A. Diode
Diode
adalah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki 1 buah junction, sering
disebut sebagai komponen 2 lapis (lapis N dan P) dan secara fisik digambarkan :
Bias diode adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Apabila A
diberi tegangan positif dan K diberi tegangan negative maka bias tersebut
dikatakan bias maju (forward bias). Bias
diode adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Apabila A diberi
tegangan positif dan K diberi tegangan negative maka bias tersebut dikatakan
bias maju (forward bias). Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan
ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode atau VA-VK > Vj dan selalu
positif. Sebaliknya apabila A diberi tegangan negative dan K diberi tegangan
positif, arus yang mengalir (IR) jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju.
Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju (IF) diperlakukan
baterai tegangan yang diberikan dengan IF tidak terlalu besar maupun tidak ada
peningkatan IR yang cukup significant.
Bias diode
Ada 2 macam
bias :
1.
bias positif atau bias maju (forward bias)
2.
bias negative atau bias mundur (reverse bias)
1. Pada kondisi
bias positif, anode lebih positif dari katoda.
ɛj=
medan listrik yang ada disjunction
ɛ=
medan lisrik sumber bias dari luar (medan luar)
Apabila
ɛ > ɛj
maka akan terjadi arus difusi didalam diode untuk hole dari P ke N untuk
electron dari N ke P. Arus difusi didalam diode tersebut diimbangi oleh aliran arus
listrik dari kutub positif sumber ke diode dan berakhir ke kutub negative
sumber. Dikatakan diode menghantar pada kondisi tegangan anode-katoda berkisar
Vji yang disebut dengan cut in thereshold untuk Si Vji 0.6 – 0.7v Ge 0.3 – 0.4 Lazimnya
tegangan anode-katode sedikit diatas Vji. Pada bias positif, diode bersifat
serupa konduktor dengan nilai hambatan yang disebut hambatan maju (RF). Nilai
RF=RP+RN , RP dan RN disebut hambatan bulk.
Karakteristik
arus tegangan diode dapat ditinjau melalui 2 pendekatan :
1. Diode Ideal
2. Diode Riil
Untuk
diode ideal, didekati melalui pendekatan setengah linier (Piece Wise
Linier) ada 3
pendekatan,
yang didekati secara grafis.
disini
diode dimodelkan sebagai saklar ideal yaitu suatu saklar yang memiliki cirri
untuk kondisi tertutup R=0 dan untuk kondisi terbuka R= ~ . Untuk bias negative
diode dianggap sebagai isolator dengan nilai hambatan RR >> RF. Pada
model ini untuk bias positif sebagai saklar tertutup (on) dan pada bias
negative sebagai saklar terbuka (off), kedua kondisi bias dilukiskan pada
grafik I/V. Model kedua adalah untuk bias positif sebagai saklar non-ideal pada
kondisi tertutup R_0. Untuk bias negative sebagai saklar ideal. Kedua bias
tersebut dilukiskan sebagai berikut :
Untuk
model ketiga bias positif sebagai saklar non-ideal yang tertutup terpasang seri
dengan sumber tegangan Vji. Untuk bias negative sebagai saklar ideal terbuka
dengan grafik sebagai berikut :
1.1 Diode Riil
Diode Riil model
diode riil, didekati oleh pendekatan ke-3 dari diode ideal dengan pendekatan tambahan,
pada bias negative nilai RR≠ ~ sehingga terjadi arus reverse yang disebut arus
bocor atau arus saturasi. Umumnya dalam orde nanoampere. Ditulis sebagai IB atau IS, arus IS, dipandang
sebagai gerakan pembawa minoritas nilai IS berubah
terhadap suhu atau IS = aT3. Untuk bias positif
terjadi hubungan eksponensial antara arus dan tegangan. ID ≈ eV/VT
, VT=tegangan
termal = kT/g. Grafik karakteristik diode riil digambarkan sebagai berikut :
Pada nilai VR =
VBVO, terjadi peningkatan Is yang luar biasa besarnya. Arus diode pada kondisi riil,
umumnya dinyatakan sebagai berikut : ID=IS(eV/VT
–
1)
Catatan :
Carrier :
partikel bermuatan yang menentukan sifat hantaran suatu semi-konduktor.
