Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

download Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

of 25

  • date post

    10-Feb-2018
  • Category

    Documents

  • view

    224
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    1/25

    LAPORAN PRAKTIKUM R-LAB FISIKA DASAR

    KARAKTERISTIK TEGANGAN & ARUS SEMIKONDUKTOR

    Nama : Rizqi Pandu Sudarmawan

    NPM : 0906557045

    Grup : A-20

    Fakultas/Departemen :Teknik/Teknik Kimia

    No.Percobaan : LR-03

    Nama Percobaan : Karakteristik V I Semikonduktor

    Tanggal Percobaan : 22 Oktober 2011

    Unit Pelaksana Pendidikan Ilmu Pengetahuan Dasar

    (UPP-IPD)Universitas Indonesia

    Depok, 2011

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    2/25

    A. Tujuan PercobaanMempelajari hubungan antara beda potensial (V) dan arus listrik (I) pada suatu

    semikonduktor.

    B. Prinsip DasarSebuah bahan material bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi

    panas. Besarnya disipasi panas adalah I2R. Panas yang dihasilkan oleh material

    ini akan mengakibatkan perubahan hambatan material tersebut. Jika pada

    material semi konduktor, pertambahan kalor/panas akan mengurangi nilai hambatan

    material tersebut. Peristiwa disipasi panas dan perubahan resistansi bahan semi

    konduktor ini saling berkaitan. Hubungan antara daya disipasi panas dan tegangan

    serta arus yang terukur adalah sebagai berikut.

    P = VI.......(1)

    Gambar 1. Rangkaian tertutup semikonduktor

    Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti

    dioda, transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Disebut semi atau setengah

    konduktor, karena bahan ini memang bukan konduktor murni. Alat-alat semikonduktor

    ini menggunakan konduksi elektronik dalam bentuk padat (solid state), bukannya

    bentuk hampa (vacuum state) atau bentuk gas (gaseous state).

    Sebuah semikonduktor bersifat sebagai isolator pada temperatur yang sangat rendah.

    Namun ketika berada dalam suhu tinggi dan terkena cahaya, serta tidak murni

    semikonduktor, maka material semikonduktor tersebut mengalami kenaikan

    konduktivitas yang pesat yang dapat mendekati konduktivitas material logam.

    Bahan-bahan logam seperti tembaga, besi, timah disebut sebagai konduktor yang baik

    sebab logam memiliki susunan atom yang sedemikian rupa, sehinggah elektronnya

    dapat bergerak bebas. Sebenarnya atom tembaga dengan lambang kimia Cu memiliki

    inti 29 ion (+) dikelilingi oleh 29 elektron (-). Sebanyak 28 elektron menempati

    orbit-orbit bagian dalam membentuk inti yang disebut nukleus. Dibutuhkan energi

    yang sangat besar untuk dapat melepaskan ikatan elektron-elektron ini. Satu buah

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    3/25

    elektron lagi yaitu elektron yang ke-29, berada pada orbit terluar. Orbit terluar ini

    disebut pita valensi dan elektron yang berada pada pita ini dinamakan elektron

    valensi. Karena hanya ada satu elektron dan jaraknya jauh dari nukleus, ikatannya

    tidak terlalu kuat. Hanya dengan energi yang sedikit saja elektron terluar ini mudah

    terlepas dari ikatannya.

    Gambar 2. Ikatan atom tembagaPada suhu kamar, elektron tersebut dapat bebas bergerak atau berpindah-pindah dari

    satu nukleus ke nukleus lainnya. Jika diberi tegangan potensial listrik, elektron-

    elektron tersebut dengan mudah berpindah ke arah potensial yang sama. Fenomena

    ini yang dinamakan sebagai arus listrik. Isolator adalah atom yang memiliki

    elektron valensi sebanyak 8 buah, dan dibutuhkan energi yang besar untuk dapat

    melepaskan elektron-elektron ini. Semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya

    memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling

    "semikonduktor" adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi.

    Bahan semikonduktor yang banyak dikenal contohnya adalah Silicon (Si),

    Germanium (Ge) dan Galium Arsenida (GaAs). Germanium dahulu adalah bahan

    satu-satunya yang dikenal untuk membuat komponen semikonduktor. Namun

    belakangan, silikon menjadi popular setelah ditemukan cara mengekstrak bahan ini

    dari alam. Silikon merupakan bahan terbanyak ke dua yang ada dibumi setelah

    oksigen (O2). Pasir, kaca dan batu-batuan lain adalah bahan alam yang banyak

    mengandung unsur silikon.

