St.uswah Nur Purnamasari_1212041027

5/20/2018 St.uswah Nur Purnamasari_1212041027

1/13

KARAKTERISTIK DIODA

Kelompok VI.B

St. Uswah Nur Purnamasari

Sri Wahyuni Syab, Yuhlisa Hasliana, Muhammad Imran

FISIKA 2012

AbstrakTelah dilakukan praktikum tentang karakteristik dioda. Praktikum ini bertujuan untuk

menggambarkan dan menginterpretasi kurva karakteristik arus dan tegangan pada dioda penyearah dandioda zener, menentukan garis beban dan titik kerja serta menentukan besar tegangan zener. Percobaanini menggunakan dioda penyearah dan dioda zener dengan menguju pada keadaan bias maju dan bias

mundur. Pada kondisi bias maju digunakan tegangan sumber sebesar 2V untuk kedua dioda, sedangkanpada kondisi bias mundur digunakan 10V untuk dioda penyearah dan 15V untuk dioda zener.

Berdasarkan hasil analisis data disimpulkan bahwa dioda penyearah memiliki arus yang besar pada saatbias maju sedangkan pada bias mundurnya hanya sedikit. Dioda zener lebih cenderung bekerja padabias mundur dan menghasilkan tegangan dadal.

Kata kunci:garis beban, titik kerja, dioda zener, dioda penyearah

A. Metode Dasar

Dioda merupakan perangkat

semikonduktor sambungan P N

paling sederhana yang memiliki sifat

mengalirkan arus hanya dalam satu

arah. Penipisan dan penebalan lapisan

deplesi antar persambungan menjadi

kunci dari sifat dioda sambungan P

N. Berbeda dengan sebuah resistor,

sebuah dioda tidak berperilaku linier

terhadap tegangan yang diberikan

melainkan dioda menghasilkan

karakteristik IV yang eksponensial.

Ada dua daerah operasi

dioda sambungan P N dan ada tiga

kondisi bias yang dapat diberikan:

1. Zero Biaskondisi di mana tidak

ada potensial eksternal yang

diberikan kepada kedua ujung

dioda menghasilkan

keseimbangan jumlah pembawa

mayoritas, elektron dan hole, dan

keduanya bergerak dalam arah

yang berlawanan. Kondisi

keseimbangan ini dikenal sebagai

keseimbangan dinamis (dynamic

equilibrium).

2. Reverse Bias kondisi di mana

kutub positif sumber potensial

eksternal dihubungkan ke sisi N

dioda dan kutub negatif sumer


2/13

potensial eksternal dihubungkan

ke sisi P dioda.

Kondisi ini menghasilkan suatu

nilai resistansi yang tinggi antar

persambungan dan praktis tidak

menghasilkan aliran pembawa

muatan mayoritas dengan

meningkatnya potensial sumber.

Namun, sejumlah arus kebocoran

yang sangat kecil akan melewati

persambungan yang dapat diukur

dalam orde mikroampere (A).

3. Forward BiasKondisi di mana

kutub positif sumber potensial

eksternal dihubungkan ke sisi P

dioda dan kutub negatif sumer

potensial eksternal dihubungkan

ke sisi N dioda.

Kondisi ini menghasilkan suatu

nilai resistansi persambungan P

N yang sangat rendah sehingga

memungkinkan arus yang sangat

besar mengalir walaupun hanya

dengan potensial sumber yang

relatif kecil. Perbedaan potensial

aktual yang timbul pada kedua

ujung persambungan dioda akan

bernilai tetap akibat aksi dari

lapisan deplesi yang bernilai

sekitar 0,3 V untuk germanium

dan 0,7 V untuk silikon.

Dioda Zener

Dioda menahan arus

dalam kondisi reverse bias dan

akan menghasilkan kerusakan

(breakdown) bila tegangan balik

yang diberikan terlalu besar.

Berbeda halnya dengan dioda

zener atau biasa disebut dioda

breakdown, pada dasarnya sama

dengan dioda sambungan P N

standar kecuali dirancang secara

khusus menghasilkan tegangan

balik atau breakdown yang lebih

rendah dan relatif konstan

sehingga sangat baik digunakan

dalam arah reverse bias sebagai

regulator tegangan. Titik di mana

dioda zener mengalami

breakdown atau konduksi disebut

tegangan zener VZ.

B. Identifikasi Variabel

1. Variabel manipulasi : tegangan

input (V)

2. Variabel respon : tegangan dioda

(V) dan arus dioda (V)

3. Variabel kontrol : Resistansi

resistor (), tegangan sumber

(V)


3/13

C. Defunisi Variabel

1. Tegangan input adalah beda

potensial dari power supply ke

dalam rangkaian yang dibaca

melalui multimeter digital dan

dinyatakan dalam satuan Volt.

2. Tegangan dioda adalah adalah

beda potensial pada dioda yang

dibaca melalui multimeter digital

dan dinyatakan dalam satuan

Volt.

3.

Resistansi resistor adalah

besarnya nilai hambatan pada

resistor yang dapat dibaca dari

warna cincin pada badan resistor

dalam satuan .

