KARAKTERISTIK DIODA (E5)

KARAKTERISTIK DIODA (E5)

Desy Novitasari, Siti Nor Fatmah, Irma Sari, Ali Fitroni, Tuti Nurlatifah, Mirna Wati, & Heny Amelia Program Studi Pendidikan Fisika, Jurusan Pendidikan Matematika dan Ipa, Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, Universitas Lambung Mangkurat Jl. Brigjend Hasan Basry, Kotak Pos 219 Banjarmasin 70123 Indonesia e-mail: info@unlam.ac.id

Abstrak— Percobaan  ini  bertujuan untuk mengetahui dioda penyearah, karakteristik I-V, menentukan garis beban dan titik operasi dari karakteristik dioda penyearah. Metode yang digunakan dengan merangkai dioda panjar maju dan mundur. Arus dan tegangan panjar maju lebih besar daripada panjar mundur,ini sesuai teori. Nilai arus secara percobaan panjar maju adalah {(0,0020±0,0008)A;(0,0710±0,0008)A; (0,1607±0,0008)A;(0,2425±0,0008)A;(0,3346±0,0008)A}  dan untuk panjar mundur sebesar {(0,0025±0,0008)A; (0,0504±0,0008)A;(0,09860±0,0008)A;(0,1439±0,0008)A; (0,1932 ± 0,0008)A}. Nilai arus sedikit berbeda dengan percobaan dikarenakan ketidaktepatan dalam membaca alat ukur.

                Kata Kunci—dioda, panjar, arus, tegangan

I.                    PENDAHULUAN

D

ioda memegang peranan penting dalam elektronika, diantaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan searah dari tegangan bolak balik, untuk membuat berbagai gelombang isyarat, untuk mengukur tegnagan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan jala-jala (PLN), untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor, mengesan gelombang mikro dan sebagainya. Dioda merupakan perangkat semikonduktor sambungan P-N paling sederhana yang memiliki sifat mengalirkan arus hanya dalam satu arah. Ada beberapa macam rangkaian dioda diantaranya penyearah setengah gelombang, penyearah gelombang penuh, rangkaian pemotong, rangkaian penjepit maupun pengganda tegangan.

Berdasarkan latarbelakang tersebut dapat diambil suatu rumusan masalah yakni “bagaimana mengetahui secara mendasar dioda penyearah, mengetahui karakteristik I-V , menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah ?”

Adapun tujuan dari percobaan kali ini yaitu untuk mengetahui secara mendasar dioda penyearah, untuk mengetahui karakteristik I-V , untuk menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta untuk mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah.

II.                  KAJIAN TEORI

Bagian pembahasan ini akan diarahkan pada penjelasan secara singkat tentang diode semikonduktor.Perlu diingat bahwa diode adalah komponen elektronik yang banyak kegunaannya  dalam perancangan.Pada dasarnya diode terbuat dari persambungan dua tipe bahan semikonduktor,yaitu separuh tipe P dan separuhnya tipe N.

          Jika semikonduktor tipe P dan tipe N tersebut dipersambungkan melalui proses tertentu (tentunya dengan teknologi tinggi),maka akan terbentuk diode yang memiliki karakteristik yang unik.

          Pada unit ini,akan ditinjau dua jenis diode dari sekian banyak jenis diode yang sangat penting dalam dunia divais dan rancang bangun elektronik,yaitu diode penyearah dan diode zener.

1.Dioda Penyearah

a.Pra-tegangan maju (Forward Bias)

                                Suatu Kristal p-n dapat bekerja sebagai diode karena arus didalamnya hanya dapat mengalir dalam satu arah dan tidak sebaliknya.Peristiwa yang dilukiskan pada gambar 1 adalah yang terjadi jika antara ujung bahan p dan n diberi sumber ggl.Dengan sisi-p dihubungkan dengan kutub positif baterai dan sisi-n dengan kutub negative baterai.Pada keadaan ini dikatakan sambungan p-n diberi panjar maju.Dalam keadaan demikian,electron dari bagian n dan hole dari bagian p mudah menyebrangi persambungan,sehingga terjadi aliran listrik.

