jurnal karakteristik dioda

KARAKTERISTIK DIODA

Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Tarbiyah UIN Alauddin Makassar

Abstrak

Telah dilakukan praktikum elektronika dasar 1 dengan judul “karakteristik dioda”.Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Elektronik Jurusan Pendidikan Fisika. Praktikum ini bertujuan untuk, memahami prinsip kerja dioda penyearah  serta untuk menggambarkan dan menjelaskan karakteristik Arus-Tegangan (I-V) dari diode penyearah. Ada beberapa variabel dalam praktikum ini, yaitu: variabel kontrol (potensiometer), variabel manipulasi (tegangan potensiometer), variabel konstan (sumber tegangan pada catu daya), dan variabel ukur (arus dioda dan tegangan dioda). Hasil pengamatan menunjukkan bahwa titik kerja dioda berada pada tegangan 0,54 volt dan arus 0,047 A Sedangkan pada panjar mundur, arus yang mengalir hanya sedikit. Pembahasan: ketika rangkaian diberikan panjar maju, arus yang mengalir pada awalnya tetap. Namun, setelah mencapai titik kerja dioda arus yang mengalir semakin melonjak naik dan perubahan tegangannya semakin kecil. Berbeda ketika diberikan panjar mundur, arus yang mengalir hanya sedikit meskipun tegangannya diperbesar.  Kesimpulan yang diproleh dari hasil praktikum ini adalah:pertama, prinsip kerja dioda penyearah pada panjar maju dan panjar mundur. Kedua, karakteristik arus dan tegangan pada dioda penyearah ketika diberikan panjar maju dan panjar mundur.

Kata kunci: karakteristik dioda - dioda penyearah – panjar maju – panjar mundur

TUJUAN

1. Memahami prinsip kerja diode penyearah
2. Menggambarkan dan menjelaskan karakteristik Arus-Tegangan (I-V) dari diode penyearah

METODOLOGI EKSPERIMEN

Teori Singkat

            Semikonduktor memiliki karakteristik tersendiri, yaitu: maju saat ini dan tegangan cadangan. Maju saat ini menggambarkan jumlah maksimal arus yang aman dapat dibiarkan mengalir melalui dioda dan persimpangannya. Tegangan cadangan  adalah istilah yang digunakan untuk kondisi yang ada saat dioda adalah cadangan bias. Dioda menunjukkan resistensi yang sangat tinggi ketika itu adalah cadangan bias (Khandpur, 1999:122).

Dioda dibuat dari jenis bahan yang berlainan. Ada dua kelompok yang penting, yakni dioda germanium dan dioda silikon. Tegangan jatuh (voltase drop) pada dioda germanium tidak sama dengan tegangan jatuh pada dioda silikon (Daryanto, 2000:72). Untuk dioda silikon  V_potong    0,6 volt dan untuk dioda germanium V_potong    0,3 volt (Sutrisno, 1986:85).

Gambar 8.1: lengkung ciri diode

(sumber:© buku sutrisno “elektronika teori dan penerapannya”.1986)

Pada lengkung ciri dioda, arus dioda I_D=0 jika V_D=0. Pada keadaan tanpa tegangan V_D=0, arus mayoritas dan arus minoritas mempunyai besar sama tetapi arah yang berlawanan, sehingga arus total pada keadaan tanpa tegangan panjar sama dengan nol (Sutrisno, 1985:85). Dengan membalikkan kondisi bias (V_D < 0 volt), untuk saat ini yang ada dalam kondisi reverse bias disebut arus saturasi balik. Istilah  saturasi  berasal dari kenyataan bahwa jika mencapai tingkat max cepat dan tidak berubah secara signifikan dengan meningkatkan potensi reverse bias (Boylestad, 1997:12). Jika dioda diberi tegangan maju, yaitu V_D > 0 volt, arus I_D mula-mula mempunyai nilai I_D  0, sehingga V_D=V_potong, setelah arus dioda naik dengan cepatnya terhadap perubahan tegangan dioda (Sutrisno, 1986:85). Model sederhana ini membentuk dua fitur penting dari kurva karakteristik nyata: saat naik pesat untuk V_D < 0 volt dan kecil sebaliknya. Model ini juga dapat diungkapkan dengan kata-kata: dioda tidak akan membiarkan arus kecuali bias maju, ketika bias maju jatuh tegangan dioda adalah 0,6 V (Eggleston, 2011:81). 

