LAPORAN PRAKTIKUM ELKA ANALOG NOMOR PERCOBAAN
:1
JUDUL PERCOBAAN
: Pendekatan Karakteristik Dioda
KELAS / GROUP
: Telkom 3-A / 6
NAMA PRAKTIKAN
: 1. Ismail Fauzi 2. M.Hafidz Bishri 3. Nur Aminah
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI POLITEKNIK NEGERI JAKARTA DEPOK 2012
PERCOBAAN 1 PENDEKATAN KARAKTERISTIK DIODA
1.1 TUJUAN : •
Menunjukkan keadaan dimana karakteristik diode sesungguhnya dapat didekati oleh garis lurus.
•
Mengetahui tegangan knee pada diode silicon dan diode germanium.
1.2 DASAR TEORI Diode terbuat dari 2 lapis bahan semikonduktor type P dan type N dengan junction (pertemuan) antara 2 lapisan tsb, dan terminal hubungan keluar di buat pada sisi P dan pada sisi N, dimana pada sisi P dari dioda disebut Anoda dan sisi N dari dioda disebut Katoda. Simbolnya:
D1 A
K
Karakteristik statis dioda ideal : Jika anoda lebih positif dari pada katoda, maka dioda akan berfungsi seperti Saklar yang tertutup, pada keadaaan ini tegangan jatuh pada dioda = OV untuk setiap harga arus yang mengalir. Keadaan ini disebut Mode bias maju ( forward bias mode ). Dan sebaliknya jika Anoda lebih negatif dari pada Katoda, maka dioda akan berfungsi seperti saklar yang terbuka, dan tidak ada arus yang mengalir melalui dioda untuk setiap harga tegangan. Keadaan ini disebut Mode bias mundur ( reverse bias mode ). Pada prakteknya pada keadaan bias maju, untuk membuat dioda berfungsi seperti saklar yang tertutup, terdapat tegangan penghalang ( barrier potensial ) sebesar 0,3 V untuk dioda germanium dan 0,7V untuk dioda silicon. Jadi agar dioda dapat mengalirkan arus, tegangan Anoda – Katoda harus terlampaui sebesar 0,3 V untuk Ge dan 0,7 V untuk Si.
IF (mA) Ge
Karakteristik Dioda :
Si Bias Maju (Forward Bias)
VBR
VAK
VR VF Bias Mundur (Reverse Bias) IR (nA)
Ge = 0.3 V Si = 0.7 V
Dari grafik terlihat bahwa : Pada keadaan bias maju, arus forward I f yang mengalir sangat kecil sekali secara eksponensial sampai tegangan Vf sebesar 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk Silikon. Setelah melewati tegangan tsb. arus If naik sangat besar sekali hampir linier. Pada keadaan bias mundur, arus mundur IR mengalir sangat kecil sekali dan akan tetap konstan meskipun teg. VR di naikan sampai teg. VR mencapai teg. VBR, dan setelah melewati teg. tsb ( VBR ) arus akan mengalir sangat besar sekali. Hal ini tidak di perbolehkan dalam pemakaian diode. Bentuk kurva karakteristik diode ( bukan linier ) didapat dari persamaan diode yaitu :
If = Is ( Dimana
-1)
If = arus maju dioda Is = arus saturasi dioda ( arus bocor ) q = muatan ( 1,6 x 10-19 coulomb ) V = tegangan dioda K = konstanta Boltzman ( 1,38 x 10-23 J / 0K ) T = ambient Temperature ( 0 K )
Dari persamaan dioda diatas dpt di terangkan mengenai arus forward dioda yaitu : 1. Makin besar arus forward yang mengalir di dapat dengan makin besar tegangan yang di berikan. Ini terlihat pada kurva karakteristik diatas. 2. Bila dioda memanas ( menghangat ) baik disebabkan oleh aliran arus maupun pengaruh luar, arus If akan mengecil. Untuk V f yang konstan, If naik jika temptnya naik. Dan jika If konstan, maka Vf akan naik jika temp-nya turun.