Gambar 1. Pra-tegangan maju

b.Pra-tegangan Mundur (Reverse Bias)

                                Sekarang,jika kutub baterai dibalik,sisi-p dihubungkan dengan kutub negative baterai dan sisi-n dihubungkan dengan kutub positif baterai,dikatakan sambungan p-n diberi panjar mundur yang diilustrasikan seperti gambar 2.

Gambar 2. Pra tegangan mundur

                Pada keadan panjar mundur tersebut,electron dalam sisi-n dan hole dalam sisi-p sudah mengalir.Sehingga dapatlah disimpulkan bahwa suatu sambungan p-n akan mengalirkan arus bila diberi tegangan maju dan susah mengalirkan arus bila diberi tegangan mundur,ini adalah sifat dari dioda.^[1]

                Ciri (karakteristik) diode adalah hubungan antara arus diode dan beda tegangan antara kedua ujung diode.Untuk diode sambungan p-n,lengkung cirinya seperti gambar 3.

Gambar 3.Lengkung Ciri Dioda

Pada lengkung cirri diode,arus diode i_D=0 jika V_o=0.Ini sesuaidengan yang sudah dibahas sebelumnya,yaitu pada keadaan tanpa tegangan (V_o=0) arus minoritas dan arus mayoritas mempunyai besar sama tetapi arah yang berlawanan,sehingga arus total pada keadaan tanpa tegangan panjar sama dengan nol.^[2]

                Untuk mengetahui karakteristik diode dapat dilakukan sDC dan sebuah resistor.Dari rangkaian percobaan diode tersebut dapat diukur tegangan yang diberikan.Dari rangkaian pengujian tersebut dapat dibuat kurva karakteristik diode yang merupakan fungsi dari arus I_D yang memiliki diode,terhadap tegangan V_D beda tegangan antara titik a dan b.^[3]

Gambar 4.(a) rangkaian untuk mengukur karakteristik static diode (b)Kurva karakteristik diode.

Garis Beban dan Titik Operasi Q

                Sub ini akan memperkenalkan garis beban,yang digunakan untuk menentukan nilai sebenarnya dari arus dan tegangan diode.Tinjau kembali untuk diode penyearah dan diode zener,didalam rangkaian tersebut sumber tegangan V_s mem-forward bias diode penyearah dan mem-reverse bias diode zener melalui tahanan seri R_s.Perbedaan potensial pada tahanan adalah V_s-V₁ dan arusnya adalah :

                                                                                                        (1)

                                                                                                      (2)

Sedangkan untuk arus  beban bila menggunakan tahanan beban  R_L :

(V₁=V_z untuk diode zener)                                                                             (3)

Karena rangkaian dua simpal,arus seri terbagi pada persambungan diode dan tahanan beban,dari hukum kirchoff diperoleh :

I_s=I_Z-I_L                                                                                                                                                   (4)

Dengan memvariasikan besarnya tegangan sumber,maka akan diperoleh beberapa titik dimana setiap pasangan titik,satu titik pada sumbu arus dan satu titik lagi pada sumber tegangan pada grafik karakteristik diode,maka dapat ditarik garis beban melalui titik-titik potong tegak dan mendatar,hasilnya adalah perpotongan garis beban dengan lengkung diri diode merupakan titikoperasi diode.^[1]

Arus yang mengalir melalui diode adalah hasilpenjumlahan dari arus injeksi dan arus saturasi.Sehinggadaripengertian itu didapatkan rumus umum untuk penyelesaian persamaan diode adalah sebagai berikut :

                                                                                (5)

Dari persamaan diatas dapat digunakan untuk mencari nilai karakteristik diode yaitu hubungan antara tegangan diode (V_d) dan arus diode (I_d).Karakteristik diode sendiri adalah grafik hubungan antara besar kuat arus yang melewati diode dan beda tegangan antara kedua ujung diode.^[4]

