Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Penyusunan Pedoman Praktikum Dasar untuk Matakuliah Elektronika Daya T1 612005018 BAB IV

(1)

BAB IV

HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS

4.1. HASIL PERCOBAAN

4.1.1. KARAKTERISTIK DIODA

 Karakteristik Dioda dengan Masukan DC

Tabel 4.1. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Maju.

VS (V) VL (V) ID (A) VS (V) VL (V) ID (A)

0 0 0 2,6 1,9 0,019

0,1 0 0 2,7 2 0,02

0,2 0 0 2,8 2,1 0,021

0,3 0 0 2,9 2,2 0,022

0,4 0,013 0,00013 3 2,3 0,023

0,5 0,019 0,00019 3,1 2,4 0,024

0,6 0,059 0,00059 3,2 2,5 0,025

0,7 0,128 0,00128 3,3 2,6 0,026

0,8 0,201 0,00201 3,4 2,7 0,027

0,9 0,274 0,00274 3,5 2,8 0,028

1 0,362 0,00362 3,6 2,9 0,029

1,1 0,448 0,00448 3,7 3 0,03

1,2 0,557 0,00557 3,8 3,1 0,031

1,3 0,655 0,00655 3,9 3,2 0,032

1,4 0,735 0,00735 4 3,3 0,033

1,5 0,838 0,00838 4,1 3,4 0,034

1,6 0,934 0,00934 4,2 3,5 0,035

1,7 1,02 0,0102 4,3 3,6 0,036

1,8 1,12 0,0112 4,4 3,7 0,037

1,9 1,2 0,012 4,5 3,8 0,038

2 1,3 0,013 4,6 3,9 0,039

2,1 1,4 0,014 4,7 4 0,04

2,2 1,5 0,015 4,8 4,1 0,041

2,3 1,6 0,016 4,9 4,2 0,042

2,4 1,7 0,017 5 4,3 0,043

(2)

Tabel 4.2. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Maju.

VS (V) VL (V) ID (A) VS (V) VL (V) ID (A)

0 0 0 2,6 1,83 0,0183

0,1 0 0 2,7 2 0,02

0,2 0 0 2,8 2,1 0,021

0,3 0 0 2,9 2,14 0,0214

0,4 0,001 0,00001 3 2,24 0,0224

0,5 0,011 0,00011 3,1 2,34 0,0234

0,6 0,045 0,00045 3,2 2,43 0,0243

0,7 0,099 0,00099 3,3 2,53 0,0253

0,8 0,171 0,00171 3,4 2,63 0,0263

0,9 0,247 0,00247 3,5 2,73 0,0273

1 0,338 0,00338 3,6 2,82 0,0282

1,1 0,424 0,00424 3,7 2,92 0,0292

1,2 0,521 0,00521 3,8 3 0,03

1,3 0,604 0,00604 3,9 3,1 0,031

1,4 0,693 0,00693 4 3,2 0,032

1,5 0,8 0,008 4,1 3,3 0,033

1,6 0,89 0,0089 4,2 3,4 0,034

1,7 0,99 0,0099 4,3 3,5 0,035

1,8 1,084 0,01084 4,4 3,6 0,036

1,9 1,185 0,01185 4,5 3,7 0,037

2 1,264 0,01264 4,6 3,8 0,038

2,1 1,35 0,0135 4,7 3,9 0,039

2,2 1,47 0,0147 4,8 4 0,04

2,3 1,55 0,0155 4,9 4,1 0,041

2,4 1,65 0,0165 5 4,2 0,042

2,5 1,73 0,0173

Tabel 4.3. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Balik.

VS (V) VL (mV) ID (nA)

0 0 0

10 5 5,36

20 6 6,43

30 7 7,5

Tabel 4.4. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Balik.

VS (V) VL (V) ID (nA)

0 0 0

10 6 6,43

20 8 8,57

(3)

 Menghitung Reverse Recovery Time Dioda

Gambar 4.1. Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 1 KHz.

(4)

Gambar 4.3. Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 5 KHz.

(5)

4.1.2. KARAKTERISTIK TRANSISTOR

 Karakteristik IC– IB

Tabel 4.5. Karakteristik IC– IB Transistor untuk Vcc 10 V.

VCC = 10 Volt; RB = RC = 100Ohm/20Watt

VBB (V) VBE (V) IB (mA) IC (mA) VCE (V) VCB (V)

0 0 0 0 10 10

0,3 0,3 0 0 10 9,7

0,4 0,4 0 0,6 10 9,6

0,5 0,45 0,5 2,1 10 9,55

0,6 0,5 1 10,5 9 8,5

0,7 0,55 1,5 38,8 6 5,45

0,8 0,57 2,3 45,5 5,3 4,73

0,9 0,62 2,8 61,3 3,6 2,98

1 0,65 3,5 84,6 0,8 0,15

1,1 0,65 4,5 90,5 0,225 -0,425

1,2 0,65 5,5 90,8 0,225 -0,425

1,3 0,65 6,5 90,8 0,21 -0,44

1,4 0,65 7,5 90,9 0,21 -0,44

1,5 0,65 8,5 91,1 0,2 -0,45

1,6 0,65 9,5 91,2 0,19 -0,46

2 0,65 13,5 91,3 0,16 -0,49

2,1 0,65 14,5 91,5 0,15 -0,5

2,2 0,65 15,5 91,5 0,15 -0,5

2,5 0,65 18,5 91,6 0,135 -0,515

3 0,65 23,5 91,7 0,125 -0,525

3,5 0,65 28,5 91,7 0,12 -0,53

(6)

(7)

 Karakteristik VBE– IB

Tabel 4.8. Karakteristik VBE– IB Transistor untuk VCE 7 V.

