LAPORAN PRAKTIKUM INSTRUMENTASI DAN KONTROL

BIOSISTEM

Diajukan untuk Memenuhi Tugas Mata Kuliah Instrumentasi dan Kontrol

Biosistem Jurusan Teknik Pertanian Fakultas Teknologi Pertanian Universitas

Jember

Oleh:

Nama : M. Yuwan Kilmi

NIM : 131710201007

Kelas : TEP – A

Acara : VI (Dioda)

Asisten : Ana Kanzul Fikri

LABORATORIUM ENERGI, OTOMATISASI, dan INSTRUMENTASI

PERTANIAN

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN

FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

UNIVERSITAS JEMBER

2014

BAB 1. METODOLOGI PRAKTIKUM

1.1 Waktu dan Tempat Praktikum

Hari : Sabtu

Tanggal : 10 Mei 2014

Pukul : 08.30 WIB – selesai

Tempat : Laboratorium Instrumentasi Teknik Pertanian FTP Unej

1.2 Alat dan Komponen yang Digunakan

Alat dan komponen yang digunakan dalam praktikum adalah sebagai berikut.

1) Kit Percobaan

2) Osciloscop

3) Probe Osciloscop

4) Catu Daya AC 6 Volt

Vin

Vout

Osciloscop

RL = 1 kCatu Daya

1.3 Prosedur Kerja

Gambar 1. Rangkaian pengukuran gelombang AC

Percobaan 1

Gambar 2. Rangkaian pengukuran gelombang DC setengah gelombang

Mulai

Menghubungkan catu daya AC dengan rangkaian setengah gelombang

yang telah dirakit

Mengamati dan menggambar grafik 1 tegangan catu daya dan tegangan

keluaran penyearah seterngah gelombang seperti yang tampak dalam layar

osciloscop (pisahkan grafik channel 1 dan channel 2

Selesai

Percobaan 2

Gambar 3. Rangkaian pengukuran gelombang DC satu gelombang penuh

Mulai

Menghubungkan catu daya AC dengan rangkaian setengah gelombang

yang telah dirakit

Menghubungkan channnel 1 osciloscop pada rangkaian penyearah

gelombang penuh

Mengamati dan menggambar dalam grafik 2 tegangan catu daya seperti

yang tampak dalam layar osciloscop

Menghubungkan catu daya dengan rangkaian penyearah gelombang penuh

yang telah dirakit

Menghubungkan channnel 1 osciloscop pada rangkaian penyearah

gelombang penuh

Mengamati dan menggambar dalam grafik 2 tegangan keluaran penyearah

gelombang penuh seperti yang tampak dalam layar osciloscop

Selesai

BAB 2. HASIL DAN PEMBAHASAN

2.1 Hasil Dan Analisis

1. Gelombang AC pada rangkaian setengah gelombang

Gelombang AC pada rangkaian setengah gelombang merupakan gelombang

masukan yang berasal dari sumber arus berbentuk AC. Penyearah setengah

gelombang dalam rangkaian akan mempengaruhi arus AC tersebut untuk diubah

menjadi menjadi tegangan keluaran berbentuk DC. Karena bentuk tegangan yang

dihasilkan belum melewati rangkaian diode maka gelombang yang dihasilkan

akan berupa lembah dan bukit atau rangkaian dari sebuah gelombang penuh.

2. Gelombang DC pada rangkaian setengah gelombang

Setelah gelombang penuh tersebut melewati rangkaian yang terdapat diode,

maka bentuk keluaran akan selalu positif dan nol sehingga membentuk bukit dan

dataran hal tersebut terjadi karena pada penyearah setengah gelombang

menggunakan diode yang dibis maju sehingga hambatan yang dikeluarkan akan

kecil tetapi gelombang yang dihasilkan selalu bernilai positif dan nol.

