Bagian 4
Sub Materi
•
Pengertian pemodelan
•
Model dioda
•
Kurva karakteristik untuk masing-masing model
diode
•
Analisa up-down
•
Rangkaian logika dioda resistor (RDL)
•
Garis beban dan titik operasi dioda
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Pengertian pemodelan:
• Pemodelan dioda mengacu pada model matematika yang digunakan untuk memperkirakan perilaku aktual dari dioda nyata untuk mengaktifkan perhitungan dan analisis rangkaian.
• Karakteristik arus-tegangan sebuah dioda adalah
berbentuk kurva (nonlinear), nonlinier ini mempersulit perhitungan di sirkuit yang melibatkan dioda sehingga dalam perhitungan analisis rangkaian digunakan
pemodelan
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Model dioda
• Ada tiga model diode. Model adalah representasi dari suatu komponen atau rangkaian yang memiliki satu atau lebih Sifat atau karakteristik.
1. Model Diode Ideal
2. Model Diode Praktek 3. Model Diode Lengkap
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
1. Model Diode Ideal
• Model diode ideal menggambarkan diode sebagai saklar sederhana yang dapat tertutup (Conducting) ketika
dibias forward maupun tertutup (nonconducting) ketika dibias reverse Dimana dioda seolah-olah mempunyai hambatan = 0 saat dibias maju dan hambatan tak
terhingga saat dibias mundur
D
V
D
I
T
V
ID (mA)
VD
• Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat diperoleh 2 pernyataan untuk diode ideal :
1. Ketika dibias reverse ( Open Switch )
• Diode memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )
• Diode tidak dialiri arus
2.Ketika dibias forward ( Closed Switch )
• Diode memilki resistansi nol ( minimum )
• Diode dialiri arus
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
2. Model Diode Praktek
• Dalam pendekatan ini, digambarkan dioda sebagai sebuah saklar yang terhubung seri dengan tegangan lutut Vk = 0,7 V. Jika tegangan pengganti thevenin yang tersambung ke dioda melebihi 0,7 V maka saklar akan menutup.
• Pada aplikasi rangkaian yang digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari 0.7V menjadi 0.3V
T V D V D I T V
ID (mA)
3. Model Diode Lengkap
• Dalam pendekatan ini dioda digambarkan sebagai sebuah saklar yang tersambung seri dengan tegangan lutut dan sebuah hambatan bulk. Nilai VD = 0,7 V + IDRB
• Model dioda lengkap merupakan model yang paling akurat menggambarkan karakteristik-karakteristik operasional diode.
ID (mA)
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Kurva Karakteristik Untuk masing-masing Model
Diode
IF VF IR VR IF VF IR VR VK=0.7VIF
VF
IR VR VK=0.7V
RB= ΔV / ΔI
Contoh perhitungan_1
•
Suatu rangkaian dioda tampak seperti gambar
dibawah. Hitung nilai IL dan VL untuk masing-masing
pendekatan 1, 2, dan 3 untuk gambar a dan b. Untuk
pendekatan ke-3 dimisalkan menggunakan dioda
1N4001 dengan R
B= 0,23
Ω.
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Jawab untuk gambar a;
Pendekatan 1 (model ideal)
•
Karena dioda dibias maju maka dioda dianggap
sebagai saklar tertutup sehingga tegangan sumber
akan terukur pada beban atau VL = Vs = 10 V.
•
Dengan menggunakan hukum ohm didapatkan nilai
arus beban :
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Jawab untuk gambar a;
Pendekatan 2 (model praktek)
• Karena dioda dibias maju, maka tegangan beban VL akan berupa tegangan sumber dikurangi drop tegangan di
dioda.
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
• Karena nilai RB = 0,23 Ω (sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai RL = 1 KΩ), maka nilai RB dapat diabaikan sehingga nilai IL dan VL akan sama dengan nilai IL pada pendekatan ke-2
sebesar 9,3 mA dan nilai VL = 9,3 V.
Jawab untuk gambar a;
Pendekatan 3 (model dioda lengkap)
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Jawab untuk gambar b;
• Untuk menyelesaikan soal seperti gambar b maka terlebih dahulu perlu dibuat penyederhanaan
menggunakan teori tevenin norton seperti gambar dibawah ini.