VCE = 7 V; RB = 10 Ω / 10 W; RC= 100 Ω / 20 W

VB (V) VBE (mV) IB (mA)

0 0 0

0,1 96 0,4

0,2 192 0,8

0,3 277 2,3

0,4 362 3,8

0,5 460 4

0,6 558 4,2

0,7 655 4,5

0,8 674 12,6

0,9 694 20,6

1 704 29,6

1,1 717 38,3

1,2 723 47,7

1,3 733 56,7

1,4 738 66,2

1,5 742 75,8

1,6 744 85,6

1,7 751 94,9

1,8 753 104,7

1,9 756 114,4

(8)

(9)

 Karakteristik VCE– IC

Tabel 4.11. Karakteristik VCE– IC Transistor untuk IB 0,3 mA.

IB = 0,3 mA; RC= 100 Ω / 20 W

VC (V) VCE (mV) IC (mA)

0 0 0

1 0,038 9,4

2 0,058 17,8

3 0,078 28,6

4 0,094 37,2

5 0,112 47

6 0,125 56,3

7 0,14 64,4

8 0,152 72,7

9 0,3 79,8

10 1,075 83

11 1,85 84,1

12 3,05 85,6

13 4 86,8

14 4,8 87,7

15 5,6 88,8

16 6,4 90,2

17 7,25 91,4

18 8 92,2

19 9 93,3

20 10 94,5

21 10,8 95,6

22 11,4 96,9

23 12 98,8

24 13 100

25 14 101,4

26 15 102,9

27 16 104,3

28 17 105,6

(10)

IB = 0,4 mA; RC = 100 Ω / 20 W

0 0 0

1 0,034 10,3

2 0,05 18,6

3 0,066 28,4

4 0,08 37,9

5 0,095 47,6

6 0,109 56,9

7 0,125 63,8

8 0,14 73,7

9 0,15 82,9

10 0,175 90,9

11 0,25 98,7

12 0,7 105,7

13 1,85 107,9

14 2,65 109,2

15 3,5 110,5

16 4,3 111,9

17 5 113,2

18 5,7 114,4

19 6,6 116

20 7,6 117,7

21 8,3 119

22 9,2 120,8

23 10 122,5

24 10,8 123,9

25 11,8 125,6

26 12,5 127,3

27 13,3 129,2

28 14 131,6

(11)

IB = 0,5 mA; RC= 100 Ω / 20 W

0 0 0

1 0,027 9,2

2 0,052 24

3 0,064 33,2

4 0,076 41,9

5 0,087 49,9

6 0,099 60,2

7 0,11 69,1

8 0,125 78,4

9 0,135 87

10 0,15 95,5

11 0,165 106,2

12 0,2 115,3

13 0,35 123,9

14 0,91 126,3

15 1,85 128,8

16 2,5 130,3

17 3,2 132,3

18 3,6 135,2

19 4 136

20 5,4 139,2

21 6 141,1

22 7 143,2

23 7,6 145

24 8 148

25 9,4 149

26 10,5 150

27 11 152,8

(12)

4.1.3. KARAKTERISTIK SCR

Tabel 4.14. Karakteristik SCR untuk IG 10 mA.

VGG = 1 V; RG = 100 Ω / 0,5 W; IG = 10 mA

VAA (V) VAK (V) IA (mA)

0 0 0

1 0,6 0,1425

2 0,68 0,8

3 0,7 1,3

4 0,74 1,825

5 0,75 2,5

6 0,75 4,3

7 0,76 4,5

8 0,76 5,4

9 0,76 6

10 0,76 6,6

12 0,76 8

14 0,76 9,5

16 0,76 11

18 0,76 12,25

20 0,76 13,5

22 0,76 15

24 0,76 16,1

26 0,76 17,5

28 0,76 19

30 0,76 24,3

IH = 15mA VBO > 90 V

(13)

VGG = 1,5V; RG= 100 Ω / 0,5 W; IG = 15 mA

0 0 0

1 0,65 0,21

2 0,65 0,7

3 0,66 1,05

4 0,68 1,5

5 0,7 1,975

6 0,7 2,35

7 0,7 2,8

8 0,7 4

9 0,7 4,4

10 0,7 4,75

12 0,725 5,6

14 0,725 6,7

16 0,725 7,55

18 0,74 8,6

20 0,74 9,6

22 0,74 10,5

24 0,74 11,5

26 0,74 12,5

28 0,74 18,75

30 0,74 20,25

IH = 13,5mA VBO > 90 V

(14)

VGG = 2V; RG = 100 Ω / 0,5 W; IG = 20 mA

0 0 0

1 0,65 0,12

2 0,66 1

3 0,665 1,25

4 0,67 1,75

5 0,675 2,4

6 0,7 2,9

7 0,7 4

8 0,7 4,1

9 0,7 4,6

10 0,7 5,25

12 0,71 6,5

14 0,715 7,5

16 0,72 8,55

18 0,725 9,6

20 0,725 10,75

22 0,73 11,8

24 0,735 12,9

26 0,74 14,1

28 0,745 15,1

30 0,75 16,3

IH = 12mA VBO > 90 V

(15)

4.1.4. KARAKTERISTIK TRIAC

 Mode 1

Tabel 4.17. Karakteristik TRIAC Mode 1.

