b. Jenis-Jenis Dioda

Ada banyak jenis dioda yang mempunyai kegunaan khusus,

antara lain :

1. Dioda Zenar

Merupakan dioda sambungan P-N dari Si atau Ge yang mendapatkan

pengotongan banyak untuk prasikap balik, yang bekerja didaerah dadal (break down) dimana

arus dibatasi oleh tahanan luar dan disipasi daya dari dioda. Tegangan dadal dari dioda zener

terjadi karena pemutusan ikatan kovalen oleh medan listrik yang kuat, yang terpasang pada

daerah pengosongan, akibat tegangan balik yang dipasang. Ini akan membentuk elektron dan

hole yang banyak yang membentuk arus jenuh balik yang disebut arus zener I2 yang harganya

hanya dibatasi oleh tahanan luar. Karakteristik dioda zener untuk daerah prasikap maju sama

dengan dioda lainnya, sedang untuk daerah prasikap balik seperti ditunjukkan pada gambar

V-4. V2 adalah tegangan dadal zener, I2 min adalah arus minimum untuk terjadinya tegangan

dadal, dan I2 mak adalah arus maksimum zener, yang dibatasi oleh disipasi daya. Karena

kurve tidak vertikal tepat, maka seharusnya mempunyai tahanan yang disebut impedansi

dinamik zener. Tetapi dengan mengidealkan dioda ini, maka dianggap kurve vertikal tepat,

sehingga V2 tepat walau I2 bervariasi. Tegangan Zener V2 dari dioda yang dipasarkan ada

bermacam-macam, tetapi berkisar antara 2,4 V – 200 V. Tegangan ini tergantung suhu.

Disipasi dayanya diberikan oleh hasil kali V2I2, harga maksimumnya berkisar antara 150 mW

– 50 W. Untuk dapat bekerja dalam rangkaian dioda zener harus dipasang pada tegangan

balik, dengan tegangan lebih besar sedikit dari V2 dan dalam rangkaian yang arusnya < I2

mak. Secara fisik dioda zener hampir seperti dioda yang lain dan dikenal dengan kode IN

seperti IN 750 (untuk daya 10 W), IN 4000 (untuk daya tinggi). Penggunaan dioda zener

adalah untuk regulator tegangan, untuk referensi tegangan yang tetap, untuk melindungi alat-

alat dari kerusakan akibat kenaikan tegangan.

2. LED (Light Emiting Dioda)

Adalah dioda sambungan semikonduktor P-N yang jika diberi prasikap maju

akan mengeluarkan cahaya tampak. Simbol dioda ini adalah dan rangkaiannya dapat

ditunjukkan pada gambar V-5. Jika elektron bebas pada semikonduktor tipe N terletak pada

pita energi yang lebih tinggi daripada hole didaerah semikonduktor tipe P maka jika elektron

bebas berkombinasi dengan hole perbedaan (kelebihan) energi ini akan diubah menjadi panas

atau cahaya. Pada Ge dan Si energy tersebut sebagian besar tidak ada. Tetapi pada Ga As atau

Ga P atau Ga As P sebagian besar energi diubah menjadi cahaya. LED tidak akan

mengeluarkan cahaya jika dipasang pada prasikap balik. Operasi LED pada arah balik akan

menyebabkan LED cepat rusak. Penggunaan LED adalah untuk indikator, memasukkan

informasi ke memori komputer optik, untuk penggunaan dalam komunikasi yang

menggunakan kabel serat optik dan lain-lain.

3. Photodioda Sambungan P-N

Merupakan dioda sambungan P-N yang jika dikenai cahaya tahanan baliknya

berubah menjadi lebih kecil. Dalam gelap, tahanan baliknya sangat besar sehingga tidak

menghantarkan arus listrik. Simbol dioda ini adalah . Pemasangan dioda ini harus dalam

prasikap balik, seperti ditunjukkan pada gambar V-6. Kegunaan dioda ini adalah untuk

saklar, alat deteksi, alat komunikasi optik dan lain-lain.

c. Fungsi Dioda

Ada banyak fungsi dioda antara lain :

1) Untuk penyearah arus

Ini akan dibicarakan pada minggu yang akan datang

2) Untuk penyetabil tegangan

Menggunakan dioda Zener. Operasinya dalam rangkaian akan dibicara minggu depan.

3) Untuk indikator

Dapat menggunakan LED, misalnya untuk indikator angka-angka pada kalkulator

menggunakan LED yang disusun sesuai peraga sevent segment

4) Sebagai saklar

Dapat menggunakan photo dioda sambungan P-N, misalnya digunakan sebagai saklar dari

rangkaian yang menggerakan motor untuk menarik pintu garasi. Jika dioda kena sorot

lampu mobil tahanannya baliknya turun sehingga terdapat arus yang menggerakkan motor

melalui relay.

