ELEKTRONIKATF 091343 / 5 SKS

PROGRAM S1 JURUSAN TEKNIK FISIKA FTI-ITS 2009/2014

TUJUANMahasiswa mampu melakukan perancangan rangkaian elektronika untuk sistem pengukuran dan pengendalian secara analog maupun secara digital

1. Dasar sambungan P-N : dioda sebagai divais non-linier & rectifier; analisa sinyal rangkaian dioda; tipe & spesifikasi dioda

2. Bipolar Junction Transistor (BJT) : Penguat diferensial dan Penguat bertingkat : penguat operasional filter; oscilator

3. Field Effect Transistor (FET) : Pembiasan JFET; MOSFET (NMOS, PMOS, CMOS)

4. Tanggapan frekwensi : definisi dan konsep dasar; respon frekwensi rendah dan respon frekwensi tinggi; respon transient; respon frekwensi penguat FET,Op Amp, filter aktif, osilator

5.5. Sistem Logika & Metode Penyerderhanaan Sistem : Sistem Logika & Metode Penyerderhanaan Sistem : Sistem bilangan dan konversinya, sistem code, Aljabar Sistem bilangan dan konversinya, sistem code, Aljabar BBool, logika dasar dan fungsi logika, Metode K-mapool, logika dasar dan fungsi logika, Metode K-map

6. Sistem kombinasional : adder, mux, demux, decoder, encoder

7. Sistem sequensial : flip-flop, register, counter, ADC, DAC, generator signal dan pulsa

8. Sistem memori : RAM, RAM, PLA, Mikroprosesor)9. Aplikasi Rangkaian Terintegrasi (IC) 10.Praktikum Elektronika : sistem analog & sistem digital

M A T E R I

PUSTAKA

UTAMA

1. Ronald J.Tocci, Digital Systems, Principles and Application, PHI-USA, 1988

2. Theodore F.Bogart, Introduction to digital system, Mc.Graw –Hill-USA 1992

3. Theodore F.bogart, electronic Devices and Circuits PHI, 1997

4. Albert P.Malvino, Donal P.Leach, Digital And pplication, Mc.Graw-Hill USA 1976

5. Milmand J & Grabel, Microelectronics, Mc.Graw-Hill USA 1989

P u s t a k a Pendukung

Minggu Ke

Spesific Learning Objective

(Sub-Kompetensi)

Materi Pembelajaran

[Referensi]

Indikator Pencapaian

1 Mahasiswa mampu mengidentifikasi dioda sebagai divais non-linear & rectifier

Dasar sambungan P-N :dioda sebagai divais non-linier & rectifier;

Ketepatan Membedakan penggunaan dioda untuk sistem non-linear & rectifier

2 Mahasiswa mampu mengidentifikasi sinyal pada rangkaian diode, tipe/spesifiasi dioda

Dasar sambungan P-N : analisa sinyal pada rangkaian dioda; tipe dan spesifikasi dioda

Ketepatan Mengidentifikasi sinyal rangkaian dioda, jenis/spesifikasi untuk sistem analog

Minggu Ke

Spesific Learning Objective

(Sub-Kompetensi)

Materi Pembelajaran

[Referensi]

Indikator Pencapaian

3, 4, 5 Mahasiswa mampu mengidentifikasi BJT u/ penggunaan sebagai penguat diferensial, penguat bertingkat, penguat operasional,filter/ osl

Bipolar Junction Transistor (BJT) : Penguat diferensial dan Penguat bertingkat : penguat operasional filter; oscilator

Ketepatan Membedakan penggunaan BJT sebagai penguat, filter dan osilator

5, 6, 7 Mahasiswa mampu mengidentifikasi penggunaan FET dalam respon frekuensi , penguat, filter aktif & osilator

Field Effect Transistor (FET) : Pembiasan JFET; MOSFET (NMOS, PMOS, CMOS) Tanggapan frekwensi :rekwensi rendah dan respon frek tinggi;resp.transient; respfrekpenguat FET OpAmp,flt-aktif, osiltr

Ketepatan Membedakan Penggunaan FET sebagai respon frekuensi, penguat, filter aktif & osilator.