Mode 1

RG = 100 Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ /0,5 W; VG = 1,5V

VM (V) VMT2MT1 (V) IM (mA)

0 0 0

1 0,56 0,22

2 0,6 0,64

3 0,6 1,055

4 0,645 1,5

5 0,65 1,8

6 0,65 2,46

7 0,65 2,89

8 0,65 4,1

9 0,66 4,5

10 0,67 4,95

12 0,675 5,9

14 0,69 7,05

16 0,695 8

18 0,7 9

20 0,7 10

22 0,71 11

24 0,71 11,8

26 0,72 12,9

28 0,72 13,6

30 0,725 14,7

IH = 1,2mA VBO > 90 V

(16)

 Mode 2

Mode 2

RG = 100 Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1,5V

0 -0,47 0,2

1 -0,34 0,59

2 -0,23 1

3 -0,13 1,395

4 -0,07 1,81

5 -0,03 2,5

6 0,03 2,9

7 0,09 3,4

8 0,15 3,8

9 0,21 4,25

10 0,27 4,7

12 0,4 5,6

14 0,5 6,5

16 0,6 7,4

18 0,62 8,25

20 0,63 9,3

22 0,65 10,4

24 0,66 11,5

26 0,675 12,25

28 0,68 13,25

30 0,69 14,5

IH = 2,5mA VBO > 90 V

(17)

 Mode 3

Mode 3

RG = 30 Ω /0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1 V

0 0,49 0

1 0,6 0,2

2 0,625 0,6

3 0,64 1,1

4 0,645 1,5

5 0,65 2

6 0,655 2,4

7 0,66 2,9

8 0,665 3,3

9 0,67 3,8

10 0,675 4,2

12 0,695 5,3

14 0,7 6,2

16 0,7 7,1

18 0,7 8

20 0,705 8,9

22 0,715 9,8

24 0,72 10,8

26 0,725 11,5

28 0,73 12,4

30 0,735 13,6

IH = 1mA VBO > 90 V

(18)

 Mode 4

Mode 4

RG = 100Ω / 0,5 W; RL= 2,2 kΩ / 0,5 W; VG = 1,5V

0 0,6 0

1 0,625 0,1

2 0,65 0,5

3 0,65 1

4 0,655 1,4

5 0,66 1,9

6 0,66 2,4

7 0,665 2,8

8 0,67 3,3

9 0,675 3,7

10 0,68 4,2

12 0,69 5,2

14 0,7 6,2

16 0,7 7,2

18 0,705 8,2

20 0,71 9,2

22 0,715 10,2

24 0,72 11,3

26 0,72 12,3

28 0,725 13,2

30 0,73 14

IH = 1,1mA VBO > 90 V

(19)

4.1.5. KARAKTERISTIK MOSFET

A. Karakteristik VDS - ID

Tabel 4.21. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3 V.

VGS = 3 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ

VDS (V) ID (mA)

0 0

0,01 0,15

0,02 0,25

0,03 0,32

0,04 0,36

0,08 0,5

0,1 0,52

1 0,55

2 0,57

3 0,58

4 0,59

5 0,6

Tabel 4.22. Karakteristik VDS - ID untuk VGS 3,1 V.

VGS = 3,1 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ

VDS (V) ID (mA)

0 0

0,008 0,3

0,01 0,35

0,02 0,6

0,03 0,75

0,04 0,9

0,06 1,1

0,08 1,25

0,1 1,35

1 1,45

2 1,45

3 1,45

4 1,45

(20)

VGS = 3,2 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ

VDS (V) ID (mA)

0 0

0,01 0,87

0,02 1,36

0,03 1,85

0,04 2,16

0,1 4,2

1 4,2

2 4,2

3 4,2

4 4,2

5 4,2

VGS = 3,3 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ

VDS (V) ID (mA)

0 0

0,01 1,15

0,02 2,05

0,03 3

0,04 3,6

0,06 4,2

0,1 6

1 7

2 7

3 7

4 7

5 7

VGS = 3,4 V; RG = 100 Ω / 20 W; RL = 1 MΩ

VDS (V) ID (mA)

0 0

0,01 2,3

0,02 3,2

0,05 5,4

0,1 7,6

0,2 8

0,5 9

1 10,1

2 10,1

3 10,1

4 10,1

(21)

B. Karakteristik VGS - ID

Tabel 4.26. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 0,6 V.

VDS = 0,6V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ

VGS (V) ID (mA)

0 0

2,4 0

2,45 0,0015

2,5 0,0025

2,55 0,005

2,6 0,0075

2,65 0,015

2,7 0,0225

2,75 0,04

2,8 0,065

2,85 0,085

2,9 0,135

2,95 0,215

3 0,3

3,05 0,6

3,1 0,9

3,15 1,2

3,2 1,9

3,25 3,1

3,3 5

3,35 6,5

3,4 8

3,45 10,5

3,5 14,5

3,55 18

3,6 22

3,65 23,5

3,7 25

3,75 32

(22)

Tabel 4.27. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 1 V.

VDS = 1V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ

VGS (V) ID (mA)

0 0

2,3 0

2,4 0,001

2,45 0,0015

2,5 0,0026

2,55 0,008

2,6 0,0125

2,65 0,021

2,7 0,035

2,75 0,055

2,8 0,105

2,85 0,14

2,9 0,235

2,95 0,36

3 0,6

3,05 0,9

3,1 1,3

3,15 2

3,2 3,2

3,25 5

3,3 6,5

3,35 9,2

3,4 11,5

3,45 17

3,5 21,5

3,55 28

3,6 32,5

3,65 35

3,7 40

3,75 48

(23)

Tabel 4.28. Karakteristik VGS - ID untuk VDS 2 V.