Transistor adalah komponen elektronika yang tersusun dari dari bahan semi

konduktor yang memiliki 3 kaki yaitu: basis (B), kolektor (C) dan emitor (E). Berdasarkan

susunan semikonduktor yang membentuknya, transistor dibedakan menjadi dua tipe, yaitu

transistor PNP dan transistor NPN.

Untuk membadakan transistor PNP dan NPN dapat dari arah panah pada kaki

emitornya. Pada transistor PNP anak panah mengarah ke dalam dan pada transistor NPN arah

panahnya mengarah ke luar.

Bias Transistor

Untuk dapat bekerja, sebuah transistor membutuhkan tegangan bias pada basisnya.

Kebutuhan tegangan bias ini berkisar antara 0.5 sampai 0.7 Volt tergantung jenis dan bahan

semikonduktor yang digunakan.

Untuk transistor NPN, tegangan bias pada basis harus lebih positif dari emitor. Dan

untuk transistor PNP, tegangan bias pada basis harus lebih negatif dari emitor. Semakin

tinggi arus bias pada basis, maka transistor semakin jenuh (semakin ON) dan tegangan

kolektor-emitor (VCE) semakin rendah.

Bias Transistor

Pada gambar terlihat bahwa TR1 adalah termasuk jenis NPN, jadi tegangan bias pada

basis (Vbb) harus lebih positif dari emitor (Vee). Untuk memudahkan maka Vcc ditulis

dengan +Vcc dan Vee ditulis dengan -Vee. Dan TR2 adalah termasuk jenis PNP, jadi

tegangan bias pada basis (Vbb) harus lebih negatif dari emitor (Vee). Untuk memudahkan

maka Vcc ditulis dengan -Vcc dan Vee ditulis dengan +Vee.

Transistor sebagai Saklar

Dengan mengatur bias sebuah transistor sampai transistor jenuh, maka seolah akan

didapat hubung singkat antara kaki kolektor dan emitor. Dengan memanfaatkan fenomena

ini, maka transistor dapat difungsikan sebagai saklar elektronik.

Transistor Sebagai Saklar

Pada gambar terlihat sebuah rangkaian saklar elektronik dengan menggunakan

transistor NPN dan transistor PNP. Tampak TR3 (NPN) dan TR4 (PNP) dipakai

menghidupkan dan mematikan LED.

TR3 dipakai untuk memutus dan menyambung hubungan antara katoda LED dengan

ground. Jadi jika transistor OFF maka led akan mati dan jika transistor ON maka led akan

hidup. Karena kaki emitor dihubungkan ke ground maka untuk menghidupkan transistor,

posisi saklar SW1 harus ON jadi basis transistor TR3 mendapat bias dari tegangan positif dan

akibatnya transistor menjadi jenuh (ON) lalu kaki kolektor dan kaki emitor tersambung.

Untuk mematikan LED maka posisi SW1 harus OFF.

TR4 dipakai untuk memutus dan menyambung hubungan antara anoda LED dengan

tegangan positif. Jadi jika transistor OFF maka led akan mati dan jika transistor ON maka led

akan hidup. Karena kaki emitor dihubungkan ke tegangan positif, maka untuk menghidupkan

transistor, posisi saklar SW2 harus ON jadi basis transistor TR4 mendapat bias dari tegangan

negatif dan akibatnya transistor menjadi jenuh (ON) lalu kaki emitor dan kaki kolektor 

tersambung. Untuk mematikan LED maka posisi SW1 harus OFF.

Transistor sebagai penguat arus

Fungsi lain dari transistor adalah sebagai penguat arus. Karena fungsi ini maka

transistor bisa dipakai untuk rangkaian power supply dengan tegangan yang di set. Untuk

keperluan ini transistor harus dibias tegangan yang konstan pada basisnya, supaya pada

emitor keluar tegangan yang tetap. Biasanya untuk mengatur tegangan basis supaya tetap

digunakan sebuah dioda zener.

Transistor Sebagai Penguat Arus

Pada gambar tampak dua buah regulator dengan polaritas tegangan output yang

berbeda. Transistor TR5 (NPN) dipakai untuk regulator tegangan positif dan transistor TR6

(PNP) digunakan untuk regulator tegangan negatif. Tegangan basis pada masing masing

transistor dijaga agar nilainya tetap oleh dioda zener D3 dan D4. Dengan demikian tegangan

yang keluar pada emitor mempunyai arus sebesar perkalian antara arus basis dan HFE

transistor.

Transistor sebagai penguat sinyal AC

Selain sebagai penguat arus, transistor juga bisa digunakan sebagai penguat tegangan pada

sinyal AC. Untuk pemakaian transistor sebagai penguat sinyal digunakan beberapa macam

teknik pembiasan basis transistor. Dalam bekerja sebagai penguat sinyal AC, transistor

dikelompokkan menjadi beberapa jenis penguat, yaitu: penguat kelas A, penguat kelas B,

penguat kelas AB, dan kelas C.