Alat dan Bahan

1. Alat:

1. Kabel penghubung                                                            9 buah
2. Ammeter 20mA                                                                1 buah
3. Voltmeter 2V                                                                    1 buah
4. Power supply 0-7,5 V                                                       1 buah
   
   

1. Bahan:

1. Dioda penyearah IN 4003                                                 1 buah
2. Resistor batu 5W150 ohmJ                                               1 buah
3. Resistor batu 5W100 KohmJ                                            1 buah
4. Potensiometer B10K                                                         1 buah

Identifikasi Variabel

Variabel kontrol          : potensiometer

Variabel manipulasi     : tegangan potensiometer

Variabel konstan         : sumber tegangan pada catu daya

Variabel ukur              : arus dioda dan tegangan dioda

Definisi Operasional Variabel

1. Potensiometer : salah satu komponen elektronika yang digunakan untuk mengubah-ubah nilai tegangan sumber.
2. Tegangan potensiometer : tegangan sumber yang diubah-ubah dengan menggunakan potensiometer, yaitu dengan cara memutar potensiometer.
3. Sumber tegangan pada catu daya merupakan tegangan catu daya yang telah ditetapkan sebelum penganbilan data.
4. Arus tegangan dioda merupakan perubahan arus dan tegangan dioda yang diamati dan terukur pada multimeter.

ProsedurKerja

            Prosedur kerja pada percobaan ini adalah:

1. Panjar maju untuk dioda penyearah

1. Menbuat rangkaian seperti rangkaian berikut:

   R

   VD

   ID

   VS

   
   

Gambar 8.2: rangkaian dioda panjar maju

(sumber:© penuntun praktikum elektronika dasar I.2012)

1. Mengatur tegangan pada pada power supply yaitu 7,5 volt
2. Mengatur potensiometer pada posisi minimun dan mengamati penunjukkan kedua yang tertera pada alat ukur.
3. Menaikkan tegangan bias dengan memutar potensiometer hingga voltmeter menunjukkan tegangan 0,01 volt, mencatat penunjukkan kedua alat ukur pada tabel pengamatan
4. Mengulangi kegiatan d, untuk tiap kenaikan tegangan bias.
5. Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamatan.

1. Panjar mundur pada dioda penyearah

1. Menbuat rangkaian seperti rangkaian berikut:

   R

   VD

   ID

   VS

   
   
   
   
   
   
   
   

Gambar 8.3: rangkaian dioda panjar mundur

(sumber:© penuntun praktikum elektronika dasar I.2012)

1. Mengatur tegangan pada pada power supply yaitu 7,5 volt
2. Mengatur potensiometer pada posisi minimun dan mengamati penunjukkan kedua yang tertera pada alat ukur.
3. Menurunkan tegangan bias dengan memutar potensiometer hingga voltmeter menunjukkan tegangan -0,01 volt, mencatat penunjukkan kedua alat ukur pada tabel pengamatan
4. Mengulangi kegiatan d, untuk tiap penurunan tegangan bias.
5. Mencatat hasil pengamatan pada tabel pengamatan.

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

Hasil Pengamatan                            

Kegiatan 8.1: karakteristik dioda dengan panjar maju

Tegangan sumber                    : 7,5 volt

Batas ukur amperemeter         : 20 mA

Batas ukur voltmeter               : 20 v

Resistor                                   : 150 ohm

Tabel 8.1 : hubungan antara tegangan dioda (V_D)  dengan arus dioda (I_D)  pada  panjar maju

No.	Tegangan dioda (volt)	Arus dioda (A)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29	0 0,02 0,07 0,12 0,15 0,18 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,48 0,52 0,54 0,55 0,56 0,57 0,58 0,59 0,6 0,61 0,62 0,63 0,64 0,65 0,66 0,67 0,68 0,7	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0,0001 0,0003 0,0011 0,0019 0,0047 0,0058 0,0073 0,0082 0,0103 0,0118 0,0122 0,0127 0,0146 0,0278 0,0368 0,0450 0,0518 0,0700 0,0778 0,0939

                                                                                            

Grafik 8.1 : hubungan antara tegangan dioda (V_D)  dengan arus dioda (I_D)  pada  panjar maju

