KARAKTERISTIK DAN PENGGUNAAN KOMPONEN DIODA dan TRANSISTOR

(1)

KARAKTERISTIK DAN

PENGGUNAAN

KOMPONEN DIODA dan

TRANSISTOR

Untuk Sekolah Menengah Kejuruan

Bidang Keahlian : Teknik Elektro

Program Keahlian : Elektronika Komunikasi

Berdasarkan Kurikulum SMK yang Disempurnakan

(Kurikulum SMK Edisi 1999)

Penyusun :

Drs. Herry Sudjendro

(2)

DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH

PUSAT PENGEMBANGAN PENATARAN GURU TEKNOLOGI

VOCATIONAL EDUCATION DEVELOPMENT CENTER

(3)

KATA PENGANTAR

Modul ini diterbitkan untuk menjadi bahan ajar pada SMK Bidang Keahlian Teknik Mesin, memenuhi tuntutan pelaksanaan Kurikulum SMK yang disempurnakan (Kurikulum SMK edisi 1999).

Nilai kegunaan modul ini terletak pada pemakaiannya, karena itu kepada semua organisasi dan manajemen Pendidikan Menengah Kejuruan, diharapkan dapat berusahan untuk mengoptimalkan pemakaian modul ini.

Dalam pemakaian modul ini, tetap diharapkan berpegang kepada azas keluwesan, asas kesesuaian dan asas keterlaksanaan sesuai dengan karakteristik kurikulum SMK yang disempurnakan.

Direktorat Pendidikan Menengah Kejuruan menyampaikan terima kasih dan penghargaan kepada semua pihak yang telah berperan serta dalam penulisan naskah bahan ajar ini.

Jakarta, Agustus 2000 Direktur

Pendidikan Menengah Kejuruan

(4)

PROFIL KOMPETENSI TAMATAN TINGKAT II

PROGRAM KEAHLIAN TEKNIK LAS

D.

Menguasai alat ukur listrik dan elektronika

D1.

Mengidentifikasi dan

mengklasifikasi peralatan ukur listrik

D2.

Menguasai karakteristik macam-macam alat ukur listrik

D3.

Menginterpretasik an buku petunjuk pemakaian alat ukur listrik

D4.

Menggunakan Alat Ukur Listrik dan Elektronika

D5.

Merawat dan memperbaiki alat ukur listrik

E.

Menguasai konsep dasar teknik listrik dan elektronika mesin listrik AC/ DC

E6.

Menguasai teori atom dan molekul

E7.

Menguasai sifat dan macam bahan

penghantar dan isolator

E8.

Menguasai karakteristik dan penggunaan komponen semi konduktor

F.

(5)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ……….. i

PROFIL KOMPETENSI TAMATAN TINGKAT II PROGRAM

KEAHLIAN ELEKTRONIKA KOMUNIKASI ………..………

ii

PENDAHULUAN ……… vii

TUJUAN UMUM PEMBELAJARAN ……… viii

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL ………. ix

Kegiatan Belajar 1 1

DIODA 1

1. Tujuan Khusus Pembelajaran 1

2. Uraian Materi 1

2.1. Dasar pembentukan Dioda 1

2.2. Sifat dasar dari Dioda 1

2.3. Contoh Penggunaan 2

2.4. Harga Batas 2

2.5. Sifat Listrik Dari Dioda 3

2.6. Contoh Penggunaan Dioda 6

3. Lampiran 11

4. Lembar Evaluasi 12

5. Lembar Jawaban 13

DIODA ZENER 15

2. Uraian Materi 15

2.1. Dasar Pembentukan dioda zener 15

2.2. Bahan Dasar Dioda Zener 15

2.3. Dasar Pembentukan Junction pn 16

2.4. Potensial Barier 17

2.5. Sifat Dasar Dioda Zener 19

2.6. Harga Batas Dioda Zener 22

2.7. Sifat Listrik Dioda Zener 24

2.8. Penggunaan Dioda Zener 28

3. Lampiran 36

(6)

2. Uraian Materi 44

2.1. Pembentukan Transistor Bipolar 44

2.2. Sifat Dasar Transistor 46

2.3. Harga Batas Transistor 49

2.4. Sifat Listrik Transistor Bipolar 57

2.5. Hubungan Dasar Transistor 64

2.6. Contoh Penggunaan Transistor 79

3. Lampiran 74

Pengukuran Kurva Sifat Dasar Dioda 82

2. Alat dan Bahan 82

3. Waktu 82

4. Keselamatan Kerja 83

5. Informasi 83

6. Lembar Kerja 83

Praktik Penyearah Setengah Gelombang dan Gelombang Penuh 93

3. Waktu 94

5. Informasi 94

6. Lembar Kerja 95

Kegiatan Belajar 6 108

Praktik Pengukuran Kurva Karakteristik Dioda Zener 108

3. Waktu 109

(7)

Praktik Pengukuran Kurva Karakteristik Transistor Bipolar 119

3. Waktu 120

5. Informasi 120

6. Lembar Kerja 121

Pengukuran Kurva Karakteristik Transistor Bipolar Dengan Menggunakan CRO

131

3. Waktu 131

5. Informasi 133

6. Lembar Kerja 134

UMPAN BALIK 143

(8)

PENDAHULUAN

Untuk memenuhi kebutuhan implementasi kurikulum SMK edisi tahun 1999, maka perlu adanya modul yang relevan untuk membantu guru dalam mempersiapkan materi pembelajaran kepada siswa.

Diharapkan dengan adanya modul yang dipakai sebagai acuan para guru di SMK , akan tercapai keseragaman dalam mengimplementasikan / menjabarkan kurikulum edisi 1999. Dengan demikian akan tercapai kompetensi standard yang seragam di seluruh Indonesia.

Modul ini merupakan landasan teori dan praktik tentang pembentukan. sifat dasar, harga batas,karakteristik serta penggunaan dari komponen semikonduktor yang terdiri dari dioda, dioda zener serta transistor.

Semoga modul ini bermanfaat, dan sesuai dengan tuntutan para guru SMK

Penulis

(9)

TUJUAN UMUM PEMBELAJARAN

Diharapkan setelah mempelajari modul ini pemakai mampu memahami: 1. dasar pembentukan dari dioda, dioda zener dan transistor

(10)

PETUNJUK PENGGUNAAN MODUL

Modul ini berisikan teori dan praktik tentang Dioda, Dioda Zener maupun Transistor.

Setiap pembahasan praktik bisa memanfaatkan trainer yang mudah penggunaannya, namun tidak menutup kemungkinan untuk menggunakan papan percobaan lain yang relevan.

Trainer ini dilengkapi dengan terminal sederhana sehingga memudahkan untuk perbaikan.

Dengan model trainer yang mudah dibuat, diharapkan para guru bisa memperbanyak jumlah trainer, sehingga mencukupi kebutuhan siswa pada proses pembelajaran.

(11)

Kegiatan Belajar 1

DIODA

1. Tujuan Khusus Pembelajaran

Setelah mempelajari modul ini diharapkan pemakai dapat :

 Memahami dasar pembentukan dioda

 Memahami sifat dasar dioda

 Memahami harga batas dioda

 Memahami sifat listrik dioda

 Memahami penggunaan dioda

2. Uraian Materi

2.1 Dasar Pembentukan Dioda

M a t e r i a l P M a t e r i a l N

G a m b a r D io d a S e b e l u m D i f u s i + + + + +

+ + + + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

G a m b a r D io d a S e b e l u m D i f u s i + + + + _

+ + + + _ + + + + _

+ _ _ _ _ + _ _ _ _ + _ _ _ _

L a p i s a n P e n g o s o n g a n

(12)

(13)

(14)

A K +

_

+

_

A K

+

_

+

_ Input

Input

Output

Output Dioda

Dioda

Gb.2 Sifat dasar dioda

2.3 Contoh Penggunaan

1 Untuk Pengaman Polaritas.

+

_ _

+ Dioda

Penerima Radio

Gb.3 Pengaman Polaritas

2 Untuk Penyearah. (gb.2)

2.4 Harga Batas

Yang dimaksud dengan harga batas dari dioda adalah batas kemampuan maksimal dari suatu dioda baik arus maupun tegangannya.

Contoh : Dioda 1N4001

Dengan melihat data book dari dioda maka harga batas tegangan dan arus dapat diketahui.