Transistor Sebagai Penguat Sinyal AC

Pada gambar tampak bahwa R15 dan R16 bekerjasama dalam mengatur tegangan

bias pada basis transistor. Konfigurasi ini termasuk jenis penguat kelas A. Sinyal input

masuk ke penguat melalui kapasitor C8 ke basis transistor. Dan sinyal output diambil pada

kaki kolektor dengan melewati kapasitor C7.

Fungsi kapasitor pada input dan output penguat adalah untuk mengisolasi penguat terhadap

pengaruh dari tegangan DC eksternal penguat. Hal ini berdasarkan karakteristik kapasitor

yang tidak melewatkan tegangan DC.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan

masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya

semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL

dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan

dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Hubungan Primer-Sekunder

Fluks pada transformator

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah dan rumus

untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah .

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka

dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat sedemikian hingga

. Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan

sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

Kerugian dalam transformator

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada

kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:

1. kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh

resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.

2. Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak

sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong

lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara

berlapis-lapis antara primer dan sekunder.

3. Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat

pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi

transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan

menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

4. Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah.

Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya

dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti

reluktansi rendah.

5. Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus

cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian

kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang

dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil

yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau

lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.

6. Kerugian arus eddy (arus olak). Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang

menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang

membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan

fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-

lapisan.

Efisiensi

Efisiensi transformator dapat diketahui dengan rumus Karena adanya

kerugian pada transformator. Maka efisiensi transformator tidak dapat mencapai 100%.

Untuk transformator daya frekuensi rendah, efisiensi bisa mencapai 98%.

Jenis-jenis transformator

Step-Up

lambang transformator step-up

Transformator step-up adalah transformator yang memiliki lilitan sekunder lebih

banyak daripada lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penaik tegangan. Transformator

ini biasa ditemui pada pembangkit tenaga listrik sebagai penaik tegangan yang dihasilkan

generator menjadi tegangan tinggi yang digunakan dalam transmisi jarak jauh.

Step-Down

skema transformator step-down

Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit daripada lilitan

primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Transformator jenis ini sangat mudah

ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.

Autotransformator

skema autotransformator

Transformator jenis ini hanya terdiri dari satu lilitan yang berlanjut secara listrik,

dengan sadapan tengah. Dalam transformator ini, sebagian lilitan primer juga merupakan

lilitan sekunder. Fasa arus dalam lilitan sekunder selalu berlawanan dengan arus primer,

sehingga untuk tarif daya yang sama lilitan sekunder bisa dibuat dengan kawat yang lebih

tipis dibandingkan transformator biasa. Keuntungan dari autotransformator adalah ukuran

fisiknya yang kecil dan kerugian yang lebih rendah daripada jenis dua lilitan. Tetapi

transformator jenis ini tidak dapat memberikan isolasi secara listrik antara lilitan primer

dengan lilitan sekunder.

Selain itu, autotransformator tidak dapat digunakan sebagai penaik tegangan lebih dari

beberapa kali lipat (biasanya tidak lebih dari 1,5 kali).

Autotransformator variabel

skema autotransformator variabel

Autotransformator variabel sebenarnya adalah autotransformator biasa yang sadapan

tengahnya bisa diubah-ubah, memberikan perbandingan lilitan primer-sekunder yang

berubah-ubah.

Transformator isolasi

Transformator isolasi memiliki lilitan sekunder yang berjumlah sama dengan lilitan

primer, sehingga tegangan sekunder sama dengan tegangan primer. Tetapi pada beberapa

desain, gulungan sekunder dibuat sedikit lebih banyak untuk mengkompensasi kerugian.

Transformator seperti ini berfungsi sebagai isolasi antara dua kalang. Untuk penerapan audio,

transformator jenis ini telah banyak digantikan oleh kopling kapasitor.

Transformator pulsa

Transformator pulsa adalah transformator yang didesain khusus untuk memberikan

keluaran gelombang pulsa. Transformator jenis ini menggunakan material inti yang cepat

jenuh sehingga setelah arus primer mencapai titik tertentu, fluks magnet berhenti berubah.

Karena GGL induksi pada lilitan sekunder hanya terbentuk jika terjadi perubahan fluks

magnet, transformator hanya memberikan keluaran saat inti tidak jenuh, yaitu saat arus pada

lilitan primer berbalik arah.

Transformator tiga fasa

Transformator tiga fasa sebenarnya adalah tiga transformator yang dihubungkan

secara khusus satu sama lain. Lilitan primer biasanya dihubungkan secara bintang (Y) dan

lilitan sekunder dihubungkan secara delta (Δ).