Soal !

1) Jelaskan fungsi dioda, lambang dioda, gambar karakteristik dioda dan sebutkan

penggunaan dioda dalam rangkaian elektronika ?

FUNGSI DIODA

Fungsi Dioda sangat penting didalam rangkaian elektronika. Karena dioda adalah komponen

semikonduktor yang terdiri dari penyambung P-N. Dioda merupakan gabungan dari dua kata

elektroda, yaitu anoda dan katoda. Sifat lain dari dioda adalah menghantarkan arus pada

tegangan maju dan menghambat arus pada aliran tegangan balik. Selain itu, masih banyak

lagi fungsi dioda lainnya, sebagai berikut :

Sebagai penyearah untuk komponen dioda bridge.

Sebagai penstabil tegangan pada komponen dioda zener.

Sebagai pengaman atau sekering.

Sebagai pemangkas atau pembuang level sinyal yang ada di atas atau bawah tegangan

tertentu pada rangkaian clipper.

Sebagai penambah komponen DC didalam sinyal AC pada rangkaian clamper.

Sebagai pengganda tegangan.

Sebagai indikator untuk rangkaian LED (Light Emiting Diode).

Dapat digunakan sebagai sensor panas pada aplikasi rangkaian power amplifier.

Sebagai sensor cahaya pada komponen dioda photo.

Sebagai rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscilator) pada komponen dioda varactor.

Secara keseluruhan dioda dapat kita contohkan sebagai katup, dimana katup tersebut

akan terbuka pada saat air mengalir dari belakang menuju ke depan. Sedangkan katup

akan menutup apabila ada dorongan aliran air dari depan katup.

SIMBOL DIODA

Gambar dibawah ini menunjukan bahwa Dioda merupakan komponen Elektronika aktif yang

terdiri dari 2 tipe bahan yaitu bahan tipe-p dan tipe-n :

Pada umumnya, dioda terbuat dari bahan silikon yang sudah dibekali tegangan pemicu.

Tegangan pemicu ini sangat diperlukan agar elektron bisa langsung mengisi hole melalui area

depletin layer. Didalam komponen dioda tidak akan terjadi pemindahan elekrton hole dari P

ke N maupun sebaliknya. Itu di sebabkan hole dan elektron akan tertarik ke arah kutub yang

berlawanan. Bahkan lapisan depletion layer semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

GAMBAR KARAKTERISTIK DIODA

Karateristik dioda dapat diketahui dengan cara memasang dioda seri dengan sebuah catu daya

dc dan sebuah resistor. Dengan menggunakan rangkaian tersebut maka akan dapat diketahui

tegangan dioda dengan variasi sumber tegangan yang diberikan. Seperti yang telah kita

ketahui bahwa dioda adalah komponen aktif dari dua elektroda (katoda dan anoda) yang

sifatnya semikonduktor, jadi dengan sifatnya tersebut dioda tidak hanya memperbolehkan

arus listrik mengalir ke satu arah, tetapi juga menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda

dapat dibuat dari Germanium (Ge) dan Silikonatau Silsilum (Si). Komponen aktif ini

mempunyai fungsi sebagai; pengaman, penyearah, voltage regulator, modulator, pengendali

frekuensi, indikator, dan switch.

PENERAPAN/APLIKASI DIODA

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyerah arus power suplay atau konverter AC

ke DC. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdwon-

nya.

Aplikasi dioda pada kendaraan banyak digunakan untuk penyearahan arus seperti pada sistem

pengisian. Sebagaimana fungsi dioda adalah sebagai penyearah arus dari arus bolak-balik menjadi

arus searah agar dapat dimanfaatkan untuk mengisi baterai dan menyuplai kebutuhan arus pada

kendaraan.

Fungsi lain dioda ini pada kendaraan adalah sebagai anti shock tegangan. Contoh aplikasinya

adalah pada jenis relay diberikan dioda dengan tujuan untuk mencegah terjadinya arus balik pada

rangkaian. Arus balik listrik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh

kumparan relay. Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya dibandingkan dengan tegangan

sumber. Untuk mencegah terjadinya kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini maka pada

rangkaian relay dipasangkan rangkaian dioda.

SOAL !2. Jelaskan prinsip kerja, gambar rangkaian, gambar gelombang untuk penyearah

HWR, FWR CT, FWR MB, Semi Conventer 3 Fasa, Full Converter 3 Fasa ?