    Struktur atom kristal silikon, satu inti atom (nucleus) masing-masing memiliki 4

    elektron valensi. Ikatan inti atom yang stabil adalah jika dikelilingi oleh 8 elektron,

    sehingga 4 buah elektron atom kristal tersebut membentuk ikatan kovalen dengan

    ion-ion atom tetangganya. Pada suhu yang sangat rendah (0K), struktur atom silikon

    divisualisasikan seperti pada gambar berikut.

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    4/25

    Gambar 3. Struktur 2D kristal silikon

    Ikatan kovalen menyebabkan elektron tidak dapat berpindah dari satu inti atom ke inti

    atom yang lain. Pada kondisi demikian, bahan semikonduktor bersifat isolator karena

    tidak ada elektron yang dapat berpindah untuk menghantarkan listrik. Pada suhu kamar,

    ada beberapa ikatan kovalen yang lepas karena energi panas, sehingga memungkinkan

    elektron terlepas dari ikatannya. Namun hanya beberapa jumlah kecil yang dapat

    terlepas, sehingga tidak memungkinkan untuk menjadi konduktor yang baik. Ahli-ahli

    fisika terutama yang menguasai fisika quantum pada masa itu mencoba memberikan

    doping pada bahan semikonduktor ini. Pemberian doping dimaksudkan untuk

    mendapatkan elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen,

    s e h i n g g a diharapkan bahan semikonduktor tersebut akan dapat menghantarkan listrik.

    Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan konduktivitasnya dengan

    faktor lebih besar dari satu milyar. Dalam sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline

    silicon didop-berat seringkali digunakan sebagaipengganti logam.

    Jika pada bahan silikon diberi doping phosphorus atau arsenic yang pentavalen yaitu

    bahan kristal dengan inti atom memiliki 5 elektron valensi. Dengan doping, silikon yang

    tidak lagi murni ini (impuritysemiconductor) akan memiliki kelebihan elektron.

    Kelebihan elektron membentuk semikonduktor tipe-n. Semikonduktor tipe-n disebut juga

    donor yang siap melepaskan elektron.

    Gambar 4. Doping atom pentavalen

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    5/25

    Kalau silikon diberi doping Boron, Gallium atau Indium, maka akan

    didapat semikonduktor tipe-p. Untuk mendapatkan silikon tipe-p, bahan dopingnya

    adalah bahan trivalen yaitu unsur dengan ion yang memiliki 3 elektron pada pita

    valensi. Karena ion silikon memiliki 4 elektron, dengan demikian ada ikatan kovalen

    yang bolong (hole). Hole ini digambarkan sebagai akseptor yang siap menerima

    elektron. Dengan demikian, kekurangan elektron menyebabkan semikonduktor ini

    menjadi tipe-p.

    Gambar 5. Doping atom trivalen

    Semikonduktor tipe-p atau tipe-n jika berdiri sendiri tidak lain adalah sebuah

    resistor. Sama seperti resistor karbon, semikonduktor memiliki resistansi. Cara ini

    dipakai untuk membuat resistor di dalam sebuah komponen semikonduktor. Namun

    besar resistansi yang bisa didapat kecil karena terbatas pada volume semikonduktor itu

    sendiri.

    Pada semikonduktor elektron terikat lebih kuat. Ketika suhu dinaikkan, elektron menjadi

    lebih tidak terikat dan dapat bergerak lebih mudah, konduktivitas naik, resistivitas turun.

    Nilai hambatan dari suatu bahan semikonduktor berkaitan dengan temperatur di

    sekelilingnya. Temperatur tersebut mempengaruhi energi yang dimiliki elektron.

    Semakin tinggi temperatur maka akan semakin banyak elektron yang memiliki energi

    pada level konduksi. Jumlah elektron pada level konduksi akan mempengaruhi

    konduktivitas semikonduktor tersebut, semakin banyak maka semakin mudah

    menghantarkan arus listrik.

    Suatu material yang memiliki hambatan listrik akan menghasilkan panas atau kalor bila

    dialiri arus listrik. Jumlah kalor yang dihasilkan sebanding dengan beda potensial antara

    kedua ujung material tersebut, besar arus yang mengalir, dan lamanya waktu arus

    tersebut mengalir. Hubungan ini secara umum dapat dinyatakan secara

    matemat is sebagai ber iku t .

