Dioda dan Catu Daya

MODUL 3 FI – 2104 ELEKTRONIKA 18

MODUL 3

DIODA DAN CATU DAYA

1. TUJUAN

Setelah melakukan praktikum ini, praktikan diharapkan telah memiliki

kemampuan sebagai berikut :

1.1. Membuat gambar karakteristik statik dioda dan menggunakannya.

1.2. Memahami perbedaan pokok antara dioda penyearah biasa dan dioda zener.

1.3. Memasang dioda pada rangkaian agar bekerja sebagai penyearah setengah

gelombang dan juga sebagai penyearah gelombang penuh.

1.4. Mengukur tegangan AC dan DC pada penyearah tegangan bertapis untuk berbagai

nilai beban dan menggunakan teori kasar untuk menganalisa hasil pengukuran.

1.5. Menggunakan dioda zener serta memasangnya di dalam suatu rangkaian catu daya

untuk pengaturan tegangan serta melakukan pengukuran untuk memperoleh kurva

pembebanan.

2. ALAT DAN KOMPONEN

2.1. Signal Generator 2.6. Resistor

2.2. Osiloskop 2.7. Kapasitor

2.3. Multimeter 2.8. Dioda daya

2.4. Breadboard 2.9. Dioda zener

2.5. Catu Daya Variabel DC 2.10. Transformator, kabel-kabel jumper

3. DESKRIPSI

3.1 DIODA

Kita dapat menyelidiki karakteristik statik dioda, dengan cara memasang dioda

seri dengan sebuah catu daya dc dan sebuah resistor. Kurva karakteristik statik dioda

merupakan fungsi dari arus ID, arus yang melalui dioda, terhadap tegangan VD, beda

tegang antara titik a dan b (lihat gambar 1 dan gambar 2)


I

I

V

D

D

VPIV

C

S

V

Gambar 2. Kurva karakteristik dioda

+

a b

V

R

D

L

Gambar 1. Rangkaian untuk mengukurkarakteristik statik dioda

VDD

c

Karakteristik statik dioda dapat diperoleh dengan mengukur tegangan dioda (Vab) dan

arus yang melalui dioda, yaitu ID. Dapat diubah dengan dua cara, yaitu mengubah VDD.

Bila arus dioda ID kita plotkan terhadap tegangan dioda Vab, kita peroleh karakteristik

statik dioda

Bila anoda berada pada tegangan lebih tinggi daripada katoda (VD positif) dioda

dikatakan mendapat bias forward. Bila VD negatip disebut bias reserve atau bias

mundur. Pada gambar 2 VC disebut cut-in-voltage, IS arus saturasi dan VPIV adalah

peak-inverse voltage.

Bila harga VDD diubah, maka arus ID dan VD akan berubah pula. Bila kita mempunyai

karakteristik statik dioda dan kita tahu harga VDD dan RL, maka harga arus ID dan VD

dapat kita tentukan sebagai berikut. Dari gambar 1.

VDD = Vab + (I· RL) atau I = -(Vab/RL) + (VDD / RL)

Bila hubungan di atas kita lukiskan pada karakteristik statik dioda kita akan

mendapatkan garis lurus dengan kemiringan (1/RL). Garis ini disebut garis beban (load

line). Ini ditunjukkan pada gambar 3.


Kita lihat bahwa garis beban

memotong sumbu V dioda pada

harga VDD yaitu bila arus I=0, dan

memotong sumbu I pada harga

(VDD/RL). Titik potong antara

karakteristik statik dengan garis

beban memberikan harga tegangan

dioda VD(q) dan arus dioda ID(q).

Dengan mengubah harga VDD kita akan mendapatkan garis-garis beban sejajar seperti

pada gambar 3. Bila VDD<0 dan |VDD| < VPIV maka arus dioda yang mengalir adalah

kecil sekali, yaitu arus saturasi IS. Arus ini mempunyai harga kira-kira 1 µA untuk dioda

silikon.

I

ID

VD

Vpiv

c

s

V

Gambar 3. Kurva karakteristik dan garis beban

V

R

dd

L

V (q)d

I (q)d

Vdd

q

3.2. CATU DAYA

TRANSFORMATOR

Transformator berfungsi untuk menurunkan atau menaikkan tegangan AC.

Dalam percobaan ini digunakan transformator untuk menurunkan tegangan. Perhatikan

diagram transformator pada gambar 4.

Gambar 4. Pembebanan transformator

RLCT

T

PLN V

Setiap transformator memiliki hambatan keluaran Ro, yang akan menyebabkan

turunnya tegangan sekunder dari trafo jika dipasang beban antara CT dan V. Tegangan

turun sebesar V = IL · Ro, dimana IL adalah arus beban. Makin besar arus beban yang

ditarik, makin kecil tegangan keluaran.