Harga batas arus = 1 Ampere

(15)

Contoh Penerapannya :

Misalnya untuk peralatan / pesawat elektronika yang membutuhkan arus dibawah 1 Amper dengan tegangan dibawah 50 V maka dioda penyearah yang digunakan cukup dengan memakai dioda dengan type 1N 4001.

Untuk lebih jelasnya lihat gambar berikut ini :

C

Gb.4. Penyearah dioda dengan beban.

maka diodanya (D1,D2,D3,D4) cukup menggunakan dioda dengan type 1N 4001 sebanyak 4 buah. (lihat tabel pada lampiran)

2.5 Sifat Listrik dari Dioda

V A

+

(16)

bias B

Gambar 6. kurva sifat listrik (karakteristik) dioda catu maju (forward bias)

+

(17)

Gambar 8. Kurva sifat listrik ( karakteristik ) dioda dicatu mundur ( reverse bias )

(18)

2.6. Contoh Penggunaan Dioda

2.6.1. Sebagai Penyearah Setengah Gelombang Dengan Beban Tahanan

+

_

Penyearah setengah gelombang dengan beban tahanan

Gambar 10. Prinsip Kerja Penyearah Setengah Gelombang

Jika A positip ( + ), B negatip ( - ), maka dioda konduksi 1 bekerja , sehingga arus akan mengalir menuju RL dan kembali ke trafo.

Saat A negatip ( - ), B positip ( + ), maka dioda tidak konduksi/tidak bekerja sehingga arus tidak mengalir.

Kejadian ini berulang/muncul lagi terus-menerus sehingga bentuk gelombangnya dapat digambarkan sebagai berikut :

+

_ _ _

+ +

(19)

2.6.2. Sebagai Penyearah Gelombang Penuh Dengan Dua Dioda

A

D1

RL IF1

Uin

+

_ U1

U2

D2

IF2

UL B

C

Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan dua dioda

Gambar 12 Penyearah gelombang penuh

Prinsip Kerja Dari Penyearah Gelombang Penuh Dua Dioda Dengan Beban Tahanan.

Perlu diketahui bahwa untuk rangkaian penyearah gelombang penuh dua dioda diperlukan transformator yang mempunyai CT (Center Tap). Gelombang sinyal

pada titik A selalu berbeda phasa 180 terhadap titik C sedangkan titik B sebagai

nolnya.

Jika titik A positip ( + ), titik C negatip ( - ), maka D1 akan konduksi kemudian arus IF1, akan mengalir menuju RL dan kembali ke trafo (titik B).

(20)

titik A t t D1 konduksi

titik C t

+

_ _

+

+ +

_ _

D1

D2 t

D2 konduksi

t

D1 D2 D1 D2

Sehingga UL gabungan D1 dan D2

Gambar 13. gelombang sinus dan hasil penyearah gelombang penuh

2.6.3. Sebagai Penyearah Gelombang Penuh Dengan Sistim Bridge (empat Dioda)

A

B Uout Uin

D4 D1

D2 D3

RL IL

URL

Gambar 14. Gambar rangkaian penyearah gelombang penuh sistim bridge

Prinsip Kerja Penyearah Gelombang Penuh Sistim Bridge :

Jika A positip ( + ), B negatip ( - ), maka D1 konduksi arus I akan mengalir menuju RL dan D3 menuju titik B.

Saat B positip ( + ), A negatip ( - ), maka D2 konduksi arus I akan mengalir.menuju RL dan D4 menuju titik B.

(21)

t t D1,D3 konduksi

t +

_ _

+

+ +

_ _

D1,D3 ON

D2,D4 ON t

D2,D4 konduksi

t

D1 D2 D1 D2

Sehingga UL gabungan D1,D3,D2 dan D4

Gambar 15. gelombang sinus dan penyearahan gelombang penuh (sistem jembatan)

2.6.4. Sebagai Pengganda Tegangan

Uin C1

D1 D2

C2 UL RL

+

_

A

B

Gambar 16. Pengganda Tegangan

Prinsip Kerja Pengganda Tegangan

(22)

Gambar 17. Gelombang Output sebagai berikut :

(23)

3. Lampiran

Diodes, Power Rectifier

Type See Construction _{Voltage (PIV)}Peak Inverse Max._Rect. Maxsimum Forward_{Voltage Drop} Maxsimum Reverse_Current

Cuse Lead

Note

(V) Current_(A) (V) at Ampere (uA) at Volts Outline Info.

(24)

4. Lembar Evaluasi

1. Gambarkan dasar pembentukan dari Dioda

2. Terangkan proses dasar pembentukan Dioda

3. Gambarkan simbol dari Dioda.

4. Terangkan sifat dasar dari Dioda !

5. Berilah ( 2 buah ) contoh penggunaan sifat dasar dari Dioda !

6. Apa yang dimaksud dengan harga batas dari dioda ?.

7. Sebutkan 2 macam harga batas yang terdapat pada dioda !.

(25)

5. Lembar Jawaban

1. Gambar Dasar Pembentukan Dioda

G a m b a r D io d a S e b e l u m D i f u s i + + + + +

+ + + + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

G a m b a r D io d a S e b e l u m D i f u s i + + + + _

+ + + + _ + + + + _

+ _ _ _ _ + _ _ _ _ + _ _ _ _

L a p i s a n P e n g o s o n g a n

2. Dasar Pembentukan Dioda adalah

Jika material P dan material N dihubungkan/disusun sedemikian rupa maka akan terjadilah hubungan PN junction dan lahirlah komponen aktif yang mempunyai dua elektroda yang diberi nama Dioda.

3. Gambar simbol dari Dioda

A n o d a K a t o d a K a t o d a A n o d a

4. Sifat dasar Dioda menyearahkan arus hanya satu periode saja.

A K

+

_

+

_

A K

+

_

+

_ Input

Input

Output

Output Dioda

(26)

5. Contoh Penggunaan.

+

_ _

+ Dioda

Penerima Radio

220V

D

C 6V

+

_

6. Yang dimaksud harga batas dari dioda adalah batas kemampuan maksimum dari dioda baik arus maupun tegangannya.

7.1. Harga batas arus dalam satuan Amper 7.2. Harga batas tegangan dalam satuan Volt

(27)

Kegiatan Belajar 2

DIODA ZENER

1. Tujuan Khusus Pembelajaran

Setelah membaca modul ini diharapkan pemakai dapat:

 Memahami dasar pembentukan dioda zener

 Memahami sifat dasar dioda zener

 Memahami harga batas dioda zener

 Memahami sifat listrik dioda zener

 Memahami penggunaan dioda zener

2. Uraian Materi

2.1. Dasar pembentukan dioda zener

Semua dioda prinsip kerjanya adalah sebagai peyearah, tetapi karena proses pembuatan, bahan dan penerapannya yang berbeda beda, maka nama-namanya juga berbeda.

Secara garis besar komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor adalah ringkas (kecil-kecil atau sangat kecil). Maka hampir-hampir kita tidak bisa membedakan satu sama lainnya. Hal ini sangat penting untuk mengetahui kode-kode atau tanda-tanda komponen tersebut.

2.2. Bahan Dasar Dioda Zener

(28)

2.3. Dasar Pembentukan Junction pn

Pembentukan dioda bisa dilaksanakan dengan cara point kontak dan junction. Namun dalam pembahasan ini fokus pembahasan materi diarahkan pada cara junction.

Pengertian junction (pertemuan) adalah daerah dimana tipe p dan tipe n bertemu, dan dioda junction adalah nama lain untuk kristal pn (kata dioda adalah pendekan dari dua elektroda dimana di berarti dua). Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.

p n

+ + + + + + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Gambar 18. pembentukan zener dioda

Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi. Agar tidak membingungkan, pembawa minoritas tidak ditunjukkan, tetapi camkanlah bahwa ada beberapa elektron pita konduksi pada sisi p dan sedikit hole pada sisi n.

Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi kesegala arah, beberapa berdifusi melalui junction. Jika elektron masuk daerah p, ia akan merupakan pembawa minoritas, dengan banyaknya hole disekitarnya, pembawa minoritas ini mempunyai umur hidup yang singkat, segera setelah memasuki daerah p, elektron akan jatuh kedalam hole. Jika ini terjadi, hole lenyap dan elektron pita konduksi menjadi elektron valensi. Setiap kali elektron berdifusi melalui junction ia menciptakan sepasang ion, untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini :

p n

+ + + + + + + + +

_ _ _ _ _ _ _ _ _ L a p i s a n P e n g o s o n g a n

_ _ _

+ + +

(29)

Tanda positip berlingkaran menandakan ion positip dan taanda negatip berlingkaran menandakan ion negatip. Ion tetap dalam struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita konduksi ataupun hole. Tiap pasang ion positip dan negatip disebut dipole, penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi dan satu hole telah dikeluarkan dari sirkulasi. Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari muatan-muatan yang bergerak, kita sebut daerah yang kosong muatan-muatan ini dengan lapisan pengosongan (depletion layer).

2.4. Potensial Barier

Tiap dipole mempunyai medan listrik, anak panah menunjukkan arah gaya pada muatan positip. Oleh sebab itu jika elektron memasuki lapisan pengosongan, medan mencoba mendorong elektron kembali kedalam daerah n. Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap elektron sampai akhirnya medan menghentikan difusi elektron yang melewati junction.

Untuk pendekatan kedua kita perlu memasukkan pembawa minoritas. Ingat sisi p mempunyai beberapa elektron pita konduksi yang dihasilkan secara thermal. Mereka yang didalam pengosongan didorong oleh medan kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan dan membiarkan beberapa pembawa mayoritas berdifusi dari kanan kakiri untuk mengembalikan medan pada kekuatannya semula.

Inilah gambaran terakhir dari kesamaan pada junction :

_ _ _

+ + + L a p i s a n P e n g o s o n g a n

(30)

Beberapa pembawa minoritas bergeser melewati junction, mereka akan mengurangi medan yang menerimanya.

Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan mengembalikan medan pada harga semula.

Adanya medan diantara ion adalah ekuivalen dengan perbedaan potensial yang disebut potensial barier, potensial barier kira-kira sama dengan 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon.

A K A K

Gb.21a Simbol Gb.21b. Contoh Konstruksi

A K

+ _

Gb.21c. Cara pemberian tegangan

2.5. Sifat Dasar Dioda Zener

Dioda zener berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik (reverse bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut “break down diode”

Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari 2V sampai 200V.

2.5.1. Dioda zener dalam kondisi forward bias.

(31)

G

R X

Z D A K +

_

Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier yaitu 0,7V.

Gambar 22. dioda zener dalam arah forward

Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali .

Sedangkan konduktansi ( 



I

U) besar sekali, karena tegangan maju akan menyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan) sehingga perlawanannya menjadi kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron. Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini.

N P

_ _ _

+ + + d e p l e t i o n la y e r

G

+ _

A K

a d a a li r a n e l e k t r o n

Gambar 23. depletion layer pada dioda zener dalam arah forward 2.5.2. Dioda zener dalam kondisi Reverse bias.

Dalam kondisi reverse bias dioda zener kaki katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda.

G

R X

Z D K A +

_

(32)

Jika tegangan yang dikenakan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan pengosongan dipercepat sehingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari orbit terluar. Elektron yang baru dibebaskan kemudian dapat menambah kecepatan cukup tinggi untuk membebaskan elektron valensi yang lain. Dengan cara ini kita memperoleh longsoran elektron bebas. Longsoran terjadi untuk tegangan reverse yang lebih besar dari 6V atau lebih.

Efek zener berbeda-beda bila dioda di-doping banyak, lapisan pengosongan amat sempit. Oleh karena itu medan listrik pada lapisan pengosongan amat kuat. Jika kuat medan mencapai kira-kira 300.000 V persentimeter, medan cukup kuat untuk menarik elektron keluar dari orbit valensi. Penciptaan elektron bebas dengan cara ini disebut breakdown zener.

Efek zener dominan pada tegangan breakdown kurang dari 4 V, efek longsoran dominan pada tegangan breakdown yang lebih besar dari 6 V, dan kedua efek tersebut ada antara 4 dan 6 V. Pada mulanya orang mengira bahwa efek zener merupakan satu-satunya mekanisme breakdown dalam dioda. Oleh karenanya, nama “dioda zener” sangat luas digunakan sebelum efek longsoran ditemukan. Semua dioda yang dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown oleh karenanya tetap disebut dioda zener.

G + _

A K

N P

_ _ _

+ + +

a r u s b o c o r

Gambar 24. arus bocor dioda zener pada arah reverse

(33)

dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse ( 



I

U) konduktansi besar sekali

dan sebelum aktif ( 



I

U) konduktansi kecil sekali. 2.5.3. Karakteristik Dioda zener.

Jika digambarkan kurva karakteristik dioda zener dalam kondisi forward bias dan reverse bias adalah sebagai berikut.

I f o r w a r d ( m A )

f o r w a r d ( v ) R e v e r s e ( V )

d a e r a h t e g a n g a n

l i n i e r t e m b u s

t i t i k t e g a n g a n

I r e v e r s e

Gambar 25. Grafik Karakteristik Dioda Zener

2.6. Harga Batas Dioda Zener

Harga batas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah suatu keterangan tentang data-data komponen dioda zener yang harus di penuhi dan tidak boleh dilampaui batas maximumnya dan tidak boleh berkurang jauh dari batas minimumnya.

Adapaun harga batas tersebut memuat antara lain keterangan tentang tegangan break down ( Uz ) arus maximumnya dioda zener ( Iz) tahanan dalam dioda zener ( Rd ). Semua harga komponen yang terpasang pada dasarnya akan mempunyai 2 kondisi yaitu :

1. Kondisi normal , sesuai dengan ketentuannya

(34)

3. Mungkin kurang dari ketentuannya 4. Mungkin melebihi ketentuannya

Untuk alasan itu semua, maka kita perlu sekali memperhatikan data-data yang ada untuk setiap jenis komponen agar komponen yang digunakan sesuai dengan yang diharapkan yaitu bisa bekerja baik dan tahan lama . Kondisi yang demikian dinamakan kondisi yang normal namun kondisi yang tidak normal adalah suatu kondisi yang perlu mendapatkan perhatian.

Oleh karena itu kita perlu mempelajari harga batas dioda zener , agar kita dapat mengoperasikan komponen sesuai dengan data yang dimiliki . Sebab kondisi yang tidak normal terutama kondisi dimana komopenen diberi tegangan melebihi batas maximumnya , maka komponen tersebut dapat rusak maka hal ini perlu sekali di antisipasi sehingga tidak akan terjadi kerusakan komponen akibat kesalahan pemberian bias. Maka di sarankan setiap pemakai komponen sebelum merangkai harap melihat data karakteristiknya seperti yang terlampir pada lembar informasi pada lampiran.

2.7. Sifat Listrik Dioda Zener

2.7.1. Tegangan Breakdown dan Rating Daya

Gambar 1 menunjukkan kurva tegangan dioda zener . Abaikan arus yang mengalir hingga kita mencapai tegangan breakdown Uz . Pada dioda zener , breakdown mempunyai lekukan yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan arus yang hampir vertikal.Perhatikanlah bahwa tegangan kira-kira konstan sama dengan UZ pada arus test IZT tertentu di atas lekukan (lihat Gambar 1 ) .Dissipasi

daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dan arusnya , yaitu :

Z Z Z=U I

P

Misalkan, jika UZ = 12 dan IZ = 10 mA,

W 0,12 = 0,01 1,2

=

(35)

Selama PZ kurang daripada rating daya PZ(max), dioda zener tidak akan rusak. Dioda zener yang ada di pasaran mempunyai rating daya dari 1/4 W sampai lebih dari 50 W .

Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus maksimum dioda zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating dayanya . Arus maksimum diberi tanda IZM (lihat Gambar 1 . Hubungan antara IZM dan rating daya adalah :

Z Z(max) ZM

V P = I

Uz

U Iz

Iz

T

M

(36)

2.7.2. Impendansi Zener

Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini menandakan bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita dapat menghitung impedansi dengan cara :

ZZ

i

=  u



Sebagai contoh, jika kurva menunjukkan perubahan 80 mV dan 20 mA, impedansi zener adalah :

ZZ = 0,08

0,02 = 4 

Lembar data menspesifikasikan impedansi zener pada arus tes yang sama di gunakan untuk UZ . Impedansi zener pada arus tes ini diberi tanda ZZT. Misalnya,

1N3020 mempunyai UZ 10 V dan ZZT = 7 untuk IZT = 25 mA .

