1. Apa yang dimaksud dengan dioda, beserta simbol dari
dioda?
Dioda adalah komponen yang berfungsi untuk menyearahkan sekaligus sebagai penghambat arus listrik, disusun dari beragam bahan yang bersifat semikonduktor. Umumnya jenis bahan yang digunakan dalam proses pembuatannya yakni seperti silikon, germanium, dan lain sebagainya.
Pada dioda, Anda akan menemukan dua buah kutub yang saling berlawanan. Dimana salah satunya adalah kutub bermuatan positif (anoda), kemudian sisi lainnya adalah kutub dengan muatan negatif (katoda).
Karena hal itu juga, maka dioda dapat digunakan untuk 2 fungsi sekaligus. Misalnya pada satu sisi dapat digunakan sebagai dioda penyearah arus, kemudian sisi lainnya akan digunakan sebagai penghambat arus listrik.
Simbol dari Dioda
2. Jelaskan prinsip kerja dan kurva karakteristik dari diode
Secara
sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi
tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan
tegangan negatif (reverse biased).
Kondisi
tanpa tegangan
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.
Kondisi
tegangan positif (Forward-bias)
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.
Kondisi
tegangan negatif (Reverse-bias)
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.
Karakteristik Dioda Pada Grafik
Karakteristik dioda yang dijelaskan diatas hanya menunjukkan perilaku komponen dioda saat dipasang maju (forward) dan mundur (reverse).
Untuk menjelaskan karakteristik dioda secara lebih detail dibutuhkan sebuah pengamatan dengan alat ukur seperti multimeter dan tidak hanya sekedar dengan nyala lampu. Untuk itu kita membutuhkan sebuah rangkaian untuk pengukuran seperti berikut ini.
Pengukuran dilakukan dengan memberi tegangan input pada kaki anoda dioda dan mengukur tegangan output pada kaki katoda dioda.
Besarnya tegangan input bisa bervariasi mulai dari tegangan negatif dengan level tertentu sesuai dengan datasheet dioda sampai pada tegangan positif dengan level tertentu diatas tegangan forward dioda. Dikutip dari sparkfun, kita bisa amati hasil pengukuran akan menunjukkan grafik fungsi tegangan terhadap arus seperti berikut ini.
Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar) dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak menghambat.
Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.
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
Dioda Zener adalah jenis dioda khusus yang dirancang untuk beroperasi pada kondisi bias mundur tertentu dan menjaga tegangan di kedua ujungnya pada tingkat yang relatif konstan. Dioda ini dinamai dari ilmuwan Amerika, Clarence Zener, yang pertama kali mengusulkan penggunaannya sebagai pengatur tegangan.
Ciri khas dioda Zener adalah bahwa ia dapat bekerja pada kondisi bias mundur di daerah breakdown yang disebut "zona Zener" atau "zona avalanche." Ketika dioda Zener diberi tegangan yang melebihi tegangan breakdown tertentu, dioda tersebut akan mengalami breakdown dan membiarkan arus mengalir dalam arah bias mundur. Pada saat inilah dioda Zener akan menjaga tegangan di kedua ujungnya relatif konstan, bahkan jika tegangan input berubah.
Fungsi utama dioda Zener adalah sebagai pengatur tegangan. Ini berarti dioda Zener dapat digunakan untuk menjaga tegangan konstan dalam sebuah sirkuit elektronika, bahkan jika tegangan inputnya bervariasi. Dengan memasukkan dioda Zener ke dalam sirkuit dengan resistor seri, kita dapat menciptakan sumber tegangan referensi yang stabil.
4. Jelaskan apa yang dimaksud dengan Clipper
Clipper adalah suatu rangkaian dalam elektronika yang dirancang untuk memotong atau membatasi bagian dari sinyal gelombang (waveform). Tujuan utama dari clipper adalah untuk mengubah bentuk sinyal gelombang dengan memangkas atau "meng-clip" bagian sinyal yang berada di atas atau di bawah suatu ambang batas tertentu. Clipper dapat digunakan untuk berbagai tujuan, termasuk pengaturan amplitudo sinyal, pemotongan gelombang, atau pembentukan gelombang khusus.
Ada dua jenis clipper utama:
Positive Clipper (Clipper Positif):
- > Pada positive clipper, sinyal gelombang dipotong pada bagian positifnya.
- > Ambang batasnya ditentukan oleh suatu nilai tertentu.
- > Hasilnya adalah sinyal gelombang yang hanya memiliki amplitudo positif di atas ambang batas, sedangkan bagian negatifnya dipotong.
Negative Clipper (Clipper Negatif):
- > Pada negative clipper, sinyal gelombang dipotong pada bagian negatifnya.
- > Ambang batasnya juga ditentukan oleh suatu nilai tertentu.
- > Hasilnya adalah sinyal gelombang yang hanya memiliki amplitudo negatif di bawah ambang batas, sedangkan bagian positifnya dipotong.
5. Jelaskan prinsip kerja clipper
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.
A. DIODA
- 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 ground.
- 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.
1 Dioda
2 Dioda Zener
File rangkaian reverse bias dioda [ klik disini ]File rangkaian forward bias zener [ klik disini ]File rangkaian reverse bias zener [ klik disini ]File rangkaian clipper positif [ klik disini ]File rangkaian clipper negatif [ klik disini ]Video rangkaian forward bias dan reverse bias dioda [ klik disini ]Video rangkaian forward bias dan reverse bias dioda zener [ klik disini ]Video rangkaian clipper positif dan negatif [ klik disini ]Datasheet dioda [ klik disini ]Datasheet resistor [ klik disini ]Datasheet dioda zener [ klik disini ]
.jpg)
0 komentar:
Posting Komentar