10, 11 Mahasiswa mampu mengidentifikasi sistem bilangan & code, serta mampu mengaplikasikan metode disain & penyerdehanaan sistem logika

Sistem Logika & Metode Penyerderhanaan Sistem : Sistem bilangan dan konversinya, sistem code, Aljabar Bool, logika dasar dan fungsi logika, Metode K-map

Ketepatan mengidentifikasi sistem bilangan/code & metode disain penyerdehanaan sistem logika

11, 12 Mahasiswa mampu mengaplikasikan sistem kombinasional sebagai sistem elektronik digital

Sistem kombinasional : adder, mux, demux, decoder, encoder

Ketepatan mengaplikasikan sistem kombinasional :Adder,Mux,Demux,Decoder,Encoder dalam sistem digital.

RENCANA MEKANISME KULIAH

MINGGU KE PELAKSANAAN

II KULIAHKULIAH

II-7II-7 (5 PERTEMUAN)(5 PERTEMUAN)

PRESENTASIPRESENTASI

8 8 QUIZ & PEMBUATAN QUIZ & PEMBUATAN MAKALAHMAKALAH

99 ETSETS

Rule of Presentation Power-point presentasi Penyajian Kemampuan menjawab pertanyaan

DISCUSS

1. WHEN WE USE ANALOG/DIGITAL ELECTRONIC

2. WHAT THE CIRCUIT NEED WHEN THE SIGNAL LOW POWER(VOLTAGE/CURRENT), WITH NOISE

3. WHEN WE COMBINE THE ANALOG AND DIGITAL SIGNAL

LSH1 LSH2

V1 V2

Permasalahan Diode (Divais Elektronika)

1. Memahami karakteristik (datasheet-kurva I-V) sistem/ kawan operasi

2. Analisa rangkaian terhadap masukan sinyal kecil (AC) dan sinyal besar (DC)

3. Aplikasinya dalam pengolahan masukan I atau V

Voltage is the Cause, Current is the EffectVoltage attempts to make a current flow, and current will flow if the circuit is complete. Voltage is sometimes described as the 'push' or 'force' of the electricity, it isn't really a force but this may help you to imagine what is happening. It is possible to have voltage without current, but current cannot flow without voltage.

Voltage and Current

Voltage and CurrentThe switch is closed making a complete circuit so current can flow

Voltage but No CurrentThe switch is open so the circuit is broken and current cannot flow

No Voltage and No CurrentWithout the cell there is no source of voltage so current cannot flow

Electric Component

Passive:• Komponen yang mendisipasikan

energi• Komponen yang menyimpan energi

– Resistors– Capacitors– Inductors

• Active:– Voltage Sources– Current Sources– Amplifiers

Konversi energi dari berbagai bentuk energi ke dalam energi listrik Pendistribusian energi listrik Komunikasi, baik yang melalui kabel, ataupun yang melalui gelombang radio Elektronika yang menjadi dasar pembuatan instrumentasi Masalah pengendalian dan kontrol dalam suatu instrumen Ilmu yang berkaitan dengan perangkat keras komputer.

Electric Need

Beberapa pembagian yang berdasar pada pengolahan sinyalnya

Linier Rangkaian Filter/PenguatNon-linier Rangkaian Modulator dan Penyearah

Beberapa komponen elektronik memiliki sifat linear, maksudnyaadalah arusnya berbanding proporsional dengan tegangannya. Alasansifat linear adalah karena grafik arus dengan tegangan merupakan garislurus. Contoh sederhana komponen linear adalah resistor pada umumnya.Namun dioda berbeda, -karena potensial barrier- dioda tidak sepertiresistor. Grafik arus dengan tegangan pada dioda menghasilkan gambarnonlinear.

Diode Introduction

• A diode is formed by interfacing an n-type semiconductor with a p-type semiconductor.

• A pn junction is the interface between n and p regions.

