El2140 01 13210037_agung-utama-putra

MODUL 1:Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Agung Utama Putra (1 3210037)Asisten: Sebastian

TanggalPercobaan: 08/02/2012EL2140-Praktikum Elektronika

Laboratorium Dasar Teknik Elektro -Sekolah Teknik Elektro dan InformatikaITB

Abstrak

Dioda adalah salah satu komponen penting dalam elektronika. Dalam praktikum modul kali ini, akan dilihat perbedaan dioda biasa dan dioda zener, aplikasi dioda dalam rangkaian penyearah, clipper dan clamper, dan pengaruh filter sederhana.

Kata kunci: Dioda, karakteristik, penyearah, clipper, clamper, zener, filter.

1. PENDAHULUAN

Praktikum kali ini bertujuan untuk memahami karakteristik dioda, baik dioda biasa maupun dioda zener, dan aplikasinya pada elektronika seperti rangkaian penyearah, clipper dan clamper. Selain itu, akan ditunjukkan juga pengaruh filter sederhana pada suatu sumber DC.

2. STUDIPUSTAKA

2.1 KARAKTERISTIK DIODA

Setiap dioda memiliki karakteristik yang berbeda setiap jenisnya. Karakteristik-karakteristik tersebut adalah:

Tegangan cut-in

Tegangan breakdown

Kemiringan kurva yang berarti besarnya resistansi dinamis pada titik tersebut

Berdasarkan karakteristik-karakteristik diatas, bisa didapat beberapa kemungkinan penggunaan dioda tersebut.

2.2 PENYEARAH

Pada praktikum ini akan diamati tiga jenis penyearah gelombang sinyal: penyarah gelombang setengah, penyearah gelombang penuh dengan trafo center tapper, dan penyearah gelombang penuh tipe jembatan.

Tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh diperoleh sebesar:

V O=V P−12V r

VP adalah magnituda tagangan puncak AC yang disearahkan dan tegangan ripple-nya sebesar:

V r=V p

2 fCR

Dengan f adalah frekuensi sinyal AC jala-jala yang digunakan, C kapasitansi filter dan R bebad pada rangkaian penyearah dan filter.

Untuk catu daya DC murni, ripple harus bernilai nol. Bisa diperoleh dengan nilai R beban tak hingga ataunilai C tak hingga.

Karena catu daya ini tidak ideal, tegangan output-nya mengalami degradasi, dimodelkan dengan rangkaian Thevenin dengan sumber tegangan dan resistansi output. Resistansi output dapat dimodelkan dihitung:

RO=1

4 fC

Besaran ini menentukan berapa besar degradasi tegangan. Besaran lain yang bisa digunakan adalah faktor regulasi tegangan VR, dihitung dengan:

VR=V nl−V fl

V fl∗100 %

Dengan Vnl adalah tegangan tanpa beban dan Vfl adalah tegangan beban penuh.

2.3 RANGKAIAN CLIPPER DAN CLAMPER

Rangkaian clipper adalah rangkaian yang membatasi tegangan agar tidak melebihi suatu nilai tertentu. Rangkaian ini bisa dibuat dengan dioda dan sumber tegangan DC atau alternatifnya dengan dioda zener.

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang digunakan untuk memberikan offset tegangan DC pada sinyal AC.

LaporanPraktikum - LaboratoriumDasarTeknikElektro – STEI ITB1

3. METODOLOGI

Alat dan Bahan:

Kit Praktikum Karakteristik Dioda & Rangkaian Penyearah

Sumber tegangan DC (2 buah)

Trafo CT 15 V (1 buah)

Osiloskop (1 buah)

Multimeter (1 buah)

Dioda 1N4002 (3 buah)

Dioda Zener 5V1 (2 buah)

Resistor Variabel (1 buah)

Resistor 150kΩ (1 buah)

Kapasitor 10 µF (1 buah)

Breadboard (1 buah)