Perbandingan antara dioda silicon dan germanium antara lain : Dioda Germanium Dioda Silkon 1. Teg. Operasi hingga 200 V 1. Teg. Operasi tersedia hingga1000V 2. Arus forward dalam mA 2. Arus forward hingga 1000 A 3. Aplikasi sinyal kecil
3. Aplikasi sinyal kecil dan besar
4. Respon cepat
4. Respon sedikit lambat
5. Reverse resistansi yang kecil
5. reverse resistansi yg besar
6. Arus bocor yang besar
6. Arus bocor yang kecil
7. dependent thdp temp
7.Independent thdp temp. hingga 1500C
Parameter diode yang perlu diketahui : 1. Tegangan jatuh forward ( VF ) 2. Tegangan jatuh mundur ( teg.reverse breakdown=VBR) 3. Arus reverse saturasi ( arus bocor = IS ) 4. Arus forward maksimum ( IF max ) 5. Tahanan dinamis, rd rd di hitung pada kemiringan kurva diatas “ knee “
rd =
Dari percobaan yang dilakukan, dihitung dengan :
(Arus Forward) dalam hal ini
(Arus Dioda) dapat
1.3 ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
1. Sumber daya searah ( 1-15 ) V
: 1 Buah
2. Mumtimeter analog
: 2 Buah
3. Dioda Silikon
: 1 Buah
4. Dioda germanium
: 1 Buah
5. Resistor
: 470 Ω ; 1 K Ω, ; 4.7 K Ω
6. Kabel- kabel penghubung
1.4 CARA MELAKUKAN PERCOBAAN A. Percobaan dengan diode silicon ( tipe 1N400..) 1. Buatlah rangkaian seperti gambar 1, dengan menggunakan diode silicon (Si) dan R = 470 Ω
Gambar 1.
Rangkaian dioda dibias maju
2. Aturlah tegangan power supply sedemikian hingga Vf = 0.35 V 3. Ukurlah arus maju (forward) pada diode dan catatlah pada Tabel 1. 4. Ulangi langkah 2 dan 3 untuk harga Vf yang berlainan
B. Percobaan dengan diode Germanium ( Tipe........) 5. Gantilah diode silicon dengan diode germanium serta ubahlah R menjadi 1 KΩ. 6. Aturlah tegangan power supply sedemikian hingga Vf = 0.1 V. Ukurlah arus maju If pada diode dan catatlah pada Tabel 2. 7. Ulangi langkah 6 untuk harga Vf yang berlainan
C. Percobaan tegangan jatuh diode
8. Buat rangkaian seperti gambar 2 dengan menggunakan diode silicon, R = 4.7 KΩ dan tegangan supply = 14 V.
Gambar 2. Pengukuran tegangan jatuh diode dan tegangan beban
9. Ukurlah Vf dan Vo. 10. Selanjutnya turunkan tegangan power supply menjadi 3V. Ulangi langkah 9. 11. Gantilah tahanan R menjadi 470Ω dan jagalah tegangan power supply tetap 3V. Ulangi langkah 9 dan masukkan hasil percobaan pada Tabel 3.
DATA HASIL PERCOBAAN No. Percobaan
: 01
Pelaksanaan
: 31 Agustus 2012
Praktikum Judul
: Pendekatan Karakteristik Penyerahan Laporan
: 07 September 2012
Dioda
Mata Kuliah
: Laboratorium Digital
Kelas/Kelompok
: TT-3A/06
Nama Kelompok
: M.Hafidz Bishri
Tahun Akademik : 2012
Tabel 1
: Nur Aminah
: Ismail Fauzi
R = 470Ω
DIODA SILIKON Jenis Vf ( V ) 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55
If ( mA ) Pengukuran 0,0038 0,06 0,12 0,64 1,125
Perhitungan 0 0,0085 0,191 0,72 1,14
0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0,82
Tabel 2
3,1 8,6 20,6 48 85 106
3,40 8,61 20,63 45,2 83,4 111,02
R = 1 KΩ
DIODA SILIKON Jenis Vf ( V )
If ( mA ) Pengukuran 0,089 0,244 0,23 0,61 1,1 1,37 2,04 2,75 3,2 3,9
0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55
Perhitungan 0,05 0,06 0,21 0,51 0,85 1,45 2,1 2,75 3,4 4,05
Tabel 3 Vs
R
(volt) 14V 3V 3V
(Ohm) 4.7K 4.7K 470
Vf (volt) Ukur Hitung
Vo (Volt) Ukur Hitung
0,61 0,58 0,62
13,5 2,45 2,31
0,7 0,7 0,7
13,3 2,3 2,3
If (mA) 3,3 0,55 5
TUGAS 1. Apa perbedaan dioda silikon dengan dioda germanium? 2. Apa yang dimaksud dengan dioda ideal? 3. Carilah karakteristik dioda yang dipakai di data sheet dan jelaskan! Jawab : 1.