Pada dasarnya diode zener memiliki karakteristik yang hampir sama dengan diode penyearah yaitu memiliki karakteristik maju  mundur.Pda diode zener bias maju V_ji=0,sedangkan bias mundur pada saat terjadigejala yang serupa breakdown pada diode penyearah.Diode zener akan menghantarkan tanpa kerusakan,tegangan ini disebut tegangan zener.Suatu diode zener yang dirancang akan menghantar pada tegangan zenernya untuk bias reverse lazimnya dalam kemasan ditulis sebagai X_vy misalkan x=2.y=3 berati V_z=2,3 V atau 2v3,daya zener maksimal.^[5]

III. METODE PERCOBAAN

               

Pada percobaan rangkaian karakteristik dioda ini diperlkan peralatan seperti sebuah dioda penyearah, sebuah multitester digital, sebuah resistor, sebuah power supplay, sebuah basicmeter sebagai fungsi amperemeter, sebuah hambatan geser,  dan delapan buah kabel penghubung.

Gambar 5. Alat dan bahan percobaan

Adapun rumusan hipotesis yang saya ajukan pada percobaan karakteristik dioda ini yaitu pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit menalir.Serta semakin besar sumber tegangan maka kuat arus akan semakin besar.

 Pada percobaan kali ini telah dilakukan identifikasi dan definisi operasional variabel yakni variabel manipulasinya adalah tegangan sumber V_s dalam satuan volt. Dimana tegangan sumber adalah besarnya tegangan yang mengalir pada rangkaian yang berasal dari power supply, yang diukur mengunakan multitester kembali, yakni diubah-ubah sebanyak 5 kali sebesar (0,17±0,01)v, (2,56±0,01)v, (5,16±0,01)v, (7,50±0,01)v dan (10,10±0,01). Variabel responya adalah Tegangan (V) dalam satuan volt  dan arus (I) dalam satuan ampere. Dimana tegangan adalah besarnya tegangan yang terbaca pada multitester sebagai fungsi voltmeter  dengan satuan Volt. Arus adalah besarnya arus yang terbaca pada amperemeter dalam satuan amppere. Dan variabel kontrolnya yaitu  dioda penyearah, hambatan geser dengan resistansi (28,00±0,01)W dan resistor dengan resistansi (28,00±0,01)W yang diukur kembali menggunakan multitester sebagai fungsi ohmmeter, dimana ketiga alat ini kita usahakan dalam keadaan tetap, serta dengan menetapkan rangkaian yakni rangkaian dioda penyearah panjar maju dan dioda penyearah panjar mundur.

Prosedur kerja yang dilakukan dalam percobaan kali ini terbagi menjadi dua yakni dioda penyearah panjar maju dan dioda penyearah panjar mundur. Percobaan pertama yakni percobaan rangkaian dioda penyearah panjar maju, pertama-tama merangkai peralatan seperti gambar 6.

Gambar 6. Rangkaian Percobaan panjar maju

 Mencatat spesifikasi komponen-komponen yang digunakan. Memastikan bahwa tidak ada kesalahan, on-kan power supply dan mengukur arus dan tegangan, dengan besar sumber tegangan yang berbeda-beda. Mencatat hasil pengukuran pada tabel 1. Percobaan kedua yakni percobaan rangkaian dioda panjar mundur, dengan merangkai peralatan seperti pada gambar 7.

Gambar 7. Rangkaian Percobaan Panjar Maju

Melakukan langkah yang sama seperti pada percobaan pertama. Dan mencatat hasil pengukuran pada tabel 2. Menganalisis hasil yang  diperoleh dengan menggunakan  persamaan-persamaan berikut ini.

