1. Apa yang dimaksud dengan dioda, beserta simbol dari dioda?
Jawab:
Dioda adalah sebuah komponen elektronika pasif yang memiliki dua terminal, yaitu anoda dan katoda yang terbuat dari bahan semikonduktor, dimana berfungsi sebagai penghantar arus listrik dalam satu arah tertentu (kondisi panjar maju), sementara menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).
Berikut gambar dari simbol dioda:
2. Jelaskan prinsip kerja dan kurva karakteristik dari diode!
Jawab:
Prinsip Kerja Dioda :
Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju IF (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur IR (reverse bias) dari hubungan baterai seperti gambar.
Pada dasarnya dioda akan mengalami konduksi jika diberi tegangan maju yang cukup (0,7 V untuk dioda silikon dan 0,2 V untuk dioda germanium). Setelah mencapai tegangan tersebut, setiap kenaikan tegangan akan diikuti dengan kenaikan arus.
Pada saat terjadi forward bias, terjadi perpindahan muatan listrik positif ke bagian positif dioda yang akan mengisi positif layer sehingga menekan depletion layer. Sedangkan pada reverse bias, muatan positif dan muatan negative pada daerah P dioda akan ditarik oleh sumber. Sehingga depletion layer akan melebar dan tidak dapat mengalirkan arus.
Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu:
a) Kondisi Tanpa Tegangan (unbiased)
Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektron-elektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.
b) Kondisi Tegangan Positif (forward biased)
Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.
c) Kondisi Tegangan Negatif (reverse biased)
Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.
Kurva Karakteristik Dioda :
Kurva karakteristik dioda adalah grafik yang menggambarkan hubungan antara tegangan (V) yang diterapkan pada dioda dan arus (I) yang mengalir melalui dioda tersebut. Dalam konteks dioda, ada dua jenis kurva karakteristik utama yang biasanya digunakan:
a) Kurva Karakteristik Dioda Ideal:
Kurva karakteristik dioda ideal menggambarkan hubungan yang sempurna antara tegangan dan arus pada dioda. Pada dioda ideal, ketika tegangan positif diterapkan pada dioda (dalam polarisasi maju), arus akan mengalir tanpa hambatan dan dioda akan berperilaku seperti sumber arus tak terhingga. Sebaliknya, ketika tegangan negatif diterapkan pada dioda (dalam polarisasi mundur), arus akan hampir nol. Ini diwakili oleh garis vertikal pada grafik karakteristik dioda ideal.
b) Kurva Karakteristik Dioda Nyata:
Dioda nyata memiliki karakteristik yang lebih kompleks daripada dioda ideal. Kurva karakteristik dioda nyata mencerminkan perilaku nyata dioda dalam hal tegangan dan arus. Saat dioda nyata dalam polarisasi maju (tegangan positif), arus akan mulai mengalir secara signifikan setelah tegangan tertentu yang disebut tegangan ambang diterapkan. Diode memiliki resistansi internal yang menyebabkan penurunan tegangan saat arus mengalir melalui dioda. Kurva karakteristik dioda nyata biasanya berbentuk kurva eksponensial yang naik tajam setelah melewati tegangan ambang.
Dioda aktif apabila , untuk bahan semikonduktor Silikon VF = 0,7 Volt dan untuk bahan semikonduktor Germanium VF = 0,3 Volt. Dioda tidak aktif apabila VD < 0 maka untuk semikonduktor Silikon ID = 0 mA dan untuk semikonduktor Germanium ID =IR. Pada saat arus reverse bias maksimum atau sama dengan VBD (Breakdown Voltage) maka arus tak terhingga atau dioda dapat menjadi rusak.
Rumus umum untuk arus dioda ID adalah:
dimana,
IS = arus reverse saturasi
k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si
Tk = TC + 2730
3. Jelaskan apa yang dimaksud dengan dioda Zener!
Jawab:
Dioda Zener (Zener Diode) adalah komponen elektronika yang terbuat dari semikonduktor juga jenis dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik) dan saat dipasangkan pada rangkaian Forward Bias (Bias Maju), dioda zener akan memiliki karakteristik dan fungsi sebagaimana dioda normal pada umumnya.
Fungsi utama dioda zener adalah untuk mengatur tegangan dalam suatu rangkaian dengan cara yang sangat presisi.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Clipper!
Jawab:
Clipper adalah rangkaian dioda yang berfungsi untuk melakukan clip (memotong sinyal) terhadap sinyal input tanpa mendistorsi sinyal sisa. Rangkaian clippers adalah rangkaian pemotong sinyal input (Vi ) dengan memanfaatkan kerja dioda. Umumnya rangkaian clipper digunakan untuk memotong atau mengeliminasi sinyal noise atau bentuk gelombang baru pada suatu sinyal.