Kabel-kabel

Percobaan 1: Karakteristik Dioda

Bagan1: Langkah percobaan karakteristik dioda

Gambar1: Rangkaian percobaan 1

Percobaan 2: Penyearah dan Filter

Bagan2: Langkah percobaan rangkaian penyearah dan filter

Gambar2: Rangkaian penyearah setengah gelombang

Gambar3: Setelah dipasang Rm

Gambar4: Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo Center Tapped


Dengan kit praktikum, susun seperti gambar 1

Gunakan mode X-Y untuk mengamati

sinyal

Amati tegangan cut-in, breakdown, karakteristik

arus-tegangan pada dioda silikon

Ulangi untuk dioda germanium dan

zener

Buat rangkaian seperti gambar 2 di

kit praktikum.

Amati bentuk dan frekuensi gelombang dengan:Tetapkan satu nilai kapasitansi, ubah-ubah ukuran resistorTetapkan satu nilai resistor, ubah-ubah ukuran kapasitor

pasang Rm seperti gambar 3, amati bentuk arus, arus

maksimum, dan frekuensi arus dengan mengukur tegangan pada

Rm

Ulangi 3 langkah tadi untuk gambar

4 dan 5.

Dengan resistor variabel, cari nilai resistansi output untuk rangkaian pengganti

Thevenin.

Gambar5: Penyearah Gelombang Penuh Tipe Jembatan


Percobaan 3: Rangkaian Clipper

Bagan3: Langkah percobaan rangkaian clipper

Gambar6: Rangkaian clipper dengan tegangan DC

Gambar7: Rangkaian clipper dengan dioda zener

Percobaan 4: Rangkaian Clamper

Gambar8: Rangkaian clamper

4. HASILDANANALISIS

Percobaan 1: Karakteristik Dioda

Jenis Dioda

Tegangan Cut-In(V)

Tegangan Breakdown

(V)

Catatan

Silikon 0.6 -6 VS = 12 Vpp

Germanium

0.4 -6 VS = 12 Vpp

Zener 0.6 -7.2 VS = 20 Vpp

Tabel1: Hasil percobaan karakteristik dioda

Gambar9: Kurva i-v dioda silikon. Skala horizontal dan vertikal 1 V/div.

Gambar10: Kurva i-v dioda germanium. Skala horizontal dan vertikal 1 V/div.

Gambar11: Kurvai-v dioda zener. Skala horizontal dan vertikal 1 V/div.

Dari Tabel 1, bisa dilihat bahwa tegangan cut-in dioda silikon dan zener hampir sama. Dioda germanium memiliki tegangan cut-in lebih rendah, yang berarti dioda germanium lebih mendekati dioda ideal.

Saat tegangan melebihi nilai cut-in dioda, arus mengalir melalui dioda. Kondisi ini yang


Dengan breadboard, susun seperti gambar 6Resistor 150 kΩDioda 1N4002Vin Trafo CT 15 VTegangan DC 5 V

Amati bentuk sinyal outputnya.

Susun seperti gambar 7Resistor 150 kΩ


Dengan breadboard, susun seperti gambar 8Dioda 1N4002Kapasitor 10 µF 16-35 VVin Trafo CT 15 VTegangan DC 5 V


Susun seperti gambar 7Resistor 150 kΩ


disebut forward bias. Kebalikannya, saat tegangan lebih kecil dari nilai cut-in dioda, arus yang mengalir sama dengan nol, yang berarti tidak ada arus yang mengalir. Kondisi ini disebut reverse bias.

Pada ketiga kurva diatas, nilai arus yang mengalir diwakili dengan sumbu Y. Sebenarnya, sumbu Y menunjukkan tegangan pada resistor. Karena resistor yang digunakan bernilai 27 Ω, berarti arus yang mengalir sebesar:

iR=vout27

Tegangan breakdown dioda silikon dan germanium pada data di tabel didapat dengan melihat ujung grafik. Kenyataannya, tegangan breakdown dioda silikon dan germanium cukup besar, sekitar 40 V. Tetapi, pada percobaan ini kedua dioda tidak benar-benar dicoba hingga tegangan breakdown karena akan merusak dioda tersebut.