2.7.3. Koefisien Suhu

Koefisien suhu TC adalah perubahan (dalam persen ) tegangan zener per derajad Celcius.

Jika UZ = 10 V pada 250_{C dan}_T

C = 0,1%, maka

UZ = 10 V

(250_C) UZ= 10,01

(260_C) UZ= 10,02 V

(270_C) UZ = 10,03 V

(280_C)

(37)

Dalam rumus, perubahan tegangan zener adalah :

 U = T Z C  T  UZ

Diketahui TC = 0,004% dan U= 15V pada 250C, perubahan tegangan zener dari

250_{C sampai 100}0_{C adalah}

 U = 0,004 (10 ) (100 - 25) 15 = 0,045 VZ -2 Oleh sebab itu, pada 1000_C,_U

Z= 15,045 V

2.7.4. Pendekatan Zener

Untuk semua analisa pendahuluan, kita dapat melakukan pendekatan daerah breakdown sebagai garis vertikal. Ini berarti tegangannya konstan walaupun arus berubah. Gambar 2 menunjukkan pendekatan ideal suatu dioda zener. Pada pendekatan pertama, dioda zener yang bekerja dalam daerah ekuivalen dengan batere UZ volt.

IZ IZ

+ _

_ + IZ IZ

UZ

ZZ ₊

_UZ UZ

(a) (b)

Gambar 27

(38)

CONTOH 1

Dioda zener pada Gambar 3 mempunyai UZ = 10 V dan ZZT = 7 . Tentukan

harga UOUT dengan pendekatan ideal. Juga hitung minimum dan maksimum arus zener.

+ _

+ _ 20 - 40V

820 

IZ _10V +

_ 20 - 40V

820 

IZ 10V

+

_ Uout

(a) (b)

+

_ +

_ 20 - 40V

820 

IZ

10V 7

(c)

Gambar 28

PENYELESAIAN

Tegangan yang dikenakan (20 sampai 40 V) selalu lebih besar dari tegangan breakdown dioda zener. Oleh sebab itu, kita dapat membayangkan dioda zener seperti batere dalam Gambar 3b. Tegangan outputnya adalah :

V 10 = U =

UOUt Z

(39)

Arus zener minimum IZ(min) terjadi pada tegangan sumber minimum. Dengan hukum Ohm .

I U U

R

Z(min) = INmin) - Z = 20 - 10

820 = 12,2 mA

(

Arus zener maksimum terjadi jika tegangan sumber maksimum :

I

R

Z(max) =

U - U

= 40 - 10

820 = 36,6 mA

IN( max) Z

CONTOH 2

Gunakan pendekatan kedua untuk menghitung tegangan output minimum dan maksimum pada Gambar 28a

PENYELESAIAN

Contoh 2 memberikan ZZT = 7 . Walaupun hal ini hanya benar pada arus

tertentu, ZZT merupakan pendekatan yang baik untuk ZZ di mana saja dalam breakdown .

Kita dapatkan IZ(min) = 12,2 mA dan IZ(Mak) = 36,6 mA. Jika arus ini mengalir melalui dioda zener pada Gambar 3c, tegangan minimum dan maksimumnya adalah :

V 10,09 = 0,0122(7) +

10 =

Z I + U

UOUT(MIN)_ Z Z(MIN) Z

dan

V 10,26 = 0,0366(7) +

10 =

Z I + U

UOUT_ Z Z(max) Z

(40)

2.8. Penggunaan Dioda Zener

2.8.1. Contoh Penerapan Dioda Zener

Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan sebagai penstabil ataupun pembagi tegangan . Salah satu contoh adalah ditunjukkan gambar 29 .

Tegangan dari filter

+

_ 16V l 14V l 12V

5V l 4V l 3V RS

IZ

ZD

10V RL _10V

IR L

Gambar 29. Penstabil tegangan pada output penyearah

+12V

_

Gambar 29 a.

Dioda Zener yang melindungi pemancar ( transceiver ) di dalam kendaraan mobil , terhadap loncatan-loncatan tegangan.

Adapun cara kerja rangkaian di atas adalah sebagai berikut :

(41)

2.8.1.2. RS gunanya untuk membatasi tegangan yang masuk dalam rangkaian dan RL untuk beban atau output yang kita ambil tegangannya .

2.8.1.3. Seandainya tegangan input ( tegangan dari filter ) itu naik , misalkan 16 Volt maka tegangan yang didrop oleh RL juga akan naik misalkan sebesar 12 Volt . Maka dioda zener akan menghantar . Arus akan terbagi dua , yaitu lewat RL dan ZD . Sedangkan dioda zener mempertahankan tegangan sebesar 10 Volt dan karena dioda ini di pasang paralel dengan RL maka dengan sendirinya tegangan output akan tetap sebesar 10 Volt .

2.8.1.4. Selanjutnya apabila tegangan input turun maka tegangan yang di drop oleh RS akan kurang dari 4 Volt dan tegangan yang di drop oleh RL pun akan kurang dari 10 Volt . Hal ini mengakibatkan dioda zener menyumbat dan arus hanya mengalir lewat RL saja . Dengan sendirinya tegangan output akan turun (tegangan input turun menjadi 12 Volt).

2.8.1.5. Kesimpulannya adalah bahwa tegangan output tidak akan melebihi dari 10 Volt tetapi dioda zener tidak menjamin tegangan tetap sebesar 10 Volt bila tegangan input dari filter itu turun .

Contoh lain pemakaian dioda zener adalah seperti gambar 30 . Dengan cara tersebut kita akan mendapatkan beberapa macam tegangan yang diinginkan .

Gambar 30. Pembagi tegangan dengan dioda zener

(42)

Rumus untuk menyelesaikan rangkaian Stabilitas tegangan dengan Dioda Zener adalah sebagai berikut :

Gambar 31

 Arus pada RS :

I_S = U - U R

i Z

S

 IZ = IS - IBB

 Tegangan-beban : URB = UZ

 Arus-beban :

B Z B _RB

U = IB

2.8.2. Contoh 1.

+

_

RV

UZ ZD UL _RL

UE

URV

IL

IZ

IE

Gambar 32

Lihat gambar samping , apabila kita letakkan beban RL paralel terhadap dioda zener , maka akan didapatkan hubungan :

 UL = UZ

 IE = IZ + I1

 UE = UV + UZ

2.8.2.1. Apabila : RL= berubah-ubah  IL  Konstan

UE = Konstan IE = Konstan

( pada UZ Konstan )

2.8.2.2. Apabila : RL= Konstan  IL = Konstan ( pada UZ Konstan )

(43)

Sesuai dengan hukum Kirchoff 1 maka :

IE = IZ + IL

( IZ ini timbul disebabkan pengaruh tegangan input pada dioda zener serta impedansi yang terdapat dalam dioda zener ) .

2.8.3. Contoh 2

Dalam praktik, kedua jenis beban ( beban luar dan beban pada dioda zener sendiri ) akan saling mempengaruhi.

Arus zener maksimum akan terjadi , bila arus beban IL dalam keadaan paling

kecil (minimum )

dan tegangan input UE pada waktu yang sama dalam keadaan paling besar ,

dan itu juga berarti IE dalam keadaan maksimum .

IZ max = IEmax - IL min

Sebaliknya arus zener akan minimal bila tegangan input UE dalam keadaan (dan

jugaIE) minimum dan arus beban dalam keadaan paling besar pada waktu

yang sama . Arus zener yang minimum inilah yang di harapkan .

IZmin = IEmin - ILmax

Perhitungan rangkaian dasar :

Seperti telah dibicarakan di atas, yaitu masalah tegangan pada beban, arus maksimum, arus beban minimum serta tegangan inputnya, maka untuk perhitungan pada rangkaian stabilisasi, langkah-langkah untuk memilih dioda zener adalah sebagai berikut :

UZ = UL

(44)

2.8.4. Contoh 3

PV = _{1,45 . UZ . I L max}UE max - UE min

UE min - UZ max -

I L min I L max



  



  

PV = Disipasi daya atau hilang daya pada dioda zener

1,45 = Faktor toleransi yang diberikan akibat adanya minority carrier ( pembawa minoritas ) yang terdapat dalam zener

ma - U

UE min - U - I L min I L max

Z min

Z max

UE



   



   

adalah faktor

yang memperhitungkan temperatur medium

 Jika tidak ada spesifikasi ( tabel data ) maka diambil harga :

I Z min = 0,1 . IZ max

( IZ max diambil dari luar tabel tanpa tambahan pendinginan permukaan )

Tahanan depan RV :

RV = UV_IE = UE - UZ IZ + IL

Rumus diatas digunakan menghitung tahanan depan RV . Namun yang perlu

diingat, adalah RV ini berbeda pada daerah yang diijinkan, yaitu di antara

dua nilai ekstrem.