Tegangan keluaran dalam keadaan terbebani (Vob) adalah Vob = Voo- IL · Ro, sedangkan

Voo adalah tegangan keluaran tanpa beban yang merupakan tegangan keluaran

transformator diukur dengan multimeter tanpa beban.

Hal tersebut perlu kita lakukan untuk dapat menentukan hambatan keluaran

transformator R0, karena kita tidak memiliki amperemeter yang dapat mengukur

langsung arus beban.

PENYEARAH

Untuk memperoleh tegangan penyearah yang cukup konstan pada suatu harga,

kita dapat membuat penyearah tegangan dengan menggunakan dioda. Kita dapat

membuat berbagai macam rangkaian penyearah, misalnya rangkaian penyearah dengan

tapis yang berfungsi meratakan tegangan keluaran.

Gambar 6. Penyearah gelombang penuh

D1

D2

CT

T

PLN RL

Gambar 5. Penyearah setengah gelombang

CT

DT

PLN RL

Vo

t

t

a

b

cV = Vo c

V

V

a

b

Gambar 7. Penyearah dengan tapis

D1

D2

RLC

+CT

T

PLN


Adanya hambatan keluaran transformator yang menyebabkan hilangnya atau turunnya

tegangan keluaran dapat kita hindari dalam batas-batas arus beban tertentu. Untuk

tujuan tersebut kita dapat memasang dioda zener dalam rangkaian kita. Jadi kita dapat

membuat penyearah gelombang dengan menggunakan dioda, kapasitor, dan dioda zener

dengan berbagai macam desain.

CATU DAYA TEREGULASI ZENER

Gambar 8. Penyearah dengan regulator zener

D1

D2

RLC+CT

T

Z

RS

PLN

a

b

cIs

Iz

IL

Tegangan keluaran dari penyearah akan mengalami penurunan tegangan jika

kita bebani. Kita dapat mencegah terjadinya hal ini sehingga kita memperoleh

penyearah yang tidak akan turun tegangan keluarannya jika kita bebani dalam batas-

batas tertentu. Dengan menggunakan dioda zener maka tujuan tersebut akan dapat

dicapai.

4. TUGAS PENDAHULUAN

Sebaiknya kerjakan tugas pendahuluan jauh hari sebelum praktikum. Untuk

referensi baca dengan baik buku “Elekronika : Teori Dasar dan Penerapannya”, sutrisno

(Sub bab 2. komponen pasif dan Bab 4. Dioda semikonduktor) dan deskripsi di atas.

Tulis dengan tulisan yang mudah dibaca, buatlah master sendiri untuk persian ujian

akhir.

Persiapkan parktikum kali ini dengan baik, Apa yang Kita Lakukan Hari Ini Akan

Menentukan Masa Depan Kita.

Pertanyaan :

4.1. Mengapa dioda hanya melewatkan arus pada satu arah saja?

4.2. Apa yang dimaksud dengan


a. panjar maju

b. panjar mundur

c. cut-in voltage

d. arus saturasi

e. peak-inverse- voltage

4.3. Jelaskan perbedaan dan persamaan dioda dengan resistor! Baik secara teori

maupun cara mengukur

4.4. Jelaskan cara menentukan titik kerja dioda!

4.5. Sebutkan beberapa syarat transformator yang baik.

4.6. Sebutkan penyebab jatuhnya tegangan pada keluaran transformator dalam keadaan

terbebani! (3)

4.7. Apa fungsi center-tap (CT) pada trafo?

4.8. Sebutkan keuntungan dan kerugian penyearah gelombang penuh dan penyearah

setengah gelombang, dengan trafo tanpa CT!

4.9. Bagaimanakah spesifikasi kapasitor yang baik yang digunakan sebagai tapis pada

sebuah penyearah?

4.10. Apakah yang dimaksud dengan tegangan ripple?

4.11. Sebutkan apa yang terjadi jika penyearah tak teregulasi diberi beban yang cukup

besar!

4.12. Gambarkan garis beban dioda zener pada saat beban terhubung singkat.

4.13. Jelaskan perbedaan antara dioda daya dengan dioda zener!

4.14. Apa fungsi RS pada rangkaian berpengaturan zener(Gambar 8) dan terangkan cara

menghitung nilainya !