4. Tegangan sumber adalah

besarnya tegangan yang terbaca

pada power suplay yang berasal

dari tegangan arus listrik dangan

satua volt.

D. Alat dan Bahan

1. Power supply 20V DC, 1 buah

2. Voltmeter 0-10V DC, 1 buah

3. Ammeter 0-1A DC, 1 buah

4. Potensiometer, 1 buah

5.

Dioda penyearah, 1 buah6. Dioda zener, 1 buah

7. Kabel penghubung, 8 buah

E. Prosedur Kerja

Kondisi Forward Bias

a. Membuat rangkaian percobaan

seperti pada gambar berikut.

b. Mengukur tegangan sumber sebesar

2 V untuk kondisi forward bias.

c. Mengatur potensiometer VR pada

posisi minimum dan mengamati

penunjukan kedua alat ukur.

d. Menaikkan tegangan bias dengan

mengatur potensiometer hingga

Voltmeter menunjukkan nilai 0,05

V (atau bergantung pada sensitivitas

alat ukur), lalu mencatat penunjukan

kedua alat ukur pada tabel

pengamatan.

e. Melakukan kegiatan (c) untuk tiap

kenaikan tegangan bias 0,05 V

hingga maksimum.

Kondisi Reverse Bias

a. Mengukur tegangan sumber sebesar

10V untuk dioda penyearah dan 15

V untuk dioda zener.

b. Menaikkan tegangan bias dengan

mengatur potensiometer hinggaVoltmeter menunjukkan nilai 0,5 V

(atau bergantung pada sensitivitas

alat ukur), lalu mencatat penunjukan

kedua alat ukur pada tabel

pengamatan.

c. Melakukan kegiatan (b) untuk tiap

kenaikan tegangan bias 0,5 V hingga

maksimum.


4/13

d. Mencatat setiap hasil pengamatan

dengan cermat dalam tabel

pengamatan.

F.

Data/Analisis Data

Hasil pengamatan

Spesifikasi bahan

Resistor : 5W1KJ=1000

KEGIATAN 1

Dioda penyearah

Vs = 2V

Table 1. hubungan antara tegangan

dan arus pada kondisi

forward bias

VD (Volt) ID(mA)

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25

0.3

0.35

0.4

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.05

0.16

1.22

Vs = 10V



reverse bias

VD (Volt) ID(mA)

0.51.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

5.0

5.5

0.00.0

0.1

0.1

0.2

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

VD(Volt)

6.0

6.5

7.0

7.5

8.0

8.5

9.0

ID(mA)

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

KEGIATAN 2 Dioda zener

Vs = 2V



forward bias

VD (Volt) ID(mA)

0.05

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30

0.35

0.40

0.45

0.50

0.55

0.60

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.00

0.02

0.07

0.2

1.11

Vs = 2V



reverse bias

VD (Volt) ID(mA)

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

4.5

0.00

0.00

0.00

0.00

0.01

0.05

0.2

0.66

2.41


5/13

Analisis Data

KEGIATAN 1 dioda penyearah

Grafik 1. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi forward bias

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

1.3

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1 2.2

Arus

tegangan

Garis beban


6/13

Grafik 2. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi reverse bias

-0.9

-0.8

-0.7

-0.6

-0.5

-0.4

-0.3

-0.2

-0.1

0

0.1

-11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0

arus

tegangan

Garis beban

Titik kerja


7/13

Grafik 3. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi forward bias dan reverse bias

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-10 -8 -6 -4 -2 0 2

arus

tegangan


8/13

KEGIATAN 2

Dioda zener

Grafik 4. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi forward bias

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1.1

1.2

0 0.5 1 1.5 2

arus

tegangan

Garis beban

Titik kerja


9/13

Grafik 5. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi reverse bias

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

-15 -13 -11 -9 -7 -5 -3 -1 1

arus

tegangan

Garis beban

Titik kerja


10/13

Grafik 6. Hubungan antara tegangan dan arus pada kondisi forward bias dan reverse bias

-3

-2.5

-2

-1.5

-1

-0.5

0

0.5

1

1.5

-15 -14 -13 -12 -11 -10 -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2

arus

tegangan


11/13

G. Pembahasan

Pada praktikum ini

dilakukan dua kegiatan untuk

mengamati karakteristik dioda yaitu

pada keadaan bias maju dan bias

mundur.

Pada data yang diperoleh

terdapat hubungan antara perubahan

tegangan dioda dengan arus dioda.

Sehingga semakin besar tegangan

dioda maka arus dioda akan semakin

besar pula. Namun, secara grafik tidak

diperoleh kurva yang linier. Hal ini

terjadi karena adanya potensial

penghalang (potensial barrier).

Dengan adanya tegangan penghambat

tersebut maka ketika tegangan dioda

lebih kecil dari tegangan penghalang

maka arus dioda yang mengalir akan

kecil, sedangkan ketika tegangan

dioda lebih besar dari tegangan

penghambat maka arus dioda akan

naik secara cepat.

Pada kegiatan pertama yaitu

kondisi bias maju (forward bias). Pada

keadaan ini digunakan resistor tetap

yaitu sebesar 1000 dan tegangan

sumber sebesar 2V untuk kedua dioda.