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Jawab untuk gambar b;
• Terlihat ada rangkaian pembagi tegangan dengan
hambatan 6 KΩ dan hambatan 3 KΩ sebelum dioda jika dilihat dari tegangan sumber. Sehingga didapatkan nilai teganagn tevenin (tegangan di hambatan 3 KΩ sebesar:
• Dan nilai tahanan tevenin tahanan paralel antara KΩ dan 6KΩ = KΩ
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Jawab untuk gambar b;
1. Pendekatan dioda ideal
• Dari gambar penyederhanaan tevenin bisa dihitung nilai IL sebesar:
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Jawab untuk gambar b;
2. Pendekatan dioda praktek
• Karena tegangan dioda sebesar 0,7 V maka nilai IL :
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Jawab untuk gambar b;
3. Pendekatan dioda lengkap
• Karena nilai RB = 0,23 Ω dan sangat kecil jika
dibandingkan dengan nilai RL = 1 KΩ, maka nilai RB dapat diabaikan sehingga nilai IL dan VL akan sama dengan nilai IL pada pendekatan ke-2 sebesar 3,77 mA dan nilai VL =
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Contoh perhitungan_2
• Jika nilai tahanan beban pada gambar a diganti dengan tahanan senilai 10 Ω, hitung IL dan VL dengan
menggunakan model dioda lengkap.
• Equivalent dengan ;
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Jawab perhitungan_2
• Sehingga total hambatan menjadi RT = 0,23 Ω + Ω =
, Ω. Tegangan yang melewati RT sebesar VT = 10 V – 0,7 V = 9,3 V Maka nilai IL dan VL.
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
Analisa Up-Down
• Analisa ini digunakan untuk lebih memahami suatu
rangkaian. Misalkan dioda dirangkai seperi pada gambar berikut.
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
• Pada pendekatan ke-2 ada 3 parameter yaitu Vs (tegangan
sumber), RL (hambatan beban) dan Vk (tegangan knee) dan ada 5 parameter yang tergantung dari ketiga nilai tersebut yaitu
• VL (tegangan beban),
• IL (arus beban),
• PD (daya dioda) ,
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
• Analisa up-down diringkas pd tabel sebagai berikut :
• Ket: U (Up), D (Down), N (No change)
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
Garis Beban dan Titik Operasi Dioda
• Jika rangkaian dioda pada Gambar diatas dianalisa, maka akan didapat persamaan sebagai berikut;
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
• Titik ini disebut dengan titik jenuh (saturation point) yang terletak pada sumbu tegak arus.
1 8 /0 3 /2 0 1 7 T E UM K 25 0 d I
• Pada saat Vd sama dengan nol, maka;
R V
I in
d
• Titik ini disebut dengan titik putus (cut off point) yang terletak pada sumbu mendatar. Jika kedua titik ini dihubungkan, atau dengan
mengukur titik-titik lain, akan didapatkan sebuah garis yang khas, disebut garis beban (load line)
Contoh;
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
K
• Perhatikan rangkaian berikut, gambarkan garis beban dari rangkaian tersebut;
D1 Rs
100 Ohm Vs
2 V
27
TE UMK 18/03/2017
T
E
UM
K
1
8
/0
3
/2
0
1
7
10 mA 20 mA 30 mA
12,5 mA
Saturation
Diode Curve
Cutoff Q (operating point)
29 T E UM K 1 8 /0 3 /2 0 1 7
Saat garis beban digabungkan dengan kurva diode, terdapat titik potong antara garis beban dan kurva dioda, yang dikenal sebagai titik Q. Q adalah singkatan dari quiescent yang berarti istirahat. Titik Q memerupakan penyelesaian simultan antara kurva dioda dan
garis beban. Titik ini merupakan satu-satunya titik pada grafik yang berlaku untuk dioda dan rangkaian.
Dengan membaca koordinat titik Q, didapatkan titik operasi
(operating point) pada arus sebesar 12,5 mA dan pada tegangan dioda 0,75 V.
10 mA 20 mA 30 mA 12,5 mA 1V 0,75v 2V Saturation Diode Curve Cutoff Q (operating point)
ID
Analisis Grafis Rangkaian Dioda
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
31
33
35
Analisis Rangkaian Dioda Dengan Model
1
8
/0
3
/2
0
1
7
T
E
UM
37
39
Co
ntoh
T
E
UM
K
1
8
/0
3
/2
0
1
7
Tugas (3)
41
T
E
UM
K
1
8
/0
3
/2
0
1
7
1. Tentukan VD, VR dan ID dari rangkaian dibawah ini,
perhitungan VD menggunakan pendekatan dioda ideal, perhitungan VR dan ID menggunakan pendekatan
praktek, dioda yg digunakan berjenis Silikon;
Dikerjakan di ms.word