VDS = 2V; RD = 10 Ω / 20 W; RG = 1MΩ

VGS (V) ID (mA)

0 0

2,3 0

2,35 0,0004

2,4 0,0008

2,45 0,0015

2,5 0,003

2,55 0,0052

2,6 0,0095

2,65 0,015

2,7 0,0206

2,75 0,035

2,8 0,06

2,85 0,11

2,9 0,15

2,95 0,25

3 0,37

3,05 0,6

3,1 0,95

3,15 1,3

3,2 2,1

3,25 3,3

3,3 4,5

3,35 6

3,4 10

3,45 11,8

3,5 17,5

3,55 25,5

3,6 30

3,65 35

3,7 42

3,75 50

(24)

4.1.6. KARAKTERISTIK IGBT

A. Karakteristik VCE– IC

Tabel 4.29. Karakteristik VCE– IC untuk VGE 4,5 V.

VGE = 4,5V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 0,25

1 1,1

1,5 1,2

2 1,25

2,5 1,25

5 1,3

10 1,32

VGE = 4,6 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 0,3

1 2,1

1,5 2,2

2 2,25

2,5 2,3

5 2,35

10 2,4

VGE = 4,7 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 0,35

1 3,5

1,5 3,5

2 3,5

2,5 3,5

5 3,5

(25)

VGE = 4,8 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 0,4

1 5,8

1,5 5,8

2 5,8

2,5 6

5 6

10 6,25

VGE = 4,9 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 0,95

1 13

1,5 13,8

2 14

2,5 14,5

5 15,5

10 16

Tabel 4.34. Karakteristik VCE– IC untuk VGE 5 V.

VGE = 5 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 1,4

1 23,3

1,5 23,5

2 23,7

2,5 23,9

5 24,5

(26)

VGE = 5,1 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 2,75

1 28,4

1,5 28,7

2 28,9

2,5 29,2

5 32

10 33,7

VGE = 5,2 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 4,8

1 38,6

1,5 38,9

2 39,1

2,5 39,5

5 40,8

10 41

VGE = 5,3 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VCE (V) IC (mA)

0 0

0,5 8,7

1 58,8

1,5 61

2 61,7

2,5 62

5 63

(27)

B. Karakteristik VGE– IC

Tabel 4.38. Karakteristik VGE– IC untuk VCE 0,7 V.

VCE = 0,7 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VGE (V) IC (mA)

0,8 0,0005

1 0,0015

2 0,0125

2,5 0,0234

3 0,045

3,6 0,086

4 0,15

4,5 0,85

4,55 1,06

4,6 1,33

4,65 1,81

4,7 2,06

4,75 2,4

4,8 2,9

4,85 3,7

4,9 4,5

4,95 5

5 5,5

VCE = 0,8 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VGE (V) IC (mA)

0,8 0,0005

1 0,0015

2 0,013

2,5 0,0255

3 0,05

3,6 0,1

4 0,2

4,5 0,9

4,55 1,2

4,6 1,55

4,65 2

4,7 2,45

4,75 3,2

4,8 4,4

4,85 5,4

4,9 6,2

4,95 6,6

(28)

VCE = 0,9 V; RG = 1 MΩ; RL = 10 Ω / 10 W

VGE (V) IC (mA)

0,8 0,001

1 0,0017

2 0,0134

2,5 0,0283

3 0,05

3,6 0,11

4 0,205

4,5 0,96

4,55 1,25

4,6 1,45

4,65 2

4,7 2,7

4,75 3,5

4,8 4,5

4,85 5,5

4,9 8

4,95 9,6

5 12

4.2. ANALISIS

4.2.1. KARAKTERISTIK DIODA

(29)

Berdasarkan Tabel 4.1 dan Tabel 4.2, grafik karakteristik V – I dioda 1N4007 dan 1N4148 dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.5 dan Gambar 4.6 berikut.

(30)

Gambar 4.6. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4148.

Dari Tabel 4.1 dan Tabel 4.2 hasil percobaan dapat dilihat dari kedua jenis dioda yang digunakan, yaitu 1N4007 dan 1N4148, keduanya memiliki tegangan buka yang hampir sama. Dioda 1N4007 memiliki tegangan buka sebesar 0,7 V karena pada saat tegangan dioda sebesar 0,7 V, dioda tersebut menghantarkan arus 1,28 mA. Sedangkan dioda 1N4148 memiliki tegangan buka antara 0,7 V hingga 0,8 V karena pada saat tegangan dioda sebesar antara 0,7 V hingga 0,8 V, dioda tersebut menghantarkan arus sekitar 1 mA.

(31)

karakteristik V – I dioda 1N4007 dan 1N4148 saat dibias balik dapat dilihat pada Gambar 4.7 dan Gambar 4.8 berikut.

Gambar 4.7. Grafik Karakteristik V – I Dioda 1N4007 Bias Balik.

(32)

Karakteristik lain yang diukur pada percobaan dioda adalah Reverse Recovery Time / waktu pemulihan balik (t_rr). Waktu pemulihan balik adalah waktu yang dibutuhkan oleh dioda untuk dapat off ketika tegangan yang melewatinya berubah dari bias maju ke bias balik. Ada dua jenis reverse recovery time, yaitu soft dan abrupt.

