Laporan Akhir Modul 1 : Karakteristik Dioda
prinsip kerja dioda:
1. Arus maju (forward bias):
- Ketika tegangan positif diterapkan pada anoda dan tegangan negatif pada katoda, dioda akan mengizinkan arus listrik untuk mengalir dari anoda ke katoda.
- Di dalam dioda, ada lapisan tipis yang disebut "lapisan deplesi" (depletion layer) yang memiliki sedikit pembawa muatan (elektron dan lubang).
- Tegangan maju yang diterapkan akan mengatasi potensial penghalang (barrier potential) di dalam lapisan deplesi, sehingga elektron dari anoda akan dapat bergerak ke katoda.
- Ini menghasilkan aliran arus listrik melalui dioda, dan dioda dalam kondisi ini memiliki hambatan rendah.
2. Arus mundur (reverse bias):
- Ketika tegangan positif diterapkan pada katoda dan tegangan negatif pada anoda, dioda akan menjadi sangat resistif terhadap arus listrik yang mencoba mengalir dari katoda ke anoda.
- Potensial penghalang di dalam lapisan deplesi akan meningkat, sehingga menghambat gerakan elektron.
- Dalam kondisi ini, dioda hampir tidak memungkinkan arus listrik melalui dirinya, dan memiliki hambatan yang sangat tinggi.
prinsip kerja diode Zener:
1. Bias Terbalik (Reverse Bias): Diode Zener biasanya diberi tegangan terbalik (reverse bias), artinya tegangan yang diberikan ke anoda (terminal positif) lebih rendah daripada katoda (terminal negatif). Hal ini membuat arus listrik mengalir dalam arah terbalik ke arah normalnya.
2. Regulasi Tegangan: Diode Zener memiliki karakteristik khusus yang disebut tegangan Zener atau tegangan breakdown. Ketika tegangan terbalik melebihi tegangan Zener, diode Zener akan mulai mengalirkan arus dalam arah terbaliknya. Ini menciptakan jalur alternatif bagi arus listrik untuk menghindari peningkatan tegangan yang signifikan. Dengan kata lain, diode Zener berfungsi sebagai regulator tegangan.
3. Tegangan Stabil: Saat diode Zener mengalirkan arus dalam arah terbaliknya, tegangan di sepanjang diode ini akan tetap stabil pada nilai tegangan Zener yang telah ditentukan. Ini memungkinkan penggunaan diode Zener sebagai referensi tegangan yang sangat stabil dalam berbagai aplikasi.
4. Limitasi Arus: Meskipun diode Zener dirancang untuk mengalirkan arus dalam arah terbalik, mereka memiliki batasan arus maksimum yang dapat mereka tangani tanpa merusak. Oleh karena itu, perlu menggunakan resistor pembatas (current-limiting resistor) dalam sirkuit untuk memastikan arus tetap dalam batas yang aman.
1. 1. Analisa pengaruh tegangan input terhadap
tegangan dan arus pada rangkaian forward bias
Jawab :
1. Tegangan Input (V_input): Ini adalah
tegangan yang diberikan ke dioda dalam rangkaian forward bias. Dalam kasus
dioda, tegangan ini harus positif (lebih tinggi dari tegangan ambang dioda)
untuk mengaktifkan dioda dan memungkinkan aliran arus melalui dioda.
2. Tegangan pada Dioda (V_diode): Tegangan
pada dioda adalah tegangan yang muncul di sepanjang dioda dalam rangkaian. Pada
kondisi forward bias, ketika tegangan input mencukupi untuk mengatasi tegangan
ambang dioda, tegangan dioda akan sekitar 0,6 hingga 0,7 volt untuk dioda
silikon (Si) dan sekitar 0,2 volt untuk dioda germanium (Ge). Oleh karena itu,
tegangan dioda akan mendekati nilai ambang ini saat dioda aktif dalam kondisi
forward bias.
3. Arus melalui Dioda (I_diode): Arus yang
mengalir melalui dioda dalam kondisi forwar bias dipengaruhi oleh tegangan
input dan karakteristik dioda. Lebih khusus lagi, arus dioda akan meningkat
secara eksponensial seiring dengan peningkatan tegangan input dalam kondisi
forward bias.