Diode (dua
electrode)
Kasus diatas :
Suatu diode
dihubungkan seri dengan hambatan R=60 ohm dan sumber E=12 volt system diode D, R
dan E membentuk suatu lup tertutup, apabila diode terbuat dari bahan SK
Silikon, tentukan arus didalam rangkaian untuk kondisi berikut ini :
a. diode
dianggap ideal
b. diode
dianggap riil (dengan anggapan hambatan forward 1 ohm)
Jawab :
a) Pendekatan
diode ideal dianggap sebagai saklar tertutup sehingga rangkaian diatas dapat
dituliskan
sebagai berikut :
maka besar
arus I yang mengalir dalam rangkaian :
Va+VR-E=Va
VR-E=0
VR=E
Dimana :
VR=I.R
IR-E=0
IR=E
I=E/R =
12v/60ohm=0.2A
b) Pendekatan diode riil
untuk Si Vji= 0.7
RF=1 _
Va+VR+Vji+RF-E=Va
I.R+0.7+I.RF-E=0
IR+IRF =E-0.7
I(R+RF) =12-0.7
I(60+1) =12-0.7
I =11.3 / 61 (Ampere)
1.2
Macam-macam diode
Secara
umum semua diode memiliki konstruksi dan prinsip kerja yang sama. Semua diode terbentuk
oleh sambungan PN yang secara fisik diode dikenali melalui nama elektrodenya
yang khas yaitu : anode dan katode. Diode dibedakan menurut fungsinya, disini
dalam refresentasi simbolik dilukiskan secara berbeda demikian pula
karakteristiknya.
Diode
rectifier
Kerja
diode ini berdasarkan efek penyearahan, yaitu akan melewatkan arus pada bias
forward dan menahan arus pada bias reverse. Ada 2 tipe penyearah, yaitu:
(1) penyearah
½ gelombang (half wave rectifier)
Vs adalah
sumber tegangan bolak-balik (AC) yang memiliki pola tegangan sinusoidal Vs = Vm
Sin w t Dimana fasa Vs berubah-ubah setiap setengah periode T untuk T/2 yang
pertama Vs berfasa positif pada kisaran nilai 0<wt< ӆ
Diode
on untuk T/2 yang kedua V1 berfasa negative pada kisaran nilai ӆ <wt<2 ӆ.
Diode off tegangan Vs yang muncul di R(tegangan jatuh) hanya berlaku yang
fasanya positif saja dan disebut sebagai besaran DC. Nilai yang terukur dapat
dinyatakan VDC= Vm / ӆ (2) penyearah
gelombang penuh (full wave rectifier) ada 2 jenis :
a. CT (center
tap)
b. Bridge
(jembatan)
Titik
1 pada trafo CT fasanya berubah-ubah positif dan negative terhadap titik CT
demikian pada titik 2. Fasa titik 1 selalu berlawanan dengan fasa titik 2 pada
saat V1 positif terhadap CT V2 negatif dan sebaliknya. Pada saat V1 positif,
diode 1 on dan diode 2 off (kenapa?) sebaliknya saat V1 negatif D2 on (kenapa?)
relasi V1,V2 terhadap VR dilukiskan sebagai berikut : (jawabnya ingat prinsip
bias diode!)
Tegangan yang
terukur pada VR disebut juga VDC yang dinyatakan VDC=2Vm / ӆ
Tipe
Bridge
Diode bridge
sebagai penyearah gelombang penuh, Diode adalah komponen elektronika
semikonduktor yang memiliki 1 buah junction yang sering di sebut sebagai
komponen 2 lapis (lapis N dan lapis P). Untuk mengkonfigurasikan sebuah diode
dibutuhkan suatu bias diode. Bias diode adalah pemberian tegangan luar ke
terminal diode. Apabila anode diberi tegangan positif dan katode diberi
tegangan negatif maka diode tersebut dalam keadaan bias maju. Pada keadaan bias
ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke
diode atau VA-VK > VJ dan selalu positif, sebaliknya apabila anode di beri tegangan
negatif dan katode diberi tegangan positif, arus akan mengalir (IR) jauh lebih
kecil dari kondisi bias maju. Bias ini di sebut bias mundur (VR). Dibawah ini
merupakan bentuk fisik dari diode bridge.