2.8.5. Contoh 4.

RV = UE max - UZ min  Untuk arus dioda maksimum

(45)

RV = UE min - UZ max  Untuk arus dioda minimum

IL max + IZ min

Dua rumusan dasar RV min dan RV max telah diketahui, selanjutnya dalam kondisi tertentu :

RV min > RV max

Harga ini dapat dipenuhi bila

IZ max besar atau bila

Dipilih tegangan input lebih besar

Harga RV min dan RV max ini cukup besar dan sudah tentu didapatkan harga RV yang tertentu pula . Kedua nilai ekstrem ini juga memperhitungkan toleransi nilai tahanan yang berkisar di antara 5% atau 2%.

Dalam normalitas harga RV dipilih E24 atau E48 Dengan harga tahanan depan yang tinggi, maka hilang daya pada tahanan depan dan dioda zener akan menjadi kecil.

Maka sisi kerja yang lain akan memperbaiki fungsi stabilisasi.

Besarnya daya maksimum pada tahanan depan ditentukan oleh tegangan yang ada.



(46)

2.8.6. Contoh 5

Contoh Perhitungan :

Diketahui :

UL = 5,0 Volt

IL = 40 ... 100 mA

UE = 20 V  10%

TU = 40 ...500_C

1. Cara memilih tipe dioda zener :

UZ = UL = 5,0 V ( UZ max = 5,4 V, UZ min = 4,8 V sesuai tabel data ) .

PV = 1,45 . UZ . IL max UE max - UZ min

UE min UZ max - I L min I L max



   

PV = 1,45 . 5 V . 0,1 A _{18 V - 5,4 V}22 V - 4,8 V - 40 mA 100 mA 

 

  

PV = 0,725 W ( 1,366 - 0,400 )

PV = 0,725 W . 0,966 = 0,7 W

Dipilih tipe dioda ZD 5,1 IZmax = 170 mA

IZmin = 0,1 . IZmax

= 17 mA.

Cara memilih tahanan depan :

RV min = UE max - UZ min_{I L min + IZ max} = 22 V - 4,8 V

0,04 A + 0,17 A = 82

RV max = UE min - UZ max

I L max + IZ =

18 V - 4,8 V

(47)

Dipilih tahanan dengan

RV = 100 /5 W

PRV = UE max - UZ min  

2

RV =

22 V - 4,8 V 2

100 = 2,96 W

 

(48)

3. Lampiran

peak reverse power

dissipation 30 W max Junction temperature 200 0_{C max}

Thermal resistance from

junction to tie-point 0,30 K / mW

Diodes Zener 0,4 W

PHILIPS

Type BZK 79

Tolerance  5%

Donnees tecniques

Boîtier DO-35 Puissance 500 mW max Non-repetitive

peak reverse power

dissipation 30 W max Junction temperature 200 0_{C max}

Thermal resistance from

junction to tie-point 0,30 K / mW

(49)

Diodes

Diodes Zener 1 W

MOTOROLA

Type 1 N 47...A

Pour applications indrustrielles

Uzt = tegangan Break down Zener

Izt = Arus Zener

Rzt =Tahanan Zener

Irmax = Arus Reverse Maximum

Vr = Tegangan Reverse

(50)

Dioden Diodes

peak reverse power

dissipation max. 60 w tp = 100 S; tJ = 25 0C

Junction temperature 200 0_{C max}

Thermal resistance from junction to

tie-point = 110 K/W

Diodes Zener 1,3 W

PHILIPS

Type BZK 85

Tolerance  5%

Boîtier DO-41 Puissance 1,3 W max Non-repetitive

peak reverse power

dissipation max. 60 w tp = 100 S; tJ = 25 0C

Junction temperature 200 0_{C max}

Thermal resistance from junction to

tie-point = 110 K/W

min nom max

Test current

(51)

Diodes

Diodes Zener 5 W

Type BZK 40

Tolérance  5%

Bonne stabilité à long terme

Uzt = Tegangan Break down Zener

Izt (ma) = Arus Zener Maksimum

Zzdyn = Daerah Dinamis Zener pada Frekuensi 1 Khz Izmax = Arus Zener Maximum

(52)

Dioden Diodes

Schutzdioden

SGS.THOMSON

Typ 1,5 KE...

Überspannugsschutz für Halbleiter Maximale Belastung 1,5 kW / 1 ms

Diodes de protection

SGS.THOMSON

Typ 1,5 KE...

Protection contre les surtensions pour les semi-conducteurs

Charge maximale 1,5 kW / 1 ms Tension de veille V

Durchspannung Tension d’ avalanche V ( 1 mA )

(53)

KARAKTERISTIK BEBERAPA DIODA ZENER

Uz =Tegangan Zener

ID(ma) = Arus Dioda Zener

(54)

4. Lembar Evaluasi

1. Bahan dasar yang digunakan untuk pembuatan komponen dioda zener adalah ...

2. Elektron valensi adalah elektron yang terletak pada ...…... 3. Daerah pertemuan (junction) antara kedua lapisan P-N disebut ... 4. Daerah dekat junction dikosongkan dari muatan yang dapat bergerak, daerah ini kita sebut lapisan ……...…………... 5. Untuk pendekatan kedua, kita perlu memasukkan pembawa …... 6. Pembawa minoritas bergeser melewati junction akan ... 7. Pada suhu 25o_{potensial barier kira-kira sama dengan ...} untuk germanium dan ... untuk silikon.

8. Di ketahui dioda zener bertegangan 15 V dan arusnya 20 mA, tentukan dissipasi dayanya ?

9. Di ketahui jika dioda zener mempunyai rating daya 5 watt dan tegangan zener 20 V berapakah IZM ?

10. Dalam daerah breakdown dioda zener , perubahan 15 mV menghasilkan perubahan 2 mA. berapakah impedansi zener ?

11. Di ketahui tegangan breakdown (UZ) = 18 V dan impedansi zener (ZZT)

= 12  jika arus yang mengalir pada zener 10 mA .

(55)

5. Lembar Jawaban

1. Bahan dasar yang digunakan untuk pembuatan komponen dioda zener adalah Silikon (Si)..

2. Elektron valensi adalah elektron yang terletak pada ..orbit paling luar.

3. Daerah pertemuan (junction) antara kedua lapisan P-N disebut daerah

deplesi..

4. Daerah dekat junction dikosongkan dari muatan yang dapat bergerak,

daerah ini kita sebut lapisan ..pengosongan..

5. Untuk pendekatan kedua, kita perlu memasukkan pembawa minoritas..

6. Pembawa minoritas bergeser melewati junction akan ..mengurangi medan yang menerimanya..

7. Pada suhu 25o_{potensial barier kira-kira sama dengan}_{..0,3 V..}_untuk germanium dan ..0,7 V.. untuk silikon.

8. Pz = Uz . Iz

= 15V . 0,02A

= 0,3 Watt

9

10.

11.

W 0,25

V 20

W 5 P = I

UZ Z ZM

 

ZZ = U i 15 mV

2 mA 7,5

 



UZ = U + I . Z

= 18 + (0,01 . 12 ) = 18 + 0,12

= 18,12 V

Z Z Z

(56)

Kegiatan Belajar 3

TRANSISTOR BIPOLAR

1. Tujuan Khusus Pembelajaran

Setelah membaca modul ini diharapkan pemakai dapat:

 Memahami dasar pembentukan transistor bipolar

 Memahami sifat dasar transistor bipolar

 Memahami harga batas transistor bipolar

 Memahami sifat listrik transistor bipolar

 Memahami penggunaan transistor bipolar

 Memahami hubungan dasar transistor bipolar

2. Uraian Materi

2.1. Pembentukan transistro bipolar

(57)

Layer Epitaksial

P n ₁

2

S i 0

P P +

n n +

S i 0

3

4

E B

C

E B

C E B

C E _B

C

Gambar 33. Contoh Langkah proses pembuatan Transistor - epitaksial - planar

Pada kristal N - Si dengan tahanan ohm rendah ( dengan doping tinggi ) ; selanjutnya di gunakan pada lapisan tipis layer N - epitaksial dengan tahanan ohm tinggi . Dengan demikian layer pengaman di tengah oksidasi ( Si 0 )

Di buatkan sebuah jendela ( jendela basis ) dalam layer Si 0 , dikotori dengan B

( Valensi 3  tipe P ( pada layer penghantar basis) , kemudian di tumbuhi /

ditutupi layernya dengan Si 0 .

