Jenis Dioda Dan Prinsip Kerja Contoh Perhitungan

(1)

JENIS JENIS DIODA DAN PRINSIP KERJANYA

Prinsip Kerja Dioda

Prinsip Kerja Diodapada umumnya adalah sebagai alat yang terbentuk dari beberapa bahanpada umumnya adalah sebagai alat yang terbentuk dari beberapa bahan

semikonduktor dengan muatan Anode (P) dan muatan Katode (N) yang biasanya terdiri dari geranium

atau silikon yang digabungkan, dan muatan yang

atau silikon yang digabungkan, dan muatan yang bertipe N merupakan bahan dengan kelebertipe N merupakan bahan dengan kelebihan elektron,bihan elektron,

dan sebaliknya muatan bertipe P merupakan bahan dengan kekurangan satu elektron yang dipisahkan

oleh depletion layer yang terjadi akibat keseimbangan kedua muatan tersebut, oleh karena itu dioda

tersebut menghasilkan suatu hole yang berfungsi sebagai pembawa tegangan atau muatan sehingga

terjadi perpindahan sekaligus pengaliran arus yang terjadi di hole tersebut yang menghasilkan tegangan

arus searah atau biasa disebut dengan DC.

Prinsip Kerja Dioda

Prinsip Kerja Diodaberbeda dengan prinsip atau teori elektron yang menyebutkan bahwa arus listrik yangberbeda dengan prinsip atau teori elektron yang menyebutkan bahwa arus listrik yang

terjadi dikarenakan oleh pergerakan elektron dari kutub positif menuju ke kutub negatif, tetapi dioda ini

hanya mengalirkan arus satu arah saja, yaitu DC. Oleh karena j

hanya mengalirkan arus satu arah saja, yaitu DC. Oleh karena jika dioda dialiri oleh tegangan P yang lebihika dioda dialiri oleh tegangan P yang lebih

besar dari muatan N, maka elektron yang terdapat pada muatan N akan mengalir ke muatan P yang

disebut sebagai Forward Bias, bila terjadi sebaliknya, yaitu jika dioda tersebut dialiri dengan tegangan N

yang lebih besar daripada tegangan P, maka elektron yang ada di dalamnya tidak akan bergerak,

sehingga

sehinggadiodadiodatidak mengaliri muatan apapun, pada kondisi seperti ini sering disebut sebagai reversetidak mengaliri muatan apapun, pada kondisi seperti ini sering disebut sebagai reverse

bias.

Gambar Skema Prinsip Kerja Dioda

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa

Dengan demikian dapat disimpulkan bahwa Prinsip Kerja DiodaPrinsip Kerja Diodamerupakan salah satu alat yang sangatmerupakan salah satu alat yang sangat

unik karena mampu memanipulasi muatan hingga menjadi muatan yang searah atau DC. Sambungan

antara muatan anoda (P) dengan muatan

antara muatan anoda (P) dengan muatan katoda (N) dinamakan sebagai depletion layer (lapisan deplesi)katoda (N) dinamakan sebagai depletion layer (lapisan deplesi)

dimana terjadi keseimbangan muatan elektron dan hole.

dimana terjadi keseimbangan muatan elektron dan hole. Biasanya pada sisi P banyak terbentuk hole-holeBiasanya pada sisi P banyak terbentuk hole-hole

yang siap menerima muatan elektron, sedangkan pada sisi N banyak elektron yang siap untuk

membebaskan diri, dengan kata lain jika

membebaskan diri, dengan kata lain jika sisi P diberi muatan potensial yang lebih, maka esisi P diberi muatan potensial yang lebih, maka elektron dari sisilektron dari sisi

N akan langsung mengisi setiap hole-hole yang ada di sisi P.

