Upload
yuwan-kilmi
View
1.506
Download
29
Embed Size (px)
DESCRIPTION
instrumentasi dan kontrol biosistem 5
Citation preview
LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL
BIOSISTEM
Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol
Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas
Jember
Oleh:
Nama : M. Yuwan Kilmi
NIM : 131710201007
Kelas : TEP – A
Acara : VI (Dioda)
Asisten : Ana Kanzul Fikri
LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI
PERTANIAN
JURUSAN TEKNIK PERTANIAN
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS JEMBER
2014
BAB 1. METODOLOGI PRAKTIKUM
1.1 Waktu dan Tempat Praktikum
Hari : Sabtu
Tanggal : 10 Mei 2014
Pukul : 08.30 WIB – selesai
Tempat : Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian FTP Unej
1.2 Alat dan Komponen yang Digunakan
Alat dan komponen yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut.
1) Kit Percobaan
2) Osciloscop
3) Probe Osciloscop
4) Catu Daya AC 6 Volt
Vin
Vout
Osciloscop
RL = 1 kCatu Daya
1.3 Prosedur Kerja
Gambar 1. Rangkaian pengukuran gelombang AC
Percobaan 1
Gambar 2. Rangkaian pengukuran gelombang DC setengah gelombang
Mulai
Menghubungkan catu daya AC dengan rangkaian setengah gelombang
yang telah dirakit
Mengamati dan menggambar grafik 1 tegangan catu daya dan tegangan
keluaran penyearah seterngah gelombang seperti yang tampak dalam layar
osciloscop (pisahkan grafik channel 1 dan channel 2
Selesai
Percobaan 2
Gambar 3. Rangkaian pengukuran gelombang DC satu gelombang penuh
Mulai
Menghubungkan catu daya AC dengan rangkaian setengah gelombang
yang telah dirakit
Menghubungkan channnel 1 osciloscop pada rangkaian penyearah
gelombang penuh
Mengamati dan menggambar dalam grafik 2 tegangan catu daya seperti
yang tampak dalam layar osciloscop
Menghubungkan catu daya dengan rangkaian penyearah gelombang penuh
yang telah dirakit
Menghubungkan channnel 1 osciloscop pada rangkaian penyearah
gelombang penuh
Mengamati dan menggambar dalam grafik 2 tegangan keluaran penyearah
gelombang penuh seperti yang tampak dalam layar osciloscop
Selesai
BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN
2.1 Hasil Dan Analisis
1. Gelombang AC pada rangkaian setengah gelombang
Gelombang AC pada rangkaian setengah gelombang merupakan gelombang
masukan yang berasal dari sumber arus berbentuk AC. Penyearah setengah
gelombang dalam rangkaian akan mempengaruhi arus AC tersebut untuk diubah
menjadi menjadi tegangan keluaran berbentuk DC. Karena bentuk tegangan yang
dihasilkan belum melewati rangkaian diode maka gelombang yang dihasilkan
akan berupa lembah dan bukit atau rangkaian dari sebuah gelombang penuh.
2. Gelombang DC pada rangkaian setengah gelombang
Setelah gelombang penuh tersebut melewati rangkaian yang terdapat diode,
maka bentuk keluaran akan selalu positif dan nol sehingga membentuk bukit dan
dataran hal tersebut terjadi karena pada penyearah setengah gelombang
menggunakan diode yang dibis maju sehingga hambatan yang dikeluarkan akan
kecil tetapi gelombang yang dihasilkan selalu bernilai positif dan nol.
3. Gelombang AC pada rangkaian gelombang penuh
Gelombang AC pada rangkaian gelombang penuh merupakan gelombang
masukan yang berasal dari sumber arus berbentuk AC. Penyearah gelombang
penuh dalam rangkaian akan mempengaruhi arus AC tersebut untuk diubah
menjadi menjadi tegangan keluaran berbentuk DC. Karena bentuk tegangan yang
dihasilkan belum melewati rangkaian diode maka gelombang yang dihasilkan
akan berupa lembah dan bukit atau rangkaian dari sebuah gelombang penuh.