Jadi, dalam rangkaian forward bias,
peningkatan tegangan input akan menyebabkan peningkatan tegangan pada dioda dan
peningkatan arus yang mengalir melalui dioda. Namun, dioda memiliki batasan
tertentu dalam hal tegangan maksimum yang dapat ditangani, jadi pastikan untuk
tidak melebihi tegangan maksimum yang diijinkan oleh spesifikasi dioda yang
Anda gunakan.
prinsip kerja cliper
1. Clipper Positif (Positive Clipper):
- Clipper positif menghapus bagian atas sinyal input yang melebihi ambang batas positif yang telah ditentukan.
- Prinsip kerjanya adalah dengan menggunakan dioda atau transistor yang mengarahkan sinyal ke ground ketika nilainya melebihi ambang batas positif.
- Hasilnya adalah gelombang yang sudah dipotong bagian atasnya sehingga nilainya tidak pernah melewati ambang batas tersebut.
2. Clipper Negatif (Negative Clipper):
- Clipper negatif menghapus bagian bawah sinyal input yang melebihi ambang batas negatif yang telah ditentukan.
- Prinsip kerjanya juga menggunakan dioda atau transistor, tetapi dalam kasus ini, sinyal diarahkan ke ground ketika nilainya kurang dari ambang batas negatif.
- Hasilnya adalah gelombang yang sudah dipotong bagian bawahnya sehingga nilainya tidak pernah kurang dari ambang batas tersebut.
3. Clipper Ganda (Dual Clipper):
- Clipper ganda memotong kedua bagian atas dan bawah sinyal input dengan menggunakan dua ambang batas, satu positif dan satu negatif.
- Prinsip kerjanya menggabungkan prinsip kerja clipper positif dan negatif.
4. Clipper Zener (Zener Clipper):
- Clipper zener menggunakan dioda Zener sebagai komponen utama.
- Dioda Zener akan mengalirkan arus saat tegangan input melampaui tegangan ambang Zener, memotong sinyal input ke level ambang Zener tersebut.
Prinsip kerja dasar clipper adalah memanfaatkan karakteristik nonlinear dari dioda atau transistor untuk mengubah sinyal input. Ketika sinyal input melewati ambang batas yang telah ditentukan, komponen nonlinear ini akan mengubah jalur aliran sinyal sehingga sinyal output sesuai dengan batas yang diinginkan.
2. 2. Analisa pengaruh tegangan input terhadap
tegangan dan arus pada rangkaian reverse bias
Jawab :
Pengaruh tegangan input (V_reverse) terhadap tegangan dan arus pada rangkaian reverse bias dapat dijelaskan sebagai berikut:
1. Tegangan pada Diode (V_reverse):
-
Ketika diode berada dalam kondisi reverse bias, tegangan yang diberikan pada
terminal diode (V_reverse) lebih tinggi daripada tegangan ambang terbalik
(reverse breakdown voltage) dari diode tersebut.
-
Tegangan reverse bias ini akan menyebabkan terjadinya zona depletion (zona zona
pemiskinan) di sekitar junction p-n di dalam diode.
- Sebagian besar tegangan yang diberikan pada diode akan jatuh pada zona depletion ini, dan hanya sedikit tegangan yang tersisa pada diode itu sendiri.
2. Arus pada Diode (I_reverse):
-
Idealnya, dalam kondisi reverse bias, arus diode (I_reverse) akan sangat kecil,
hampir mendekati nol. Ini karena zona depletion yang terbentuk di junction p-n
akan menghalangi aliran arus mayoritas, sehingga hanya arus leakage (arus
kebocoran) yang akan mengalir.
- Namun, dalam praktiknya, ada sedikit arus kebocoran (leakage current) yang akan mengalir melalui diode. Arus kebocoran ini bisa sangat kecil, tetapi nilainya akan meningkat dengan meningkatnya tegangan reverse bias. Ini disebabkan oleh fenomena seperti efek tunel dan efek lainnya yang dapat memungkinkan aliran arus yang sangat kecil melalui zona depletion.
3. Pengaruh Tegangan Input:
-
Dengan meningkatnya tegangan input reverse bias (V_reverse), arus kebocoran
(I_reverse) akan meningkat secara eksponensial pada tingkat tertentu karena
efek-efek yang telah disebutkan di atas.
- Pada titik tertentu yang disebut sebagai tegangan breakdown (V_breakdown), diode dapat mengalami breakdown, yang dapat menghasilkan aliran arus yang lebih tinggi dan dapat merusak diode jika tegangan terus meningkat.