    . . . . . . . . (2 )

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    6/25

    Dimana :

    W

    v

    = energi listrik

    = tegangan listrik

    ( Joule )

    ( Volt )

    i

    t

    = arus listrik

    = waktu / lama aliran listrik

    ( Ampere )

    ( sekon )

    Arus listrik terjadi karena adanya aliran elektron dimana setiap elektron mempunyai

    muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti

    benda tersebut mempunyai kelebihan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut

    diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron, sering

    dinyatakan dengan simbul q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb, yaitu sebesar:

    q = 1,6 x 10-19 coulomb.

    Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang

    sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka

    seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Namun jika ujung sebelah kanan kawat menarik

    elektron sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron

    ke kanan (dalam hal ini disepakati bahwa arah arus dar i k anan ke kiri). Aliran

    elektron inilah yang selanjutnya disebut arus listrik.

    Yang menentukan seberapa besar arus yang mengalir adalah besarnya beda potensial

    (dinyatakan dengan satuan volt). Jadi untuk sebuah konduktor semakin besar beda

    potensial akan semakin besar pula arus yang mengalir. Beda potensial diukur antara

    ujung-ujung konduktor. Namun kadang-kadang kita berbicara tentang potensial pada

    suatu titik tertentu. Dalam hal ini kita sebenarnya mengukur beda potensial pada titik

    tersebut terhadap suatu titik acuan tertentu. Sebagai standar titik acuan biasanya

    dipilih titik tanah (ground).

    Pada sebagian besar konduktor logam, hubungan arus yang mengalir dengan potensial

    diatur oleh Hukum Ohm. Dia menggunakan rangkaian sumber potensial secara seri,

    l a l u mengukur besarnya arus yang mengalir dan menemukan suatu hubungan linier

    sederhana, yang dituliskan sebagai berikut.

    V = IR......(3)

    dimana R = V/I disebut hambatan dari beban. Nama ini sangat cocok karena R menjadi

    ukuran seberapa besar konduktor tersebut menahan laju aliran elektron. Berlakunya

    hukum ohm sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu, bahkan hukum ini tidak

    berlaku jika suhu konduktor tersebut berubah. Untuk material-material atau piranti

    elektronika tertentu seperti diode dan transistor, hubunganI dan V tidak linier.

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    7/25

    Gambar 6. Rangkaian percobaan hukum Ohm

    C. PeralatanBahan semikonduktorAmpermeterVoltmeterVariable power supplyCamcorderUnit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

    D. Prosedur Percobaan dan Data Pengamatan

    a. Prosedur Percobaan1. Melakukan login di http://sitrampil.ui.ac.id/elaboratory, lalu masuk ke dalam

    halaman login R-LAB melalui link yang tertera pada Pekan Praktikum ke-4

    untuk tanggal 17 Oktober 2011 dengan modul praktikum LR03

    Karakteristik V I Semikonduktor.

    2. Melakukan login pada halaman login R-LAB sehingga muncul tampilanperalatan berikut.

    Gambar 7. Rangkaian percobaan pengukuran arus dan tegangan semikonduktor

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    8/25

    3. Mengatur beda potensial dengan memilih tegangan V1 pada pengaturanpemilihan tegangan supply rangkaian sebagai berikut.

    4. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button pada pilihanmenghidupkan power supply sebagai berikut.

    5. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan, denganmengklik tombol ukur sebagai berikut.

    6. Mencatat data yang diperoleh, yaitu 5 buah data terakhir dengan interval 1 detikantara data ke satu dengan data berikutnya.

    7. Mengulangi prosedur nomor 3 hingga prosedur nomor 6 untuk beda potensialV2 hingga V8.

    b. Data PengamatanTabel 1. Data Pengamatan pada saat tegangan V1

    V (volt) I (mA)

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    Tabel 2. Data Pengamatan pada saat tegangan V2

    V (volt) I (mA)

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.82

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    9/25

    Tabel 3. Data Pengamatan pada saat tegangan V3

    V (volt) I (mA)

    1.38 11.40

    1.38 11.40

    1.38 11.401.38 11.40

    1.38 11.40

    Tabel 4. Data Pengamatan pada saat tegangan V4

    V (volt) I (mA)

    1.88 15.31

    1.87 15.64

    1.88 15.64

    1.87 15.641.87 15.64

    Tabel 5. Data Pengamatan pada saat tegangan V5

    V (volt) I (mA)

    2.28 19.55

    2.28 19.88

    2.28 20.20

    2.28 19.55

    2.28 19.88

    Tabel 6. Data Pengamatan pada saat tegangan V6

    V (volt) I (mA)

