7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

1/6

MODUL 1:Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Hafizh Al Fikry (18014044)Asisten:Rendy Wandarosanza(13212075)

Tanggal Percobaan: 11/02/2016EL2205-Praktikum Elektronika

Laboratorium Dasar Teknik Elektro -Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

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

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

1. Pendahuluan

Praktikum kali ini bertujuan untuk memahamikarakteristik dioda, baik dioda biasa maupundioda zener, dan aplikasinya pada elektronikaseperti rangkaian penyearah, clipper dan clamper.Selain itu, akan ditunjukkan juga pengaruh filtersederhana pada suatu sumber DC.

2.

StudiPustaka

2.1 KarakteristikDioda

Setiap dioda memiliki karakteristik yang berbedasetiap jenisnya.Karakteristik-karakteristik tersebutadalah:

Tegangan cut-in

Tegangan breakdown

Kemiringan kurva yang berarti besarnyaresistansi dinamis pada titik tersebut

Berdasarkan karakteristik-karakteristik diatas, bisadidapat beberapa kemungkinan penggunaan diodatersebut.

2.2 Penyearah

Pada praktikum ini akan diamati tiga jenispenyearah gelombang sinyal: penyarah gelombangsetengah, penyearah gelombang penuh dengantrafo center tapper, dan penyearah gelombangpenuh tipe jembatan.

Penggunaan dioda yang paling dasar adalah

sebagai penyearah arus bolak

balik jala

jalamenjadi arus searah pada suatu sumber teganganDC, seperti catu daya. Tegangan pada rangkaianpenyearah gelombang penuh diperoleh sebesar:

= 1

2

VPadalah magnituda tagangan puncak sinyal ACyang disearahkan dan tegangan ripple-nya sebesar:

=

2

Dengan f adalah frekuensi sinyal AC jala-jala yangdigunakan, C kapasitansi filter dan R beban padarangkaian penyearah dan filter.

Untuk catu daya DC murni, ripple harus bernilainol. Bisa diperoleh dengan nilai R beban tak hinggaatau nilai C tak hingga.

Karena catu daya ini tidak ideal, tegangan output-nya mengalami degradasi, dimodelkan denganrangkaian Thevenin dengan sumber tegangan dan

resistansi output. Resistansi output dapatdimodelkan dihitung:

=1

4

Besaran ini menentukan berapa besar degradasitegangan. Besaran lain yang bisa digunakan adalahfaktor regulasi tegangan VR, dihitung dengan:

=

100%

Dengan Vnl adalah tegangan tanpa beban dan V fl

adalah tegangan beban penuh. Nilai regulasitegangan VR yang kecil menunjukkan sumbertegangan yang lebih baik.

2.3 RangkaianClipperDanClamper

Rangkaian clipper adalah rangkaian yangmembatasi tegangan agar tidak melebihi suatunilai tegangan tertentu. Rangkaian ini bisa dibuatdengan dioda dan sumber tegangan DC ataualternatifnya dengan dioda zener.

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang

digunakan untuk memberikan offset tegangan DCpada sinyal AC.

7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

2/6

3. Metodologi

Alat dan Bahan yang digunakan:

Kit Praktikum Karakteristik Dioda &Rangkaian Penyearah

Sumber tegangan DC

Osiloskop

Multimeter

Dioda 1N4001/1N4002

Dioda Zener 5V1

Resistor Variabel

Resistor 150k

Kapasitor 10 F

Breadboard

Kabel-kabel

Percobaan 1: Karakteristik Dioda

Bagan1: Langkah percobaan karakteristik dioda

Gambar1: Rangkaian percobaan karakteristik dioda

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 TrafoCenter Tapped

Gambar5: Penyearah Gelombang Penuh Tipe Jembatan

Dengan kit praktikum,susun seperti gambar 1

Gunakan mode X-Y untukmengamati sinyal

Amati tegangan cut-in,

breakdown, karakteristikarus-tegangan pada

dioda silikon

Ulangi untuk diodagermanium dan zener

Buat rangkaianseperti gambar 2di kit praktikum.