Pada saat A
positif titik B negative. Diode 21 dan 43 On aliran arus dari A menuju diode 21
menuju RL menuju diode 43 dan menuju titik B (terjadi aliran karena terdapat
beda potensial dari titik A dan B dari tinggi ke rendah dan karena prinsip bias
diode). Bentuk tegangan di RL mirip dengan tipe CT dan VDC= 2Vm / ӆ
Diode Zener
Pada
dasarnya diode zener memiliki karakteristik yang hampir sama dengan diode
rectifier yaitu memiliki karakteristik maju dan mundur. Pada diode zener bias
maju nilai Vji_0 sedangkan pada bias mundur pada saat terjadi gejala yang
serupa breakdown pada diode rectifier, 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 xvy misalkan : x=2, y=3 berarti Vz=2,3V
atau 2v3. Daya zener maksimal. Pada saat VR=Vz, diode zener akan menghantar
arus Iz yang disebut arus zener. Besaran Iz harus dibatasi agar tidak muncul
disipasi yang tidak berlebihan (power) karena hal ini dapat merusak diode
zener. Nilai Iz terbesar, tanpa diode mengalami kerusakan memenuhi relasi Pz=VzIz
disebut Pz maks dan Iz maks. Dalam desain rangkaian untuk membatasi Iz<Izm
dipergunakan resistor yang terpasang seri seperti digambarkan sebagai berikut :
Untuk
VR<Vz, VD=VR = Terbuka
VR≥Vz, VD=Vz
Iz= VR-Vz / R
R dipilih agar
Iz<Izm (Izm-Iz≈15%Izm)
Suatu diode zener 5V3 dipasang seri
dengan R. Apabila Pz=1W. Tentukan nilai VD untuk :
a) V=4V
b) V=6V
c) Berapakah nilai tegangan pada R untuk
kondisi a) dan b)
d) Berapakah nilai R, agar diode tetap
aman?
Jawab:
a) V= 4 Volt
V<Vz, VD=VR
4V<5V3
Diode dalam keadaan terbuka. Maka nilai
VD sama dengan nilai VR yaitu 4 Volt
b) V= 6 Volt
V>Vz, VD=Vz
6>5V3 maka nilai VD sama dengan Vz
yaitu 5V3
c) VR pada tegangan = 4 Volt
P=V . I
1W= 4V . I
I=P / V = 1W / 4V = 0.25A
V= I . R
4 = 0.25A . R
R = 4 / 0.25 = 16 ohm
Iz = VR – Vz / R
VR=(Iz . R)+Vz
= (0.25A . 16_)+5V3
= 4 + 5V3 = 9V3
d) VR pada tegangan = 6 Volt
P=V . I
1W= 6V . I
I=P / V = 1W / 6V = 0.16A
V= I . R
6 = 0.16A . R
R = 6 / 0.16 = 37.5 ohm
Iz = VR – Vz / R
VR=(Iz . R)+Vz
= (0.16A . 37.5 Ω)+5V3
= 6 + 5V3 = 11V3
e) Nilai R agar diode dalam kondisi aman
Pz = Vz.Iz
1W = 5V3.Iz
Iz = 1W / 5V3 = 0.18 A
R dipilih agar aman Iz<Izm
0.18<Izm
Iz = VR-Vz / R
0.18 = 11V3 – 5V3 / R
R = 11V3 – 5V3 / 0.18
11V3 merupakan tegangan VR pada
tegangan V = 6 V
= 33.3 _ karena V > Vz = 6 >
5V3 dan dianggap telah
melebihi tegangan zenernya (batas
aman) maka digunakan
tegangan 11V3 untuk memilih nilai
R agar aman !!!!!!!!!!!!
33.3 Ω < 37.5 Ω
B.
Transistor
Transistor adalah komponen elektronika
multitermal, biasanya memiliki 3 terminal. Secara harfiah, kata ‘Transistor’
berarti ‘ Transfer resistor’, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara
terminalnya dapat diatur. Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis :
1. Transistor Bipolar
2. Transistor Unipolar
3. Transistor Unijunction
Transistor bipolar bekerja dengan 2 macam
carrier, sedangkan unipolar satu macam saja, hole atau electron. Beberapa
perbandingan transistor bipolar dan unipolar :
Bipolar Unipolar
Dimensi Besar Kecil
Daya Besar Kecil
BW Lebar Sempit
Respon Tinggi Sedang
Input Arus Tegangan
Impendansi In Sedang Tinggi
Pada
transistor bipolar, arus yang mengalir berupa arus lubang (hole) dan arus
electron atau berupa pembawa muatan mayoritas dan minoritas. Transistor dapat
berfungsi sebagai penguat tegangan, penguat arus, penguat daya atau sebagai
saklar. Ada 2 jenis transistor yaitu PNP dan NPN. Transistor di desain dari
pemanfaatan sifat diode, arus menghantar dari diode dapat dikontrol oleh electron
yang ditambahkan pada pertemuan PN diode. Dengan penambahan elekdiode
pengontrol ini, maka diode semi-konduktor dapat dianggap dua buah diode yang
mempunyai electrode bersama pada pertemuan. Junction semacam ini disebut
transistor bipolar dan dapat digambarkan sebagai berikut :
Dengan
memilih electrode pengontrol dari type P atau type N sebagai electrode
persekutuan Antara dua diode, maka dihasilkan transistor jenis PNP dan NPN Transistor
dapat bekerja apabila diberi tegangan, tujuan pemberian tegangan pada
transistor adalah agar transistor tersebut dapat mencapai suatu kondisi
menghantar atau menyumbat. Baik transistor NPN maupun PNP tegangan antara
emitor dan basis adalah forward bias, sedangkan antara basis dengan kolektor
adalah reverse bias.