Diode symbol

• p merupakan anoda• n adalah katoda anak panah dari p ke n (anodakatoda) “arus konvensional yang mengalir dari p ke

n” “Aliran elektron berlawanan panah dioda”

+ -

Arah arus

ANALISA RANGKAIAN DENGAN DIODE

Bagaimana cara membias (memberi tegangan supaya Diode bekerja/ON)Kurva Kerja (Load-Line) Diode

Aplikasi dg berbagai variasi sinyal input (AC atau DC)

Aplikasi Diode dalam berbagai rangkaian(Pendekatan 1,2&3 + hk. R.Listrik)

- Bias MajuSecara mudah suatu dioda dibias maju jika positif sumber dihubungkan dengan posistif dioda sedangkan negatif sumber dihubungkan dengan negatif dioda.

Artinya : Bila Vs adalah DC, maka Diode akan OFF (Open Circuit) Bila Vs adalah AC, maka Diode akan meloloskan voltage yg negatip

Rs

Vs+

VD-

- Bias MundurPada bias mundur, positif sumber dihubungkan dengan negatif dioda dsedangkan negatif sumber dihubungkan dengan positif dioda.

Rs

Vs-

VD+

PEMBIASAN DIODE

Pencatuan dioda ke sumber tegangan dapat dilakukan dengan dua

cara yang kerap dikenal sebagai cara membias suatu dioda. Dikenal dua macam pembiasan yaitu bias maju dan bias mundur.

Karakteristik I-V

Pada persambungan ada tahanan rp dan rb (bulk resistor setelah barier, rb =rp + rn biasanya sekitar 1-25 Ω

Arus Forward Maksimum? ± 135 A

i

v

IF max

00,7 1

IF

0,3 V pada r bulkAtau rb=0,3/IF untuk Si

Pada Daerah ini Diode bertindak sebagai Isolator dan menahan (OFF) arus ke rangkaian berikutnya, dg syarat Diode dibias Maju Pada Daerah ini Diode

bertindak sebagai Konduktor Dan meloloskan arus ke rangkaian berikutnya

V

I

ZeroForwardVoltage

I

0,7V

Reverse bias

Forward bias

Reverse bias

Forward bias

0,7 Reverse bias

Forward bias

0,7

0,7 0,7 rb

rb

I

0,7V

First approx. Second approx. Third approx.

tahanan nol ketika forward-biased dantahanan tak hingga ketika reverse-biased.Saklar pada umumnya mempunyai tahanan nol ketika menutup dantahanan tak hingga ketika terbuka.

tidak ada arus yang muncul melewati dioda hingga tegangan lulut 0,7 V tercapai. Setelah titik ini dioda mulai konduk dioda sebagai saklar seri dg potensial barier 0,7 V.

pengaruh rb terhadap kurva dioda. Setelah dioda silikon dinyalakan, penambahan tegangan akan menaikkan arus secara linier. Ketika tegangan yang digunakan lebih besar dari 0,7 V, dioda konduk. Total tegangan yang melalui dioda sama denganVD = 0,7 + Id rb

Pendekatan mana yang sebaiknya dipakai?

(Hasil Riset) Gunakan Pendekatan ke 3 Jika digunakan resistor yang presisi dengan toleransi ± 1 % , Pendekatan Ke 2 lebih kompromistis dengan pertimbangan persamaan :

Jika Vs = 7 V, pengabaian potensial barier menghasilkan error perhitungan 10 %Jika Vs=14 V, error perhitungan 5 % dan seterusnya.

Jadi ketika tahanan beban 10 kali tahanan bulk akan terjadi error 10 %. Ketikatahanan beban 20 kali lebih besat, error turun menjadi 5 % seperti terlihat di tabel

Sebagian besar dioda rectifier memiliki tahanan bulk dibawah 1 ohmyang berarti pendekatan kedua menghasilkan error kurang dari 5 %dengan tahanan beban lebih besar dari 20 ohm. Hal ini melingkupi semuarangkaian praktis yang mungkin dipakai.