Dari Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa dioda 1N4007 termasuk jenis soft reverse recovery. Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 1 kHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut.

s

Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 10 KHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut.

(33)

ns

Untuk frekuensi gelombang masukan sebesar 50 KHz, nilai waktu pemulihan baliknya dapat dihitung sebagai berikut.

ns

Dari hasil penghitungan tersebut dapat diambil kesimpulan bahwa dioda 1N4007 memiliki waktu pemulihan balik sebesar 5s sedangkan dioda 1N4148 memiliki waktu pemulihan balik sebesar 60ns.

Dari datasheet dioda 1N4007 diketahui bahwa untuk pensaklaran dengan arus maju sebesar 20 mA dan arus balik sebesar 1 mA yang melalui resistor beban sebesar 100 Ohm didapat nilai waktu pemulihan balik sebesar 30s. Sedangkan pada percobaan yang dilakukan, resistor beban 100 Ohm diberi masukan berupa gelombang kotak dengan amplitudo tegangan 0/5 V (arus maju 50 mA, arus balik 0 mA) diperoleh nilai waktu pemulihan balik sebesar 5s. Perbedaan ini terjadi karena adanya perbedaan amplitudo sinyal masukan.

(34)

diberi masukan berupa gelombang kotak dengan amplitudo tegangan 0/5 V (arus maju 50 mA, arus balik 0 mA) diperoleh nilai waktu pemulihan balik sebesar

ns

60 . Perbedaan ini juga terjadi karena adanya perbedaan amplitudo sinyal masukan.

4.2.2. KARAKTERISTIK TRANSISTOR

Pada Bipolar Junction Transistor / transistor persambungan bipolar (BJT), besar arus basis akan menentukan besarnya arus kolektor yang mengalir melalui transistor tersebut.

Transistor memiliki tiga daerah kerja yaitu cut-off, aktif, dan saturasi. Dalam daerah cutoff, transistor dalam keadaan ”OFF” karena arus basis tidak

(35)

Gambar 4.9. Grafik IC–IB untuk VCC 10 V.

(36)

Gambar 4.11. Grafik IC–IB untuk VCC 20 V.

Dari Gambar 4.9, Gambar 4.10, dan Gambar 4.11 dapat dilihat bahwa transistor berada dalam keadaan cut-off saat arus basis yang mengalir kurang dari 5 mA. Dengan demikian arus basis tidak cukup besar untuk mengalirkan arus kolektor. Transistor berada di daerah active bila persambungan emiter-basis bias maju dan persambungan kolektor-basis bias balik. Dengan kata lain transistor berada di daerah active bila basis lebih positif daripada emiter dan kolektor lebih basis daripada basis.

(37)

tegangan VBB tersebut tegangan basis-emiter bernilai di atas 0,6 V dan kolektor

lebih negatif daripada basis. Dari Tabel 4.6 dapat dilihat bahwa untuk VCC 15 V, transistor berada di daerah jenuh saat V_B 1,2V karena pada nilai tegangan V_BB dibandingkan saat saturasisehingga dapat digunakan sebagai penguat (amplifier). Bati arus pada transistor (hFE) merupakan perbandingan antara arus kolektor

dengan arus basis. Untuk menghitung hFE terlebih dahulu menghitung besarnya arus kolektor dan arus basis. Misalnya pada Tabel 4.7 saat tegangan basis 1,8

Sedangkan penguatannya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

8

(38)

Nilai penguatan arus transistor (hFE) akan berbeda untuk arus kolektor dan arus basis yang berbeda pula. Misalnya pada Tabel 4.7 saat tegangan basis sebesar 0,7 V, maka besar arus basis (I_B), arus kolektor (I_C), dan arus emiter (I_E) adalah:

Sedangkan penguatannya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:

35

Jadi transistor yang digunakan memiliki penguatan sebesar 35 kali untuk nilai arus kolektor sebesar 54 mA dan arus basis sebesar 1,5 mA. Grafik terhadap untuk 10 V, 15 V, dan 20 V dapat dilihat pada Gambar 4.12, Gambar 4.13, dan Gambar 4.14 berikut.

(39)

Gambar 4.13. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 15 V.

Gambar 4.14. Grafik hFE terhadap IC dengan VCC 20 V.

(40)

dioda, maka grafik karakteristiknya menyerupai grafik karakteristik V – I dioda. Dari Tabel 4.8, Tabel 4.9, dan Tabel 4.10, grafik karakteristik masukan transistor untuk tegangan kolektor-emiter (V_CE) sebesar 7 V, 8 V, dan 9 V dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.15, Gambar 4.16, dan Gambar 4.17 berikut.

(41)

Gambar 4.16. Grafik VBE terhadap IB untuk VCE 8 Volt.

(42)

Pada Gambar 4.15, Gambar 4.16, dan Gambar 4.17 dapat dilihat bahwa grafik karakteristik masukan transistor memiliki bentuk eksponensial. Ini sesuai dengan persamaan I_B yang dituliskan dalam Persamaan 4.1 berikut.

T B E V

V S

B e

I

I /



 (4.1)

Persamaan 4.1 digunakan untuk menghitung arus basis. Pada Persamaan 4.1 terdapat suku eksponensial. Karena itu grafik IB fungsi VBE berbentuk

eksponensial.

(43)

Gambar 4.18. Grafik VCE–IC dengan IB sebagai Parameter.

