TUGAS KELOMPOK 5Materi :

Dasar Rangkaian Dioda

Oleh :1. Galih Putra Munggaran2. Risna Andriani3. Nina Susanti

STT NUSA PUTRA SUKABUMITeknik Elektro

TEORI DASAR DIODADioda adalah komponen elektronika yang tersusun dari

bahan semikonduktor tipe-P dan tipe-N sehingga mempunyai sifat dari bahan semikonduktor.

Apabila dioda mendapat sumber tegangan luar dimana sisi-P mendapat polaritas positip (+) dan sisi-N mendapat polaritas negatip (-) yang dinamakan arah maju (forward bias) maka akan mengalir arus pada dioda.

Apabila sisi-P mendapat polaritas negatip (-) dan sisi-N mendapat polaritas positip (+) yang dinamakan arah balik (reverse bias) maka tidak ada arus yang mengalir pada dioda.

apabila dioda dianggap ideal yaitu tidak ada tegangan drop (melintas) pada dioda dan tidak mempunyai resistansi dalam. Sisi-P dari dioda dinamakan Anoda (A) dan sisi-N dinamakan Katoda (K).

Rangkaian Ekivalen Dioda

Rangkaian ekivalen model 1. Pada model ini dioda seperti rangkaian saklar saja yaitu jika arah maju (forward bias) maka seperti saklar yang nyambung sedangkan jika arah balik (reverse bias) seperti saklar yang terbuka.

Rangkaian ekivalen model 2. Pada model ini dioda seperti saklar yang seri dengan sumber tegangan sebesar Vb. Apabila sumber tegangan luar pada arah maju (forward bias) lebih besar dari Vb maka saklar akan sambung dan arus mengalir tetapi apabila tegangan luar lebih kecil dari Vb maka saklar terbuka dan tidak ada arus mengalir melewati dioda.

Rangkaian ekivalen model 3. Pada model ini dioda seperti saklar yang seri dengan sumber tegangan sebesar Vb dan seri dengan resistansi dalam dari dioda sebesar rd. Prinsip kerjanya seperti model 2.

Gambar. model 1

Gambar. model 2

Gambar. rangkaian ekivalensinya

Gambar. Dioda ideal dalam arah balik (reverse bias)

Aliran arus pada dioda persambungan p-n biasanya berbasis pada analisa gradient kepadatan pembawa muatan minoritas pada sisi daerah transisi.

Arus pada dioda terdiri dari komponen injeksi Ii yang sensitip terhadap potensial persambungan dan komponen saturasi balik (reverse) Is yang tidak terpengaruh potensial persambungan. Pada temperature T, arus injeksi Ii mempunyai bentuk Ae= Qv/Kt dan arus saturasi balik (reverse) sebesar Is yang negatip dan konstan.

9

Pada mode kerja maju (forward) maka pada anoda mendapat sumber tegangan (+) dan pada katoda mendapat sumber tegangan(-) sehingga begitu ada kenaikan tegangan sedikit saja apalagi jika diatas tegangan dalam dioda maka arus yang lewat dioda berubah sangat besar.

Pada mode kerja balik (reverse) anoda mendapat tegangan (-) dan pada katoda mendapat tegangan (+) maka arus yang lewat kecil sekali.

Apabila tegangan diperbesar arus yang lewat masih kecil dan apabila diperbesar terus sampai titik tegangan breakdown (Vb) maka arus sangat besar dan dioda menjadi rusak.

Dioda mempunyai tegangan balik maksimum yang dinamakan sebagai PIV (peak inverse voltage).

Apabila terjadi kesalahan pemasangan jika tegangan yang melintas dioda masih lebih kecil dari PIV maka dioda tidak mengalami kerusakan.

Garis Beban (Load Line) Dioda

Pembuatan garis-beban memungkinkan dilakukannya analisis terhadap rangkaian-rangkaian yang lebih kompleks dari sekedar dioda p-n.