    2.87 25.74

    2.87 26.07

    2.86 26.72

    2.86 26.39

    2.86 26.72

    Tabel 7. Data Pengamatan pada saat tegangan V7

    V (volt) I (mA)

    3.19 29.00

    3.18 29.65

    3.18 30.30

    3.17 30.30

    3.17 30.63

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    10/25

    Tabel 8. Data Pengamatan pada saat tegangan V8

    V (volt) I (mA)

    3.63 35.52

    3.62 35.84

    3.61 36.493.61 36.82

    3.60 37.47

    E. Evaluasi Percobaan1. Perhatikan data yang telah diperoleh, apakah terjadi perubahan tegangan dan arus

    untuk V1 , V2 , V3 , V4 dan V5? Bila terjadi perubahan, jelaskan secara singkat

    mengapa hal tersebut terjadi, dan bila tidak terjadi jelaskan pula mengapa demikian!

    Jawab :

    Tidak terjadi perubahan tegangan dan arus untuk V1, V2, V3. Hal ini

    dikarenakan perubahan temperatur pada semikonduktor akibat pemberian energi/panas

    dari energi listrik baterai sangat kecil (T 0). Hal ini terjadi karena saat akan

    mengambil data, praktikan terlebih dahulu memastikan bahwa beda potensial awal

    mendekati nol. Maka, saat pengambilan data untuk V1, V2, dan V3, temperatur

    semikonduktor relatif sama dengan temperatur awalnya.

    Pada pengukuran untuk V4, ada perubahan tegangan dan arus. Pada tabel 4

    terlihat bahwa pada pengambilan data pertama ada kenaikan arus yang cukup

    signifikan kemudian konstan dengan perubahan tegangan yang sangat kecil. Hal ini

    terjadi karena pada pengambilan data pertama ada perubahan temperatur yang cukup

    besar dibandingkan pengambilan data terakhir untuk V3. Hal ini menyebabkan

    terjadinya perubahan arus yang besar pula. Selanjutnya, perubahan tegangan yang

    terukur pun sangat kecil dikarenakan terjadi perubahan temperatur yang sangat kecil

    (T 0) yang relatif stabil sehingga arus yang terukur pun konstan.Pada pengukuran untuk V5 hanya ada perubahan arus saja. Hal ini dikarenakan

    perubahan tegangan yang terukur konstan setelah mengalami penyesuaian pada

    pengukuran untuk V4 sehingga tegangan yang terukur pada V5 relatif stabil.

    Sedangkan arus yang terukur cenderung naik akibat perubahan temperatur yang

    terjadi.

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    11/25

    2. Tentukan nilai rata-rata beda potensial yang terukur dan arus yang terukur untuk V1,V2 , V3 hingga V8!

    Jawab :

    V1Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 0,46 volt

    Arus

    =

    = ,,,,, mA= 3,58 mA = 0,00358 A

    V2Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 0,94 volt

    Arus

    =

    = ,,,,, mA= 7,82 mA = 0,00782 A

    V3Beda potensial

    =

    = ,

    ,

    ,

    ,

    ,

    volt= 1,38 volt

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    12/25

    Arus

    =

    = ,,,,,

    mA= 11,40 mA = 0,01140 A

    V4Beda potensial

    =

    = ,,,,,

    volt= 1,874 volt

    Arus

    =

    = ,,,,, mA= 15,574 mA = 0,015574 A

    V5Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 2,28 volt

    Arus

    =

    = ,,,,, mA= 19,812 mA = 0,019812 A

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    13/25

    V6Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 2,864 volt

    Arus

    =

    = ,,,,,

    mA= 26,328 mA = 0,026328 A

    V7Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 3,178 volt

    Arus

    =

    = ,,,,, mA= 29,976 mA = 0,029976 A

    V8Beda potensial

    =

    = ,,,,, volt= 3,614 volt

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    14/25

    Arus

    =

    = ,,,,,

    mA= 36,428 mA = 0,036428 A

    3. Buatlah grafik yang memperlihatkan hubungan V vs I untuk rata rata V dan rata-rata Iyang terukur!

    Jawab :

    Tabel 9. Data V rata-rata dan I rata-rata

    V rata-rata (volt) I rata-rata (Ampere)

    0,46 0,00358

    0,94 0,00782

    1,38 0,01140

    1,874 0,015574

    2,28 0,019812

    2,864 0,026328

    3,178 0,029976

    3,614 0,036428

    Gambar 8. Grafik Tegangan rata-rata (sumbu y) terhadap Arus rata-rata (sumbu x)

    0

    0,5

    1

    1,5

    22,5

    3

    3,5

    4

    0,00358 0,00782 0,0114 0,015574 0,019812 0,026328 0,029976 0,036428

    Vr

    ata-rata(

    volt)

    I rata-rata (Ampere)

    Grafik V Rata-Rata vs I Rata-Rata

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    15/25

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    16/25

    Dengan adanya aliran arus listrik maka akan ada tegangan dan arus yang

    terukur pada rangkaian semikonduktor oleh voltmeter dan amperemeter. Praktikan lalu

    mencatat lima data yang terukur dengan interval 1 detik antara data yang satu dengan

    data yang lain.