Kegiatan 8.2 : karakteristik dioda dengan panjar mundur

Tegangan sumber                    : 7,5 volt

Batas ukur amperemeter         : 20 mA

Batas ukur voltmeter               : 20 v

Resistor                                   : 100 Kohm

Tabel 8.2 : hubungan antara tegangan dioda (V_D)  dengan arus dioda (I_D)  pada  panjar mundur

No.	Tegangan dioda (volt)	Arus dioda (A)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44	-0,01 -0,05 -0,18 -0,23 -0,32 -0,44 -0,046 -0,5 -0,59 -0,6 -0,65 -0,73 -0,77 -0,87 -0,9 -1,67 -1,2 -1,34 -1,42 -1,63 -1,74 -1,88 -2,04 -2,16 -2,25 -2,31 -2,55 -2,62 -2,81 -3,12 -3,34 -3,67 -4,15 -4,46 -5,02 -5,38 -5,91 -6,29 -6,46 -6,82 -6,96 -7,12 -7,37 -7,44	0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001 -0,0001

                                                                                              

Grafik 8.1 : hubungan antara tegangan dioda (V_D)  dengan arus dioda (I_D)  pada  panjar mundur

PEMBAHASAN

Kegiatan 8.1: hubungan antara arus dan tegangan pada panjar maju

Pada percobaan ini, kami menggunakan tegangan sumber sebesar 7,5 volt, batas ukur amperemeter 20 mA, batas ukur voltmeter 20 v dan resistor 150 ohm. Ada dua multimeter digital yang kami gunakan dalam kegiatan ini. Salah satu dari multimeter digital tersebut digunakan untuk mengukur arus dan multimeter digital yang lainnya difungsikan untuk mengukur tegangan. Dalam percobaan ini, juga digunakan potensiometer dan dioda. Komponen potensiometer di sini digunakan untuk memanipulasi tegangan dan arus dioda. Komponen dioda merupakan komponen yang akan diukur arus dan tegangannya.

Pada kegiatan ini, kami menggunakan panjar maju sehingga kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan anoda pada dioda. Sedangkan kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan katoda pada anoda. Untuk memperoleh data mengenai hubungan antara arus dioda dengan tegangan dioda, maka tegangan sumber kita manipulasi dengan menggunakan potensiometer, yaitu dengan cara memutarnya dengan perlahan-lahan.

Pada percobaan ini, kami melakukan pengambilan data sebanyak 29 kali, yaitu dari  tegangan 0 sampai 0,7 volt. Pada tegangan 0-0,52 volt arus pada dioda hanya sedikit mengalami peningkatan, yaitu dari 0 sampai 0,0001 A. Namun, pada tegangan tertentu, yaitu 0,54 volt arus pada dioda meningkat drastis dari 0,0019 mA hingga 0,0047 A, artinya pada tegangan 0,54 volt dioda sudah mulai bekerja atau titik kerja dioda terletak pada tegangan 0,54 volt dan arus 0,0047 A. Mulai dari tegangan 0,54 dan seterusnya, arus pada dioda terus mengalami peningkatan secara drastis dari yang sebelumnya. Namun,  peningkatan pada tegangan sangat rendah.

Dari pengamatan grafik terlihat bahwa titik kerja dioda terletak pada tegangan 0,54 volt dan arus 0,0047 A. Untuk menentukan titik kerja dioda pada grafik maka tegaangan sumber, yaitu 7,5 volt dihubungkan dengan arus dioda yang telah dibagi dengan nilai hambatannya.

Dari tabel hasil pengamatan dan grafik yang terbentuk dari hasil pengamatan, kami peroleh bahwa titik kerja dioda terletak pada tegangan 0,54 volt dan arus 0,0047 A. Sedangkan pada teori, dioda silikon mulai bekerja pada tegangan 0,6 volt. Hal ini menunjukkan bahwa antara teori dengan hasil pengamatan terdapat sedikit perbedaan.

Kegiatan 8.2: : hubungan antara arus dan tegangan pada panjar mundur

Pada percobaan ini, kami menggunakan tegangan sumber sebesar 7,5 volt, batas ukur amperemeter 20 mA, batas ukur voltmeter 20 v dan resistor 100 Kohm. Ada dua multimeter digital yang kami gunakan dalam kegiatan ini. Salah satu dari multimeter digital tersebut digunakan untuk mengukur arus dan multimeter digital yang lainnya difungsikan untuk mengukur tegangan. Dalam percobaan ini, juga digunakan potensiometer dan dioda. Komponen potensiometer di sini digunakan untuk memanipulasi tegangan dan arus dioda. Komponen dioda merupakan komponen yang akan diukur arus dan tegangannya.