Amati bentuk dan frekuensigelombang dengan:

Tetapkan satu nilaikapasitansi, ubah-ubah ukuranresistor

Tetapkan satu nilai resistor,ubah-ubah ukuran kapasitor

pasang Rm seperti gambar 3,amati bentuk arus, arusmaksimum, dan frekuensi arus

dengan mengukur teganganpada Rm

Ulangi 3 langkahtadi untuk gambar

4 dan 5.

Dengan resistor variabel,cari nilai resistansi output

untuk rangkaianpengganti Thevenin.

7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

3/6

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)

TeganganBreakdown

(V)

Catatan

Silikon 0,6 0 VS= 12 Vpp

Germanium 0,4 0 VS= 12 Vpp

Zener 0,6 4,2 VS= 20 Vpp

Tabel1: Hasil percobaan karakteristik dioda

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

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

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

Dari Tabel 1, bisa dilihat bahwa tegangan cut-indioda silikon dan zener hampir sama. Dioda

germanium memiliki tegangan cut-in lebih rendah,yang berarti dioda germanium lebih mendekatidioda ideal.

Dengan breadboard, susunseperti gambar 6

Resistor 150 k

Dioda 1N4001/1N4002

Vin Trafo CT 15 V

Tegangan DC 5 V

Amati bentuk sinyaloutputnya.

Susun seperti gambar7

Resistor 150 k

Amati bentuk sinyaloutputnya.

Dengan breadboard, susunseperti gambar 8

Dioda 1N4002

Kapasitor 10 F 16-35 V

Vin Trafo CT 15 V

Tegangan DC 5 V

Amati bentuk sinyaloutputnya.

Susun sepertigambar 7

Resistor 150 k

Amati bentuk sinyaloutputnya.

7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

4/6

Saat tegangan melebihi nilai cut-in dioda, arusmengalir melalui dioda. Kondisi ini yang disebut

forward bias. Kebalikannya, saat tegangan lebihkecil dari nilai cut-in dioda, arus yang mengalirsama dengan nol, yang berarti tidak ada arus yangmengalir. Kondisi ini disebut reverse bias.

Pada ketiga kurva diatas, nilai arus yang mengalir

diwakili dengan sumbu Y. Sebenarnya, sumbu Ymenunjukkan tegangan pada resistor. Karenaresistor yang digunakan bernilai 27 , berarti arusyang mengalir sebesar:

=

27

Tegangan breakdown dioda silikon dangermanium pada data di tabel didapat denganmelihat ujung grafik. Kenyataannya, teganganbreakdown dioda silikon dan germanium cukup

besar, sekitar 40 V. Tetapi, pada percobaan inikedua dioda tidak benar-benar dicoba hinggategangan breakdown karena akan merusak diodatersebut.

Berbeda dengan dioda zener, yang memangdimaksudkan untuk bekerja pada teganganbreakdown. Setelah tegangan VS diperbesar, akanterlihat ekor pada kurva i-v dioda zener, yangmerupakan tegangan breakdownnya. Dioda zenerbelum rusak pada tegangan breakdownnya. Padaarea lain, dioda zener berfungsi seperti dioda biasa.

Percobaan 2: Penyearah dan Filter

Rangkaiandiam

ati

R()

C(F

)

VDC

(V)

Vripplepeng-amatan

(V)

fV

ripple(Hz)

farus(Hz

)

Arus

maksimum

(A)

Routput()