Dua jenis clipper yang umum adalah:
a. Positive Clipper (Clipper Positif)
Positive clipper memotong bagian atas gelombang sinyal input yang melebihi ambang atas tertentu. Hasilnya adalah gelombang yang memiliki amplitudo maksimum yang terbatas ke ambang atas tersebut.
b. Negative Clipper (Clipper Negatif)
Negative clipper memotong bagian bawah gelombang sinyal input yang kurang dari ambang bawah tertentu. Hasilnya adalah gelombang yang memiliki amplitudo minimum yang terbatas ke ambang bawah tersebut.
5. Jelaskan prinsip kerja clipper!
Jawab:
Prinsip kerja clipper adalah memotong atau membatasi (clipping) rentang tegangan sinyal inputnya ke dalam rentang tegangan yang lebih kecil atau terbatas. Ini dilakukan dengan cara mengarahkan sinyal input melalui suatu komponen atau sirkuit yang menghilangkan atau membatasi bagian-bagian dari sinyal yang melewati ambang tertentu.
Prinsip kerja clipper dapat dijelaskan dengan menggunakan dua jenis clipper utama: positive clipper (clipper positif) dan negative clipper (clipper negatif).
a) Positive Clipper (Clipper Positif)
Prinsip kerja positive clipper adalah memotong bagian atas (positif) dari sinyal input yang melampaui suatu tegangan ambang tertentu. Untuk sirkuit positif clipper yang menggunakan dioda, ketika tegangan input positif melewati dioda dalam arah polarisasi maju (forward bias), dioda akan mengalirkan arus dan mencegah tegangan output melampaui tegangan ambang tersebut. Oleh karena itu, sinyal output akan memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.
b) Negative Clipper (Clipper Negatif):
Prinsip kerja negative clipper adalah memotong bagian bawah (negatif) dari sinyal input yang lebih rendah dari suatu tegangan ambang tertentu. Dalam sirkuit negative clipper yang menggunakan dioda, ketika tegangan input negatif melewati dioda dalam arah polarisasi mundur (reverse bias), dioda akan menghambat aliran arus dan mencegah tegangan output mencapai nilai yang lebih rendah dari tegangan ambang tersebut. Akibatnya, sinyal output juga akan memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.
Dalam penggunaannya, terdapat susunan clipper secara seri dan paralel. Perbedaan prinsip kerja kedua susunan tersebut yaitu :
a) Clipper Seri:
Prinsip kerja clipper seri melibatkan penyisipan komponen (biasanya dioda) dalam jalur sinyal input. Dalam clipper seri, dioda ditempatkan secara seri dengan sinyal input. Ada dua kasus utama dalam clipper seri: positive clipper seri dan negative clipper seri:
- Positive Clipper Seri: Dalam positive clipper seri, dioda ditempatkan dalam jalur sinyal input sehingga hanya bagian atas (positif) sinyal input yang melampaui tegangan ambang dioda yang dipotong. Ketika tegangan input positif melewati ambang dioda, dioda akan mengalirkan arus dan memotong bagian atas sinyal tersebut. Prinsip ini memungkinkan sinyal positif untuk dipotong atau dibatasi sesuai kebutuhan.
- Negative Clipper Seri: Dalam negative clipper seri, dioda ditempatkan dalam jalur sinyal input untuk memotong bagian bawah (negatif) sinyal input yang lebih rendah dari tegangan ambang dioda. Ketika tegangan input negatif melewati ambang dioda, dioda akan menghambat arus dan memotong bagian bawah sinyal tersebut.
b) Clipper Paralel:
Prinsip kerja clipper paralel melibatkan penyisipan komponen dioda dalam jalur sinyal paralel atau cabang dengan sinyal input. Seperti clipper seri, clipper paralel juga memiliki dua kasus utama: positive clipper paralel dan negative clipper paralel.
- Positive Clipper Paralel: Dalam positive clipper paralel, resistor dan dioda ditempatkan paralel dengan sinyal input. Ketika tegangan input positif melewati ambang dioda, dioda akan mengalirkan arus melalui resistor, dan sinyal output akan dibatasi sesuai dengan tegangan dioda.
- Negative Clipper Paralel: Dalam negative clipper paralel, resistor dan dioda juga ditempatkan paralel dengan sinyal input. Ketika tegangan input negatif melewati ambang dioda, dioda akan menghambat aliran arus melalui resistor, dan bagian bawah sinyal output akan dipotong.