Jenis-Jenis Dioda dan Fungsinya Jenis-Jenis Dioda dan Fungsinya

Jenis-Jenis Dioda

Jenis-Jenis Diodaterbagi menjadi beberapa bagian, mulai dari Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)terbagi menjadi beberapa bagian, mulai dari Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)

yang biasa disingkat LED, Diode Photo (Dioda Cahaya), Diode Varactor (Dioda Kapasitas), Diode Rectifier

(2)

(Dioda Penyearah) dan yang terakhir adalah Diode Zener yang biasa disebut juga sebagai Voltage

Regulation Diode. Semua jenis dioda ini memiliki fungsi yang berbeda-beda yang sesuai dengan nama

dioda itu sendiri. Dioda disempurnakan oleh William Henry Eccles pada tahun 1919 dan mulai

memperkenalkan istilah diode yang artinya dua jalur tersebut, walaupun sebelumnya sudah ada dioda

kristal (semikonduktor) yang dikembangkan oleh peneliti asal Jerman yaitu Karl Ferdinan Braun pada

tahun 1874, dan dioda termionik pada tahun 1873 y

tahun 1874, dan dioda termionik pada tahun 1873 yang dikembangkan lagi prinsip kerjanya oleh Fredericang dikembangkan lagi prinsip kerjanya oleh Frederic

Gutherie.

Simbol Dioda

Simbol Diodauntuk masing-masing diode berbeda dan masing-masing simbol menggambarkan cara kerjauntuk masing-masing diode berbeda dan masing-masing simbol menggambarkan cara kerja

serta struktur dari dioda tersebut.

serta struktur dari dioda tersebut.DiodaDiodasendiri disimbolkan dengan gambar yang menyerupai anaksendiri disimbolkan dengan gambar yang menyerupai anak

panah yang pada sisi ujungnya terdapat garis mendatar

panah yang pada sisi ujungnya terdapat garis mendatar yang melintang, mengarah kearah kanan denganyang melintang, mengarah kearah kanan dengan

dibatasi oleh garis vertikal yang memisahkan antara anak panah dengan garis mendatar yang melintang

tersebut. Yang pada pangkal anak panah nya disebut anoda atau kaki positif (+), dan ujung anak panah

tersebut dinamakan katoda atau kaki negatif (-).

Contoh Beberapa Simbol Dioda

Berikut ini adalah pengertian dari

Berikut ini adalah pengertian dariJenis-Jenis DiodaJenis-Jenis Dioda::

Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)

Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua

(3)

Diode Photo (Dioda Cahaya)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah

reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat

dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk

alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor,

alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).

Diode Varactor (Dioda Kapasitas)

Dioda jenis ini merupakan dioda yang

Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubahdapat berubah-ubah

sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang

diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang

rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse. Dioda jenis ini banyak

digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesawat penerima radio.

Diode Rectifier (Dioda Penyearah)

(4)

Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus

berlawanan (AC) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki

karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki.

Diode Zener

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai

Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterimapenyelaras tegangan baik yang diterima

maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut

memiliki kapasitas 5,1 V, maka jika tegangan y

memiliki kapasitas 5,1 V, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka teganganang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan

yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 5,1,

dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya.

Dapat disimpulkan bahwa Jenis-Jenis Dioda tersebut memiliki berbagai kegunaan tersendiri yang dapat

memanipulasi berbagai tegangan yang masuk melalui

memanipulasi berbagai tegangan yang masuk melalui dioda tersebut. Jenis-jenis Dioda diatas dioda tersebut. Jenis-jenis Dioda diatas merupakanmerupakan

beberapa contoh jenis dioda yang saat ini sudah ada dan dikembangkan, masih banyak lagi contoh lain

dari jenis dioda ini.

DIODA BRIDGE - Rangkaian Dioda Penyearah (Rectifier)

Arus sinyal AC yang berbentuk sinusiodal yang dilewatkan melalui sebuah dioda akan disearahkan Arus sinyal AC yang berbentuk sinusiodal yang dilewatkan melalui sebuah dioda akan disearahkan menghasilkan sinyal positif saja atau sinyal negatif saja yang dinamakan sinyal DC bergelombang. Sinyal menghasilkan sinyal positif saja atau sinyal negatif saja yang dinamakan sinyal DC bergelombang. Sinyal AC yang dihasilkan dari sebuah dioda hanya setengahnya saja tergantung dari arah dioda yang dipasang, AC yang dihasilkan dari sebuah dioda hanya setengahnya saja tergantung dari arah dioda yang dipasang, jika sinyal input AC masuk pad