4.15. Dapatkah dioda zener digunakan sebagai penyearah tegangan AC? Jelaskan!.

4.16. Gambarlah kurva karakteristik untuk dioda zener!

4.17. Terangkan kriteria catudaya yang baik!

4.18. Apa perbedaan catudaya teregulasi dengan catu daya tak teregulasi!

5. PERCOBAAN

5.1. Karakteristik Dioda

Pada percobaan ini anda diminta untuk membuat gambar kurva

karakteristik statik dioda pada forward-bias(bias maju) dan reserve-bias(bias


mundur). Ini dimaksudkan agar anda 'merasa' betapa peka arus dioda pada keadaan

forward dan pada keadaan breakdown(bias reserve) terhadap perubahan tegangan.

5.1.1. Dioda Daya

a. Pasang rangkaian seperti pada gambar 1

b. Gunakan dioda daya silikon. Pasang VDD mulai dari 0 volt sampai 5 volt(buat tabel

dengan kelipatan VDD = 0,2 volt). Dengan multimeter, ukur dan catat Vab dan Vbc

untuk setiap harga VDD.

c. Hitung arus dioda ID = (Vbc/RL).

d. Dari data pengukuran ini lukiskan kurva karakteristik statik dioda pada ketas

grafik dan hitung hambatan incremental dioda rd untuk V=1,2 volt dan 1,5 volt.

Bandingkanlah dengan perhitungan aproksimasi r I [(mA)]d d= 25 rd = 25 .

5.1.2. Dioda zener.

Dioda yang digunakan adalah dioda zener. Dengan cepat temukan dahulu VPIV

dengan mengukur Vbc sambil VDD diubah dengan cepat. Bila tegangan PIV tercapai

maka arus ID akan mulai membesar ini catat harga tegangan dioda Vab.

Lakukan pengamatan yang banyak pada daerah VPIV supaya

lengkungan breakdown dapat teramati dengan cermat.

Lukiskan kurva breakdown untuk dioda zener yang digunakan, lalu ukur

hambatan incremental rz pada beberap tegangan dekat VPIV. Buat grafik rz vs V.

5.2. Penyearah

5.2.1. Pembebanan pada penyearah gelombang penuh

a. Pasang rangkaian seperti pada gambar 6.

b. Lakukan pengukuran untuk menentukan lengkung pembebanan dengan

menggunakan multimeter dan osiloskop.

c. Catat bentuk-bentuk tegangan pada titik a,b,c terhadap ground untuk setiap

pembebanan.

No. RL Va Vb Vc

1

...

d. Balikkan polarits dioda D1 dan D2, catat bentuk tegangan pada titik c tanpa

beban.


e. Tambahkan kapasitor pada rangkaian sehingga kapasitor terpasang pararel terhadap

RL.

f. Lukis bentuk gelombang yang anda amati pada titik a,b,c. Tulis juga hasil

pengamatan dalam bentuk tabel.

g. Ulangi langkah (b), Catat besar dan bentuk tegangan ripple untuk tiap

pengukuran dengan C =1000 µF, dan C= 100 µF.

h. Terangkan perbedaan antara pembacaan tegangan oleh osiloskop dan

multimeter!(tulis pada laporan)

i. Lukis lengkung pembebanan dan tentukan hambatan keluaran

transformator R0 untuk percobaan 5.2.1!

j. Pada arus beban berapa, tegangan keluaran sama dengan setengah kali

tegangan keluaran terbuka (V0 = 0.5 · V00)?

k. Lukis bentuk isyarat keluaran jika polaritas dioda dibalik. Jelaskan mengapa

demikian!

5.2.2. Catu Daya dengan regulator Zener.

a. Pasang rangkaian seperti gambar 8.

b. Catat besarnya harga komponen pasif!

c. Lakukan pengukuran pada titik a, b dengan osiloskop dan multimeter untuk

menentukan lengkung pembebanan.

d. Perhatikan arus maksimum yang boleh melewati Zener, jangan sampai dioda zener

rusak!

e. Ambil pengamatan di sekitar IL - IS = (VC-VZ)/RS.

f. Tulis juga hasil pengamatan dalam bentuk tabel! g. Lukis lengkung pembebanan pada percobaan ini dan tentukan R0 pada

keadaan teregulasi dan tak teregulasi.

h. Mengapa pada penyearah tegangan berpengaturan zener, zener

dipasang dalam keadaan bias mundur! (Baca buku referensi)

i. Baliklah polaritas zener. Apa yang terjadi pada keluaran bila polaritas zener

dibalik?

5. REFERENSI

“Elektronika : teori dasar dan penerapannya”, jilid 1, Bandung: Penerbit ITB, 1986”


“Siapkan diri sebelum PERANG”

“Selamat bekerja dan tetap semangat!”

^.^

-Tim Penyusun-

Education

Dioda dan Catu Daya