Jendela emiter ditentukan dahulu dalam layer Si 0 lalu didopping ( dikotori ) dengan phosphor  tipe N - menjadi layer penghantar emiter , lalu ditimbuni

lagi dengan layer Si 0 .

(58)

Penempatan akhir :

Perencanaan kotak

Pemasukan , mengupas dengan plastik buatan . ( Pembuatan miniatur )

Sifat - sifat

Transistor - epitaksial : Penguatan tinggi

kapasitas kecil

frekuensi cut-off tinggi

Tegangan beban ( UCE ) rendah

batasan modulasi ( Pencampuran yang saling mempengaruhi ) besar

arus beban kecil pada waktu hubung pendek

2.2. Sifat Dasar Transistor :

2.2.1. Pengaruh Temperatur

Suatu semi konduktor pada kondisi temperatur yang besar  menghantar

sendiri

Ketentuan dasar :

bertambah, arus menjadi  lebih besar

Temperatur

berkurang, arus menjadi  lebih kecil

(59)

0,5 1

0,4 0,8

IB (mA)

UBE(V) IB UBE

50 100

10 20

IC (mA)

UCE(V) ICEO

+ X

Gb.34 Karakteristik Masukan Gb.35 Karakteristik Keluaran

( Input Characteristic ) ( Output Characteristic )

Temperatur itu mempunyai pengaruh pada arus kolektor IC ( berturut-turut IE ),

langsung berpengaruh pula pada

Arus bocor kolektor ICEO,( Arus Kolektor-Emitor pada keadaan Basis terbuka )

Penguatan arus searah ( berturut-turut A )

+ AV  lebih besar

Hal diatas adalah ICE pada

- AV  lebih kecil

Akibatnya  penghalauaan / pengendalioan temperatur harus di usahakan .

2.2.2. Pengaruh Temeperatur terhadap UBE

Atas dasr pengalaman harganya di tentukan ( berlaku ) :UBE/0C  2 m V/0C

Setiap temperatur10_{C tegangan Basis-Emitor sekitar 2 m V}

Contoh : Berapa besar perubahan tegangan keluaran ( tegangan Output )UCE, jika

V = 100_{C, V = 50, merupakan penguatan tegangan}

 UCE = V .  UBE .  V = 50.2.10 ( m V )

Penyelasaian :

 UCE = 1,000 m V = 1 V

(60)

2.2.3. Sifat Frekuensi

 Bersifat dinamis ( berubah-ubah )

Sifat pada frekuensi tinggi

Penguatan arus berkurang Amplitudo keluaran berkurang

Tahanan keluaran ( tahanan output ) atau impedansi berkurang Mempengaruhi jalannya waktu ( periode ) pengisian muatan. Pergeseran phasa pada masukan dan keluaran

Mengakibatkan perubahan pembuangan muatan kapasitas C

Pengertian : Suatu frekuensi, yang besarnya tertentu mempunyai harga penurunan pada frekuensi yang lebih rendah disebut : Frekuensi batas FG

Frekuensi batas : frekuensi dengan : 2

2 0707 mempunyai penurunan

sebesar 3 dB ( turun 3 deci - Bell )

Gambaran secara grafik : Jalannya amplitudo :

Sinyal masukan Sinyal keluaran

Ui Uo

F(Hz) FT Frekuensi batas

t t

SE SA

SA Mengambil /

menentukan penguatan

10 2 10 4 10 6

Gambar 36.

SE = Konstan

Frekuensi batas bisa di pertinggi oleh bangunan konstruksi yaitu  Lapisan basis yang tipis , lapisan kolektor yang kecil

(61)

2.3. Harga Batas Transistor

2.3.1. Pengantar :

Harga karakteristik kerja :

Merupakan sifat-sifat yang dimiliki oleh transistor, misalnya penguat arus (yang di tentukan oleh IC) frekuensi batas dsb .

Harga batas kerja :

Harga batasan-batasan maksimum ( Seperti : IC max, UCE max, PVmax )

Yang apabila berlangsung melampaui waktu yang di tentukan , akan terjadi kerusakan / kehancuran elemen.

2.3.2. Temperatur maksimum dari lapisan penghalang dan rugi daya

Temperatur lapisan kolektor hendaknya tidak dilampaui.

VJ max  2000 C

Lapisan penghalang menjadi panas terutama karena adanya pemanasan sendiri , maksudnya karena adanya rugi daya PV

PV = UCE . IC PV atau PO (disipasi ).

Saling bergantung PV  VJ  VJ : V adalah sebanding PV ! VJ max tidak di lampaui

untuk membuat keadaan aman , caranya dengan mengeliminasi panas 

Pendingin antara, alat pendingin  reduksi rugi daya .

Disini masih dapat terjadi rugi hantaran maksimum yang diijinkan dari keterkaitan

dan ketergantungan dengan panas . Karena  Pernyataan / Penentuan rugi

daya maksimal yang dijinkan , PV max, juga tergantung pada temperatur luar .

Dua kasus rugi daya ( masing-masing terlihat dari lembar data )

–PV max yang berkaiatan dengan temperatur sekitar .

 pada transistor-transistor kecil

–PV max yang berkaitan dengan pemanasan

(62)

2.3.3. Penentuan rugi daya yang diijinkan :

Rugi daya yang berkaitan dengan temperatur sekitar :

Temperatur sekitar  VU’ atau , Tamb tamb

( ambient = daerah sekitar )

Petunjuk rugi daya maksimum untuk V = 250_C

( Temperatur pemakaian )

100

Gambar 37. Analisa grafis : PV dan ketergantungannya dengan VU

Rugi daya yang diijinkan dikurangi dengan pertambahan temperatur adalah linier.

Yaitu : =

Dengan demikian : j _thju U _thju

(63)

Contoh : Diketahui temperatur sekitar VU = 250_{C , temperatur lapisan} penghalang maksimal

Vj max = 2000_{C, tahanan termis Rthju = 0,44}0_C/mW

Berapa besar rugi daya yang diijinkan :

Jawab : (mW) 400mW

Data lain yang menentukan besar tahanan termis Rthju  daya hantar termis

thju

Contoh : Hitunglah rugi daya yang diijinkan pada suatu temperatur daerah

sekitar

VU = 600_{C dari transistor type 2 N2904}

Jawab : Daya hantar = 3,34 mW/0_C

Pemakaian rugi daya pada temperatur kotak / bodi :

Temperatur bodi VG atauTC’ tC ( Case = kotak )

Data rugi daya maksimum pada : VG = 250_{C, 45}0_{C (PV pada VC = 25}0_{C adalah}

data yang semu) Alat pendingin harus pada panas VU = 250_{C ( kalau dapat}

(64)

Rthjg

Rthgk Vj maks

Rthku

Gambar 38. transistor daya pada pendingin

Tahanan termis bersama :

thku thgk

thjg

th =R +R =R

R

Rthjg = Data dalam lembar data transistor

Rthgk = Tahanan antara / Penyekat  kotak alat pendingin

0,1 - 0,3 0_{C/W ; Pada isolasi listrik ( Plat mika ) sebesar > 1}0_C/W

Rthku = Tahanan profil pendingin  profil - daerah sekitar ; data

dari perusahaan .

v G

Pv (Watt)

0 120 100 80 60 40 20

25 50 100 150 200

P ( V ) untuk transistor 2N 3055 P maxv

V_G ( C )o

(65)

Gambar rangkaian pengganti “ Listrik “ untuk aliran panas .

Rthjg

Rthgk

Rthku



jg

V

aliran panas P _V

sumber panas

V _gk



V _ku



Gambar 40.

Tahanan dalam

Penurunan temperatur

( tegangan termis )

 V =  Vjg +  Vgk +  Vku

Penghitungan pemakaian panas sebagaimana penghitungan pada sebuah rangkaian seri pemakaian Listrik.