jika sinyal input AC masuk pada kaki anoda maka sinyal keluaran da kaki anoda maka sinyal keluaran dari katoda hanya bagian positifnari katoda hanya bagian positifnya sajaya saja begitu juga sebaliknya, sehingga jika dibutuhkan sinyal output penuh diperlukan dua buah dioda yang begitu juga sebaliknya, sehingga jika dibutuhkan sinyal output penuh diperlukan dua buah dioda yang diberi input dari dua sinyal AC yang berbeda phasa 180

diberi input dari dua sinyal AC yang berbeda phasa 180⁰⁰. . Itulah prinsip Itulah prinsip dasar daridasar dari rangkaian diodarangkaian dioda

penyearah (rectifier).

(5)

Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave Rectifier)

Penjelasan dari contoh gambar diatas adalah penyearahan sinyal AC m

Penjelasan dari contoh gambar diatas adalah penyearahan sinyal AC m enjadi sinyal setengah gelombang.enjadi sinyal setengah gelombang. Karena bagian positif anoda pada dioda

Karena bagian positif anoda pada dioda dijadikan sebagai inputnya maka hanya sinyal AC dijadikan sebagai inputnya maka hanya sinyal AC bagian positifnyabagian positifnya saja yang akan dilewatkan oleh dioda, sedangkan bagian negatifnya akan ditahan. Istilah untuk gambar saja yang akan dilewatkan oleh dioda, sedangkan bagian negatifnya akan ditahan. Istilah untuk gambar diatas adalah rangkaian penyearah setengan gelombang atau dalam bahasa asing dinamakan Half Wave diatas adalah rangkaian penyearah setengan gelombang atau dalam bahasa asing dinamakan Half Wave Rectifier.

Rectifier.

Tegangan output dari sebuah dioda penyearah dapat dihitung dapat diketahui Nilainya dengan Tegangan output dari sebuah dioda penyearah dapat dihitung dapat diketahui Nilainya dengan menggunbakan rumus Vmax x 0,318 atau Vrms x0,45, bentuk persamaan tersebut dapat digambarkan menggunbakan rumus Vmax x 0,318 atau Vrms x0,45, bentuk persamaan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

sebagai berikut :

Dimana Vmax adalah nilai maksimum dari puncak tegangan dan Vrms adalah rata-rata tegangan DC Dimana Vmax adalah nilai maksimum dari puncak tegangan dan Vrms adalah rata-rata tegangan DC yangyang dihasilkan. Karena tegangan yang disearahkan hanya setengan gelombang (50% dari teganagan dihasilkan. Karena tegangan yang disearahkan hanya setengan gelombang (50% dari teganagan

(6)

sinusoidalnya), maka tegangan Vmax adalah sama dengan tegangan input dikurangi tegangan drop dioda sinusoidalnya), maka tegangan Vmax adalah sama dengan tegangan input dikurangi tegangan drop dioda kemudian dikalikan 50%. Dan VRMS (Root Mean Sequared) adalah rata-rata tegangan DC

kemudian dikalikan 50%. Dan VRMS (Root Mean Sequared) adalah rata-rata tegangan DC dari magnitudedari magnitude tegangan AC sinusoidal , nilai tegangan RMS adalah 0,707 x tegangan puncak maksimum (Vmax. tegangan AC sinusoidal , nilai tegangan RMS adalah 0,707 x tegangan puncak maksimum (Vmax. Persamaan umum dari pernyataan tersebut saya contohkan soal berikut ini :

Persamaan umum dari pernyataan tersebut saya contohkan soal berikut ini :

CONTOH SOAL

Rangkaian penyearah setengah gelombang yang dibuat dari dioda silikon di berikan tegangan input Rangkaian penyearah setengah gelombang yang dibuat dari dioda silikon di berikan tegangan input sebesar 48V. diberikan tahanan beban (R) sebesar 10ohm, hitunglah nilai tegangan DCnya (VDC) dan arus sebesar 48V. diberikan tahanan beban (R) sebesar 10ohm, hitunglah nilai tegangan DCnya (VDC) dan arus DCnya (IDC) dan daya yang mengalir pada beban (R) outputnya.