4. Gelombang DC pada rangkaian gelombang penuh
Pada gelombang penuh setelah melewati rangkaian tegangan keluaran
(DC) selalu positif kecuali pada derajat kelipatan 180o nilianya nol sehingga
membentuk seperti bukit yang saling berhimpitan. Hal ini terjadi karena pada
penyearah gelombang penuh tegangan beban mempunyai polaritas sama arus
mengalir melalui tahanan beban dari arah yang sama tanpa melalui dioda yang
menghantarkan bentuk sinyal gelombang yang disearahkan (Sugiarto, 2012).
2.2 Perbedaan bentuk Tegangan Keluaran Pada Penyearah Setengah
Gelombang Dengan Tegangan Keluaran Pada Penyearah Gelombang
Penuh
Penyearah gelombang pada rangkaian bersifat untuk mengubah sumber
tegangan AC menjadi tegangan DC yang digambarkan dalam bentuk sinyal
gelombang. Pada penyearah setengah gelombang, arus mengalami bias maju
melalui dioda yang terdapat dalam rangkaian. Pada dioda yang dibias maju, arus
listrik akan mengalir tetapi searah, namun gelombang keluaran tidak sepenuhnya
rata melainkan, berdenyut (Pulsating Direct Current). Sedangkan pada
gelombang penuh, arus yang mengalir dari sumber akan melewati empat buah
diode yang terdapat dalam rangkaian. Empat diode tersebut disusun seperti
jembatan wheatsone. Dalam penyusunan jembatan wheatsone tersebut, terdapat
dua buah diode yang dibias maju dan dua diode lain dibias balik. Sehingga besar
arus yang dihasilkan pun berbeda dengan penyearah setengah gelombang. Maka
hal tersebutlah yang menyebabkan adanya perbedaan tegangan keluaran antara
penyearah setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh.
2.3 Perbedaan Amplitudo tegangan Puncak Antara Tegangan Masukan Dan
Keluaran
Berdasarkan grafik di atas selain perbedaan model gelombangnya, dapat
juga dilihat perbedaan pada amplitudo masing-masing gelombang. Amplitudo
gelombang yang dihasilkan pada penyearah setengah gelombang menunjukkan
nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan amplitudo gelombang yang
dihasilkan pada penyearah gelombang penuh. Terjadinya perbedaan besar
amplitudo tegangan puncak antara tegangan masukan dengan tegangan keluaran
disebabkan oleh adanya besarnya hambatan yang terdapat rangkaian tersebut. Jika
penyearah ½ gelombang menggunakan dioda jenis bias maju sehingga amplitudo
yang dihasilkan lebih tinggi karena memiliki hambatan yang kecil sedangkan
gelombang penuh menggunakan 4 dioda yang dirangkai menjadi dua bagian
dengan arah bias yang berbeda yaitu 2 dioda dibias maju dan 2 dioda lain dibias
balik yang kemudian disambung menjadi satu sehingga membentuk seperti
Vin
Vout
Osciloscop
RL = 1 kCatu Daya
jembatan wheatsone. Hal tersebut dapat menyebabkan timbulnya hambatan yang
besar dan berdampak pada amplitudo yang dihasilkan, amplitudo yang dihasilkan
sangat rendah. Besar amplitudo memiliki nilai berbanding terbalik dengan
hambatan, jika hambatan tersebut besar maka amplitudonya rendah begitu pula
sebaliknya.
Gambar1.
Skema Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang
Gambar 2.
Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
2.4 Macam – Macam Dioda
Berikut tentang macam – macam dioda dan kegunaannya.
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. Secara umum dioda ini
disimbolnya.
Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya
Gambar 3. dioda penyearah
b) Dioda Zener
Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan
dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang
bekerja pada daerah reverse (kuadran III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4
sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt.
Fenomena tegangan breakdown dioda ini menginspirasi pembuatan
komponen elektronika kerabat dioda yang bernama Zener. Tidak ada perbedaan
struktur dasar dari Zener dengan dioda. Dengan memberi jumlah doping yang
lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa
makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada
tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt.
Di datasheet ada Zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 2 volt, 5.6 volt dan
sebagainya. Fungsi dari komponen ini biasanya dipakai untuk pengamanan
rangkaian setelah tegangan Zener.
Gambar 4. dioda zener
Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang masuk ke
rangkaian lain dan beban akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input tegangan
dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus sehingga arus akan mengalir ke
rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau lebih maka
dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui dioda, bukan
ke rangkaian atau beban.
c) Dioda Emisi Cahaya (Light Emitting Diode)
Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid
State Lamp yang merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan
optik, sehingga dikategorikan pada keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan
elektroda-elektrodanya sama seperti dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-).
Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu :
- Sebagai lampu indikator,
- Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,
- Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,
bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.
Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium
Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium
Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang
berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-merah, Bahan GaAsP
memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan
cahaya merah atau hijau. Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED
mempunyai nilai besaran terbatas dimana tegangan majunya dibedakan atas jenis
warna
TABEL LED DAN TEGANGANYA
Warna Tegangan Maju
Merah 1.8 volt
Orange 2.0 volt
Kuning 2.1 volt
Hijau 2.2 volt
Gambar 5. dioda LED
Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA.
Karena dapat mengeluarkan cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup
dengan menggabungkan dengan sumber tegangan dc kecil saja atau dengan
ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan elektrodanya.
LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi sehingga
menghasilkan warna sebagai berikut:
* Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – merah dan inframerah
* Gallium Aluminium Phosphide – hijau
* Gallium Arsenide/Phosphide (GaAsP) – merah, oranye-merah, oranye, dan
kuning
* Gallium Nitride (GaN) – hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru
* Gallium Phosphide (GaP) – merah, kuning, dan hijau
* Zinc Selenide (ZnSe) – biru
* Indium Gallium Nitride (InGaN) – hijau kebiruan dan biru
* Indium Gallium Aluminium Phosphide – oranye-merah, oranye, kuning, dan
hijau
* Silicon Carbide (SiC) – biru
* Diamond (C) – ultraviolet
* Silicon (Si) – biru (dalam pengembangan)
* Sapphire (Al2O3) – biru
LED biru dan putih
LED biru pertama kali dan bisa dikomersialkan menggunakan substrat galium
nitrida. LED ini ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di
Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun
90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada
sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.
d) Dioda Cahaya (Photo Diode)
Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja
yang melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk
dioda cahaya dengan bahan dasar germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat
cahaya dan temperature keliling dapat menaikkan arus bocor tersebut karena dapat
mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat cahaya yang menyinari
semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan dioda cahaya
diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch
Tape), dimana pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda
cahaya. Jika setiap lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang
memasuki lubang tersebut akan diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam
bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur
kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap resistansi dioda cahaya ini
tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah rendah. Selain itu banyak juga
dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem pengaman (security) misal
dalam penggunaan alarm.
Gambar 6. dioda cahaya.
e) Dioda Varactor
Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya
mempunyai kapasitas yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini
bekerja didaerah reverse mirip dioda Zener. Bahan dasar pembuatan dioda
varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat kapasitansinya tergantung pada
tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya semakin naik,
kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat penerima
radio dan televisi di bagian pengaturan suara (Audio).
Gambar 7. dioda varactor
f) Dioda Schottky (SCR) IODA
DIODA SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang
mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk
keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron.
Sebagai pengendalinya adalah gate(G).SCR sering disebut Therystor. SCR
sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif
Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.
Gambar 8. dioda schottky.