  Penyearah Setengah Gelombang

Penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah yang paling sederhana, yaitu yang terdiri dari satu dioda.  Gambar 1 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang. Rangkaian penyearah setengah gelombang memperoleh masukan dari sekunder trafo yang berupa tegangan berbentuk sinus, vi = Vm Sin wt (gambar 1 (b)).  Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO, sedangkan harga yang tercantum pada sekunder trafo merupakan tegangan efektif yang dapat diukur dengan menggunakan volt meter. Hubungan antara tegangan puncak Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL.  Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0. Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya arus searah (satu arah) yang harga rata- ratanya tidak sama dengan nol seperti pada arus bolak-balik.  Arus rata-rata ini (Idc untuk penyearah setengah gelombang) secara matematis dinyatakan:

Tegangan keluaran pada beban :           Vdc = Idc.RLApabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bisa diabaikan, maka Vm =

Im.RL  sehingga :

Dalam perencanaan rangkaian penyearah, hal penting untuk diketahui adalah harga tegangan maksimum yang diijinkan terhadap dioda. Tegangan maksimum ini sering disebut PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik.  Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari sekunder trafo berada pada dioda.  PIV untuk penyearah setengah gelombang, yaitu :

    

  Penyearah Gelombang Penuh Center Tap

Dengan demikian, D1 dan D2 hidupnya bergantian.  Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah. Rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus, sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang, yaitu :

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm.  Pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan

sekunder trafo.  Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:

    Penyearah Gelombang Penuh Bridge

PENYEARAH GELOMBANG PENUHDENGAN 4 DIODA

Prinsip kerja dari rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan 4 dioda

ini adalah tegangan yang melalui trafo adalah sebesar 220 V 50 Hz di kumparan primer akan

menimbulkan induksi elektromagnet yang akan menyebabkan kumparan sekunder pada trafo

akan dialiri listrik. Tegangan di kumparan sekunder pada trafo tidak sama dengan tegangan

pada kumparan primer pada trafo, tegangan di kumparan sekunder sudah turun dari yang

pertama tegangan input trafo AC menadi output tegangan DC.

Kemudian arus listrik akan mengalir di antara percabangan D1 dan D2, karena pada D1

sifatnya reverse bias maka arus tidak bisa mengalir sehingga arus listrik akan mengalir

melalui D2 karena pada D2 sifat dioda adalah forward bias artinya arus bisa mengalir.

Setelah itu arus akan mengalir kembali diantara percabangan D2 dan D3. Karena D3 bersifat

reverse bias maka arus tidak bisa melewati D3 sehingga arus akan terus mengalir melewati

beban yaitu R1. Dari R1 arus kembali mengalir ke percabangan D4 dan D1, meskipun D4

dan D1 sama – sama forward bias, tapi karena D4 yang dilewati terlebih dahulu oleh arus

listrik, maka arus akan mengalir melalui D4 lalu kembali ke netral atau 0.

Penyearah Diod a Setengah Gelombang Tiga   Phasa  

SOAL !

3. Simulasikan dengan WB, PSIM, dan LiveWire ?

ELEKTRONIC WORK BENCH

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN 2 DIODA

RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN 4 DIODA PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN 4 DIODA

PENYEARAH GELOMBANG PENUH MODEL BRIDGE (MB)

PSIM SOFTWARE

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG (HALF WIFE RECTIFIER)

PENYEARAH GELOMBANG PENUH (FULL WIFE RECTIFIER) 2 DIODA

PENYEARAH GELOMBANG PENUH (FULL WIFE RECTIFIER) DENGAN 4 DIODA

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN MODEL BRIDGE

AC TO DC SEMI CONVERTER 3 PHASA

AC TO DC FULL CONVERTER 3 PHASA

LIVEWIRE SOFTWARE

PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN 2 DIODA

PENYEARAH GELOMBANG PENUH DENGAN 4 DIODA

PENYEARAH GELOMBANG PENUH MODEL BRIDGE

SOAL !

4. Jelaskan fungsi dioda zener, gambar karakteristik dioda zener, prinsip kerja dioda zener dan aplikasinya ?

FUNGSI DIODA ZENER

Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari diodebiasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.

Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah – ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik ,sebuah diode Zener akan bertingkah seperti sebuah  kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya. Sebuah diode Zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan shunt(shunt berarti sambungan parallel, dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberian sumber tegangan tetap.

Gambar Karakteristik Komponen Dioda Zener

SUMBER: HTTP://ELEKTRONIKA-DASAR.COM/TEORI-ELEKTRONIKA/DIODA-ZENER/

Titik breakdown-nya sebuah dioda zener bisa diatur dengan membuat berbagai ragam

konsentrasi doping-nya. Pada kondisi konsentrasi doping yg tinggi menyebabkan peningkatan

total pengotoran hingga tegangan zener / Vz menjadi kecil. Demikian dengan kondisi

sebaliknya yaitu bila konsentrasi dopingnya rendah, menyebabkan perolehan zener yang

tinggi. Dipasaran kita akan lebih sering menemukan dioda jenis ini dari yang tertinggi adalah

200v dan yang terendah Vz 1,8v, yang kemampuan dayanya mulai ¼w sampai 50w.

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer

tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener

dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai

stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan

memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).