    Gambar 7. Rangkaian percobaan pengukuran arus dan tegangan semikonduktor

    Langkah-langkah tersebut dilakukan oleh praktikan hingga pengukuran untuk

    beda potensial V8. Dengan data-data yang ada, praktikan kemudian mengamati

    perubahan tegangan yang arus yang terukur dan mencari nilai rata-rata dari setiap

    pengukuran dengan beda potensial yang berbeda serta memplotkannya dalam bentuk

    grafik Tegangan Rata-Rata vs Arus Rata-Rata.

    Analisa HasilPada data hasil pengukuran yang disajikan pada tabel 1 hingga tabel 8, terlihat

    tidak terjadi perubahan tegangan dan arus untuk V1, V2, V3. Hal ini dikarenakan

    perubahan temperatur pada semikonduktor akibat pemberian energi/panas dari energi

    listrik baterai sangat kecil (T 0). Hal ini terjadi karena saat akan mengambil data,

    praktikan terlebih dahulu memastikan bahwa beda potensial awal mendekati nol.

    Maka, saat pengambilan data untuk V1, V2, dan V3, temperatur semikonduktor relatif

    sama dengan temperatur awalnya. Berarti, hanya beberapa ikatan kovalen yang lepas

    karena energi panas, sehingga memungkinkan elektron terlepas dari ikatannya dan

    menghantarkan sangat sedikit arus listrik. Hal penting yang harus dicatat adalah

    bahwa dalam pengukuran ini digunakan satuan mA (mili Ampere) untuk arus

    sehingga arus yang dihasilkan memiliki skala yang sangat kecil.

    Pada pengukuran untuk V4, ada perubahan tegangan dan arus. Pada tabel 4

    terlihat bahwa pada pengambilan data pertama ada kenaikan arus yang cukup

    signifikan kemudian konstan dengan perubahan tegangan yang sangat kecil. Hal initerjadi karena pada pengambilan data pertama ada perubahan temperatur yang cukup

    besar dibandingkan pengambilan data terakhir untuk V3. Hal ini terjadi karena ketika

    suhu mendadak naik, elektron menjadi lebih tidak terikat dan dapat bergerak lebih

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    17/25

    mudah, konduktivitas naik, resistivitas turun. Hal ini menyebabkan terjadinya

    perubahan arus yang besar pula. Selanjutnya, perubahan tegangan yang terukur pun

    sangat kecil dikarenakan terjadi perubahan temperatur yang sangat kecil (T 0)

    yang relatif stabil sehingga arus yang terukur pun konstan.

    Pada pengukuran untuk V5 hanya ada perubahan arus saja. Hal ini

    dikarenakan perubahan tegangan yang terukur konstan setelah mengalami

    penyesuaian pada pengukuran untuk V4 sehingga tegangan yang terukur pada V5

    relatif stabil. Sedangkan arus yang terukur cenderung naik akibat perubahan

    temperatur yang terjadi. Nilai hambatan dari suatu bahan semikonduktor berkaitan

    dengan temperatur di sekelilingnya. Temperatur tersebut mempengaruhi energi yang

    dimiliki elektron. Semakin tinggi temperatur maka akan semakin banyak

    elektron yang memiliki energi pada level konduksi. Jumlah elektron pada level

    konduksi akan mempengaruhi konduktivitas semikonduktor tersebut, semakin

    banyak maka semakin mudah menghantarkan arus listrik.

    Pada percobaan ini walaupun ada perubahan temperatur, namun sangat kecil

    sehingga hukum Ohm pada persamaan (3) boleh dipakai. Hubungan antara daya

    disipasi panas dengan arus dan tegangan yang terukur pada persamaan (1) pun dapat

    dinyatakan sebagai berikut.