Dari
cara pemberian tegangan muka didapatkan dua kondisi yaitu menghantar dan
menyumbat seperti pada gambar transistor NPN dibawah ini.
2.1 Pemberian tegangan pada transistor
Tegangan
pada Vcc jauh lebih besar dari tegangan pada Veb. Diode basis-emitor mendapat
forward bias,
akibatnya electron mengalir dari emitor ke basis, aliran electron ini disebut
arus emitor (IE). Elektron electron ini tidak mengalir dari kolektor ke basis,
tetapi sebaliknya sebagian besar electron-elektron yang berada pada emitor
tertarik ke kolektor, karena tegangan Vcc jauh lebih besar dari pada tegangan
Veb dan mengakibatkan aliran electron dari emitor menuju kolektor melewati
basis. Electron-elektron ini tidak semuanya tertarik ke kolektor tetapi
sebagian kecil menjadi arus basis (IB).
Penguatan Transistor
1) αdc = IC /
IE (perbandingan antara arus kolektor dengan arus emitter)
Berdasarkan
hukum kirchoff:
IE=IB+IC : IC
IE/IC= IB/IC +
IC/IC
1/αdc= 1/βdc +
1
1/αdc= 1/dc + βdc/βdc
1/αdc= 1 + βdc/βdc
βdc= βdc / 1+βdc
2) βdc= IC /
IB (perbandingan antara arus kolektor dengan arus basis)
IE=IB+IC : IC
IE/IC=IB/IC+IC/IC
1/αdc=1/βdc +
1
1/βdc=1/αdc –
1
1/βdc=1/αdc – αdc/αdc
1/βdc=1 – αdc/αdc
βdc=αdc / 1 – αdc
Daerah kerja transistor
a. daerah
aktif
suatu
transistor berada didaerah aktif apabila diode basis emitter dibias forward dan
diode basis kolektor berada dibias reverse.
b. daerah
saturasi
suatu
transistor berada didaerah saturasi apabila diode basis emitter di bias forward
dan diode basis kolektor berada dibias forward.
c. daerah cutoff
suatu
transistor berada pada kondisi cutoff apabila keduanya berada pada bias
reverse.
2.2
Bias Transistor
a). Self Bias
Pemberian
bias pada transistor dengan menggunakan tahanan umpan-balik (feedback).
IC=VCC – VCE /
RC
IB=VCC / RB+RC
β= IC/IB
VCE=VCC – VC
IC≈0
VCE=VCC –
IC.RC
=VCC – 0 . RC
VCE=VCC
b). Fixed Bias
Pemberian
tegangan dengan menggunakan tahanan basis dan tahanan kolektor.
IC=VCC - VCE /
RC
IB=VCC – VBE /
RB
ICsat=VCC / RC
VCE=VCC
β= IC/IB
c). Voltage
Divider
Pemberian bias
pada transistor melalui pembagi tegangan R1 dan R2.
ICsat=VCC/RC+RE
VB=R2.VCC
/ R1+R2
RB=R1.R2
/ R1+R2
IB=
VB / RB
d).
Bias Emiter
Pemberian
bias transistor dengan metode bias voltage divider dengan menambahkan komponen
R dan C pada
kaki emitter.
VB=R2.VCC /
R1+R2
RB=R1.R2 /
R1+R2
IB= VB / RB
IC=VCC - VCE /
RC+RE
IC=IE
IE=VB – VBE /
RE
DAFTAR
PUSTAKA
1). Bishop,Owen.2005.Dasar –
dasar Elektronika, Edisi Pertama, Penerbit: Erlangga,Jakarta.
2). Daryanto,Drs.2008.Pengetahuan
Teknik Elektronika, Edisi Pertama, Penerbit: Bumi Aksara.
3). Malvino,Hanafi Gunawan,1996.Primsip
– prinsip Elektronika.Edisi Kedua, Penerbit : Erlangga, Jakarta.
Komentar
Posting Komentar