Berbeda dengan dioda zener, yang memang dimaksudkan untuk bekerja pada tegangan breakdown. Setelah tegangan VS diperbesar, akan terlihat “ekor” pada kurva i-v dioda zener, yang merupakan tegangan breakdownnya. Dioda zener belum rusak pada tegangan breakdownnya. Pada area lain, dioda zener berfungsi seperti dioda biasa.

Seharusnya, tegangan breakdown dioda zener yang diukur adalah 7.5 V, seperti yang tertera pada dioda zenernya. Tetapi perbedaannya cukup dekat.

Percobaan 2: Penyearah dan Filter

Rangkaian diamati

R(Ω)

C(µF)

V DC(V)

V rippleper-

hitungan(V)

V ripple peng-amat

an(V)

fV

ripple

(Hz)

f arus (Hz)

Arus maksimum(A)

R output(Ω)

Penyearah

gelombang

setengah dengan

resistansi konstan

27

470

7 5.91 3 50 50 1 7

1000

7 2.78 2 50 50 1 6.4

Penyearah

gelombang

setengah dengan kapasita

nsi konstan

27

470

7 5.91 3 50 50 1 6,4

180

12.5

0.89 1.5 50 50 0.9 6,4

1000

15 0.15 0.4 50 50 0.1 7

Penyearah

gelombang penuh 2 dioda dengan

resistansi konstan

27

470

7 5.91 2100

100 1 7

1000

7 2.78 1100

100 1 7

Penyearah

27 47 7 5.91 2 10 100 1 6.4

gelombang penuh 2 dioda dengan kapasita

nsi konstan

0

0

180

13 0.89 1100

100 0.9 7

Penyearah

gelombang penuh jembatan dengan resistansi konstan

27

470

9.5 5.91 1.6100

100 1.2 6.4

1000

9 2.78 1100

100 1.2 7

Penyearah

gelombang penuh jembatan dengan resistansi konstan

27

470

9.5 5.91 1.6100

100 1.1 6.4

180

13 0.89 1100

100 1.1 6.4

Tabel2: Hasil percobaan 2

Data yang didapat dari Tabel 2 banyak yang kurang akurat, karena sudah kehabisan waktu. Pengukuran yang benar-benar dilakukan hanya sampai arus maksimum.

Dari data diatas, bisa dilihat pengaruh R dan C pada penyearah dan filter. Nilai kapasitansi C tidak terlalu mempengaruhi besarnya tegangan DC (VDC), tetapi semakin besar nilainya, akan semakin kecil ripple pada output. Sementara itu, nilai resistansi R mempengaruhi VDC dan ripple; semakin besar nilai R akan semakin besar tegangannya dan semakin kecil ripple-nya. Hubungan antara ripple dan nilai R & C sesuai dengan teori.

Hasil perhitungan cukup jauh berbeda, tetapi hasil dari percobaan lebih menunjukkan yang seharusnya terjadi.

Ada yang salah pada saat pengukuran data frekuensi ripple dan arus. Untuk penyearah gelombang setengah, frekuensi ripple memang sama dengan frekuensi input, 50 Hz. Tetapi, untuk gelombang penuh, seharusnya frekuensi ripple adalah 2 kali frekuensi output (100 Hz) karena untuk penyearah gelombang penuh, baik nilai tegangan positif maupun negatif disearahkan menjadi tegangan DC positif. Data pada tabel 2 sudah diperbaiki.

