Ardizal: TUGAS PENDAHULUAN M1-DIODA

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal

2. Prinsip kerja

3. Video Simulasi

4. Download File

1. Soal [Kembali]

1. Apa yang dimaksud dengan dioda, beserta simbol dari dioda?

Jawab:

Dioda adalah komponen yang berfungsi untuk menyearahkan sekaligus sebagai penghambat arus listrik, disusun dari beragam bahan yang bersifat semikonduktor. Umumnya jenis bahan seperti silikon, germanium, dan lain sebagainya.

Pada dioda ada dua buah kutub yang saling berlawanan. Dimana salah satunya adalah kutub bermuatan positif (anoda) dan kutub dengan muatan negatif (katoda).

Simbol dioda

Dari gambar simbol dioda di atas bahwa simbol postif (+) disebut anoda dan simbol negatif (-) disebut katoda.

2. Jelaskan prinsip kerja dan kurva karakteristik Dari dioda!

Jawab :

Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju IF (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar 19 dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur IR (reverse bias ) dari hubungan baterai seperti gambar berikut :

Kurva karakteristik dioda adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan (V) yang diterapkan pada dioda dan arus (I) yang mengalir melalui dioda tersebut. Dalam konteks dioda, ada dua jenis kurva karakteristik utama yang biasanya digunakan:

1. Kurva Karakteristik Dioda Ideal:

Kurva karakteristik dioda ideal menggambarkan hubungan yang sempurna antara tegangan dan arus pada dioda. Pada dioda ideal, ketika tegangan positif diterapkan pada dioda (dalam polarisasi maju), arus akan mengalir tanpa hambatan dan dioda akan berperilaku seperti sumber arus tak terhingga. Sebaliknya, ketika tegangan negatif diterapkan pada dioda (dalam polarisasi mundur), arus akan hampir nol. Ini diwakili oleh garis vertikal pada grafik karakteristik dioda ideal.

2. Kurva Karakteristik Dioda Nyata:

Dioda nyata memiliki karakteristik yang lebih kompleks daripada dioda ideal. Kurva karakteristik dioda nyata mencerminkan perilaku nyata dioda dalam hal tegangan dan arus. Saat dioda nyata dalam polarisasi maju (tegangan positif), arus akan mulai mengalir secara signifikan setelah tegangan tertentu yang disebut tegangan ambang diterapkan. Diode memiliki resistansi internal yang menyebabkan penurunan tegangan saat arus mengalir melalui dioda. Kurva karakteristik dioda nyata biasanya berbentuk kurva eksponensial yang naik tajam setelah melewati tegangan ambang.

Kurva karakteristik dioda digambarkan seperti gambar berikut :

Dioda aktif apabila , untuk bahan semikonduktor Silikon VF = 0,7 Volt dan untuk bahan semikonduktor Germanium VF = 0,3 Volt. Dioda tidak aktif apabila VD < 0 maka untuk semikonduktor Silikon ID = 0 mA dan untuk semikonduktor Germanium ID =IR. Pada saat arus reverse bias maksimum atau sama dengan VBD (Breakdown Voltage) maka arus tak terhingga atau dioda dapat menjadi rusak.

Rumus umum dioda adalah :

keterangan :

IS = arus reverse saturasi

k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si

Tk = TC + 2730

3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan dioda Zener!

Jawab:

Dioda Zener adalah jenis dioda khusus yang dirancang untuk beroperasi dalam mode terbalik terpolarisasi (reverse-biased) dan mempertahankan tegangan tetap di antara dua terminalnya, bahkan jika tegangan pada dioda tersebut melebihi tegangan breakdown tertentu yang disebut tegangan Zener atau tegangan breakdown Zener. Fungsi utama dioda Zener adalah untuk mengatur tegangan dalam suatu rangkaian dengan cara yang sangat presisi.

Berikut beberapa poin penting tentang dioda Zener:

a. Tegangan Zener: Dioda Zener memiliki tegangan breakdown yang telah ditentukan selama proses pembuatan. Ketika tegangan pada dioda melebihi tegangan Zener ini dalam arah terbalik, dioda akan mulai mengalirkan arus terbalik. Tegangan Zener ini biasanya dinyatakan dalam volt (V) dan merupakan tegangan tetap yang akan dipertahankan oleh dioda Zener saat beroperasi.

b. Penstabil Tegangan: Fungsi utama dioda Zener adalah sebagai penstabil tegangan. Dalam rangkaian, dioda Zener dapat digunakan untuk menjaga tegangan output tetap meskipun tegangan inputnya berfluktuasi. Hal ini sangat berguna dalam aplikasi yang memerlukan tegangan yang stabil, seperti catu daya elektronik.

c. Polarisasi Terbalik: Dioda Zener harus dipasang dalam polarisasi terbalik (reverse-biased) agar dapat beroperasi dengan benar. Artinya, tegangan pada anoda dioda Zener harus lebih tinggi daripada katoda untuk memicu operasinya.

d. Aplikasi: Dioda Zener sering digunakan dalam rangkaian penstabil tegangan, regulator tegangan, pembagi tegangan presisi, dan banyak aplikasi lainnya di mana penting untuk menjaga tegangan tetap pada tingkat yang telah ditentukan.