3. Gelombang AC pada rangkaian gelombang penuh

Gelombang AC pada rangkaian gelombang penuh merupakan gelombang

masukan yang berasal dari sumber arus berbentuk AC. Penyearah gelombang

penuh dalam rangkaian akan mempengaruhi arus AC tersebut untuk diubah

menjadi menjadi tegangan keluaran berbentuk DC. Karena bentuk tegangan yang

dihasilkan belum melewati rangkaian diode maka gelombang yang dihasilkan

akan berupa lembah dan bukit atau rangkaian dari sebuah gelombang penuh.

4. Gelombang DC pada rangkaian gelombang penuh

Pada gelombang penuh setelah melewati rangkaian tegangan keluaran

(DC) selalu positif kecuali pada derajat kelipatan 180o nilianya nol sehingga

membentuk seperti bukit yang saling berhimpitan. Hal ini terjadi karena pada

penyearah gelombang penuh tegangan beban mempunyai polaritas sama arus

mengalir melalui tahanan beban dari arah yang sama tanpa melalui dioda yang

menghantarkan bentuk sinyal gelombang yang disearahkan (Sugiarto, 2012).

2.2 Perbedaan bentuk Tegangan Keluaran Pada Penyearah Setengah

Gelombang Dengan Tegangan Keluaran Pada Penyearah Gelombang

Penuh

Penyearah gelombang pada rangkaian bersifat untuk mengubah sumber

tegangan AC menjadi tegangan DC yang digambarkan dalam bentuk sinyal

gelombang. Pada penyearah setengah gelombang, arus mengalami bias maju

melalui dioda yang terdapat dalam rangkaian. Pada dioda yang dibias maju, arus

listrik akan mengalir tetapi searah, namun gelombang keluaran tidak sepenuhnya

rata melainkan, berdenyut (Pulsating Direct Current). Sedangkan pada

gelombang penuh, arus yang mengalir dari sumber akan melewati empat buah

diode yang terdapat dalam rangkaian. Empat diode tersebut disusun seperti

jembatan wheatsone. Dalam penyusunan jembatan wheatsone tersebut, terdapat

dua buah diode yang dibias maju dan dua diode lain dibias balik. Sehingga besar

arus yang dihasilkan pun berbeda dengan penyearah setengah gelombang. Maka

hal tersebutlah yang menyebabkan adanya perbedaan tegangan keluaran antara

penyearah setengah gelombang dengan penyearah gelombang penuh.

2.3 Perbedaan Amplitudo tegangan Puncak Antara Tegangan Masukan Dan

Keluaran

Berdasarkan grafik di atas selain perbedaan model gelombangnya, dapat

juga dilihat perbedaan pada amplitudo masing-masing gelombang. Amplitudo

gelombang yang dihasilkan pada penyearah setengah gelombang menunjukkan

nilai yang lebih tinggi jika dibandingkan dengan amplitudo gelombang yang

dihasilkan pada penyearah gelombang penuh. Terjadinya perbedaan besar

amplitudo tegangan puncak antara tegangan masukan dengan tegangan keluaran

disebabkan oleh adanya besarnya hambatan yang terdapat rangkaian tersebut. Jika

penyearah ½ gelombang menggunakan dioda jenis bias maju sehingga amplitudo

yang dihasilkan lebih tinggi karena memiliki hambatan yang kecil sedangkan

gelombang penuh menggunakan 4 dioda yang dirangkai menjadi dua bagian

dengan arah bias yang berbeda yaitu 2 dioda dibias maju dan 2 dioda lain dibias

balik yang kemudian disambung menjadi satu sehingga membentuk seperti

Vin

Vout

Osciloscop

RL = 1 kCatu Daya

jembatan wheatsone. Hal tersebut dapat menyebabkan timbulnya hambatan yang

besar dan berdampak pada amplitudo yang dihasilkan, amplitudo yang dihasilkan

sangat rendah. Besar amplitudo memiliki nilai berbanding terbalik dengan

hambatan, jika hambatan tersebut besar maka amplitudonya rendah begitu pula

sebaliknya.

Gambar1.

Skema Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang

Gambar 2.

Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

2.4 Macam – Macam Dioda

Berikut tentang macam – macam dioda dan kegunaannya.

a) Dioda Penyearah (Rectifier)

Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang

berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus

searah (dc) atau mengubah arus ac menjadi dc. Secara umum dioda ini

disimbolnya.

Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya

Gambar 3. dioda penyearah

b) Dioda Zener 

Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan

dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang

bekerja pada daerah reverse (kuadran III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4

sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt.

Fenomena tegangan breakdown dioda ini menginspirasi pembuatan

komponen elektronika kerabat dioda yang bernama Zener. Tidak ada perbedaan

struktur dasar dari Zener dengan dioda. Dengan memberi jumlah doping yang

lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa

makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada

tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt.

Di datasheet ada Zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 2 volt, 5.6 volt dan

sebagainya. Fungsi dari komponen ini biasanya dipakai untuk pengamanan

rangkaian setelah tegangan Zener.

Gambar 4. dioda zener

Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang masuk ke

rangkaian lain dan beban akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input tegangan

dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus sehingga arus akan mengalir ke

rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau lebih maka

dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui dioda, bukan

ke rangkaian atau beban.

c) Dioda Emisi Cahaya (Light Emitting Diode)

Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid

State Lamp yang merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan

optik, sehingga dikategorikan pada keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan

elektroda-elektrodanya sama seperti dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-).

Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu :

- Sebagai lampu indikator,

- Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,

- Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,

bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.

Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium

Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium

Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan cahaya dengan warna yang

berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-merah, Bahan GaAsP

memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan

cahaya merah atau hijau. Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED

mempunyai nilai besaran terbatas dimana tegangan majunya dibedakan atas jenis

warna 

TABEL LED DAN TEGANGANYA

Warna Tegangan Maju

Merah 1.8 volt

Orange 2.0 volt

Kuning 2.1 volt

Hijau 2.2 volt

Gambar 5. dioda LED

Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA.

Karena dapat mengeluarkan cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup

dengan menggabungkan dengan sumber tegangan dc kecil saja atau dengan

ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan elektrodanya.

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi sehingga

menghasilkan warna sebagai berikut:

* Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – merah dan inframerah

* Gallium Aluminium Phosphide – hijau

* Gallium Arsenide/Phosphide (GaAsP) – merah, oranye-merah, oranye, dan

kuning

* Gallium Nitride (GaN) – hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru

* Gallium Phosphide (GaP) – merah, kuning, dan hijau

* Zinc Selenide (ZnSe) – biru

* Indium Gallium Nitride (InGaN) – hijau kebiruan dan biru

* Indium Gallium Aluminium Phosphide – oranye-merah, oranye, kuning, dan

hijau

* Silicon Carbide (SiC) – biru

* Diamond (C) – ultraviolet

* Silicon (Si) – biru (dalam pengembangan)

* Sapphire (Al2O3) – biru

LED biru dan putih

LED biru pertama kali dan bisa dikomersialkan menggunakan substrat galium

nitrida. LED ini ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di

Nichia Corporation di Jepang. LED ini kemudian populer di penghujung tahun

90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada

sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

d) Dioda Cahaya (Photo Diode)

Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja

yang melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk

dioda cahaya dengan bahan dasar germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat

cahaya dan temperature keliling dapat menaikkan arus bocor tersebut karena dapat

mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat cahaya yang menyinari

semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan dioda cahaya

diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch

Tape), dimana pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda

cahaya. Jika setiap lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang

memasuki lubang tersebut akan diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam

bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur

kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap resistansi dioda cahaya ini

tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah rendah. Selain itu banyak juga

dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem pengaman (security) misal

dalam penggunaan alarm.

Gambar 6. dioda cahaya.

e) Dioda Varactor

Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya

mempunyai kapasitas yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini

bekerja didaerah reverse mirip dioda Zener. Bahan dasar pembuatan dioda

varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat kapasitansinya tergantung pada

tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya semakin naik,

kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat penerima

radio dan televisi di bagian pengaturan suara (Audio). 

Gambar 7. dioda varactor

f) Dioda Schottky (SCR) IODA

DIODA SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang

mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk

keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron.