Dalam hal ini bias maju (Forward

bias) atau bias positif, dengan arti kata

memberi tegangan potensial sisi P

lebih besar dari sisi N, maka elektron

dari sisi N dengan serta merta akan

bergerak untuk mengisi holedi sisi P.

Tentu kalau elektron mengisi hole

disisi P, maka akan terbentuk holepada

sisi N karena ditinggal elektron. Ini

disebut aliran hole dari P menuju N.

Jika menggunakan terminologi arus

listrik, maka dikatakan terjadi aliran

listrik dari sisi P ke sisi N sehingga

memungkinkan arus yang sangat besar

mengalir walaupun hanya dengan

potensial sumber yang relatif kecil.

Pada grafik 1 dan 4, bias maju untuk

dioda penyearah dan dioda zener

sesuai dengan teori bahwa grafik

tidaklah linear karena adanya pengaruh

potensial penghalang (potensial

barrier) sehingga dapat kita ketahui

titik kerja dari grafik tersebut. Untuk

dioda penyearah pada grafik Arus -

Tegangan yang di peroleh titik kerja

yaitu 0.39 Volt. Berdasarkan teori dari

bahan yang di gunakan yaitu

germanium dengan tegangan konduksi

sebesar diatas 0.3 Volt sehingga dapat

dikatakan kegiatan pertama sesuai

dengan teori kerena mendekati 0.3

Volt. Begitupun untuk dioda zener

diperoleh tegangan zener >0.3 Volt

yaitu 0.58 Volt hal ini sesuai dengan

teori.

Pada kegiatan kedua, untuk bias

mundur (Reserve bias) digunakan

resistor tetap sebesar 56 ohm dan

tegangan sumber tetap untuk dioda

zener 15 Volt sedangkan untuk dioda

penyearah digunakan tegangan sumber

10 Volt. Dalam hal ini bias mundur


12/13

(Reserve bias) atau bias negatif, sisi N

mendapat polaritas tegangan lebih

besar dari sisi P. Sehingga tidak akan

terjadi perpindahan elektron atau aliran

hole dari P ke N maupun sebaliknya.

Karena baik holedan elektron masing-

masing tertarik ke arah kutub

berlawanan. Lapisan deplesi (depletion

layer) semakin besar dan menghalangi

terjadinya arus. Pada tabel

pengamatan, diperoleh bahwa semakin

besar tegangan dioda maka semakin

besar pula arus diodanya dan hal ini

terbukti. Namun, ada beberapa data

yang menghasilkan arus dioda yang

bernilai nol hal ini di sebabkan karena

untuk bias negatif dioda tidak dapat

mengalirkan arus, karena memiliki

batas. Sampai beberapa puluh bahkan

ratusan Volt baru terjadi breakdown,

dimana dioda tidak lagi dapat menahan

aliran elektron yang menuju pada

lapisan deplesi sehingga sejumlah arus

kebocoran yang sangat kecil akan

melewati persambungan yang dapat

diukur dalam orde mikroampere (A).

Pada grafik kegiatan kedua bias

mundur untuk dioda zener dan dioda

penyearah sesuai dengan teori bahwa

grafik tidaklah linear karena adanya

pengaruh potensial penghalang

(potensial barrier), sehingga dapat kita

ketahui titik kerja dari grafik tersebut.

Untuk dioda zener pada grafik

tegangan zener yang di peroleh yaitu -

4.5 Volt dan untuk dioda penyearah

titik kerja yang di peroleh -5.00 Volt.

Tanda minus tersebut berarti tegangan

tersebut diukur pada saat dioda dalam

keadaan bias mundur.

Namun nilai

arus dioda penyearah naik dengan

sangat drastis. Hal ini diperkirakan

dioda telah mengalami kebocoran atau

mengalami kerusakan.

H. Kesimpulan

Setelah melakukan praktikum

dapat disimpulkan bahwa

1. Kurva dioda zener dan dioda

penyearah memiliki bentuk yang

eksponensial sebagai akibat

adanya tegangan barrier.

2. Garis beban ditentukan dengan

menghubungkan antara arus

maksimum dengan tegangan

sumber. Sedangkan titik kerja

ditentukan dari titik pertemuan

antara garis beban dengan kurva

karakteristik dioda.

3. Besar tegangan zener ditentukan

dari titik pertemuan antara garis

kerja dan kurva karakteristik

dioda.

DAFTAR PUSTAKA

Boylestad, R., & Nashelsky, L. 1989.

Electronic Devices and Circuit

Theory, Fourth Edition. Delhi :

Prentice Hall of India.


13/13

Malvino, A.P. 2003. Prinsip-Prinsip

Elektronika, Buku 1. Jakarta :

Salemba Teknika.

Martawijaya, M. A., dkk. 2008. Dasar

Dasar Elektronika, Buku 1.

Makassar : Badan Penerbit UNM

Makassar.

St.uswah Nur Purnamasari_1212041027

Documents

Transcript of St.uswah Nur Purnamasari_1212041027