Dengan kata lain, dioda Zener adalah komponen elektronik yang sangat berguna untuk menghasilkan tegangan referensi yang stabil dalam berbagai aplikasi elektronik. Ini membantu mencegah kerusakan perangkat elektronik akibat fluktuasi tegangan dan memungkinkan perangkat lain dalam rangkaian untuk beroperasi dengan stabil.

Gambar 1.4

Simbol dioda Zener

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Clipper!

Jawab:

Clipper adalah sebuah sirkuit elektronik yang digunakan untuk memotong atau membatasi (clipping) rentang tegangan sinyal inputnya ke dalam rentang tegangan yang lebih kecil atau terbatas. Sirkuit clipper sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik untuk mengubah bentuk sinyal, membatasi level tegangan, atau menghapus bagian dari sinyal input.

1. Positive Clipper (Clipper Positif):

Positive clipper memotong bagian atas (positif) dari sinyal input yang melampaui suatu tegangan ambang tertentu. Ini berarti bahwa sinyal input yang lebih besar dari nilai ambang akan "dipotong" sehingga tidak dapat melewati tegangan ambang tersebut. Hasilnya adalah sinyal output yang memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.

2. Negative Clipper (Clipper Negatif):

Negative clipper memotong bagian bawah (negatif) dari sinyal input yang lebih rendah dari suatu tegangan ambang tertentu. Dalam hal ini, sinyal input yang lebih kecil dari nilai ambang akan "dipotong" sehingga tidak dapat mencapai nilai tegangan ambang tersebut. Hasilnya adalah sinyal output yang juga memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.

Gambar 1.5 Rangkaian clipper

5. Jelaskan prinsip kerja clipper!

Jawab:

Prinsip kerja clipper adalah memotong atau membatasi (clipping) rentang tegangan sinyal inputnya ke dalam rentang tegangan yang lebih kecil atau terbatas. Ini dilakukan dengan cara mengarahkan sinyal input melalui suatu komponen atau sirkuit yang menghilangkan atau membatasi bagian-bagian dari sinyal yang melewati ambang tertentu. Prinsip kerja clipper dapat dijelaskan dengan menggunakan dua jenis clipper utama: positive clipper (clipper positif) dan negative clipper (clipper negatif).

1. Positive Clipper (Clipper Positif):

Prinsip kerja positive clipper adalah memotong bagian atas (positif) dari sinyal input yang melampaui suatu tegangan ambang tertentu. Untuk sirkuit positif clipper yang menggunakan dioda, ketika tegangan input positif melewati dioda dalam arah polarisasi maju (forward bias), dioda akan mengalirkan arus dan mencegah tegangan output melampaui tegangan ambang tersebut. Oleh karena itu, sinyal output akan memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.

2. Negative Clipper (Clipper Negatif):

Prinsip kerja negative clipper adalah memotong bagian bawah (negatif) dari sinyal input yang lebih rendah dari suatu tegangan ambang tertentu. Dalam sirkuit negative clipper yang menggunakan dioda, ketika tegangan input negatif melewati dioda dalam arah polarisasi mundur (reverse bias), dioda akan menghambat aliran arus dan mencegah tegangan output mencapai nilai yang lebih rendah dari tegangan ambang tersebut. Akibatnya, sinyal output juga akan memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.

Dalam penggunaannya, terdapat susunan clipper secara seri dan paralel. Perbedaan prinsip kerja kedua susunan tersebut yaitu :

1. Clipper Seri:

Prinsip kerja clipper seri melibatkan penyisipan komponen (biasanya dioda) dalam jalur sinyal input. Dalam clipper seri, dioda ditempatkan secara seri dengan sinyal input. Ada dua kasus utama dalam clipper seri: positive clipper seri dan negative clipper seri:

- Positive Clipper Seri: Dalam positive clipper seri, dioda ditempatkan dalam jalur sinyal input sehingga hanya bagian atas (positif) sinyal input yang melampaui tegangan ambang dioda yang dipotong. Ketika tegangan input positif melewati ambang dioda, dioda akan mengalirkan arus dan memotong bagian atas sinyal tersebut. Prinsip ini memungkinkan sinyal positif untuk dipotong atau dibatasi sesuai kebutuhan.

