Igo Vandani Imran

Tugas Pendahuluan Modul 1 Karakteristik Dioda

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal [Kembali]

1. Apa yang dimaksud dengan dioda, beserta simbol dari dioda?

Jawab :

Dioda merupakan komponen elektronika yang mempunyai dua elektroda (terminal), dapat berfungsi sebagai penyearah arus listrik. Ada dua jenis dioda yaitu dioda tabung dan dioda semikonduktor. Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Dioda dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Dioda sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan sering kali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Dioda pada suatu gambar rangkaian disimbolkan sebagai berikut :

2. Jelaskan prinsip kerja dan kurva karakteristik dari dioda!

Jawab :

Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju IF (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar 19 dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur IR (reverse bias ) dari hubungan baterai seperti gambar berikut :

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:

1. 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.

2. 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.

Kurva karakteristik dioda digambarkan seperti gambar berikut :

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 dioda adalah :

keterangan :

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 adalah jenis khusus dari dioda yang dirancang untuk beroperasi dalam mode terbalik (polarisasi mundur) secara khusus untuk menjaga tegangan di sekitar nilai tertentu yang disebut tegangan Zener atau tegangan ambang Zener. Dioda Zener sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik untuk menjaga tegangan tetap dan stabil dalam sirkuit. Dioda Zener (Zener Diode) adalah Komponen Elektronika yang terbuat dari Semikonduktor dan merupakan jenis Dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Pada saat dipasangkan pada Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Dioda Zener akan memiliki karakteristik dan fungsi sebagaimana Dioda Normal pada umumnya. Prinsip kerja Dioda Zener adalah sama dengan kondisi arus reverse dioda dimana pada saat dimana VBD disebut juga dengan VZ maka dioda zener akan aktif dan teganan tetap sebesar tegangan zener VZ walaupun VD diberikan < V.

4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan clipper!

jawab:

   Clipper adalah sebuah sirkuit elektronik yang digunakan untuk memotong atau membatasi (clipping) rentang tegangan sinyal inputnya ke dalam rentang tegangan yang lebih kecil atau terbatas. Sirkuit clipper sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronik untuk mengubah bentuk sinyal, membatasi level tegangan, atau menghapus bagian dari sinyal input.
Ada dua jenis clipper utama:
1. Positive Clipper (Clipper Positif):
   Positive clipper memotong bagian atas (positif) dari sinyal input yang melampaui suatu tegangan ambang tertentu. Ini berarti bahwa sinyal input yang lebih besar dari nilai ambang akan "dipotong" sehingga tidak dapat melewati tegangan ambang tersebut. Hasilnya adalah sinyal output yang memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.
2. Negative Clipper (Clipper Negatif):
   Negative clipper memotong bagian bawah (negatif) dari sinyal input yang lebih rendah dari suatu tegangan ambang tertentu. Dalam hal ini, sinyal input yang lebih kecil dari nilai ambang akan "dipotong" sehingga tidak dapat mencapai nilai tegangan ambang tersebut. Hasilnya adalah sinyal output yang juga memiliki rentang tegangan yang lebih terbatas daripada sinyal inputnya.

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).
1. 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.
2. 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 :

1. 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.
2. 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.

2. Prinsip Kerja [Kembali]

a. Diode

FORWARD BIAS

Pada rangkaian forward bias, arus dari sumber tegangan akan memasuki resistor R1 sebesar 100 ohm menuju kaki anoda dioda dan keluar pada kaki katoda, lalu mengalir menuju ground. 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.

REVERSE BIAS

Pada rangkaian reverse bias, arus dari sumber tegangan akan memasuki resistor R1 sebesar 100 ohm menuju kaki katoda dioda. Dikarenakan sumber positif bertemu dengan kaki negatif dioda (katoda), muatan positif dan negatif dioda pada daerah P akan ditarik oleh sumber. Hal ini 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.

B. Dioda Zener

Forward Bias

Pada rangkaian, sumber dc sebesar 5v akan mengalirkan arus menuju R1 sebesar 100 ohm, dan memasuki kaki anoda pada dioda zener. Arus akan lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur kecil. 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.

Reverse Bias

Pada rangkaian, sumber dc sebesar 5v akan mengalirkan arus menuju R1 sebesar 100 ohm, dan memasuki kaki katoda pada dioda zener. Arus akan lanjut mengalir menuju ke ground. Nilai tegangan yang terdapat pada rangkaian terukur lebih besar daripada forward bias. 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 darpada arus diforward bias.

c. Clipper

Clipper Positif

Pada rangkaian, sumber tegangan ac diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju resistor 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

Pada rangkaian, sumber tegangan ac diberikan sebesar 7,5v dengan frekuensi 1 kHz menuju resistor 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.

3. Video Simulasi [Kembali]

1. DIODA