ELEKTRONIKA 1Dalam mata kuliah elektronika 1 ini ada beberapa pokok materi yang disajikan yaitu :

Dasar-dasar semikonduktor

Diode, penyearahan, dan penyaringan

Transistor dan penguatan

Umpan balik dan osilator

A. DASAR-DASAR SEMIKONDUKTOR

Semikonduktor merupakan bahan dasar untuk pembuatan komponen-komponen aktif seperti diode, konsistor, transistor. Bahkan komponen pasifpun juga dengan mudah dpat dibuat seperti resistor dan kapasitor. Dengan demikian perkembangan pemakaian semikonduktor telah mendukung pembuatan cip-cip IC dengan ukuran miniatur. Golongan IV dalam sistem periodik adalah unsur semikonduktor, antara lain: Sn, C, Si, dan Ge. Si dan Ge adalah yang paling banyak dipakai sebagai bahan dasar. Kristal Ca As memiliki siffat-sifat yang sama seperti golongan IV sehingga dapat dipakai juga yaitu untuk LED dan laser diode.Perbedaan isolator, semikonduktor dan konduktor menurut teori pita energi.

Isolator

Semikonduktor

Konduktor

EG>GeV

Eg mobilitas hole.

Struktur kristal Ge atat Si dalam dua dimensi

Pada suhu rendah

Pada suhu yang lebih tinggi

0 K

300 K

Gambar menurut teori pita, Si pada suhu tinggi

Lepasnya elektron dari ikatan kovalen (ionisasi) menuju pita konduksi menyebabkan terbentuknya ion positif. Kekosongan pada ikatan kovalen yang ditinggalkan dinamakan hole yang dapat dipandang bermuatan positif sama dengan muatan elektron. Hole akan diisi oleh elektron yang berdekatan. Seolah-olah hole bebas bergerak pada pita valensi.

Pada semikonduktor instrinsik (murni) banyaknya elektron bebas (ni) sama dengan banyaknya hole (pi).

Banyaknya elektron bebas sesuai dengan suku persamaannya.

Keterangan:

EGO = banyaknya celah pada O

k = konstanta Stefan Boltzman

Grafiknya: Pada suhu 300 R (Suhu kamar) jumlah n1 per meter kubik kurang lebih 1,5 x 1016 untuk S1 dan 2.4 x 1019 untuk G2 (suatu nilai yang sangat kecil) untuk arus listrikbila pengangkut ini semua lewat pada suatu kawat per detik.

Konduktivitas instrinsiknya adalah:

Untuk Si, n 0,135 m2/V.S

p 0,048 m2/V.S

2.Semikonduktor Ekstrinsik

Disebut pula semikonduktor tidak murni. Diperoleh setelah didopping dengan atom lain. Dopping dengan atom-atom valensi 3 menghasilkan .k ekstrinsik jenis p, atom pendampingnya dinamakan atom aseptor. Dopping dengan atomn valensi 5 menghasilkan .k ekstrinsik jenis n, atom pendoppingnya dinamakan atom aseptor.

Untuk jenis n, hole selalu lebih besar jumlahnya dari n (p > n) dan untuk jenis n, (n > p)

Konduktivitas sekarang:

Pada suhu rendah minoritas n pada jenis p dapat diabaikan dan junlah hole yang ada konsentrasinya sama dengan atom valensi 2 yang dipakai mendoping (atom aseptor NA), sehingga:

Serta minoritas n pada jenis n dapat diabaikan pada suhu rendah dari jumlah elektron bebas yang ada konsentrasinya sama dengan atom valensi 5 yang dipakai mendoping (atom donor ND), sehingga:

B.DIODE, PENYEARAHAN DAN PENYARINGANSifat-sifat dalam keadaan terbuka.

Sebagai akibat difusi pengangkut-pengangkut mayoritas terjadi rekombinasi pada bidang kontak sehingga terbentuk daerah pengosongan (depletion region) dengan ketebalan 0,5 (m. Pada bidang batas bagian n menjadi lebih positif dari bagian p.