Penyearahgelo

mbang

setengah

dengan

resistansi

konstan

1000

470 21,6 0,6 50 50 0,75 5,5

1000

21,2

0,8 50 50 0,95 5,6

2200

20,6

1 50 50 0,95 5,7

Penyearahgelo

mban

27

2200

10 2 50 50 0,75 6,4

18017,2

1,2 50 50 0.83 6,4

gsetengah

dengan

kapasitansikonst

an

1000

20,6

0,6 50 50 0,95 7

Penyearahgelo

mbang

penuh 2

diodadeng

anresistansi

konstan

27

47016,04

0,91100

100 1 7

1000

16,08

105100

100 1 7

2200

16,04

62,5100

100 0,9 6,8

Penyearahgelo

mbang

penuh 2

diodadeng

ankapasitansikonst

an

27

2200

13,22

450100

100 1 6,4

18014,06

180100

100 0,9 7

1000

16,04

63100

100 0,8 7,2

Penyearahgelo

mbang

penuh

jembatandeng

anresistansi

konstan

1000

47014,43

0,93100

100 1,2 6,4

1000

15,484

89100

100 1,2 7

2200

15,484

46100

100 1 7,3

Penyearahgelo

mbang

penuh

jembatandeng

ankapas

itansikonst

an

27

2200

8,37

420100

100 1,1 6,4

18013,42

179100

100 1,1 6,4

1000

15,66

47100

100 1,1 6,4

7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

5/6

Tabel2: Hasil percobaan 2

Dari data diatas, bisa dilihat pengaruh R dan Cpada penyearah dan filter. Nilai kapasitansi C tidakterlalu mempengaruhi besarnya tegangan DC(VDC).Sementara itu, nilai resistansi Rmempengaruhi VDCdan ripple; semakin besar nilaiR akan semakin besar tegangannya dan semakin

kecil ripple-nya.Arus maksimum diukur dengan mengukurtegangan yang melalui resistor Rm. Padapercobaan ini, Rm yang digunakan nilairesistansinya 0.2 . Nilai resistansi memang harussangat kecil agar tidak membebani rangkaian. Bisadilihat dari data, nilai R juga mempengaruhi besararus yang terukur.

sehingga tegangan yang terukur sama dengantegangan sumber.

Gambar12: Grafik rangkaian clipper dengan dioda zener

Pada rangkaian clipper dengan dioda zener,tegangan juga hanya bisa naik dan turun padabatas tertentu. Pada rangkaian ini, batasnyaadalah tegangan breakdown dioda zener. Padasaat tegangan sangat positif, dioda diatas

forward bias dan yang dibawah breakdown,sehingga yang terukur adalah teganganbreakdown zener,begitu juga kebalikannya.

Gambar13: Grafik arus yang mengalir pada Rm

Nilai resistansi output diukur denganmembandingkan besar tegangan saat tidak adabeban (Vnl) dengan saat diberi beban denganresistor variabel. Apabila nilai tegangan pada

beban sudah mencapai separuh dari Vnl, sesuaidengan prinsip pembagi tegangan, nilai resistansioutput sama dengan nilai resistansi pada resistorvariabel.

Percobaan 3: Rangkaian Clipper

Gambar14: Grafik rangkaian clipper dengan sumber tegangan DC

Pada rangkaian clipper dengan sumber teganganDC, sinyal sinusoidal dari trafo akan terpotongpada batas 5 + 0.7 V, dengan 0.7 V adalah voltagedrop pada dioda. Ini terjadi karena saat tegangansangat positif (VS5.7 V), dioda di sebelah kiri akanforward bias sehingga short, dan tegangan yangterukur adalah tegangan dioda ditambah sumbertegangan sumber DC. Saat tegangan sangat negatif

(Vs -5.7 V), dioda sebelah kanan yang short,sehingga tegangan terukur juga tegangan diodaditambah tegangan sumber DC. Diantara dua nilaitersebut (-5.7 > Vout> 5.7), kedua dioda reverse bias

Percobaan 4: Rangkaian Clamper

Gambar15: Grafik tegangan setelah melalui rangkaian clamper

Grafik tegangan menyerupai sumber, tetapibergeser keatas sejauh 20 V. Pergeserannyadisebabkan tegangan DC dan resistor yangmemuat tegangan dari trafo.

5.

Kesimpulan

Dioda mengalirkan arus hanya bilategangan sudah melewati batas cut-in.

Tegangan breakdown pada dioda biasanyacukup besar, kecuali dioda zener yangmemang dimaksudkan untuk berkerjapada tegangan breakdown-nya.

Dioda dapat digunakan untuk penyearah(rectifier). Keluaran dari penyearah bisadiperbaiki dengan filter sehingga

membentuk tegangan DC ideal darisumber tegangan AC.

Dioda pada rangkaian clipper bisamembatasi tegangan agar hanya

7/24/2019 [EL2205]_[01]_[18014044]

6/6

menghasilkan tegangan pada rentangtertentu.

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

6. DaftarPustaka

[1]

Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith,Microelectronic Circuits, ed 5, Oxford UniversityPress, USA, 2004.

[2]

Mervin T. Hutabarat, Modul PraktikumElektronika, Penerbit ITB, Bandung, 2016.