PRINSIP KERJA DIODA ZENER

Dioda zener dikerjakan secara terbalik (reverse), tidak seperti dioda biasa yang

dikerjakan secara maju (forward). Jika dikerjakan seperti dioda biasa maka pada dioda zener

berlaku aturan dioda biasa yaitu tegangan maju sebesar 0.7V.

Prinsip kerja dioda zener pada rangkaian paralel

Pada rangkaian diatas, dioda zener dipasang secara paralel terhadap jalur masukan

tegangan DC. Besarnya tegangan output (Vout) pada rangkaian diatas adalah sebesar

tegangan dioda zener, misalnya digunakan dioda zener 5V6 maka tegangan outputnya akan

sebesar 5.6V.

Kemudian untuk mengetahui kerja dioda zener, kita akan ubah-ubah nilai tegangan

input misal kita naikkan jadi 12V atau kita turunkan jadi 8V. Jika dioda zener berfungsi

dengan baik maka besarnya tegangan output akan selalu tetap sebesar 5.6V meskipun

besarnya tegangan input berubah-ubah. Kesimpulannya besar tegangan output pada rangkaian

diatas sama dengan besar tegangan dioda zener.

Prinsip kerja dioda zener pada rangkaian seri

Pada rangkaian diatas, dioda zener dipasang secara seri terhadap jalur masukan

tegangan DC. Besarnya tegangan output (Vout) pada rangkaian diatas adalah tegangan input

dikurangi tegangan dioda zener, misalnya digunakan dioda zener 5V6 dan tegangan input

10V maka tegangan outputnya akan sebesar 4.4V.

Kemudian untuk mengetahui kerja dioda zener, kita akan ubah-ubah nilai tegangan

input misal kita naikkan jadi 12V atau kita turunkan jadi 8V. Jika dioda zener berfungsi

dengan baik maka besarnya tegangan output juga akan naik turun selaras dengan tegangan

input. hal ini terjadi karena besarnya tegangan pada dioda zener selalu tetap. Kesimpulannya

besar tegangan output pada rangkaian diatas sama dengan besar tegangan input dikurangi

tegangan dioda zener.

PENERAPAN DIODA ZENER

Dioda Zener banyak dipergunakan dalam rangkaian TV, regulator power supply, pengaman

circuit, serta stabiliser. Arus melalui dioda Zener akan berubah untuk menjaga tegangan dalam

batas ambang tindakan Zener dan daya maksimum yang dapat menghilang.

Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan sebagai penstabil

ataupun pembagi tegangan . Salah satu contoh adalah ditunjukkan gambar dibawah ini .

Penstabil tegangan pada output penyearah

Dioda Zener yang melindungi pemancar ( transceiver ) di dalam kendaraan mobil , terhadap loncatan-loncatan tegangan.

Adapun cara kerja rangkaian di atas adalah sebagai berikut :

1.     Bila dioda Zener yang kita pilih memiliki tegangan tembus sebesar 10 Volt , lihat gambar di atas,  berarti tegangan output yang diperlukan adalah sebesar 10 V satabil .

2.     RS gunanya untuk membatasi tegangan yang masuk dalam rangkaian dan RL untuk beban atau output yang kita ambil tegangannya .

3.     Seandainya tegangan input ( tegangan dari filter ) itu naik , misalkan 16 Volt maka tegangan yang didrop oleh RL juga akan naik misalkan sebesar 12 Volt . Maka dioda zener akan menghantar . Arus akan terbagi dua , yaitu lewat RL dan ZD . Sedangkan dioda zener mempertahankan tegangan sebesar 10 Volt dan karena dioda ini di pasang paralel dengan RL maka dengan sendirinya tegangan output akan tetap sebesar 10 Volt .

4.     Selanjutnya apabila tegangan input turun maka tegangan yang di drop oleh RS akan kurang dari 4 Volt dan tegangan yang di drop oleh RL pun akan kurang dari 10 Volt . Hal ini mengakibatkan dioda zener menyumbat dan arus hanya mengalir lewat RL saja . Dengan sendirinya tegangan output akan turun ( tegangan input turun menjadi 12 Volt.

5.     Kesimpulannya adalah bahwa tegangan output tidak akan melebihi dari 10 Volt tetapi dioda zener tidak menjamin tegangan tetap sebesar 10 Volt bila tegangan input dari filter itu turun .

Contoh lain pemakaian dioda zener adalah seperti gambar 2 . Dengan cara tersebut kita akan mendapatkan beberapa macam tegangan yang diinginkan .

Pembagi Tegangan pada Dioda Zener

Beberapa  dioda  zener  dipasang  berderet  dan  setiap  dioda  memiliki  tegangan      tersendiri ( tegangan zener ) . Dengan jalan seperti di atas  maka kita akan  mendapatkan  tegangan-tegangan 30 V , 42 V dan 48,8 V .

Rumus untuk menyelesaikan rangkaian Stabilitas tegangan dengan Dioda Zener adalah sebagai berikut :