Vo adalah potensial penghalang (karila potensial) yang memotong terjadinya difusi pengangkut mayoritas lebih lanjut. Dalam keadaan terbuka arus total adalah nol, Vo juga disebut potensial kontak yang besarnya hanya beberapa persepuluh volt. Arus total dalam diode ( I = I1 + I3, dalam keadaan terbuka I1 = I3 sehingga I = 0).

Diode sambungan p-n dalam keadaan diberi panjar (biased).

Panjar maju (forward biased).

Besarnya potensial garis sekarang menjadi Vo = Vo-Vbat, akibatnya pengangkut-pengangkut mayoritas mendapat peluang untuk menembus perbatasan lalu berkombinasi. Arus total I, akan mengalir dalam rangkaian.

Panjar mundur (reverse biased)

Dalam keadaan panjar mundur (reverse biased), Vo-Vo + V2atSehingga peluang untuk melewati potensial penghalang bagi pengangkut mayoritas semakin kecil tetapi pengangkut minoritas yang terbentuk oleh kenaikan suhu akan mengalir yang mengakibatkan adnya arus jenuh dalam arah mundur (Is). Pada Ge, Is lebih besar dari pada Si. Pada Ge dalam orde 4 sedangkan pada Si dalam arah nA. Is merupakan parameter yang penting yang peka terhadap suhu, yang naik besarnya secara eksponensial. Secara kasar disekitar suhu kamar Is naik dua kali setiap kenaikan suhu 100C. Idealnya Is dapat diabaikan sehingga arus pada diode hanyalah arus dalam arah maju saja.

Penyearahan

Manfaat dari sifat tidak simetris dari diode adalah untuk penyearahan. Dalam arah maju akan dilewatkan arus sedangkan dalam arah mundur arus yang mengalir Is dapat diabaikan pada suhu-suhu rendah. Untuk mendapatkan bentuk keluaran bisa menggunakan cara grafik. Dalam arah maju di bawah Vj akan berakibat perubahan bentuk keluaran. Sedangkan di atas Vj, diode dapat dipandang bersifat linear dan menghasilkan keluaran yang mirip dengan masukan untuk pendekatan sering dipakai diode idal yang grafiknya dilukiskan berimpit dengan sumbu y untuk arah majunya dan untuk arah mundur berimpit dengan sumbu x.

Cara untuk mendapat bentuk keluaran untuk diode ideal dengan bantuan grafik.

Macam-Macam Penyearahan

1. Penyearahan setengah gelombang dengan satu diode

2. Penyearahan gelombang penuh dengan dua diode

3. Penyearahan gelombang penuh dengan sistem jembatan

Bila masukan penyearah V = Vm sin t, maka untuk penyearah gelombang, arus hasil penyearahan (I rata-rata).

Penyaringan (Filter)

Kegunaan filter pada keluaran penyearah adalah untuk mendapatkan arus yang lebih rata. Rangkaian filter sebenarnya adalah tapis lolos rendah yang berarti frekuensi rendah akan dilewatkan dan frekuensi tinggi ditekan.

Dengan adanya filter c pararel dengan R1 maka bentuk tegangan keluaran akan menuruti kelengkungan eksponensial. T2 adalah waktu pengosongan dan T1 adalah waktu pengisian sebelum muatan c kosong, sudah diisi lagi pada periode berikutnya.

Dengan analisis pendekatan maka:

Bila T2 menunjukkan waktu pengosongan maka perubahan tegangan kapasitor selama T2 adalah , dimana IDC adalah arus pengosongan melalui RL. Besarnya V tidak lain adalah Vr, sehingga:

Filter yang baik bila waktu pengosongan sama dengan T. Persamaan di atas dapat ditulis:

Dalam hal ini Vr =

Perbandingan antara tegang ripel (denyut) dengan tegangan dc dinamakan pprr (peak to peak riple ratio)

Untuk penyearah gelombang penuh

IDC = dan besar Vdc = , Vdc = Idc.RL

Sifat-sifat umum:

Untuk kepentingan analisis, arus diode merupakan hal yang paling penting. Arus yang ditimbulkan oleh difusi muatan-muatan mayoritas disebut arus injeksi.