Jadi, secara umum, pengaruh tegangan input
terhadap tegangan dan arus pada rangkaian reverse bias adalah bahwa arus diode
akan sangat kecil pada awalnya dan akan meningkat dengan cepat seiring dengan
peningkatan tegangan reverse bias. Tegangan pada diode akan mencapai tingkat
tegangan breakdown di mana arus dapat meningkat secara signifikan atau di mana
diode dapat rusak. Oleh karena itu, penting untuk memahami karakteristik
tegangan reverse bias dan tegangan breakdown untuk mencegah kerusakan diode dalam
aplikasi praktis.
3. 3. Analisa prinsip kerja dari diode Zener
berdasarkan percobaan
Jawab :
Berikut adalah prinsip kerja diode Zener:
1. Bias Terbalik (Reverse Bias): Diode Zener biasanya diberi tegangan terbalik (reverse bias), artinya tegangan yang diberikan ke anoda (terminal positif) lebih rendah daripada katoda (terminal negatif). Hal ini membuat arus listrik mengalir dalam arah terbalik ke arah normalnya.
2. Regulasi Tegangan: Diode Zener memiliki karakteristik khusus yang disebut tegangan Zener atau tegangan breakdown. Ketika tegangan terbalik melebihi tegangan Zener, diode Zener akan mulai mengalirkan arus dalam arah terbaliknya. Ini menciptakan jalur alternatif bagi arus listrik untuk menghindari peningkatan tegangan yang signifikan. Dengan kata lain, diode Zener berfungsi sebagai regulator tegangan.
3. Tegangan Stabil: Saat diode Zener mengalirkan arus dalam arah terbaliknya, tegangan di sepanjang diode ini akan tetap stabil pada nilai tegangan Zener yang telah ditentukan. Ini memungkinkan penggunaan diode Zener sebagai referensi tegangan yang sangat stabil dalam berbagai aplikasi.
4. Limitasi Arus: Meskipun diode Zener dirancang untuk mengalirkan arus dalam arah terbalik, mereka memiliki batasan arus maksimum yang dapat mereka tangani tanpa merusak. Oleh karena itu, perlu menggunakan resistor pembatas (current-limiting resistor) dalam sirkuit untuk memastikan arus tetap dalam batas yang aman.
4. 4. Analisa prinsip kerja dari clipper berdasarkan
percobaan
Jawab :
1. Clipper Positif (Positive Clipper):
-
Clipper positif menghapus bagian atas sinyal input yang melebihi ambang batas
positif yang telah ditentukan.
-
Prinsip kerjanya adalah dengan menggunakan dioda atau transistor yang
mengarahkan sinyal ke ground ketika nilainya melebihi ambang batas positif.
- Hasilnya adalah gelombang yang sudah dipotong bagian atasnya sehingga nilainya tidak pernah melewati ambang batas tersebut.
2. Clipper Negatif (Negative Clipper):
-
Clipper negatif menghapus bagian bawah sinyal input yang melebihi ambang batas
negatif yang telah ditentukan.
-
Prinsip kerjanya juga menggunakan dioda atau transistor, tetapi dalam kasus
ini, sinyal diarahkan ke ground ketika nilainya kurang dari ambang batas
negatif.
- Hasilnya adalah gelombang yang sudah dipotong bagian bawahnya sehingga nilainya tidak pernah kurang dari ambang batas tersebut.
3. Clipper Ganda (Dual Clipper):
-
Clipper ganda memotong kedua bagian atas dan bawah sinyal input dengan
menggunakan dua ambang batas, satu positif dan satu negatif.
- Prinsip kerjanya menggabungkan prinsip kerja clipper positif dan negatif.
4. Clipper Zener (Zener Clipper):
-
Clipper zener menggunakan dioda Zener sebagai komponen utama.
- Dioda Zener akan mengalirkan arus saat tegangan input melampaui tegangan ambang Zener, memotong sinyal input ke level ambang Zener tersebut.
Prinsip kerja dasar clipper adalah
memanfaatkan karakteristik nonlinear dari dioda atau transistor untuk mengubah
sinyal input. Ketika sinyal input melewati ambang batas yang telah ditentukan,
komponen nonlinear ini akan mengubah jalur aliran sinyal sehingga sinyal output
sesuai dengan batas yang diinginkan.
Download file rangkaian diode [klik disini]
Download file rangkaian diode zener [klik disini]
Download file rangkaian clipper [klik disini]
Download video rangkaian diode forward bias[klik disini]
Download video rangkaian diode reverse bias[klik disini]
Download video rangkaian diode zener[ klik disini]
Download video rangkaian clipper[ klik disini]
Download datasheet dioda [klik disini]
Komentar
Posting Komentar