Rangkaian sederhana dari dioda terdiri dari rangkaian seri dari sumber tegangan (Vs), tahanan pembatas arus (Rs) dan dioda pada arah maju (forward bias)

Apabila tegangan dalam (built in) atau tegangan drop dioda sebesar V maka persamaan arusnya adalah I=Vs −v/Rs

Persamaan ini apabila digambar pada grafik karakteristik arus-tegangan dari dioda maka akan didapat garis lurus yang dinamakan garis beban dan titik potong dengan karakteristik dioda maka didapat titik operasi (Q).

Contoh: Diketahui Vs= 5 V, Rs =200 ohm. Berapa arusnya?

Persamaan arus atau garis bebannya adalah I=Vs−V/Rs = atau I= 5-V/200 Apabila V=0, maka I=5-0/200= 25 mA, arus ini di namakan arus jenuh (saturasi)

Titik potong ini terletak pada titik A yaitu (0 V, 25 mA) dan titik A dinamakan titik saturasi (jenuh).

Apabila V = 5 volt maka didapat arus I =5-5/200=0mA

Titik potong ini dinamakan titik cutoff yang terletak di B yaitu (5 V, 0 mA).

Tegangan potong (cutoff) yaitu tegangan yang menyebabkan arusnya sama dengan nol.

Rangkaian Pemotong/Penggunting

(Clippier) Dioda

Rangkaian pemotong (clipper) adalah rangkaian yang tegangan sinyal output sama (proporsional) dengan tegangan sinyal input dan akan dipotong pada nilai tertentu.

Rangkaian pemotong terdiri dari pemotong positip, pemotong negatip dan pemotong positip-negatip.

Rangkaian pada gambar 2.8. dinamakan rangkaian pemotong positip (positip clipper) karena tegangan sinyal input positipnya yang dipotong.

Apabila ada tegangan drop pada dioda sebesar Vb maka apabila Vi > Vb maka tegangan sinyal output sama dengan Vb sedangkan yang lainnya tegangan output (Vo) sama dengan tegangan input (Vi) seperti pada gambar (b).

Jika dioda dianggap ideal maka tegangan output seperti pada gambar (c).

Gambar. Rangkaian pemotong positip (positip

clipper)

(b). Sinyal output (V0) apabila tegangan drop dioda = Vb

(a). Sinyal input Vi

(c). Sinyal output (V0) apabila dioda sama dengan ideal

Rangkaian pemotong negatip (negatip clipper) dimana pada gambar (b) untuk dioda praktis yaitu adanya tegangan drop pada dioda sebesar Vb untuk Vi < -Vb maka tegangan output dipotong pada Vo = -Vb dan gambar (c) untuk dioda ideal apabila Vi negatip maka Vo = 0.

Gambar. Rangkaian pemotong negatip (negatip clipper)

(a). Sinyal input Vi (b). Sinyal output (V0) apabila tegangan drop dioda = Vb

(c). Sinyal output (V0) apabila dioda sama

dengan ideal

Gambar. Rangkaian pemotong positip dan negatip

(a). Sinyal input Vi(b). Sinyal output (V0) apabila tegangan drop dioda = Vb

Rangkaian Pemotong (Clipper) tipe Seri

Rangkaian pemotong (clipper) tipe seri adalah rangkaian dengan sumber sinyal langsung masuk ke dioda.

Rangkaian clipper tipe seri dan hubungan antara masukan (input) dan luaran (output) seperti pada gambar 2.14. sampai 2.19.

Rangkaian negatip clipper

(a). Sinyal input (Vi)(b). Sinyal output (V0) apabila dioda ideal

Rangkaian positip clipper

(a). Sinyal input (Vi) (b). Sinyal output (V0) apabila dioda ideal

Rangkaian ClampingRangkaian clamping adalah rangkaian yang

terdiri dari kapasitor dan dioda yang berfungsi untukmenggeser sinyal masukan ke sisi positip atau ke sisi negatip tanpa merubah bentuk sinyal.

Rangkaian negatip clamping yaitu sinyal masukan (input) digeser ke sisi negatip tanpa merubah bentuk gelombang, tegangan maksimum menjadi nol.

Rangkaian positip clamping yaitu sinyal masukan digeser ke sisi positip, tegangan minimum digeser menjadi nol.