                                     (6)

Dengan ketidakpastian

    (7)

IV. DATA DAN PEMBAHASAN

          Percobaan karakteristik ini bertujuan untuk mengetahui secara mendasar dioda penyearah, untuk mengetahui karakteristik I-V , untuk menentukan garis beban dan titik operasi dari dioda penyearah, serta untuk mengetahui prinsip pengaturan tegangan dengan dioda penyearah. Pengukuran besar hambatan pada komponen yang digunakan dalam satuan ohm dan tegangan sumber ataupun tegangan dioda dalam satuan volt diukur menggunakan multitester sehingga ketelitiannya sebesar 0,01 volt. Serta pengukuran arus menggunakan basicmeter dalam satuan ampere dengan batas ukur 1 A dan jumlah skala yang digunakan 100 sehingga nilai skala terkecilnya 0,01 ampere dan ketelitiannya sebesar 0,005 ampere.

Pada percobaan dioda penyearah dengan menggunakan rangkaian panjar maju dan panjar mundur ini telah diperoleh hasil pengukuran yang tampak pada tabel berikut ini.

R_s= (28,00±0,01)W dan R_L= (25,00±0,01)W

Tabel 1. Dioda Penyearah Panjar Maju

NO	(Vs±0,01) volt	(VD±0,01) volt	(I±0,005) ampere
1	0,17	0,12	0,000
2	2,56	0,57	0,040
3	5,16	0,66	0,120
4	7,50	0,71	0,240
5	10,10	0,73	0,300

Tabel 2. Dioda Penyearah Panjar Mundur

NO	(Vs±0,01) volt	(VD±0,01) volt	(I±0,005) ampere
1	0,17	0,10	0,000
2	2,56	1,15	0,020
3	5,16	2,40	0,080
4	7,50	3,47	0,120
5	10,10	4,69	0,160

Berdasarkan hasil percobaan tersebut dapat diperoleh nilai kuat arus dengan menggunakan persamaan 6 dan nilai ketidakpastiannya menggunakan persamaan 7. Pada percobaan panjar maju berdasarkan hasil pengukuran pada tabel 1 telah diperoleh nilai arus pada masing-masing sumber tegangan secara berurutan sebesar (0,0020±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 40% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 60%, (0,0710±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 1,16% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 98,84%, (0,1607±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,5% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,5%, (0,2425±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,4% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,4% dan (0,3346±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,27% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,73%. Berdasarkan hasil tersebut dapat dilihat bahwa nilai kuat arus yang dihitung menggunakan persamaan 6 nilainya hampir sama dengan nilai arus yang telah diukur, dapat dilihat pada tabel 1. Berdasarkan angka kesalahan relatifnya hanya pada percobaan pertama yang nilainya diragukan karena angka derajat kepercayaannya hanya sebesar 60%.

Pada percobaan panjar mundur dapat dilihat pada tabel 2 hasil pengukurannya, dan nilai arus yang juga dapat dihitung menggunakan persamaan 6 dan dengan ketelitiannya menggunakan persamaan 7. Hasil perhitunhan pada masing-masing tegangan secara berurutan adalah sebesar (0,0025±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 32% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 68%, (0,0504±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 1,6% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 98,4%, (0,09860±0,0008)A dengan kesalahan relatif 0,85% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,15%, (0,1439±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,6% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,4% dan (0,1932±0,0008)A dengan kesalahan relatif sebesar 0,45% sehingga derajat kepercayaannya sebesar 99,55%. Berdasarkan hasil perhitungan dan pengukuran nilai arusnya tidak terlalu jauh berbeda dan dapat dilihat pula pada kesalahan relatif yang kecil, hanya saja pada percobaan pertama yang yang nilai kesalahan relatifnya yang cukup besar jadi nilai tersebut masih diragukan.

Seharusnya pada percobaan panjar maju maupun panjar mundur nilai kuat arus yang terukur pada amperemeter dan berdasarkan persamaan 6 itu nilainya sama, tetapi masih terdapat percbedaan. Hal tersebut dikarenakan ketidaktepatan dalam membaca alat ukur seperti pada amperemeter dan sulitnya menentukan nilai yang terbaca pada multitester fungsi voltmeter karena nilai yang muncul tidak stabil.