- Negative Clipper Seri: Dalam negative clipper seri, dioda ditempatkan dalam jalur sinyal input untuk memotong bagian bawah (negatif) sinyal input yang lebih rendah dari tegangan ambang dioda. Ketika tegangan input negatif melewati ambang dioda, dioda akan menghambat arus dan memotong bagian bawah sinyal tersebut.

2. Clipper Paralel:

Prinsip kerja clipper paralel melibatkan penyisipan komponen dioda dalam jalur sinyal paralel atau cabang dengan sinyal input. Seperti clipper seri, clipper paralel juga memiliki dua kasus utama: positive clipper paralel dan negative clipper paralel.

- Positive Clipper Paralel: Dalam positive clipper paralel, resistor dan dioda ditempatkan paralel dengan sinyal input. Ketika tegangan input positif melewati ambang dioda, dioda akan mengalirkan arus melalui resistor, dan sinyal output akan dibatasi sesuai dengan tegangan dioda.

- Negative Clipper Paralel: Dalam negative clipper paralel, resistor dan dioda juga ditempatkan paralel dengan sinyal input. Ketika tegangan input negatif melewati ambang dioda, dioda akan menghambat aliran arus melalui resistor, dan bagian bawah sinyal output akan dipotong.

2. Prinsip Kerja [Kembali]

A. Dioda

Forward bias

Pada rangkaian forward bias, arus dari sumber tegangan akan memasuki resistor R1 sebesar 100 ohm menuju kaki anoda dioda dan keluar pada kaki katoda, lalu mengalir menuju ground. Dikarenakan sumber positif bertemu dengan kaki positif dioda (anoda), terjadi pemindahan muatan positif yang akan mengisi positif layer dan menyebabkan depletion layer ditekan. Hal ini yang menyebabkan arus mengalir melewati dioda sehingga pada amperemeter terdeteksi arus menuju gound.

Reverse bias

Pada rangkaian reverse bias, arus dari sumber tegangan akan memasuki resistor R1 sebesar 100 ohm menuju kaki katoda dioda. Dikarenakan sumber positif bertemu dengan kaki negatif dioda (katoda), muatan positif dan negatif dioda pada daerah P akan ditarik oleh sumber. Hal ini menyebabkan depletion layer melebar. Oleh karena itu, arus tertahan pada kaki katoda dioda dan tidak dapat mengalir melewati dioda, sehingga pada amperemeter terdeteksi arus menuju gound bernilai nol.

B. Dioda zener

Forward bias

Pada rangkaian, sumber dc sebesar 5v akan mengalirkan arus menuju R1 sebesar 100 ohm, dan memasuki kaki anoda pada dioda zener. Arus akan lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur kecil. Hal ini disebabkan karena arus positif bertemu dengan kaki anoda dioda zener. Pada amperemeter, terlihat bahwa ada arus yang mengalir dari dioda menuju ground bernilai sangat kecil.

Reverse bias

Pada rangkaian, sumber dc sebesar 5v akan mengalirkan arus menuju R1 sebesar 100 ohm, dan memasuki kaki katoda pada dioda zener. Arus akan lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur lebih besar daripada forward bias. Hal ini disebabkan karena arus positif bertemu dengan kaki katoda dioda zener. Pada amperemeter, terlihat bahwa ada arus yang mengalir dari dioda menuju ground bernilai lebih besar darpada arus diforward bias.

C. Clipper

Clipper positif

Pada rangkaian, sumber tegangan ac diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju resistor sebesar 10k ohm. Arus akan dilanjutkan mengalir pada dioda dengan memasuki kaki anoda dioda. Rangkaian ini merupakan jenis clipper positif, yaitu rangkaian pemotongan sinyal input positif. Hal ini bisa dilihat pada osiloskop, dimana sinyal output yang terbaca hanyalah sisi negatif dari sinyal input.

Clipper Negatif

Pada rangkaian, sumber tegangan ac diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju resistor sebesar 10k ohm. Arus akan dilanjutkan mengalir pada dioda dengan memasuki kaki katoda dioda. Rangkaian ini merupakan jenis clipper negatif, yaitu rangkaian pemotongan sinyal input negatif. Hal ini bisa dilihat pada osiloskop, dimana sinyal output yang terbaca hanyalah sisi positif dari sinyal input.

3. Video Simulasi [Kembali]

A. Dioda