Rangkaian:
• Buatlah rangkaian forward bias dan reverse bias (Gambar 1.6 pada modul)
• Buatlah rangkaian forward bias dan reverse bias diode Zener
• Buatlah rangkaian clipper (Gambar 1.7 pada modul)
(Masing-masing rangkaian dilengkapi dengan Voltmeter dan Amperemeter)
a) Rangkaian forward bias dan reverse bias (Gambar 1.6 pada modul)
.png)
Prinsip Kerja:
Pada rangkaian forward bias. Dari sumber tegangan DC B1 sebesar 5 V akan memasuki R1 sebesar 100 ohm menuju kaki anoda dioda memasuki dioda dan keluar pada kaki katoda, dengan arus sebesar 0,04 A lalu mengalir menuju ground. Tegangan disekitar dioda diperoleh sebesar 0,72 V. Dikarenakan sumber positif bertemu dengan kaki positif dioda (anoda), terjadi pemindahan muatan positif yang akan mengisi positif layer dan menyebabkan depletion layer ditekan. Hal ini yang menyebabkan arus mengalir melewati dioda sehingga pada amperemeter terdeteksi arus menuju gound.
Pada rangkaian reverse bias. Dari sumber tegangan DC B2 5 V akan memasuki resistor R2 100 ohm menuju kaki katoda dioda. Dikarenakan sumber positif bertemu dengan kaki negatif dioda (katoda), muatan positif dan negatif dioda akan ditarik oleh sumber yang menyebabkan depletion layer melebar. Oleh karena itu, arus tertahan pada kaki katoda dioda dan tidak dapat mengalir melewati dioda, sehingga pada amperemeter terdeteksi arus menuju gound bernilai nol. Sedangkan tegangan disekitar dioda diperoleh sebesar 5 V.
b) Rangkaian forward bias dan reverse bias diode Zener
.png)
Prinsip Kerja:
Pada rangkaian forward bias dioda zener. Dari sumber tegangan DC B1 sebesar 5 V akan memasuki R1 100 ohm menuju kaki anoda pada dioda zener dan keluar pada kaki katoda, dengan arus sebesar 0,04 A lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur kecil yaitu sebesar 0,80 V. Hal ini disebabkan karena arus positif bertemu dengan kaki anoda dioda zener. Pada amperemeter, terlihat bahwa ada arus yang mengalir dari dioda menuju ground bernilai sangat kecil.
Pada rangkaian reverse bias dioda zener. Dari sumber tegangan DC B2 sebesar 5 V akan memasuki R1 100 ohm menuju kaki katoda pada dioda zener dan keluar pada kaki anoda, dengan arus sebesar 0,02 A lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur lebih besar daripada forward bias yaitu sebesar 2,48 V. Hal ini disebabkan karena arus positif bertemu dengan kaki katoda dioda zener. Pada amperemeter, terlihat bahwa ada arus yang mengalir dari dioda menuju ground bernilai lebih besar daripada arus di forward bias.
c) Rangkaian clipper (Gambar 1.7 pada modul)
- Clipper Positif
.png)
Prinsip Kerja:
Pada rangkaian clipper positif. Sumber tegangan AC VSINE diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju R1 sebesar 10k ohm. Arus akan dilanjutkan mengalir pada dioda dengan memasuki kaki anoda dioda. Rangkaian ini merupakan jenis clipper positif, yaitu rangkaian pemotongan sinyal input positif. Hal ini bisa dilihat pada osiloskop, dimana sinyal output yang terbaca hanyalah sisi negatif dari sinyal input.
- Clipper Negatif
.png)
Pada rangkaian clipper negatif. Sumber tegangan AC VSINE diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju R2 sebesar 10k ohm. Arus akan dilanjutkan mengalir pada dioda dengan memasuki kaki katoda dioda. Rangkaian ini merupakan jenis clipper negatif, yaitu rangkaian pemotongan sinyal input negatif. Hal ini bisa dilihat pada osiloskop, dimana sinyal output yang terbaca hanyalah sisi positif dari sinyal input.
a) Rangkaian forward bias dan reverse bias (Gambar 1.6 pada modul)
b) Rangkaian forward bias dan reverse bias diode Zener
c) Rangkaian clipper (Gambar 1.7 pada modul)
- Clipper Positif
- Clipper Negatif
a. File rangkaian :
- forward bias dioda dan reverse bias dioda [klik disini]
- forward bias dioda zener dan reverse bias dioda zener [klik disini]
- clipper positif [klik disini]
- clipper negatif [klik disini]
b. Video rangkaian :
- forward bias dioda dan reverse bias dioda [klik disini]
- forward bias dioda zener dan reverse bias dioda zener [klik disini]
- clipper positif [klik disini]
- clipper negatif [klik disini]
Tidak ada komentar:
Posting Komentar