    P = VI.......(1)

    V = IR..........(3)

    P = (IR)I.......(1)

    P = I2R.......(1)

    Sementara itu bila ada perubahan temperatur yang signifikan maka hukum

    Ohm tidak dapat dipakai. Hal ini dikarenakan resistansi tidak hanya akan

    dipengaruhi oleh tegangan dan arus yang terukur saja, namun juga oleh , yaitu

    nilai resistivitas (hambat jenis) dari bahan yang dipakai. Hubungan antara R dengan

    , dinyatakan sebagai berikut.

    Ro = .......(4)

    R = Ro [1 + (T-To)].......(5)

    Di mana:

    R = nilai hambatan yang terukur pada temperatur T (ohm)Ro = nilai hambatan yang terukur pada temperatur To (ohm)

    = resistivitas (ohm m)

    L = panjang bahan (m)

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    18/25

    A = luas penampang bahan (m2)

    = koefisien temperatur hambat jenis

    Analisa Grafik Gambar 8 merupakan grafik hubungan antara tegangan rata-rata dengan

    terhadap arus rata-rata yang terukur pada setiap pengukuran dengan beda

    potensial yang berbeda. Grafik ini terdiri dari nilai-nilai tegangan rata-rata di

    sumbu y dan nilai-nilai arus rata-rata pada sumbu x. Nilai tegangan rata-rata dan

    arus rata-rata, masing-masing dapat diperoleh dengan mengambil nilai mean

    dari 5 data yang diambil pada pengukuran dengan beda potensial tertentu. Hasil-

    hasil pengukuran tersebut telah disajikan pada tabel 1 hingga tabel 8 pada bagian

    data pengamatan di atas.

    Gambar 8. Grafik Tegangan rata-rata (sumbu y) terhadap Arus rata-rata (sumbu x)

    Grafik yang dihasilkan berupa kurva yang cenderung linier ke atas (bernilaipositif). Grafik ini menunjukkan bahwa tegangan rata-rata dengan arus rata-rata

    berbanding lurus. Hal ini terkait dengan pemberian beda potensial baterai yang

    diberikan, yaitu V1 hingga V8. Jika beda potensial yang diberikan semakin

    besar, maka tegangan dan arus yang terukur pada rangkaian semikonduktor pun

    akan semakin besar juga. Apabila tegangan dan arus yang terukur pada

    rangkaian semikonduktor semakin besar, maka akan menyebabkan nilai

    tegangan rata-rata dan arus rata-rata yang besar pula. Hal ini sesuai dengan

    hukum Ohm pada persamaan (3) yang juga menyatakan bahwa tegangan

    berbanding lurus dengan arus. Bila tegangan yang terukur makin besar maka

    arus yang terukur pun akan semakin besar pula, seiring dengan penurunan nilai

    resistansi/hambatan semikonduktor.

    V = IR......(3)

    00,5

    1

    1,5

    2

    2,5

    3

    3,5

    4

    0,00358 0,00782 0,0114 0,015574 0,019812 0,026328 0,029976 0,036428

    Vr

    ata-rata(volt)

    I rata-rata (Ampere)

    Grafik V Rata-Rata vs I Rata-Rata

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    19/25

    Persamaan garis dari kurva grafik pada Gambar 8 dapat ditentukan dengan

    menggunakan metode least square(kuadrat terkecil). Dengan metode ini, maka

    koefisien persamaan garis y = mx + b , dapat ditentukan sebagai berikut.

    m= (xy)- (x)(y)

    n(x2)()2

    b=(y)(x2)- (x)(xy)

    n(x2)()2

    Di mana n adalah banyaknya nilai arus rata-rata yang berhubungan linier dengan

    nilai tegangan rata-rata. Sedangkan x adalah nilai-nilai arus rata-rata dan y

    adalah nilai-nilai tegangan rata-rata. Data-data untuk penentuan koefisien m dan

    b dari persamaan garis akan disajikan dalam tabel 10 berikut.

    Tabel 10. Data untuk Penentuan Koefisien Persamaan Garis

    x y x2 xy

    0,00358 0,46 1,28164 x 10-5 1,6468 x 10-3

    0,00782 0,94 6,11524 x 10-5

    7,3508 x 10-3

    0,01140 1,38 1,2996 x 10-4 0,015732

    0,015574 1,874 2,42549476 x 10-4 0,029185676

    0,019812 2,28 3,92515344 x 10-4

    0,04517136

    0,026328 2,864 6,93163584 x 10-4 0,075403392

    0,029976 3,178 8,98560576 x 10-4 0,095263728

    0,036428 3,614 1,326999184 x 10-3

    0,131650792

    x=0,150918 y=16,59 x=3,757716964x10-3 y=0,401404548

    m=(,)- (0,150918)(16,59)8(3,757716964x10-3)(,)2

    m= ,7,285492988x10-3

    m= 97,11172122

    b=(,)(3,757716964x10-3)- (0,150918)(0,401404548)

    8(3,757716964x10-3)(,)2

    b=,

    7,285492988x10-3

    b = 60,13937898

    Jadi, persamaan garisnya adalah y = 97,11172122x + 60,13937898.