DCnya (IDC) dan daya yang mengalir pada beban (R) outputnya.

Penyelesaian : Penyelesaian : Vmax = (Vin - 0,7) x 50% = (48 - 0,7) x 50% = 23,3V Vmax = (Vin - 0,7) x 50% = (48 - 0,7) x 50% = 23,3V Vrms = Vmax x 0,7071 = 23,3 x 0,707 Vrms = Vmax x 0,7071 = 23,3 x 0,7071 = 16,475V1 = 16,475V

persamaan lain untuk Vmax jika Vrms diketahui: persamaan lain untuk Vmax jika Vrms diketahui: Vmax = Vrms x 1,414 = 16,475 x 1,414 Vmax = Vrms x 1,414 = 16,475 x 1,414 = 23,3V= 23,3V Vdc = Vrms x 0,45 = 16,475 x Vdc = Vrms x 0,45 = 16,475 x 0,45 = 7,4V0,45 = 7,4V atau atau Vdc = Vmax x 0,318 = 23,3 x Vdc = Vmax x 0,318 = 23,3 x 0,318 = 7,4V0,318 = 7,4V Idc = Vdc/R = 7,4/10 = 0,74A Idc = Vdc/R = 7,4/10 = 0,74A P = I x V = 0,74 x 7,4 = 5,476W P = I x V = 0,74 x 7,4 = 5,476W atau atau P = I² x R = 0,74² x P = I² x R = 0,74² x 10 = 5,476W10 = 5,476W

Kelemahan rangkaian dioda penyearah setengah gelombang hanya dapat diaplikasikan untuk daya Kelemahan rangkaian dioda penyearah setengah gelombang hanya dapat diaplikasikan untuk daya rendah. Hal ini karena daya yang dihasilkan hanya setengah dari daya input.

rendah. Hal ini karena daya yang dihasilkan hanya setengah dari daya input.

Penyearah Gelombang Penuh (Full Wave Rectifier)

(7)

diperlukan dua buah dioda untuk membuat rangkaian dioda penyearah gelombang penuh, se

diperlukan dua buah dioda untuk membuat rangkaian dioda penyearah gelombang penuh, se perti contohperti contoh diatas setengan gelombang bagian positif akan

diatas setengan gelombang bagian positif akan dihasilkan oleh setiap dioda, sehingga tegangan outputnyadihasilkan oleh setiap dioda, sehingga tegangan outputnya adalah 100% yaitu gabungan penjumlahan setengah phasa positipnya, sehingga rata-rata tegangan adalah 100% yaitu gabungan penjumlahan setengah phasa positipnya, sehingga rata-rata tegangan keluaran DC yang mengalir pada resistor beban adalah dua kali lipat dari rangkaian penyearah tunggal keluaran DC yang mengalir pada resistor beban adalah dua kali lipat dari rangkaian penyearah tunggal atau menjadi 0,637 x Vmax. Se

atau menjadi 0,637 x Vmax. Sehingga diperoleh persamaan dasar sebagai beikut :hingga diperoleh persamaan dasar sebagai beikut :

Vdc = (2xVmax) /

Vdc = (2xVmax) /ππ = = 0,637 x 0,637 x Vmax Vmax = 0,9 = 0,9 x Vx Vrmsrms

Dimana; Vmax adalah nilai puncak dari

Dimana; Vmax adalah nilai puncak dari satu dioda penyearah.satu dioda penyearah. Penyearah Bridge Gelombang Penuh (Bridge Rectifier)

Penyearah Bridge Gelombang Penuh (Bridge Rectifier)

Jika dibutuhkan tegangan positif dan juga sinyal negatif dengan sinyal penuh, maka diperlukan rangkaian Jika dibutuhkan tegangan positif dan juga sinyal negatif dengan sinyal penuh, maka diperlukan rangkaian penyearah dengan 4 buah dioda yang saling terhubung secara tertutup. Rangkaian tersebut dikenali penyearah dengan 4 buah dioda yang saling terhubung secara tertutup. Rangkaian tersebut dikenali dengan nama dioda dengan sistem jembatan atau sering disebut dioda bridge. Rangkain jenis ini sangat dengan nama dioda dengan sistem jembatan atau sering disebut dioda bridge. Rangkain jenis ini sangat berguna untuk pemakain pada jenis trafo yang tidak ada Center Tape (CT). Perhatikan gambar dibawah berguna untuk pemakain pada jenis trafo yang tidak ada Center Tape (CT). Perhatikan gambar dibawah ini:

(8)

Tegangan output dari rangkaian Bridge ini adalah tegangan positif dan tegangan negatif, dimana pada Tegangan output dari rangkaian Bridge ini adalah tegangan positif dan tegangan negatif, dimana pada contoh rangkaian diatas tegangan positif (+) diperoleh dari dioda D1 dan D2 dan tegangan negatif (-) contoh rangkaian diatas tegangan positif (+) diperoleh dari dioda D1 dan D2 dan tegangan negatif (-) dihasilkan oleh dioda D3 dan D4 dengan sistem penyearahan gelombang penuh. dihasilkan oleh dioda D3 dan D4 dengan sistem penyearahan gelombang penuh.

D1 dan D2 akan melewatkan gelom

D1 dan D2 akan melewatkan gelombang arus positifnya karena posisi diodanya forward bias (arus maju),bang arus positifnya karena posisi diodanya forward bias (arus maju), sedangkan D3 dan D4 hanya akan melewatkan gelombang arus negatifnya saja karena posisi dioda sedangkan D3 dan D4 hanya akan melewatkan gelombang arus negatifnya saja karena posisi dioda

tersebut reverse bias.

Frekuensi output pada rangkaian penyearah Bridge adalah 2x frekuensi input, contoh jika frekeunsi dari Frekuensi output pada rangkaian penyearah Bridge adalah 2x frekuensi input, contoh jika frekeunsi dari trafo sebesar 50Hz maka frekuensi output adalah 100Hz, tetapi jika menggunakan trafo CT besarnya trafo sebesar 50Hz maka frekuensi output adalah 100Hz, tetapi jika menggunakan trafo CT besarnya frekuensi dari masing masih phasa terhadap CT adalah sama seperti frekuensi input.

frekuensi dari masing masih phasa terhadap CT adalah sama seperti frekuensi input.

DIODA ZENER

Dioda zener adalah dioda silikon yang khusus dibuat untuk beroperasi di

Dioda zener adalah dioda silikon yang khusus dibuat untuk beroperasi di daerah breakdown (bias mundur)daerah breakdown (bias mundur) dari suatu dioda. Dioda zener mer

dari suatu dioda. Dioda zener merupakan tulang punggung rangkaian pengatur tegangan, rangkaian yangupakan tulang punggung rangkaian pengatur tegangan, rangkaian yang mampu mempertahankan tegangan tetap konstan pada suatu nilai walaupun ada perubahan pada mampu mempertahankan tegangan tetap konstan pada suatu nilai walaupun ada perubahan pada tegangan input maupun resistor beban.

tegangan input maupun resistor beban. Grafik I

Grafik I

_–

V V

Gambar 1,a menunjukkan simbol suatu dioda zener. Garis yang membentuk huruf “z” sebagai tanda Gambar 1,a menunjukkan simbol suatu dioda zener. Garis yang membentuk huruf “z” sebagai tanda bahwa itu adalah dioda zener. Dioda zener dapat beroperasi pada daerah bias maju, bocor, dan bahwa itu adalah dioda zener. Dioda zener dapat beroperasi pada daerah bias maju, bocor, dan breakdown. Gambar 1.c menunjukkan grafik I-V dari suatu dioda zener. Dalam daerah maju, dioda zener breakdown. Gambar 1.c menunjukkan grafik I-V dari suatu dioda zener. Dalam daerah maju, dioda zener mulai menghantar pada tegangan 0,7 V, seperti dioda biasa. Dalam daerah bocor (leakage), yaitu daerah mulai menghantar pada tegangan 0,7 V, seperti dioda biasa. Dalam daerah bocor (leakage), yaitu daerah antara nol dan breakdown, hanya