Dalam kondisi arah maju, menurut statistik Belszman peluang elektron yang ada pada bagian p adalah

Pada bagian n

Besarnya arus injeksi:

Karena untuk Vbat = 0, arus injeksi = arus jenuh, maka:

Sehingga

Arus total pada diode:

I = II + IS

Persamaan di atas disebut persamaan diodeC.TRANSISTOR DAN PENGUATAN

Transistor merupakan komponen yang dapat menguatkan arus.Dengan kemampuan ini, transistor dapat dimanfaatkan dalam dua moda, yaitu moda nonlinier dan moda linier. Moda nonlinier contohnya adalah pemanfaatan transistor sebagai saklar elektronik, sedangkan moda linier adalah transistor sebagai penguat (amplifier). Dalam penerapannya sebagai amplifier, terdapat beberapa jenis konfigurasi amplifier. Dalam halaman ini, akan dibahas tiga buah konfigurasi amplifier, yaitu amplifier kelas A, Kelas B dan kelas AB. Kelas dari amplifier ini dibedakan berdasarkan letak titik beban dari kerja transistor. Titik beban ini berada dalam garis beban seperti yang terlihat dalam Gambar 2, dengan menganggap rangkaian transistornya adalah dalam konfigurasi common emitter (seperti dalam Gambar 1).

dari Gambar 1, dapat diturunkan persamaan tegangan VCC yaitu:

D.UMPAN BALIK DAN OSILATOR

Osilator adalah suatu rangkaian yang menghasilkan keluaran yang amplitudonya berubah-ubah secara periodik dengan waktu. Keluarannya bisa berupa gelombang sinusoida, gelombang persegi, gelombang pulsa, gelombang segitiga atau gelombang gigi gergaji.Osilator bisa dibangun dengan menggunakan beberapa teknik dasar, yaitu:

1. Menggunakan komponen-komponen yang memperlihatkan karakteristik resistansi negatif, dan lazimnya menggunakan dioda terobosan dan UJT2. Menggunakan umpanbalik positif pada penguat. Umpanbalik positif menguatkan desah internal yang terdapat pada penguat. Jika keluaran penguat sefasa dengan masukkannya, osilasi akan terjadi.Osilator ini menggunakan tahanan dan kapasitor sebagai penentu frekuensinya. Osilator ini sangat mudah untuk dibangun namun memiliki ketelitian frekuensi yang rendah. Rangkaian osilator RC yang paling sederhana dapat dibangun dengan menggunakan satu gerbang seperti yang diperlihatkan pada Gambar :

Inverter yang digunakan adalah inverter yang dilengkapi dengan Schmitt Trigger. Fungsi Schmitt Trigger disini adalah untuk mempercepat transisi tegangan keluaran dan memberi efek hysteresis pada tegangan masukan. Efek hysteresis ini dapat dilihat pada Gambar

Ev

Ec

Ev

EG

Ec

Ev

EG

Ec

EMBED Visio.Drawing.5

EMBED Visio.Drawing.5

EMBED Visio.Drawing.5

EMBED Visio.Drawing.5

V0

V

EMBED Visio.Drawing.5

V0

D2

V1

V2

Ct

EMBED Visio.Drawing.5

V0

U

1

_1360605654.unknown

_1360605683.unknown

_1360605685.unknown

_1360605686.unknown

_1360605687.unknown

_1360605684.unknown

_1360605658.unknown

_1360605677.unknown

_1360605682.unknown

_1360605678.unknown

_1360605673.vsd

_1360605676.unknown

_1360605675.vsd

_1360605671.vsd

_1360605656.unknown

_1360605657.unknown

_1360605655.unknown

_1360605643.unknown

_1360605648.vsd

_1360605652.vsd

_1360605653.unknown

_1360605650.vsd

_1360605644.unknown

_1360605647.vsd

_1360605641.unknown

_1360605642.unknown

_1360605640.unknown