4. Fungsi Dioda

Fungsi dioda adalah menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus

pada aliran tegangan balik sebagai pembawa tegangan atau muatan sehingga terjadi

perpindahan sekaligus pengaliran arus yang terjadi di hole tersebut yang menghasilkan

tegangan arus searah atau biasa disebut dengan DC. Selain itu, masih banyak lagi fungsi

dioda lainnya, sebagai berikut :

a. Sebagai penyearah untuk komponen dioda bridge.

b. Sebagai penstabil tegangan pada komponen dioda zener.

c. Sebagai pengaman atau sekering.

d. Sebagai pemangkas atau pembuang level sinyal yang ada di atas atau bawah

tegangan tertentu pada rangkaian clipper.

e. Sebagai penambah komponen DC didalam sinyal AC pada rangkaian clamper.

f. Sebagai pengganda tegangan.

g. Sebagai indikator untuk rangkaian LED (Light Emiting Diode).

h. Dapat digunakan sebagai sensor panas pada aplikasi rangkaian power amplifier.

i. Sebagai sensor cahaya pada komponen dioda photo.

j. Sebagai rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscilator) pada komponen dioda

varactor.

1.5. Jenis – jenis dan aplikasi Dioda

a. Dioda penyearah (rectifier)

Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan silikon yang berfungsi

sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc)

atau mengubah arus ac menjadi dc.

Gambar 1.3 Kaki-kaki dioda

b. Dioda zener

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras

tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas

dari dioda tersebut, contohnya jika tegangan yang diterima lebih besar dari

kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan

yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 5,1, dioda ini tetap mengeluarkan

tegangan sesuai dengan inputnya.

Gambar 1.4 Dioda Zener

c. Dioda cahaya (photo-diode)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada

pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat

melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan

geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data

berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).

Gambar 1.5 Photodioda

d. Light Emiting Diode (LED)

Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti elektronik yang

menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai

Opteolotronic.dengan masing-masing elektrodanya berupa anoda (+) dan katroda

(-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter cahaya yang

dihasilkan, dan warna nya.

Gambar 1.6 LED

e. Dioda varactor (Dioda kapasitas)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas

yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan

kepada dioda ini. Contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka

kapasitasnya akan menurun. Berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang

rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse.

Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan

pesawat penerima radio.

Gambar 1.7 Dioda Varactor

2. TRANSISTOR

2.1. Pengertian transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan

mempunyai tiga elektroda (triode) yaitu dasar (basis), pengumpul (kolektor) dan pemancar

(emitor). Dengan ketiga elektroda (terminal) tersebut, tegangan atau arus yang dipasang di

satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya.

Pengertian transistor berasal dari perpaduan dua kata, yakni “transfer” yang artinya

pemindahan dan “resistor” yang berarti penghambat. Dengan demikian transistor dapat

diartikan sebagai suatu pemindahan atau peralihan bahan setengah penghantar menjadi

penghantar pada suhu atau keadaan tertentu.

2.2. Prinsip kerja transistor

Secara harfiah sendiri transistor merupakan gabungan dari dua kata yaitu transfer dan

resistor yang dapat diartikan secara bebas sebagai pengalir arus atau pengatur aliran arus.

Triode merupakan istilah yang memiliki arti tiga elektroda, dan didalam resistor sendiri

memang memiliki tiga elektroda tersebut, yaitu basis atau dasar, emitor atau pemancar dan

kolektor atau pengumpul. Transistor dapat mengalirkan arus listrik atau juga menguatkan

tegangan dikarenakan memiliki ketiga elektroda tersebut. Fungsi lain dari transistor adalah

sebagai saklar pemutus dan penyambung aliran listrik ketika pada dasar atau basis

diberikan arus yang sangat besar. untuk cara kerja dari transistor sendiri tergantung dari

transistor jenis apa yang digunakan.

Gambar 2.1 Cara Kerja Transistor

2.3. Fungsi transistor

Fungsi Transistor sangat berpengaruh besar di dalam kinerja rangkaian elektronika.

Karena di dalam sirkuit elektronik, komponen transistor berfungsi sebagai jangkar

rangkaian. Fungsi yang lain yaitu sebagai berikut :

a. Sebagai penguat amplifier.

b. Sebagai pemutus dan penyambung (switching).

c. Sebagai pengatur stabilitas tegangan.

d. Sebagai peratas arus.

e. Dapat menahan sebagian arus yang mengalir.

f. Menguatkan arus dalam rangkaian.

g. Sebagai pembangkit frekuensi rendah ataupun tinggi.