antara nol dan breakdown, hanya mempunyai arus balik yang kecil. Dalam daerah bremempunyai arus balik yang kecil. Dalam daerah bre akdown, dioda zenerakdown, dioda zener mempunyai “lutut” yang tajam, yang diikuti oleh pertambahan arus yang hampir vertikal. Pada titik mempunyai “lutut” yang tajam, yang diikuti oleh pertambahan arus yang hampir vertikal. Pada titik tersebut, tegangan breakdown akan konstan pada nilai Vz. Pada gambar 1.c juga terlihat adanya arus tersebut, tegangan breakdown akan konstan pada nilai Vz. Pada gambar 1.c juga terlihat adanya arus mundur I

(9)

Gambar 1. Simbol dan grafik I

Gambar 1. Simbol dan grafik I – – V dioda zener V dioda zener

Regulator Zener Regulator Zener

Dioda zener terkadang disebut sebagai dioda regulator tegangan karena mampu mempertahankan Dioda zener terkadang disebut sebagai dioda regulator tegangan karena mampu mempertahankan tegangan output tetap pada sustu

tegangan output tetap pada sustu nilai walaupun ada perubahan arus yang melaluinya. Dalam gambar 2.anilai walaupun ada perubahan arus yang melaluinya. Dalam gambar 2.a terlihat gambar operasi normal dari suatu dioda zener, dimana dioda zener harus diberi bias mundur terlihat gambar operasi normal dari suatu dioda zener, dimana dioda zener harus diberi bias mundur untuk dapat beroperasi. Untuk mencapai operasi pada daerah breakdown, sumber tegangan V

untuk dapat beroperasi. Untuk mencapai operasi pada daerah breakdown, sumber tegangan Vss harus harus lebih besar dari tegangan breakdown dioda zener V

lebih besar dari tegangan breakdown dioda zener VZZ. Sebuah resistor R. Sebuah resistor Rss dipasang seri untuk membatasi dipasang seri untuk membatasi arus zener kurang dari batas arus maksimum yang

arus zener kurang dari batas arus maksimum yang diperbolehkan.diperbolehkan.

Gambar 2. (a) rangkaian

Gambar 2. (a) rangkaian dasar dasar (b) rangkaian alternat(b) rangkaian alternatif (c) power supply dif (c) power supply dengan regulator zenerengan regulator zener Dalam gambar 2.b. tegangan pada resistor Rs adalah sebanding dengan perbedaan tegangan antara Vs Dalam gambar 2.b. tegangan pada resistor Rs adalah sebanding dengan perbedaan tegangan antara Vs dan Vz . Sehingga arus yang me

dan Vz . Sehingga arus yang mengalir pada Rs adalah :ngalir pada Rs adalah :

Setelah mendapatkan nilai Is maka kita juga akan mengetahui arus yang mengalir pada dioda zener yang Setelah mendapatkan nilai Is maka kita juga akan mengetahui arus yang mengalir pada dioda zener yang nilainya sama dengan I

nilainya sama dengan Iss, nilai I, nilai Issharus lebih kecil dari pada nilai Iharus lebih kecil dari pada nilai IZMZM.. Dioda Zener Ideal

Dioda Zener Ideal

Untuk troubleshooting dan analisa awal k

Untuk troubleshooting dan analisa awal k ita bisa melakukan pendekatan pada daerah ita bisa melakukan pendekatan pada daerah breakdown adalahbreakdown adalah vertikal. Artinya tegangan zener akan konstan walaupun ada perubahan arus, yang artinya kita vertikal. Artinya tegangan zener akan konstan walaupun ada perubahan arus, yang artinya kita mengabaiakan adanya resistor bulk. Gambar 3. Menunjukkan pendekatan ideal dari zener, t

mengabaiakan adanya resistor bulk. Gambar 3. Menunjukkan pendekatan ideal dari zener, t ampak zenerampak zener dianggap sebagai sumber tegangan dengan nilai Vz jika beroperasi didaerah breakdown.