Transistor digunakan sebagai saklar saat bekerja pada daerah cut-off dan jenuh. Syarat saklar yang baik adalah pada saat on, saklar tersebut memiliki tegangan yang kecil, sehingga daya yang terbuang pada saklar tersebut memiliki nilai minimal. Transistor yang bekerja pada daerah aktif digunakan sebagai penguat karena memiliki bati arus yang cukup besar. Namun transistor yang bekerja pada daerah aktif memiliki nilai tegangan besar sehingga banyak daya yang terbuang pada transistor itu sendiri. Misalnya, dari Tabel 4.7, untuk nilai tegangan basis sebesar 0,7 Volt transistor memiliki tegangan (V_CE) sebesar 14,1 Volt. Arus kolektor yang mengalir sebesar 52,5 mA. Daya yang dibuang menjadi kalor adalah sebesar:

W mA

V I

V

(44)

Jika transistor dinyalakan dalam keadaan tersebut selama sekitar seratus detik saja (tidak ada dua menit), maka transistor akan menjadi hangat karena transistor tersebut menghasilkan kalor sebesar:

J

Dengan demikian, transistor yang bekerja pada daerah aktif tidak cocok digunakan sebagai saklar karena membuang kalor dalam jumlah yang cukup besar sehingga efisiensinya menurun.

Agar dapat digunakan sebagai saklar, transistor harus bekerja pada daerah saturasi. Pada saat bekerja pada daerah saturasi, transistor memiliki nilai tegangan kolektor-emiter VCE yang rendah. Dari Tabel 4.7, untuk nilai tegangan basis

sebesar 5 V, transistor memiliki tegangan (V_CE) sebesar 0,175 Volt. Arus kolektor yang mengalir sebesar 180,7 mA. Sehingga dapat dihitung hambatan kolektor-emiter saat transistor ’on’ adalah sebesar:



Daya pada transistor adalah:

mW

(45)

4.2.3. KARAKTERISTIK SCR

Ada tiga karakteristik yang diukur, yaitu tegangan breakover, arus

latching, dan arus holding. Tegangan breakover adalah tegangan anoda – katoda minimal yang dibutuhkan agar SCR dapat on tanpa adanya tegangan gerbang. SCR memiliki nilai tegangan breakover yang sangat besar sehingga peralatan yang ada di laboratorium tidak mampu untuk mengukur nilai tegangan ini. Tiga

power supply di laboratorium dirangkai secara seri sehingga menghasilkan tegangan maksimum sebesar 90 Volt, namun belum juga cukup untuk dapat membuat SCR on tanpa adanya tegangan gerbang. Oleh karena itu, bentuk grafik yang disajikan pada Gambar 4.19, Gambar 4.20, dan Gambar 4.21 tidak dapat menyerupai bentuk grafik pada Gambar 2.14.

Arus latching adalah arus SCR minimum yang diperlukan agar SCR tetap dalam keadaan on saat gerbang dipicu sesaat (dinyalakan lalu langsung dimatikan). Arus holding adalah arus SCR minimum yang diperlukan untuk menjaga agar SCR tetap dalam keadaan on tanpa adanya tegangan gerbang.

(46)

Gambar 4.19. Karakteristik V – I SCR untuk Ig 10 mA.

(47)

(48)

Dari Tabel 4.16 diketahui bahwa untuk arus gerbang sebesar 20 mA, diperoleh arus latching 14,5 mA dan arus holding 12 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 14,5 mA agar SCR dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 12 mA untuk menjaga agar SCR tetap on.

(49)

4.2.4. KARAKTERISTIK TRIAC

TRIAC hampir sama dengan SCR. Bedanya, TRIAC dapat menghantar arus bolak-balik. Karakteristik yang diukur pun sama dengan karakteristik yang diukur pada percobaan karakteristik SCR, yaitu tegangan breakover, arus

latching, dan arus holding.

Berdasarkan data pada Tabel 4.17, Tabel 4.18, Tabel 4.19, dan Tabel 4.20 karakteristik TRIAC dapat digambarkan pada Gambar 4.22, Gambar 4.23, Gambar 4.24, dan Gambar 4.25 berikut.

Gambar 4.22. Karakteristik V – I TRIAC Mode 1.

(50)

dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 1,2 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on.

(51)

(52)

Dari Tabel 4.20 diketahui bahwa pada mode 4 untuk arus gerbang sebesar 15 mA, diperoleh arus latching 1,15 mA dan arus holding 1,1 mA. Ini berarti dibutuhkan arus anoda sebesar 1,15 mA agar TRIAC dapat tetap on setelah dipicu sesaat dengan arus gerbang sebesar 15 mA dan dibutuhkan arus anoda minimal sebesar 1,1 mA untuk menjaga agar TRIAC tetap on.

Sama seperti SCR, pada percobaan karakteristik TRIAC nilai tegangan

breakover tidak dapat diperoleh karena nilainya sangat tinggi dan peralatan yang ada di laboratorium tidak mampu mengukur besarnya tegangan breakover

(53)

4.2.5. KARAKTERISTIK MOSFET

MOSFET merupakan piranti terkendali tegangan. MOSFET yang digunakan dalam percobaan ini adalah MOSFET IRF740. MOSFET memiliki tiga daerah kerja, yaitu cut-off, trioda, dan pinch-off. Pada daerah kerja trioda, MOSFET berfungsi sebagai hambatan yang terkendali tegangan. Sedangkan pada daerah kerja pinch-off, MOSFET berfungsi sebagai penguat tegangan. Syarat MOSFET berada di daerah pinch-off dituliskan pada Persamaan 4.2 berikut:

TH GS

DS V V

V   (4.2)

dengan tegangan threshold (V_TH) bernilai 3 V.