Pada gambar tersebut terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir,
Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.
2.5 Bias Balik dan Bias Maju
2.5.1 Dioda Bias Maju
Jika terminal P dihubungkan dengan kutub (+) baterai, sedang terminal N
dihubungkan dengan kutub (–) baterai, maka dikatakan sambungan diberi bias/
prategangan maju (forward biased). dapat ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 9. a)Dioda ideal dalam arah maju (forward bias)
b)rangkaian ekivalensinya
Akibat bias maju ini, maka hole di P-N didorong ke N oleh kutub (+)
baterai, elektron bebas di N didorong ke P oleh kutub baterai, dan potensial
penghalang diperkecil sehingga timbul arus listrik yang disebut arus maju
(forward current) dari pembawa muatan mayoritas. Arus ini dipertahankan terus
selama baterai tetap memberikan energinya.
2.5.2 Dioda Bias Balik
Jika terminal P dihubungkan dengan kutub (–) baterai, sedang terminal N
dihubungkan dengan kutub (+) baterai, maka dikatakan sambungan diberi bias
balik (reverse biased). dapat ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 10. a)Dioda ideal dalam arah balik (reverse bias)
b)rangkaian ekivalensinya
Akibat prasikap balik ini maka hole di P ditarik oleh kutub-kutub baterai
menjauhi sambungan, elektron bebas di N ditarik oleh kutub (+) baterai menjauhi
sambungan, sehingga daerah muatan ruang dan potensial penghalang diperbesar.
Ini mengakibatkan tidak akan terjadi arus listrik dari pembawa muatan mayoritas.
Tetapi terdapat arus listrik yang sangat kecil (dalam orde A) yang disebabkan oleh
pembawa muatan minoritas. Seperti telah diuraikan, bahwa semi konduktor tipe P
mempunyai muatan minoritas elektron bebas, sedangkan semi konduktor tipr N
mempunyai muatan minoritas hole yang jumlahnya sangat sedikit, yang adanya
akibat suhu. Muatan- muatan minoritas ini mendapat prasikap maju dari baterei
sehingga mengalirkan arus yang disebut arus balik (Io) atau arus jenuh balik (Is).
Arus ini tergantung pada suhu.
BAB 3. KESIMPULAN
Berdasarkan hasil dan pembahasan diatas, maka dapat diambil beberapa
kesimpulan diantaranya sebagai berikut.
1) Adanya perbedaan tegangan dan amplitudo pada penyearah setengah
gelombang dan gelombang penuh disebabkan oleh bentuk bias dan
banyaknya dioda yang rangkai dalam rangkaian tersebut.
2) Besar amplitudo memiliki nilai berbanding terbalik dengan hambatan, jika
hambatan dalam rangkaian tersebut besar maka amplitudo yang dihasilkan
rendah begitu pula sebaliknya.
3) Gelombang bias yang terdapat di dalam dioda dibagi menjadi dua macam
yaitu bias maju dan bias balik.
DAFTAR PUSTAKA
Dasar, E. 2013. Jenis – Jenis Dioda Beserta Fungsinya.
http://duniaelektonika.blogspot.com/2013/01/jenis-jenis-dioda-beserta -
fungsinya.html. [14 Mei 2014].
Surjono, H. D. Tanpa Tahun. Teori Penerapan Elektronika.
http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Elektronika/Teori/
Penerapan-BAB3-sc.pdf. [21 Mei 2014].
Sugiarto, Y. 2012. Rangkaian Penyearah Dioda. http://yusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/4.-penyearah-dioda.pdf. [14 Mei 2014] .
Universitas Negeri Yogyakarta. Tanpa Tahun. Dioda : Pengertian Dan
Karakteristik. http://staff.uny.ac.id/system/files/pendidikan/Jumadi,
%20M.Pd.,%20Dr./Pengertian%20dan%20karakteristik%20dioda.pdf. [15
Mei 2014].