Arus maksimum diukur dengan mengukur tegangan yang melalui resistor Rm. Pada percobaan ini, Rm yang digunakan nilai resistansinya 0.2 Ω. Nilai resistansi memang harus sangat kecil agar tidak membebani rangkaian. Bisa dilihat dari data, nilai R juga mempengaruhi besar arus yang terukur. Grafik yang didapat sudah sesuai dengan teori.


Gambar12: Grafik arus yang mengalir pada Rm


Nilai resistansi output diukur dengan membandingkan besar tegangan saat tidak ada beban (Vnl) dengan saat diberi beban dengan resistor variabel. Apabila nilai tegangan pada beban sudah mencapai separuh dari Vnl, sesuai dengan prinsip pembagi tegangan, nilai resistansi output sama dengan nilai resistansi pada resistor variabel.

Percobaan 3: Rangkaian Clipper

Gambar13: Grafikrangkaian clipper dengansumbertegangan DC

Pada rangkaian clipper dengan sumber tegangan DC, sinyal sinusoidal dari trafo akan terpotong pada batas 5 + 0.7 V, dengan 0.7 V adalah voltage drop pada dioda. Ini terjadi karena saat tegangan sangat positif (VS≥ 5.7 V), dioda di sebelah kiri akan forward bias sehingga short, dan tegangan yang terukur adalah tegangan dioda ditambah sumber tegangan sumber DC. Saat tegangan sangat negatif (Vs ≤ -5.7 V), dioda sebelah kanan yang short, sehingga tegangan terukur juga tegangan dioda ditambah tegangan sumber DC. Diantara dua nilai tersebut (-5.7 > Vout> 5.7), kedua dioda reverse bias sehingga tegangan yang terukur sama dengan tegangan sumber.

Gambar14: Grafikrangkaian clipper dengandioda zener

Pada rangkaian clipper dengan dioda zener, tegangan juga hanya bisa naik dan turun pada batas tertentu. Pada rangkaian ini, batasnya adalah tegangan breakdown dioda

zener. Pada saat tegangan sangat positif, dioda diatas forward bias dan yang dibawah breakdown, sehingga yang terukur adalah tegangan breakdown zener. Begitu kebalikannya.

Kemudian, saat tidak satupun dari keduanya yang berada pada tegangan breakdown, tegangan yang terukur akan mengikuti sumber tegangan karena kedua dioda keadaannya reverse bias.

Kedua grafik diatas tidak terlalu akurat; grafik yang sebenarnya tidak terpotong lurus, tetapi agak landai, terutama dioda zener. Ini karena dioda yang digunakan tidak ideal sehingga ada sedikit perubahan tegangan.

Percobaan 4: Rangkaian Clamper

Gambar15: Grafik tegangan setelah melalui rangkaian clamper

Grafik tegangan menyerupai sumber, tetapi bergeser keatas sejauh 20 V. Pergeserannya disebabkan tegangan DC dan resistor yang memuat tegangan dari trafo.

5. KESIMPULAN

Dioda mengalirkan arus hanya bila tegangan sudah melewati batas cut-in.

Tegangan breakdown pada dioda biasanya cukup besar, kecuali dioda zener yang memang dimaksudkan untuk berkerja pada tegangan breakdown-nya.

Dioda dapat digunakan untuk penyearah (rectifier). Keluaran dari penyearah bisa dierbaiki dengan filter sehingga membentuk tegangan DC ideal dari sumber tegangan AC.

Dioda pada rangkaian clipper bisa membatasi tegangan agar hanya menghasilkan tegangan pada rentang tertentu.

Dioda pada rangkaian clamper memberikan offset DC pada sinyal AC, tanpa merubah bentuk sinyal.


DAFTARPUSTAKA

[1] Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, ed 5, Hal. 139-190, Oxford University Press, USA, 2004.

[2] Mervin T. Hutabarat, Modul Praktikum Elektronika, Hal. 1-13,Penerbit ITB, Bandung, 2012.


El2140 01 13210037_agung-utama-putra

Education

Transcript of El2140 01 13210037_agung-utama-putra