(54)

Gambar 4.26. Karakteristik VDS– ID dengan VGS sebagai Parameter. Berdasarkan Persamaan 4.2, saat V_GS 3,1 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat VDS 0,1V , sedangkan pinch-off saat VDS 0,1V . Saat VGS 3,2

V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat VDS 0,2V , sedangkan pinch-off

saat V_DS 0,2V. Saat V_GS 3,3 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat

V

V_DS 0,3 , sedangkan pinch-off saat V_DS 0,3V. Saat V_GS 3,4 V, MOSFET bekerja pada daerah triode saat VDS 0,4V , sedangkan pinch-off saat VDS 0,4V .

(55)

D

Misalkan berdasarkan Tabel 4.22, saat VDS bernilai 40 mV besar arus ID adalah

0,9 mA. Dengan menggunakan Persamaan 4.3 nilai RDS(ON) adalah:

 menentukan nilai transkonduktansi MOSFET. Nilai transkonduktansi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.4 berikut.

DS

(56)

nilai yang diambil misalnya nilai arus penguras (ID) untuk tegangan gerbang -

sumber (VGS) sebesar 3,5 Volt dan 3,55 Volt.

Gambar 4.27. Karakteristik VGS– ID untuk VDS0,6 Volt.

Dari Gambar 4.27, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 0,6 Volt adalah:

1

Sedangkan berdasarkan Persamaan 4.4, nilai transkonduktansinya adalah:





1

(57)

Gambar 4.28. Karakteristik VGS– ID untuk VDS 1 Volt.

Dari Gambar 4.28, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 1 Volt adalah:

1





1

(58)

Gambar 4.29. Karakteristik VGS– ID untuk VDS 2 Volt.

Dari Gambar 4.29, nilai transkonduktansi MOSFET untuk VDS 2 Volt adalah:

1





1

Dapat dilihat bahwa nilai transkonduktansi yang diperoleh dari percobaan mendekati nilai transkonduktansi yang diperoleh secara teoritis.

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi VDS, maka

(59)

Berdasarkan hasil percobaan yang digambarkan pada Gambar 4.27, Gambar 4.28, dan Gambar 4.29 perubahan nilai arus penguras (I_D) cukup linier untuk perubahan tegangan gerbang-sumber (V_GS) yang kecil. Sebagai contoh pada Gambar 4.27, pada V_GS sebesar 3,45 V, 3,5 V, dan 3,55 V diperoleh I_D sebesar 10,5 mA, 14,5 mA, dan 18 mA. Ini berarti untuk kenaikan VGS sebesar 50 mV,

terjadi kenaikan I_D antara 3,5 mA sampai 4 mA. Pada Gambar 4.28 untuk V_GS

yang sama, yaitu 3,45 V, 3,5 V, dan 3,55 V diperoleh I_D sebesar 11,5 mA, 17 mA, dan 21,5 mA. Ini berarti untuk kenaikan V_GS sebesar 50 mV, terjadi kenaikan

D

I antara 4,5 mA hingga 5,5 mA. Memang tidak linier sempurna, ini terjadi karena adanya kesalahan dalam membaca alat ukur pada saat melakukan pengukuran. Meskipun demikian hal ini mendekati teori yang mana perubahan nilai ID cukup linier untuk perubahan VGS yang kecil.

MOSFET pada daerah kerja pinch-off berfungsi sebagai penguat. Pada daerah kerja pinch-off, MOSFET memiliki tegangan yang besar. Arus yang dilewatkan juga besar. Dengan demikian, MOSFET pada daerah kerja pinch-off

memiliki daya yang besar. Misalkan untuk VGS 3,2 V, MOSFET bekerja pada

daerah pinch-off apabila V_DS 0,2V . Penulis mengambil nilai VDS 10 V. Pada

saat V_DS bernilai 10 V, arus I_D yang mengalir adalah sebesar 4,2 mA. Daya yang dimiliki oleh MOSFET tersebut adalah:

W mA

V I V

P . 10 .4,2 0,042

(60)

J s

W t

P

W  . 0,042 .3600 151,2

Jika nilai V_DS lebih besar lagi, maka semakin besar pula kalor yang dihasilkan oleh MOSFET tersebut. Oleh karena itu, MOSFET yang bekerja pada daerah

pinch-off tidak cocok digunakan sebagai saklar.

Saklar ideal seharusnya tidak memiliki tegangan pada saat menghantarkan arus. Sehingga tidak ada daya yang didisipasikan oleh saklar tersebut. MOSFET dapat berfungsi sebagai saklar saat bekerja di daerah triode. Misalkan untuk VGS

3,2 V, MOSFET bekerja pada daerah triode apabila V_DS 0,2V . Penulis mengambil nilai V_DS 100 mV. Pada saat V_DS bernilai 100 mV, arus I_D yang mengalir adalah sebesar 4,2 mA. Daya yang dimiliki oleh MOSFET tersebut adalah:

W mA

mV I

V

P . 100 .4,2 420

Bila dibandingkan dengan daya MOSFET pada daerah pinch-off, maka daya MOSFET pada daerah triode jauh lebih kecil. Dengan demikian, MOSFET yang bekerja pada daerah triode lebih cocok bila digunakan sebagai saklar.