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    20/25

    Analisa Kesalahan Karena ini percobaan yang bersifat online, maka praktikan memiliki

    keterbatasan untuk memperkirakan apa saja kesalahan-kesalahan yang terjadi

    dan penyebab-penyebab kesalahan tersebut. Maka praktikan menduga bahwa

    kesalahan yang terjadi mungkin adalah pada saat pengambilan data pengamatan

    pada pengukuran V1 hingga V8 yang diakibatkan oleh adanya kesalahan

    instrumen pengukuran ataupun pengaruh suhu ruangan ataupun suhu pada

    semikonduktor itu sendiri yang tidak diketahui praktikan dengan pasti. Selain

    itu, mungkin adanya faktor human error dari praktikan baik saat pengambilan

    data, penyusunan data, serta pengolahan data percobaan. Oleh sebab itu,

    praktikan mencoba meminimalisir kesalahan-kesalahan tersebut terutama dari

    segi perhitungan, yaitu dengan cara tidak menggunakan pembulatan angka

    melainkan menyadur angka hasil perhitungan yang tertera pada kalkulator.

    Dengan cara ini diharapkan hasil perhitungan lebih akurat.

    Perkiraan seberapa besar kesalahan yang terjadi pada saat penentuan koefisien-koefisien persamaan garis dengan metode least square (kuadrat terkecil) dapat

    ditentukan sebagai berikut.

    Sy2

    =

    (y

    2)

    (x

    2)()2- 2(x)(xy)(y)+ n(xy)2n(x2)()2

    Sb= Sy (x2)n(x

    2)()2

    Sm= Sy nn(x

    2)()2

    Tabel 11. Data untuk Penentuan Kesalahan Persamaan Garis

    x y x2 y

    2 xy

    0,00358 0,46 1,28164 x 10-5 0,2116 1,6468 x 10-3

    0,00782 0,94 6,11524 x 10-5 0,8836 7,3508 x 10-3

    0,01140 1,38 1,2996 x 10-4

    1,9044 0,015732

    0,015574 1,874 2,42549476 x 10-4 3,511876 0,029185676

    0,019812 2,28 3,92515344 x 10-4

    5,1984 0,04517136

    0,026328 2,864 6,93163584 x 10-4

    8,202496 0,075403392

    0,029976 3,178 8,98560576 x 10-4 10,099684 0,095263728

    0,036428 3,614 1,326999184 x 10-3 13,060996 0,131650792

    x = 0,150918 y = 16,59 x= 3,757716964x10-3 y= 43,073052 xy = 0,401404548

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    21/25

    Dengan memasukkan data-data pada tabel 11 akan didapatkan hasil berikut.

    Sy2

    = (43,073052) (3,757716964x10 -3)(16,59)

    2- 2(0,150918)(0,401404548)(16,59)+ 8(0,401404548)2

    8(3,757716964x10 -3)(0,150918)2 Sy

    2=16 (43,073052) (1,0342293) (2,010016913) +(1,289004889)

    7,285492988x10-3

    Sy2= [(43,073052) 42,99191239]

    Sy2= 0,01352326873

    Sy = 0,11628959

    Sb= Sy(x

    2)

    n(x2)()2 =0,11628959

    (3,757716964x10-3)

    8(3,757716964x10-3)(,)2

    Sb= 0,11628959(3,757716964x10 -3)7,285492988x10-3= 0,08351671424

    Sm = 0,11628959 88(3,757716964x10 -3)(0,150918)2= 0,11628959

    8

    7,285492988x10-3

    Sm = 3,853508849

    Sm menunjukkan simpangan yang terjadi saat penentuan gradien pada

    persamaan garis y = mx + b, sedangkan Sb menunjukkan simpangan yang

    terjadi saat penentuan b pada persamaan garis y = mx + b. Sementara itu, nilai

    kekuatan hubungan antara tegangan rata-rata (sumbu y) dan arus rata-rata

    (sumbu x) pada grafik, dapat ditentukan dengan menggunakan metode korelasi

    linier. Nilai ini dinyatakan sebagai koefisien determinasi (R2), yang didefinisikan

    sebagai perbandingan dari variasi terjelaskan terhadap variasi total. Nilai

    koefisien determinasi berkisar antara 0 (tidak ada relasi) dan 1 (relasi sempurna).Penentuan koefisien determinasi sebagai nilai kekuatan hubungan antar variabel

    dari grafik pada Gambar 8, dapat ditentukan sebagai berikut.