Berdasarkan hasil percobaan dan nilai teoritis kuat arus dapat dibuat grafik hubungan terhadap tegangan sumber antara panjar maju dan panjar mundur yakni sebagai berikut.

Gambar 8. Grafik I-V Percobaan

Gambar 8. Grafik I-V Percobaan

Berdasarkan grafik secara percobaan dan teoritis, bentuknya sudah sama hanya saja ada perbedaan sedikit pada nilai arusnya. Dengan demikian dapat dikatakan percobaan kali ini hampir berhasil. Dan hasil percobaan kali ini sudah sesuai dengan teoritis yang diajukan pada hipotesis yakni pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit menalir.Serta semakin besar sumber tegangan maka kuat arus akan semakin besar.

V. SIMPULAN

                 

Dioda penyearah adalah dioda yang hanya mengalirkan arus satu arah. Arus dan tegangan diode penyearah pada panjar maju lebih besar dibandingkan dengan arus dan tegangan pada panjarmundur. Ini dikarenakan pada panjar maju lebih mudah mengalirkan arus dibandingkan pada panjar mundur. Sehingga nilai arus dan tegangan panjar maju lebih besar dibandingkan dengan panjar mundur. Berdasarkan gambar 7 dan gambar 8 dapat dilihat dengan jelas bahwa yakni  pada rangkaian dioda jika diberi panjar maju maka akan lebih mudah menghantarkan arus dan jika diberikan panjar mundur maka arus akan sulit mengalir. Sehingga karakter dari arus terhadap tegangan yaitu arus akan semakin meningkat ketika diberikan tegangan sumber yang besar. Dan artinya prinsip dari pengaturan tegangan yakni semakin besar tegangan yang diberikan maka kuat arus akan semakin besar pula, karena tegangan sebanding dengan kuat arus (V~I).

Berdasarkan percobaan diperoleh nilai kuat arus pada setiap sumber tegangan secara berurutan sebesar (0,0020±0,0008)A, (0,0710±0,0008)A, (0,1607±0,0008)A, (0,2425±0,0008)A dan (0,3346±0,0008)A untuk panjar maju dan untuk panjar mundur sebesar (0,0025±0,0008)A, (0,0504±0,0008)A, (0,09860±0,0008)A (0,1439±0,0008)A dan (0,1932±0,0008)A. Berdasarkan hasil percobaan tersebut dapat dilihat bahwa percobaan hampir berhasil. Hanya sedikit kesalahan yang terjadi saat percobaan yakni ketidaktepatan dalam membaca alat ukur yang dikarenakan angka yang muncul tidak stabil.

UCAPAN TERIMAKASIH

     Saya mengucapkan terimakasih kepada asisten praktikum Karakteristik Dioda (E5) yaitu Heny Amelia yang memberikan bimbingan saat melalukan praktikum ataupun pralaboratorium. Serta kepada teman-teman satu kelompok yang telah bekerja sama dengan baik dalam menyelesaikan percobaan ini.

DAFTAR PUSTAKA

[1]   Tim Dosen Fisika Elektronika Dasar 1. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar. Banjarmasin : FKIP UNLAM

[2]   Sutrisno. 1986. Elektonika Teori dan Penerapannya.  Bandung : ITB

[3]   Misbah. 2015. Hand Out Elektronika Dasar I. Banjarmasin : FKIP UNLAM

[4]   Istichoroh, Nuzulul. 2013. Simulasi Karakteristik Dioda dengan menggunakan Bahasa Pemrograman Delphi 7.0. UNESA. Diambil www.academia.edu/3266628/SIMULASI_KARAKTERISTIK_DIODA­_DENGAN_MENGGUNAKAN_BAHASA_PEMROGRAMAN_DELPHI_7.0. 4 November 2015 pukul 12:50 WITA

[5]   Ahmad, Jayadin. 2007. ELEKTRONIKA DASAR. Jakarta : Elektronik Book