Persesuaian Formal :

Arus I

Aliran panas

PV

Tegangan U

Penurunan Panas

 V

Tahanan R

Tahanan termis

Rth

Berlaku hubungan

th U j th

V _R

V -V = R

V Δ = P

Rth = Tahanan termis total .

Perhitungan :

Contoh :

1. Seorang akan menentukan rugi daya PV yang diijinkan .

Diketahui : Rthjg = 7,5 0_{C/W ; Rthgk 0,2}0_C/W

Rthku = 6,8 0_C/W

(66)

Penyelesaian :

Pilihlah alat pendingin untuk transisto 2 N 3055 yang rugi dayanya PV = 30 W . Temperatur sekitar VU = 450C ( RthGK diabaikan ) .

tahananalatpendingin 

W

( Dapat memilih dari tabel profil yang di berikan )

Temperatur bodi/kotak :

(67)

2.3.4. Harga-harga yang lain

 Tegangan kolektor

-emiter maksimal

Tegangan kolektor -emiter

maksimum yang diijinkan dengan basis terbuka .

( Tegangan tembus ! )

Simbol yang lain :

BV_CEO(V_{( BR )}CEO)

Breakdown Voltage Collektor Emiter

( tegangan dadal kolektor - Emiter )

 Tegangan basis- emiter

maksimal

Tegangan basis - emiter maksimum yang diijinkan dengan kolektor terbuka

( Misalnya : penggunaan sebagai saklar )

Simbol yang lain : B V_BEO

 Arus kolektor maksimal

IC max

Besarnya arus kolektor maksimum yang diijinkan ( dapat dilihat pada buku data transistor )

(68)

2.3.5. Harga batas kerja dalam daerah grafik karakteristik

PV max = 30 W

( VG = 450_{C )}

[ A ] IC

arus kolektor maksimum

hiperbola rugi daya, Pv maks

daerah kerja

1 2 3 4 5

5 10 20 30 40 50 UCE [ V ]

tegangan kolektor /emitor maksimum

Gambar 41. kurva disipasi daya

PV = UCE . Ic  30 W = Konstan !

U_CE ( v ) ₅ _7,5 ₁₀ ₁₅ ₂₀ ₃₀ ₄₀ ₅₀

I_C( A ) ₆ ₄ ₃ ₂ _1,5 ₁ _0,75 _0,6

Harga batas kerja adalah : harga yang statis/tetap .

H a r g a r a t a - r a t a H a r g a / n i la i - l a m a k e r j a

D i d a p a t k a n d a r i b a n y a k m a c a m c o n t o h ( s a m p l e )

(69)

Dalam waktu yang singkat diperbolehkan memberlakukan sebuah harga maksimum .

misal : IC max, PV max

Tetapi awas ! hati-hati !

2.4. Sifat Listrik Transistor Bipolar

Sifat listrik yang di maksud adalah kurva karakteristik transistor berupa suatu grafik yang memperlihatkan kaitan satu sama lain dari parameter - parameter tertentu .

Dari kurva karakteristik , kita dapat mengetahui sifat-sifat transistor

2.4.1. Kurva Karakteristik Input IB = f ( UBE )

P RB

A

V IB

UBE UCE

RC

+ UCC

0V

Gambar 42

Pada gambar 1-a , besarnya IB dapat di kontrol dengan UBE . Untuk mengubah-ubah UBE di gunakan potensio meter P . Resistor RB berfungsi sebagai pembatas arus IB .

(70)

50

40

30

20

10

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 BE ( V ) B ( A )

6V

8V CE = 2V

U

U I 

Gambar 43

Diatas tegangan 0,7 V kenaikan UBE yang kecil , menyebabkan kenaikan yang relatif besar pada IB . Tetapi dibawah 0,6 V , kenaikan yang sama dari UBE menyebabkan kenaikan sangat kecil pada IB . Pada beberapa harga UCE tertentu, kurva mengalami sedikit penggeseran .

2.4.2. KURVA KARAKTERISTIK OUTPUT IC = f ( UCE )

P1 RB

A IB

+ UCC

0V A

V

IC RC

P2

Gambar 44

Lihat gambar 44 . Pada harga IB tertentu IC ditentukan oleh UCE . Besarnya UCE dapat diubah-ubah dengan potensiometer P2

(71)

1 2 3 4 5 6

0 C ( mA )

I

3 6 9 15 18

IB = 6 0  A

50  A

40 A

20 A

10 A

0 A

UCE ( V ) 30  A



Gambar 45

Pada UCE 0,1 V - 0,3 V arus IC mencapai harga optimum . Dalam hal ini katakan transistor bekerja pada kondisi saturasi .

Pada IB = 0 , IC = ICEO = 0 dan UCE = UCE . Dalam hal ini transistor bekerja pada kondisi cut off ( tidak menghantar ) .

2.4.3. KURVA BESARAN MASUKAN DAN KELUARAN

Kaitan antara arus basis IB dan arus kolektor IC pada UCE = konstan di sebut Forward Transfer Characteristic . IB dapat di kontrol dengan UBE demikian pula IC . Dengan mengatur P1, UBE , IB dan IC dapat diubah-ubah . ( lihat gambar 3-a )

Sedangkan gambar 3-b memperlihatkan hubungan IB dan IC . Setiap perubahan pada IB menyebabkan perubahan pada IC makin besar IB , makin besar pula IC .

Perbandingan I_IC

B di sebut faktor penguatan arus rangkaian common Emitor ,

di simbolkan dengan h FE .

Jadi : I_IC

B

(72)

Gambar 46

1 2 3 4 5 6 7

0 10 20 30 40 50 60 70

C ( mA )

I

IB ( A )

Gambar 47

Stabilisasi Titik Kerja :

Hasil penguatan sinyal besar

( Pengendalian sinyal besar )

Penguat transistor dalam rangkaian emitor bersama :

masukan : Arus bolak-balik

keluaran : Tegangan bolak-balik

(73)

UQ

E

0

Rv UR

IBV

R

ic ijE

ijA

UCE

UA

t

gb.48

Terjadilah untuk tegangan sinyal  UR = -  UCE

Pertengahan Rv terdapat arus tetap  titik kerja

karakteristik dasar untuk pengendalian luar

Titik kerja

Garis kerja

[ V ] [ A ]

250 A

200 A 150 A

100 A

50 A

5 10 20

50 150

250

U IB

t Ic Uce =15V

Uce =1,5V

15

U_A I vBV

Gambar 49. Posisi Titik Kerja - Operasi Penguat

(74)

Dua hal perbedaan :

Titik kerja ( A ) di dalam ( di tengah ) daerah kendali luar

Penguat bekerja pada klas A

Titik kerja ( A ) di bawah batas daerah kendali luar

Penguat bekerja pada klas B

F u n g s i

Sinyal secara keseluruhan akan dilewatkan, untuk sinyal kecil, sebagaimana penguatan sinyal besar

Hanya setengah sinyal saja yang

dilewatkan  penyearah setengah

gelombang, untuk penguatan sinyal besar rangkaian bersama dua penguat klas B .

- melewatkan sinyal penuh

- push pull dengan prinsip penguat klas B

Kombinasi penguat klas A dan B

 Push pull penguat A - B

(75)

Sifat fisis klas penguat

Penguat klas A

– hanya satu tegangan catu

– kerugian daya besar, pada sinyal sudah nol

– efisiensi lebih kecil

Penguat push pull klas B

– kebanyakan dengan dua tegangan catu (  )

– kerugian daya kecil

– efisiensi besar

– memakai banyak rangkaian

Penempatan dan penstabilan titik kerja

Penstabilan  Pengurangan kuat perambatan panas

Zh

Kopling lawan arus searah

Kopling lawan tegangan searah

Tahanan NTC penghantar panas

Metoda setengah tegangan catu

tahanan dengan Stabilisator

(76)

2.5. Hubungan Dasar Transistor

2.5.1. Pengantar

Dari ketiga hubungan transistor , terdapat satu pola hubungan

dimana rangkaian input setara atau sama dengan rangkaian out put

Rangkaian input  penguatan besar

Rangkaian output  hasil penguatan besar

R a n g k a i a n I n p u t R a n g k a ia n O u t p u t

Gambar 50

2.5.2. Hubungan Basis

Hubungan Pemakaian bersama : basis

_

+

+ _

Gambar 51. Hubungan basis

Besaran input : IE , UEB Besaran out put : IC , UCB

Perbandingan pembawa  = I C

I E



 simbol yang lain :

arus ( mengenai titik kerja ) hfb , h2Ib , fb

Perbandingan pembawa arus simbol yang lain :

searah ( besarnya relatif konstan ) A =

I C

(77)

Dengan hubungan basis , besarnya tegangan diperluas , tetapi tanpa penguatan arus

 UCB = V UEB

2.5.3. Hubungan Emiter

Hubungan pemakaian bersama : Emiter

 Pemakaian yang utama dalam beberapa rangkaian yang berbeda , Pemakaian

secara universal.