Sebagai pengendalinya adalah gate(G).SCR sering disebut Therystor. SCR

sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif

Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

Gambar 8. dioda schottky.

Pada gambar tersebut terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir,

Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.

2.5 Bias Balik dan Bias Maju

2.5.1 Dioda Bias Maju

Jika terminal P dihubungkan dengan kutub (+) baterai, sedang terminal N

dihubungkan dengan kutub (–) baterai, maka dikatakan sambungan diberi bias/

prategangan maju (forward biased). dapat ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 9. a)Dioda ideal dalam arah maju (forward bias)

b)rangkaian ekivalensinya

Akibat bias maju ini, maka hole di P-N didorong ke N oleh kutub (+)

baterai, elektron bebas di N didorong ke P oleh kutub baterai, dan potensial

penghalang diperkecil sehingga timbul arus listrik yang disebut arus maju

(forward current) dari pembawa muatan mayoritas. Arus ini dipertahankan terus

selama baterai tetap memberikan energinya.

2.5.2 Dioda Bias Balik

Jika terminal P dihubungkan dengan kutub (–) baterai, sedang terminal N

dihubungkan dengan kutub (+) baterai, maka dikatakan sambungan diberi bias

balik (reverse biased). dapat ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 10. a)Dioda ideal dalam arah balik (reverse bias)

b)rangkaian ekivalensinya

Akibat prasikap balik ini maka hole di P ditarik oleh kutub-kutub baterai

menjauhi sambungan, elektron bebas di N ditarik oleh kutub (+) baterai menjauhi

sambungan, sehingga daerah muatan ruang dan potensial penghalang diperbesar.

Ini mengakibatkan tidak akan terjadi arus listrik dari pembawa muatan mayoritas.

Tetapi terdapat arus listrik yang sangat kecil (dalam orde A) yang disebabkan oleh

pembawa muatan minoritas. Seperti telah diuraikan, bahwa semi konduktor tipe P

mempunyai muatan minoritas elektron bebas, sedangkan semi konduktor tipr N

mempunyai muatan minoritas hole yang jumlahnya sangat sedikit, yang adanya

akibat suhu. Muatan- muatan minoritas ini mendapat prasikap maju dari baterei

sehingga mengalirkan arus yang disebut arus balik (Io) atau arus jenuh balik (Is).

Arus ini tergantung pada suhu.

BAB 3. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil dan pembahasan diatas, maka dapat diambil beberapa

kesimpulan diantaranya sebagai berikut.

1) Adanya perbedaan tegangan dan amplitudo pada penyearah setengah

gelombang dan gelombang penuh disebabkan oleh bentuk bias dan

banyaknya dioda yang rangkai dalam rangkaian tersebut.

2) Besar amplitudo memiliki nilai berbanding terbalik dengan hambatan, jika

hambatan dalam rangkaian tersebut besar maka amplitudo yang dihasilkan

rendah begitu pula sebaliknya.

3) Gelombang bias yang terdapat di dalam dioda dibagi menjadi dua macam

yaitu bias maju dan bias balik.

DAFTAR PUSTAKA

Dasar, E. 2013. Jenis – Jenis Dioda Beserta Fungsinya.

http://duniaelektonika.blogspot.com/2013/01/jenis-jenis-dioda-beserta -

fungsinya.html. [14 Mei 2014].

Surjono, H. D. Tanpa Tahun. Teori Penerapan Elektronika.

http://staff.uny.ac.id/sites/default/files/pendidikan/Elektronika/Teori/

Penerapan-BAB3-sc.pdf. [21 Mei 2014].

Sugiarto, Y. 2012. Rangkaian Penyearah Dioda. http://yusronsugiarto.lecture.ub.ac.id/files/2012/09/4.-penyearah-dioda.pdf. [14 Mei 2014] .

Universitas Negeri Yogyakarta. Tanpa Tahun. Dioda : Pengertian Dan

Karakteristik. http://staff.uny.ac.id/system/files/pendidikan/Jumadi,

%20M.Pd.,%20Dr./Pengertian%20dan%20karakteristik%20dioda.pdf. [15

Mei 2014].