(10)

Gambar 2. Pendekatan ideal zener Gambar 2. Pendekatan ideal zener Contoh soal 1

Contoh soal 1

Diasumsikan zener pada gambar berikut mempunyai tegangan breakdown 10

Diasumsikan zener pada gambar berikut mempunyai tegangan breakdown 10 V. Tentukan nilai arus zenerV. Tentukan nilai arus zener minimum dan maksimumnya?

minimum dan maksimumnya?

Jawab : Jawab :

Tegangan input Vs berubah antara 20 V sampai 40 V,

Tegangan input Vs berubah antara 20 V sampai 40 V, sedangkan jika menggunakan pendekatan ideal makasedangkan jika menggunakan pendekatan ideal maka tegangan zener akan bernilai 10 V sehingga tegangan output tetap 10 V untuk tegangan input antara 20 tegangan zener akan bernilai 10 V sehingga tegangan output tetap 10 V untuk tegangan input antara 20 sampai 40 V.

sampai 40 V.

Untuk mencari arus minimum maka digunakan tegangan input minimum yaitu 20 V. Sehingga tegangan Untuk mencari arus minimum maka digunakan tegangan input minimum yaitu 20 V. Sehingga tegangan pada resistor adalah 20 V

pada resistor adalah 20 V – – 10 V = 10 10 V = 10 V. Dengan menggunakan hukum ohm maka didapat :V. Dengan menggunakan hukum ohm maka didapat : Is = 10 / 820 = 12,2 mA

Is = 10 / 820 = 12,2 mA

Untuk mencari arus maksimum maka digunakan tegangan input maksimum yatu 40

Untuk mencari arus maksimum maka digunakan tegangan input maksimum yatu 40 V. Sehingga teganganV. Sehingga tegangan resistor adalah 40

resistor adalah 40 – – 10 V = 30 10 V = 30 V. Dan arus yang mengalir pada resistor adalah :V. Dan arus yang mengalir pada resistor adalah : Is = 30 / 820 = 36,6 mA

Is = 30 / 820 = 36,6 mA Penerapan regulator zener Penerapan regulator zener

Gambar 4 menunjukan rangkaian penerapan regulator zener. Zener beroperasi pada daerah breakdown Gambar 4 menunjukan rangkaian penerapan regulator zener. Zener beroperasi pada daerah breakdown dan akan mempertahankan tegangan beban. Walaupun tegangan sumber berubah dan atau resistor dan akan mempertahankan tegangan beban. Walaupun tegangan sumber berubah dan atau resistor beban beruabah, tegangan beban akan tetap sebesar tegangan ze

beban beruabah, tegangan beban akan tetap sebesar tegangan ze ner.ner.

Gambar 4. Pembebanan pada reguletor tegangan zener Gambar 4. Pembebanan pada reguletor tegangan zener Dengan melihat rangkaian pada gambar 4, terlihat antar Vs,

Dengan melihat rangkaian pada gambar 4, terlihat antar Vs, Rs dan RRs dan RLLakan membentuk rangkaian pembagiakan membentuk rangkaian pembagi tegangan. Dengan menerapkan rumus pembagi tegangan maka didapatkan :

(11)

Ini adalah tegangan jika zener dicopot dari rangkaian. Tegangan ini harus lebih besar

Ini adalah tegangan jika zener dicopot dari rangkaian. Tegangan ini harus lebih besar dari tegangan zenerdari tegangan zener untuk memastikan terjadinya zener berada pada daerah breakdown. untuk memastikan terjadinya zener berada pada daerah breakdown. Arus yang mengalir pada resistor dinyatakan : (1)

Arus yang mengalir pada resistor dinyatakan : (1)

Secara ideal tegangan beban akan sama dengan tegangan zener, V

Secara ideal tegangan beban akan sama dengan tegangan zener, VLL = V = VZZ (2), karena (2), karena resistor beban resistor beban paralelparalel dengan zener. Dengan hukum ohm, arus yang mengalir pada

dengan zener. Dengan hukum ohm, arus yang mengalir pada beban Ibeban ILL = V = VLL / R / RLL. (3). (3) Arus Zener