ANALISA RANGKAIAN DENGAN DIODE UNTUK INPUT SINYAL DC

Contoh Input DC: Tentukan Tegangan luaran

Contoh 1

Contoh Input DC: Tentukan Tegangan luaran

1. Cek Dulu apa Diode ON/OFF2. Terapkan analsis Rangkaian listrik

kemudian

Contoh 1

Contoh2: Hitunglah V0 Ii, ‘Dl, dan ID2 dan rangkaian dioda berikut:

Contoh2: Hitunglah V0 Ii, ‘Dl, dan ID2 dan rangkaian dioda berikut:

Resistor Pembatas ArusPada Gambar , resistor yang ada adalah berfungsi sebagai resistor pembatas arus. Makin besar tahanan resistor makin sedikit arus dioda yang dapat mengalir. Resistor pembatas arus harus menjaga arus dioda kurang dari nilai batas maksimum. Arus dioda yang mengalir dapat ditentukan dengan persamaan:

dimana Vs adalah tegangan sumber dan VD adalah tegangan yang melintasi dioda. Persamaan ini adalah hukum Ohm yang diterapkan pada resistor pembatas arus. Karena ini merupakan rangkaian seri, arus dioda mempunyai nilai yang sama dengan arus yang melintasi resistor.

R

VVsI D

Rs

Vs+

VD-

Garis beban

+Vi-

+Vo-

RL

+ v -

i

i

v

(vi/RL)

I’ a

IDQ=iA A

vA=VDQ i.RL

vi

P

Lengkungan Statik

Garis Beban

0v=vi – i RL (*)Misalkan kemudian persamaan (*) dapat dibuat grafik

Dengan a=vi – I’.RL

Perhatikan bahwa garis beban akan melalui i=0 pada v=vi i=(vi/RL) pada v = 0Atau setara dengan pers. Y = a x + b i=(vi/RL) . v, sedangkan titik A digunakan untuk menentukan luaran arus jika diberi input tegangan (v) tertentu

Kurva ini tetap berdasarPabrik atau data-sheet

Sedang yang berubah-ubahAdalah garis bebannya

Analisis garis beban lainnya

i=0 pada v=viCut-off Region Diode rusak

i=(vi/RL) pada v = 0Saturation Region lebih besar panas & burn !!!

a) Tentukan apakah diode aktif b ) Hitung IL dan VL

a) Karena + 10V dihubung + dari diode--> diode dihubung singkat (atau pendekatan ke 2 ada tegangan knee 0,7 Volt, sehingga tegangan di R 1K -->

VL=10-0,7=9,3V, dan Arus IL=(9,3V/1K)=9,3 mA

b) Gunakan teori Thevenien dg mencari tegangan pada 3K, pertama tegangan pada 3K= (3K/3K+6K) x 36 V=12 V (Vth) terus cari tahanan Thevenie 3K//6K=(3K x 6K/3K+6K)=2K(Rth), sehingga rangkaian tinggal Vth-->Rth-->Diode-->1K, tegangan di R 1K=(12V-0,7)=11,3V dst.

a) Tentukan rangkaian ekivalenb) Hitung arus pada diode (ID) V1 (4,7K) V2 (2K2)

Hitung dan sket bentuk garis beban dan tentukan letak titik Q (beserta koordinatnya)

Gunakan lup sperti biasa (sumber=+10V-(-5V)=15VCari arus dengan gunakan lup (misal Vk=0,7V)-->ketemu arus rangkaian

Perhitungan pada Garis beban

Buat grafik ID terhadap VD, cari dulu I lup, misalkan VD=0,7VAtau dengan persamaan umumE-VD-VR=0--> E-VD-I.R=0 (karena seri I=ID) sehingga menjadi rumusID=(E-VD)/R ---> ID saturasi buat VD=0, maka ID=(E/R) VD cut-off buat ID=0, maka VD=EGrafikkan ID saturasi dan VD cyt-offKoordinat, jelas sumbu x sudah ddipilih =VD=0,7Sedang di sumbu y--> ID=(E-VD)/R=(10-0,7)/1K=9,3 mAJadi koordinat titik setimbang Q (0,7V;9,3mA)