    R2=(xy)-(x)(y)

    ((x2)()2)((y2)()2)

    R2=(0,401404548)-(0,150918)(16,59)

    ((3,757716964x10 -3)(0,150918)2)((43,073052)(16,59)2)

    R

    2

    =

    (,)(7,285492988x10-3)(,)

    R2= 0,990640847

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    22/25

    F. Kesimpulan Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena

    konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi lain

    (doping).

    Semikonduktor bila dilewati oleh arus listrik akan menimbulkan disipasi panas.Disipasi panas ini akan mengurangi nilai hambatan semikonduktor tersebut

    tersebut. Besarnya disipasi panas dapat dinyatakan sebagai berikut.

    P = I2R

    Berkurangnya nilai hambatan semikonduktor akan mengakibatkan ikatan elektron-elektron banyak yang terlepas, sehingga elektron-elektron mudah bergerak untuk

    menghantarkan listrik.

    Ketika nilai hambatan semikonduktor turun, maka konduktivitasnya (kemampuanuntuk menghantarkan arus listrik) semakin tinggi sehingga arus yang mengalir pun

    meningkat.

    Bila rangkaian semikonduktor dialiri listrik oleh suatu beda potensial, tegangan (V)yang semakin tinggi akan menyebabkan arus (I) yang mengalir pun semakin tinggi

    seiring dengan menurunnya nilai hambatan (R) semikonduktor. Hal ini sejalan

    dengan hubungan antara V dan I yang berbanding lurus pada hukum Ohm.V = IR

    Bentu kurva pada grafik hubungan antara tegangan rata-rata terhadap arus rata-rataadalah cenderung linier dan mempunyai persamaan garis y = 97,11172122x +

    60,13937898. y Sy= y 0,11628959, m Sm= 97,11172122 3,853508849, b

    Sb= 60,13937898 0,08351671424.

    Koefisien determinasi untuk grafik hubungan antara tegangan rata-rata terhadaparus rata-rata adalah R

    2= 0,990640847. Koefisien determinasi mendekati 1 berarti

    mendekati relasi sempurna. Berarti 99,0640847% dari nilai variabel terikat dapat

    dijelaskan oleh variasi nilai variabel bebasnya (kekuatan relasi antar variabel amat

    kuat).

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    23/25

    G. Referensi1. Giancoli, D.C. 2001. Fisika, Edisi Kelima Jilid Dua. (Terj. Yuhilza Hanum). Jakarta:

    Penerbit Erlangga

    2. Halliday, Resnick, Walker. 1984. Fisika, Edisi Ketiga Jilid Dua. (Terj. Pantur Silabandan Erwin Sucipto). Jakarta: Penerbit Erlangga

    3. http://sitrampil7.ui.ac.id/lr03Diakses oleh Rizqi Pandu Sudarmawan pada hari Sabtu tanggal 22 Oktober 2011,

    pukul 12.01-12.10 WIB.

    4. Tipler, P A., 1998.Fisika untuk Sains dan Teknik-Jilid 2.(Terj. Bambang Soegiono).Jakarta:Penebit Erlangga

    5. Yo u n g , Hu g h D . & F reed man , Ro g er A . 2 0 0 4 . Sears andZeman sky s : Uni ver si t yPhysics. San Fransisco: Pearson Education, Inc.

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    24/25

    H. LampiranData Percobaan

    V(volt) I(mA)

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.46 3.58

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.82

    0.94 7.821.38 11.40

    1.38 11.40

    1.38 11.40

    1.38 11.40

    1.38 11.40

    1.88 15.31

    1.87 15.64

    1.88 15.64

    1.87 15.64

    1.87 15.642.28 19.55

    2.28 19.88

    2.28 20.20

    2.28 19.55

    2.28 19.88

    2.87 25.74

    2.87 26.07

    2.86 26.72

    2.86 26.39

    2.86 26.72

    3.19 29.00

    3.18 29.65

    3.18 30.30

    3.17 30.30

    3.17 30.63

    3.63 35.52

    3.62 35.84

    3.61 36.49

    3.61 36.82

    3.60 37.47

  • 7/22/2019 Laporan Praktikum Modul LR 03: Fisika Dasar 2 2011

    25/25