4.2.6. KARAKTERISTIK IGBT

IGBT menggabungkan kelebihan-kelebihan yang ada pada MOSFET dan BJT. IGBT merupakan piranti terkendali tegangan. IGBT memiliki hambatan masukan yang sangat besar. IGBT memiliki tiga daerah kerja seperti BJT, yaitu

cut-off, aktif, dan saturasi.

(61)

Tabel 4.37, karakteristik VCE – IC IGBT IRG4BC20S dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.30 berikut.

Gambar 4.30. Karakteristik VCE– IC dengan VGE sebagai Parameter. IGBT yang digunakan memiliki tegangan ambang sebesar 4,5 V. IGBT bekerja pada daerah saturasi apabila memenuhi syarat V_CE V_GE V_T. IGBT bekerja pada daerah cut-off apabila memenuhi syarat VCE VGE VT. Dari Gambar 4.30,

misalnya untuk VGE 5 V, dapat dilihat bahwa IGBT bekerja pada daerah saturasi

saat V_CE 54,5V_CE 0,5V. Saat V_CE 0,5V, IGBT bekerja pada daerah aktif. Sedangkan untuk V_GE 5,3 V, IGBT bekerja pada daerah saturasi saat

V

VCE 0,8 . Saat VCE 0,8V , IGBT bekerja pada daerah aktif.

(62)

transkonduktansi digunakan untuk melihat nilai transkonduktansi yang dimiliki oleh IGBT IRG4BC20S. Nilai transkonduktansi IGBT dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan 4.5 berikut.

CE

V GE

C i

V I g

 

 (4.5)

Berdasarkan Tabel 4.38, Tabel 4.39, dan Tabel 4.40, karakteristik VGE – IC dapat digambarkan seperti pada Gambar 4.31, Gambar 4.32, dan Gambar 4.33 berikut. Untuk menghitung nilai transkonduktansi, nilai yang diambil adalah dua nilai arus kolektor (IC) untuk tegangan gerbang – emiter (VGE) tertentu, misalnya sebesar

4,7 V dan 4,75 V.

(63)

1

Dari Gambar 4.32, nilai transkonduktansi IGBT untuk VCE awal 0,8 V adalah:

(64)

Gambar 4.33. Karakteristik VGE– IC untuk VCE 0,9 V.

Dari Gambar 4.33, nilai transkonduktansi IGBT untuk VCE awal 0,9 V adalah:

1

3

016 , 0 50

8 ,

0 



 

 

 

V mA V

I g

CE

V GE

C i

Dari penghitungan-penghitungan di atas dapat dilihat bahwa nilai transkonduktansi IGBT IRG4BC20S bervariasi untuk nilai tegangan kolektor – emiter yang berbeda pula. Makin tinggi tegangan kolektor – emiter, maka makin besar pula nilai transkonduktansinya.

4.2.7. TUGAS RANCANG

(65)

Rangkaian step-up chopper dapat direalisasikan dengan menggunakan sebuah MC34063. Gambar 4.34 memperlihatkan rangkaian step-up chopper

menggunakan MC34063.

Gambar 4.34. Rangkaian Step-Up Menggunakan MC34063.

(66)

akan menurun. Penurunan ini dirasakan oleh rangkaian komparator yang ada dalam MC34063. Saat tegangan pada pin 5 MC34063 bernilai kurang dari tegangan acuan sebesar 1,5 V, maka komparator akan menghasilkan keluaran ’1’.

Keluaran komparator ini diumpankan ke pin ’A’ gerbang AND. Pin ’B’ gerbang

AND mendapat umpan dari osilator. Osilator akan menghasilkan keluaran logika ’1’ saat kapasitor CT melakukan pengisian. Saat pin ’A’ dan pin ’B’ gerbang

AND mendapat masukan berupa logika ’1’, maka gerbang AND akan

menghasilkan keluaran logika ’1’ pula. Dengan demikian SRFF juga akan menghasilkan keluaran pada pin ’Q’ berupa logika ’1’. Ini mengakibatkan

transistor dan dalam keadaan saturasi. Saat saturasi, arus akan mengalir melalui tegangan masukan (V_in) menuju induktor (L) dan transistor (Q₁). Saat siklus on

selesai, transistor Q₁ akan off dan medan magnetik pada induktor mulai mengosongkan muatan melalui dioda 1N5822 dan memberi energi pada kapasitor

O

C dan siklus kembali berulang.

Untuk merancang sebuah step-up yang dapat menghasilkan tegangan keluaran sebesar 40 V dari tegangan masukan 20 V, harus menentukan nilai-nilai resistor (R1, R2, dan RSC), kapasitor (CT dan CO), dan induktor (L).

Sebelum menentukan nilai-nilai komponen tersebut, terlebih dahulu menentukan lama waktu siklus on (ton) dan siklus off (toff ) berlangsung dengan

menggunakan persamaan-persamaan berikut.

sat in

in F out off

on

V V

V V V

t t

   

(min)

(67)

f

Nilai-nilai komponen dapat dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut.

 keluaran yang sesuai dengan yang dikehendaki. Nilai tegangan keluaran dihitung dengan Persamaan (4.13) berikut.



(68)





Karena nilai-nilai komponen yang diperoleh dari hasil penghitungan tidak tersedia di pasaran dengan nilai yang sama persis, maka nilainya disesuaikan dengan yang ada di pasaran. Nilai-nilai komponen yang digunakan:

(69)

nF CT 0,42

F

CO 470

H Lmin 107