Rangkaian negatip clamping

(a). Sinyal input (Vi) (b). Sinyal output (V0) apabila dioda ideal

Rangkaian positip clamping

(a). Sinyal input (Vi) (b). Sinyal output (V0) apabila dioda ideal Vi=V0-Vm

Rangkaian Pengali Dua Tegangan (Voltage Doubler)

Adalah tegangan bolak-balik dengan frekuensi tertentu dan amplitudo sebesar Vm dapat dilipatkan nilai amplitudonya menjadi 2.Vm dengan menggunakan dioda dan kapasitor yang disusun seperti pada gambar di samping.

Prinsip kerja dari pengali dua tegangan (voltage doubler)

Arah arus rangkaian pengali dua tegangan setengah gelombang

positip

1. Apabila gelombang yang masuk polaritasnya positip (yaitu antara 0 - π ) maka dioda D1 pada mode arah maju (forward bias) yaitu anoda mendapat positip dan katoda mendapat negatip sehingga dioda seperti saklar yang nyambung (close).

Dioda D2 pada mode arah balik (reverse bias) sehingga kapasitor C1 diisi muatan (charge) dengan polaritas positip di sisi kiri dan polaritas negatip di sisi kanan sampai sama dengan Vm.

Arah arus rangkaian pengali dua tegangan setengah gelombang negatip

2. Apabila gelombang yang masuk polaritasnya negatip (yaitu antara π − 2π ) maka dioda D1 pada mode arah balik (reverse bias) yaitu anoda mendapat negatip dan katoda mendapat positip sehingga dioda seperti saklar yang terbuka (open) dioda D2 pada mode arah maju (forward bias) sehingga kapasitor C2 diisi muatan (charge) dengan polaritas positip pada sisi bawah dan polaritas negatip pada posisi atas sampai sama dengan 2.Vm karena kapasitor C1 membuang muatan (discharge) sehingga tegangan pada kapasitor C1 seri dengan tegangan pada sekunder trafo (Vm+Vm)

Rangkaian Pengali Tiga Tegangan (Voltage Tripler)

Rangkaian dari pengali tiga tegangan adalah sama seperti pengali dua tegangan ditambah satu dioda D3 dan satu kapasitor C3.

Prinsip kerja pengali tiga tegangan sama seperti pengali dua tegangan yaitu untuk setengah gelombang berikutnya (setengah periode ke tiga) maka D3 pada mode arah maju dan tegangan sekunder trafo (amplitudonya Vm) seri dengan tegangan kapasitor C2 (sebesar 2.Vm) dan kapasitor C2 membuang muatannya (discharge) sehingga mengisi kapasitor C1 sebesar Vm dan mengisi kapasitor C3 sebesar 2.Vm.

Tegangan seri dari C1 dan C2 sama dengan 3.Vm dimana polaritas positipnya pada ujung kiri C1 dan polaritas negatipnya pada ujung kanan C2.

Rangkaian pengali empat tegangan (Voltage Quadrapler)

Rangkaian pengali empat tegangan yaitu sama dengan pengali tiga dengan menambah dioda D4 dan kapasitor C4 sehingga pada setengah gelombang keempat dioda D4 arah maju dan C4 diisi muatan (charge) sampai amplitudonya sama dengan 2.Vm. Besar tegangan dari ujung kiri kapasitor C2 (positip) dan ujung kanan C4 (negatip) sama dengan 4.Vm

Rangkaian pengali tiga tegangan (Voltage Tripler Rangkaian pengali empat tegangan

(Voltage Quadrapler)

Latihan soal1. Jelaskan [engertian dasar rangkaian dioda?

2. Jelaskan rangkaian ekivalen dari dioda?

3. Jelaskan perbedaan antara reserve bias dan forward bias?

4. Jelaskan rangkaian pemotong atau penguting pada dioda?

5. Jelaskan perbedaan rangkaian pemotong positif dan rangkaian pemotong negatif?

6. Jelaskan rangkaian clamping pada dioda?

7. Jelakan perbedaan rangkaian pengali dua, tiga, empat tegangan?