2.4. Jenis – jenis dan aplikasi transistor

Jenis – jenis transistor dan cara kerja transistor pada umumnya dibagi menjadi dua

jenis yaitu :

a. Bipolar Junction Transistor (BJT)

Bipolar Junction Transistor (BJT) adalah jenis transistor yang paling banyak di

gunakan pada rangkaian elektronika. Jenis-Jenis Transistor ini terbagi atas 3

bagian lapisan material semikonduktor yang terdiri dari dua formasi lapisan yaitu

lapisan P-N-P (Positif-Negatif-Positif) dan lapisan N-P-N (NegatifPositif-

Negatif). Sehingga menurut dua formasi lapisan tersebut transistor bipolar

dibedakan kedalam dua jenis yaitu transistor PNP dan transistor NPN. Masing-

masing dari ketiga kaki jenis-jenis transistor ini diberi nama B (Basis),

C (Colector), dan E (Emitor). Fungsi transistor bipolar ini adalah sebagai

pengatur arus listrik (regulator arus listrik), dengan kata lain transistor dapat

membatasi arus yang mengalir dari Kolektor ke Emiter atau sebaliknya

(tergantung jenis transistor, PNP atau NPN).

Gambar 2.2 BJT

b. Field Effect Transistor (FET)

Transistor jenis ini sama seperti transistor bipolar yang memiliki tiga kaki. Tiga

kaki terminal yang dimiliki oleh transistor efek medan adalah Drain (D), Source

(S), dan Gate (G). Transistor efek medan ini atau dikenal pula dengan istilah

transistor unipolar memiliki hanya satu buah kutub saja. Sedangkan cara kerja

dari transistor efek medan ini adalah mengatur dan mengendalikan aliran elektron

dari Source ke Drain melalui tegangan yang diberikan pada Gate. Hal inilah yang

membedakan antara fungsi transistor efek medan dengan fungsi transistor bipolar

pada penjelasan diatas.

Gambar 2.3 FET

c. Metal Oxide Semiconductor (MOSFET)

Metal Oxide Semiconductor merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki

impedansi mauskan (gate) sangat tinggi (Hampir tak berhingga) sehingga dengn

menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk

menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan

MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban

dengan arus yang tinggi dan biaya yang lebih murah daripada menggunakan

transistor bipolar. Untuk membuat MOSFET sebgai saklar maka hanya

menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF).

Gambar 2.4 MOSFET

C. PERALATAN PERCOBAAN

1. Multimeter

2. Breadboard

3. Power Supply (5, 9, 12 V)

4. Trafo 2A

5. Resistor 1KΩ

6. Kapasitor 100 µF

7. Sinyal generator

8. Potensiometer 5K

9. Dioda 2A

10. Transistor BD139 (NPN) dan BD140 (PNP)

11. Osiloskop

D. PROSEDUR PERCOBAAN

1. Dioda

Pengujian gelombang dioda

a. Buat Rangkaian seperti gambar dibawah ini.

Rectifier half wave

Rectifier full wave

Rectifier full wave filter

b. Sambungkan Vi dengan Sinyal generator dan Vo dengan Osiloskop. Amati perubahan

yang terjadi.

c. Amati dan dokumentasikan grafik Vo yang tampak pada layar Osiloskop.

d. Buat tabel perbedaan dan persamaan dari rangkaian yang menggunakan 2 dioda dan 4

dioda.

e. Buat simulasi rangkaian dengan menggunakan software multisim.

f. Bandingkan hasil simulasi dengan hasil dari osiloskop.

g. Analisis gambar yang ditampilkan osiloskop dari masing-masing rangkaian dioda.

Karakteristik dioda melalui pengukuran arus dan tegangan

a. Buat Rangkaian seperti gambar dibawah ini

Vd

b. Baca arus dari pemberian tegangan seperti table di bawah ini:

Vs Vd (V) Id (mA)

5V

0,4 V

0,5 V

0,6 V

0,7 V

0,8 V

0,9 V

1 V

Id

Vs

b. Gambar grafik hubungan arus diode dengan tegangan diode

2. BJT

a. Buat rangkaian seperti gambar dibawah ini menggunakan transistor BD139.

b. Set harga Ib pada harga tertentu ( Usahakan tidak berubah – ubah ), kemudian

rubahlah harga Vcc ( 3 kali ) dengan menggunakan potensiometer, ukur harga Ib, Ic,Vce

dan Vcc ( yang kita ubah tadi ).

c. Ulangi langkah diatas untuk harga Ib ( 3 kali ) yang berbeda pada perubahan harga

Vcc yang sama seperti pertama. Kemudian buatlah tabelnya.

d. Buatlah grafik antara Ic dan Vce pada tiap perubahan Ib yang diset.

e. Ulangi percobaan diatas menggunakan transistor BD140.

Rangkaian BJT

Ib

Ic

Vcc

Vce