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
Dioda Germanium Teg. Operasi hingga 200 V Arus forward dalam mA Aplikasi sinyal kecil Respon cepat Reverse resistansi yang kecil Arus bocor yang besar dependent thdp temp
Dioda Silkon 1. Teg. Operasi tersedia hingga1000V 2. Arus forward hingga 1000 A 3. Aplikasi sinyal kecil dan besar 4. Respon sedikit lambat 5. reverse resistansi yg besar 6. Arus bocor yang kecil 7.Independent thdp temp. hingga 1500C
2. Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar tertutup jika diberi bias forward dan terbuka jika di beri bias reverse. Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor sempurna (tegangan nol) jika bias forward dan seperti isolator sempurna (arus nol ) saat dibias reverse. 3. Karakteristik Dioda :
IF (mA) Ge
VBR VR VF Bias Mundur (Reverse Bias) IR (nA)
Si Bias Maju (Forward Bias) VAK Ge = 0.3 V Si = 0.7 V
Dari grafik terlihat bahwa : Pada keadaan bias maju, arus forward If yang mengalir sangat kecil sekali secara eksponensial sampai tegangan Vf sebesar 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk Silikon. Setelah melewati tegangan tsb. arus I f naik sangat besar sekali hampir linier. Pada keadaan bias mundur, arus mundur IR mengalir sangat kecil sekali dan akan tetap konstan meskipun teg. V R di naikan sampai teg. VR mencapai teg. VBR, dan setelah melewati teg. tsb ( VBR ) arus akan mengalir sangat besar sekali. Hal ini tidak di perbolehkan dalam pemakaian diode. Bentuk kurva karakteristik diode ( bukan linier ) didapat dari persamaan diode yaitu :
If = Is (
-1)
Dimana If = arus maju dioda Is = arus saturasi dioda ( arus bocor ) q = muatan ( 1,6 x 10-19 coulomb ) V = tegangan dioda K = konstanta Boltzman ( 1,38 x 10-23 J / 0K ) T = ambient Temperature ( 0 K ) Dari persamaan dioda diatas dpt di terangkan mengenai arus forward dioda yaitu : a. Makin besar arus forward yang mengalir di dapat dengan makin besar tegangan yang di berikan. Ini terlihat pada kurva karakteristik diatas. b. Bila dioda memanas ( menghangat ) baik disebabkan oleh aliran arus maupun pengaruh luar, arus If akan mengecil. Untuk Vf yang konstan, If naik jika tempt-nya naik. Dan jika I f konstan, maka Vf akan naik jika temp-nya turun.
ANALISA DATA & PERHITUNGAN 1. Grafik tertera pada scannan (di Lampiran) 2. Grafik tertera pada scannan (di Lampiran) 3. a. Vo = Vs – Vo = 14 – 0,7 = 13,3 V
b. Vo = Vs – Vo = 3 – 0,7 = 2,3 V
c. Vo = Vs – Vo = 3 – 0,7
= 2,3 V
Perbandingan antara perhitungan dan pengukuran Vf dan Vo pada tabel 3 adalah Vo
Vf
Pengukuran : Perhitungan
Pengukuran : Perhitungan
13,5 : 13,3
0,61 : 0,7
2,45 : 2,3
0,58 : 0,7
2,31 : 2,3
0,62 :0,7
Pebandingan antara pengukuran dan perhitungan tidak terlalu jauh dan masih dalam batas toleransi, kesalahan tersebut bisa saja disebabkan karena alat ukurnya yang sudah tidak presisi lagi atau kesalahan dalam membaca alat ukur. 4. Jika tegangan kita atur mendekati 0,7 maka elektron akan bergerak bebas mulai mendekati junction dalam jumlah besar. Jika tegangan dioda kita masukan lebih dari 0,7 maka penambahan tegangan dioda menghasilkan penambahan arus yang besar sedangkan resistor berbanding terbalik dengan arus dan tegangan. Tegangan dimana arus bertambah cepat dinamakan tegangan lutut dioda. Untuk tegangan lutut dioda silikon mendekati 0,7 sedangkan dioda germanium mendekati 0,3. Dioda merupakan komponen non linier. Diatas tegangan lutut dioda semakin meningkat maka arus pun akan semakin bertambah. Jika arus dalam dioda terlalu besar akan menyebabkan panas yang berlebihan dan ini akan merusak dioda. Selain itu juga disebabkan karena sebuah dioda memiliki nilai tegangan saturasi ( Vsaturasi ), yaitu titik dimana tegangan dioda sudah mencapai batas maksimalnya/tidak dapat bertambah lagi.