Pada kegiatan ini, kami menggunakan panjar mundur sehingga kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan katoda pada dioda. Sedangkan kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan anoda pada anoda. Untuk memperoleh data mengenai hubungan antara arus dioda dengan tegangan dioda, maka tegangan sumber kita manipulasi dengan menggunakan potensiometer, yaitu dengan cara memutarnya dengan perlahan-lahan.

Pada percobaan ini, kami melakukan pengambilan data sebanyak 44 kali, yaitu pada tegangan (-0,01) sampai (-7,44) volt.  Pada tegangan -0,01 hingga          -5,02 volt, tidak ada arus yang mengalir (I_D=0). Sedangan pada tegangan -5,38 hingga -7,44 volt, arus yang mengalir sangat kecil yaitu -0,01mA. Hal ini menunjukkan bahwa panjar mundur tidak dapat digunakan pada rangkaian dioda penyearah.

            Pada percobaan ini, kami melakukan pengambilan data sebanyak 44 kali.  yaitu pada tegangan (-0,01) sampai (-7,44) volt.  Namun, peningkatan arusnya sangat sedikit, yaitu dari 0 sampai -0,0001 A. Pada tegangan -0,01 sampai -5,02 volt, tidak ada arus yang mengalir (I_D=0). Sedangan pada tegangan -5,38 sampai -7,44 volt, sudah ada arus yang mengalir tetapi  sangat kecil yaitu -0,0001 A. Hal ini menunjukkan bahwa panjar mundur tidak dapat digunakan pada rangkaian dioda penyearah karena arus yang mengalir pada rangkaian tersebut sangat kecil. Dari pengamatan grafik terlihat bahwa perubahan arusnya sangat kecil, meskipun tegangannya diperbesar.

            Dari tabel hasil pengamatan dan grafik yang terbentuk dari hasil pengamatan, kami dapat menyimpulkan bahwa panjar mundur tidak dapat digunakan dalam rangkaian dioda. Hal ini disebabkan karena perubahan arus yang terjadi sangat kecil meskipun tegangannya diperbesar.

SIMPULAN DAN DISKUSI          

1. Simpulan  

Pada panjar maju, kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan anoda pada dioda dan kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan katoda pada dioda. Ketika rangkaian diberikan panjar maju, dioda akan bekerja pada tegangan tertentu. Dari tabel hasil pengamatan dan grafik yang terbentuk dari hasil pengamatan, kami peroleh bahwa titik kerja dioda terletak pada tegangan 0,54 volt dan arus 0,0047 A. Saat mencapai titik kerja arus dioda terus mengalami peningkatan secara drastis dan peningkatan tegangannya sangat rendah. Pada panjar mundur, kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan katoda pada dioda dan kutub negatif sumber tegangan dihubungkan dengan anoda pada dioda. Dari tabel hasil pengamatan dan grafik yang terbentuk dari hasil pengamatan, kami dapat menyimpulkan bahwa panjar mundur tidak dapat digunakan dalam rangkaian dioda. Hal ini disebabkan karena perubahan arus yang terjadi sangat kecil meskipun tegangannya diperbesar.

1. Diskusi
   Dalam percobaan ini, ada dua kesalahan yang dilakukan yang terjadi, diantaranya: pertama: kesalahan dalam memilih komponen yang akan dirangkai. Ada beberapa komponen yang sudah rusak, seperti potensiometer dan dioda. Kedua: kurang ketelitian dalam memutar potensiometer saat  memanipulasi tegangan sumber sehingga titik kerja dioda yang diperoleh agak menyimpang dari teori.

DAFTAR RUJUKAN

Boylestad, Robert L. 1997. Electronica: Teoria De Circuitos. Mexico: Universided Autonoma Metropoplitana-Iztapalapa.

Daryanto, Drs. 2000. Pengetahuan Teknik Elektronika. Jakarta: Bumi Aksara.

Eggleston, Denis L. 2011. Basic Electronis For Scientists and Engineers. Cambridge: Cambridge University Press.

Khandpur, R.S. 1999. Basic Electronic Components Hardware. New Delhi: CEDTI.

Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung : ITB.