+ _

+ _ R

IB

UBE IE UCE

Gambar 52. Hubungan emitor

Besaran input : IB , UBE Besaran out put : IC , UCE

Penguatan arus : dari basis (input) ke kolektor (output)

Perbandingan pembawa arus : _ I C_{I B} ( Penguatan arus )

adalah : IE = IB + IC ; IB = IE-IC  IB =  IE -  IC

ataupun :  IE =  I C



Juga :

Arus Penguatan

-1 = I Δ

I Δ

-I Δ = I Δ

B C

C B

 



penguatan arus  =

I C

I B Simbol yang lain : hFE , H 21e , FE



(78)

Penguatan arus searah

Dengan hubungan emiter dimaksudkan untuk memperkuat tegangan dan arus !

 UCE = V  UBE

Dioda dalam keadaan arah maju IB = Parameter

Dioda dalam keadaan arah balik ( reverse )

Tahanan input :

I B

(79)

Terjadi saling tergantung antara besarnya input dengan out put

Grafik pengaturan arus Grafik pengaturan tegangan :

( grafik pembawa arus ) ( grafik pembawa hybrid )

(mA) IC 100

75 50

25 A B

C D

IC IB

IB (mA) 0,25 0,5 0,75 1

Gambar 54. kurva Ib = f (Ic)

(mA) IC 100

75 50

25 A

B C

D

UBE (V) 0,2 0,4 0,6 0,8

Gambar 55. kurva Ib = f (Ube)

2.5.4. Hubungan Kolektor ( cc ) atau emiter penghasil

Hubungan pemakain bersama : kolektor

 berlawanan fungsinya ( sifat - sifatnya ) dengan hubungan basis .

_

+

I B

- U B C I C

- U E C I E - ( U - U B C )

- U _

+

Gambar 56. dasar hubungan kolektor Perubahan

(80)

Besaran input : IB , UBE Besaran ouput : IE , UEC

Pembawa arus : dari basis ( input ) ke emiter ( out put )

Rangkaian input 2 pengaturan dari 1 memberikan dan mempunyai fungsi

hubungan yang sama  ( hal ini ) berkaintan dengan kesamaan polaritas dari

rangkaian input dan out put sebagaimana pada hubungan basis dan emiter .

+

_

I B

U B

I C

I E

R U E

+

_

Gambar 57. hubungan kolektror

Perubahan pada UE - sama dan diikuti  perubahan pada UA

Pendekatan harga : Emiter mengikuti basis  Emiter penghasil

harganya kembali : IE = IB + IC

dan juga :  IE =  IB +  I C

Perbandingan arus pembawa : _ I E

I B

( Penguatan arus )

Maka : _ I E  _  _

I B =

I B + I C _{= 1 +} I E I B I B

dengan demikian penguatan arus :

(81)

2.5.5. Pendisain bersama ( harga yang benar )

Hubungan Emiter

Hubungan Basis

Emiter Penghasil

Penguatan Arus

Tinggi ( 100 ) Rendah ( 1 ) Tinggi ( 100 )

Penguatan Tegangan

Tinggi ( 250 ) Tinggi ( 200 ) Rendah ( 0,95 )

Tahanan Input

Cukup ( 600 ) Rendah ( 50 ) Tinggi ( 50 K )

Tahanan Out put

Tinggi ( 50 K ) Tinggi ( 1 M ) Rendah ( 100 )

2.6. Contoh Penggunaan Transistor

2.6.1. Keadaan saklar

Gambar 58

Memblok ( sakalar terbuka ) IB = 0 , UBE 0

UCE < UCEmax ( tegangan dadal )

Menghantar ( sakalar tertutup )

(82)

2.6.2. Proses On dan Off

t ( S )

t ( S ) US

IC

90%

10%

UCE

90%

10%

tr ts tf

IC

UCES

tr = waktu tanjak / waktu naik ts = waktu simpan tf = waktu jatuh

Gambar 59

Waktu tanjak tr ( rise time ): adalah waktu di mana IC menanjak dari 10% sampai 90% .

Waktu simpan ts ( storage time ) : adalah waktu di mana IC mencapai 90% setalah US = 0

Waktu jatuh tf ( fall time ) : adalah waktu dimana IC menurun dari 90%

(83)

2.6.3. Kerugian Daya Pada Saat Saklar On dan Off

on off IC

UCE RL

BEBAN OHM

BEBAN INDUKTIF

BEBAN KAPASITIF

IC

on off

UCE Tanpa dioda

Dengan dioda

UCE IC

on

off

Pv

t

Pv

t Pv

t Saklar On

Saklar On Kumparan

(84)

3. Lampiran

SK 01

3 6 9 3

1 1 5

3

2

3 7 , 5 5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 1 5 0

o

C / W S K 0 1

m m

Lieferbare Standardlägen

Available lengths 37,5 50 75 100 1000 mm

Longueurs livrable

Lieferbare Oberflächen matt gebeizt (AL)

Available surfaces matt etched (AL)

Surfaces livrable matt decape (AL)

Lieferbare Lochungen

Available pin layots TO 3 TO 3 8p TO 36

-perforation livrable

oder schwazeloxlert (SA) or black anadised (SA) ou eloxe noir (SA)

(85)

SK 02

9 2 3 6

1 1 5

2

1

3 7 , 5 5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 1 5 0

o

C / W S K 0 2

m m

Longueurs livrable

Available pin layots TO 3 - TO 3 8p - TO 36 -

perforations livrable

(86)

SK 03

1 0 0 3 6

1 2 0

3

2

3 7 , 5 5 0 7 5 1 0 0 1 2 5 1 5 0

o

C / W S K 0 3

m m

Longueurs livrable

Available pin layouts TO 3 TO 3 8p TO 36

-perforation livrable

(87)

4 1 , 3 4 1 , 3 4 1 , 3 4 1 , 3

Durch u.g Speziallochung ist der wahlweise Einsatz von Halbletern in den Gehäusen TO 3, TO 66, SOT 9 und SOT 32 vorgesehen.

Die Fingerkuhlköper der Serie FK 205 - FK 208 sind in den äueren

Abmessungen dem Halbleiter

Gehäuse TO 3 angepat. Es wird

(88)

4. Lembar Evaluasi

1. Tuliskan prinsip pembuatan transistor di fusi !

2. Tuliskan prinsip pembuatan transistor epitaksial !

3. Tuliskan sifat - sifat transistor epitaksial !

4. Bagaimana cara mengatasi kenaikan arus kolektor IC akibat terpengaruh kenaikan suhu ?

5. Apa yang dimaksud dengan frekuensi batas FG ?

6. Mengapa posisi titik kerja - Operasi penguat dikatakan sangat penting ?

7. Apa perbedaan antara penguat bekerja pada kelas A dan penguat bekerja pada kelas B ?

8. Gambarkan rangkaian dasar penstabilan titik kerja yang diakibatkan

perambatan panas dengan menggunakan tahanan NTC penghantar panas !

9. Gambarkan hubungan dasar transistor basis bersama !

10. Gambarkan hubungan dasar transistor emitor bersama !

11. Gambarkan hubungan dasar transistor kolektor bersama !

12. Jelaskan secara singkat gambar dibawah ini !

5 0 4 0 3 0 2 0 1 0

0 0 , 1 0 , 2 0 , 3 0 , 4 0 , 5 0 , 6 0 , 7 0 , 8 B E ( V ) B ( A )

6 V 8 V C E = 2 V

U

(89)

13. Kapan sebuah transistor bekerja pada kondisi

a . Saturasi

b . Cut off

14. Interpretasikan gambar dibawah ini !

1 2 3 4 5 6 7

0 10 20 30 40 50 60 70

C ( mA )

I

IB ( A )

15. Bagaimana keadaan arus dan tegangan saat transistor berfungsi sebagai saklar terbuka dan tertutup ?