ANALISA DATA TAMBAHAN........
Tabel 1.Percobaan dengan dioda silikon
Dari percobaan yang dilakukan didapatkan data tegangan dioda maksimum yang dapat diukur pada 0,82 Volt dengan If = 106 mA dengan rentang pada data yang tersedia dari 0,35 – 0,85 ,seharusnya pada dioda silikon tegangan dioda maksimum yang dapat dibaca adalah 0,7 Volt .Ini dikarenakan dioda yang dipakai pada percobaan yang dilakukan sudah bocor atau melebihi ambang batas kapasitas, hal ini juga disebabkan karena di sebuah dioda memiliki nilai tegangan saturasi ( Vsaturasi ), yaitu titik dimana tegangan dioda sudah mencapai batas maksimalnya / tidak dapat bertambah lagi. Dan dari percobaan yang dilakukan didapat V f maksimum atau lebih tepatnya Vsaturasi adalah 0,82 volt dengan If = 106 mA. Dari kurva karakteristik dioda silikon bahwa arus mulai terbaca saat Vf sebesar 0.5 Volt atau disebut Vcut off karena dari 0.35 - 0.45 Volt nilai arus masih berkisar 0,.. mA dengan Vsaturasi adalah 0,82 Volt.
Tabel 2.Percobaan dengan dioda germanium Dari percobaan yang dilakukan didapatkan data tegangan dioda maksimum yang dapat diukur pada 0,55 Volt dengan If = 3,9 mA dengan rentang percobaan pada data yang tersedia yaitu 0,10 – 0,55 Volt ,seharusnya pada dioda germanium tegangan dioda maksimum yang dapat dibaca adalah 0,3 - 0,5 Volt dan untuk memunculkan arus dioda If, hal itu dikarenakan dioda yang dipakai pada percobaan yang dilakukan sudah bocor atau melebihi ambang batas kapasitas, hal ini juga disebabkan karena di sebuah dioda memiliki nilai tegangan saturasi ( Vsaturasi ), yaitu titik dimana tegangan dioda sudah mencapai batas maksimalnya / tidak dapat bertambah lagi. Dan dari percobaan yang dilakukan didapat Vf maksimum atau lebih tepatnya Vsaturasi adalah 0,55 volt dengan If = 3,9 mA. Dari kurva karakteristik dioda germanium bahwa arus mulai terbaca saat Vf sebesar 0.15 Volt atau disebut Vcut off karena dari 0.10 arus masih belum terbaca atau masih 0,0... dengan Vsaturasi adalah 0,55 Volt. Tabel 3.Percobaan tegangan jatuh dioda Pada percobaan ini Vo atau Voutput dihasilkan dari Vs – Vf,
dari hasil percobaan
didapatkan hasil yang tidak terlalu signifikan atau masih dalam batas toleransi, dalam hal ini
Vf / tegangan dioda adalah 0,7 karena dioda yang dipakai adalah dioda silikon, arus dioda dipengaruhi oleh resistansi dan didapat dari Vo / R.
KESIMPULAN Dari percobaan yang dilakukan dapat disimpulkan bahwa nilai tegangan untuk silikon 0,7 dan 0,3 untuk germanium. Jika anoda lebih positif dari pada katoda, maka dioda akan berfungsi seperti Saklar yang tertutup, pada keadaaan ini tegangan jatuh pada dioda = OV untuk setiap harga arus yang mengalir. Keadaan ini disebut Mode bias maju ( forward bias mode ).Dan sebaliknya jika Anoda lebih negatif dari pada Katoda, maka dioda akan berfungsi seperti saklar yang terbuka, dan tidak ada arus yang mengalir melalui dioda untuk setiap harga tegangan. Keadaan ini disebut Mode bias mundur ( reverse bias mode ). Pada prakteknya pada keadaan bias maju, untuk membuat dioda berfungsi seperti saklar yang tertutup, terdapat tegangan penghalang ( barrier potensial ) sebesar 0,3 V untuk dioda germanium dan 0,7V untuk dioda silicon. Jadi agar dioda dapat mengalirkan arus, tegangan Anoda – Katoda harus terlampaui sebesar 0,3 V untuk Ge dan 0,7 V untuk Si.
LAMPIRAN
Grafik If fungsi Vf dioda silikon
Grafik If fungsi Vf dioda germanium