Arus Zener

Menggunakan hukum arus kirchof : I

Menggunakan hukum arus kirchof : Iss = I = Izz + I + ILL. Zener dipasang paralel dengan resistor beban. Jumlah arus. Zener dipasang paralel dengan resistor beban. Jumlah arus zener dan resistor beban akan sama

zener dan resistor beban akan sama dengan arus total, yang akan sama dengan arus yang mengalir melaluidengan arus total, yang akan sama dengan arus yang mengalir melalui resistor seri. Dengan mengatur persamaan diatas maka didapatkan arus zener sebagai berikut ; I

resistor seri. Dengan mengatur persamaan diatas maka didapatkan arus zener sebagai berikut ; Izz = = IIss – – IILL (4). (4). Ada langkah-langkah untuk menganAda langkah-langkah untuk menganalisa rangkaian pembebanan regulator zener, semuanyaalisa rangkaian pembebanan regulator zener, semuanya ditunjukkan dalam tabel berikut :

ditunjukkan dalam tabel berikut : Langkah

Langkah Proses Proses KomemntarKomemntar

1

1 Hitung Hitung arus arus seri seri Is, Is, pers. pers. (1) (1) Gunakan Gunakan hukum hukum ohm ohm pada pada RsRs 2

2 Hitung Hitung tegangan tegangan beban, beban, Pers.(2) Pers.(2) Tegangan Tegangan beban beban = = tegangan tegangan zenerzener 3

3 Hitung Hitung arus arus beban, beban, pers. pers. (3) (3) Terapkan Terapkan hukum hukum ohm ohm pada pada RLRL 4

4 Hitung Hitung arus arus zenner zenner , , pers pers (4) (4) Terapkan Terapkan hukum hukum arus arus kirchof kirchof pada pada zenerzener Contoh soal 2

Contoh soal 2

Cek apakah zener pada rangkaian berikut

Cek apakah zener pada rangkaian berikut berada pada daerah breakdown?berada pada daerah breakdown?

Jawab: Jawab:

Dari rumus pembagi tegangan : Dari rumus pembagi tegangan :

Karena tegangan V

Karena tegangan VTHTH lebih besar dari tegangan zener lebih besar dari tegangan zener, maka zener beroperasi pada daerah brekdown., maka zener beroperasi pada daerah brekdown. Contoh soal 3

Contoh soal 3

Hitung nilai arus zener pada gambar rangkaian (b) diatas. Hitung nilai arus zener pada gambar rangkaian (b) diatas. Jawab :

Jawab :

Tegangan yang melalui resistor seri adalah 18 v

Tegangan yang melalui resistor seri adalah 18 v – – 10 V = 8 V 10 V = 8 V Sehingga arus seri Is = 8 V / 270

Sehingga arus seri Is = 8 V / 270 Ω = 29,6 mAΩ = 29,6 mA

Karena tegangan zener = 10 V maka tegangan beban V

Karena tegangan zener = 10 V maka tegangan beban VLL = 10 V = 10 V sehingga arus beban :sehingga arus beban : IILL = V = VLL / R / RLL = 10 V = 10 V/ 1k Ω = 10 mA/ 1k Ω = 10 mA

Arus zener adalah I

(12)

Pada setengah siklus negatif, aksi akan terbalik. Zener bawah beroperasi dan zener atas breakdown, Pada setengah siklus negatif, aksi akan terbalik. Zener bawah beroperasi dan zener atas breakdown, sehingga keluaran akan mirip gelombang kotak.

sehingga keluaran akan mirip gelombang kotak. Pendekatan ke-2 dioda zener

Pendekatan ke-2 dioda zener

Gambar 5 menunjukan pendekatan ke-2 dari zener. Sebuah resistansi zener dipasang seri dengan ideal Gambar 5 menunjukan pendekatan ke-2 dari zener. Sebuah resistansi zener dipasang seri dengan ideal baterai. Tegangan yang mengalir pada zener akan sama dengan tegangan breakdown ditambah tegangan baterai. Tegangan yang mengalir pada zener akan sama dengan tegangan breakdown ditambah tegangan yang mengalir pada resistansi zener. Karena

yang mengalir pada resistansi zener. Karena nilai RZ sangat kecil akan menilai RZ sangat kecil akan mengakibatkan efek yang kecil padangakibatkan efek yang kecil pada tegangan yang mengalir pada zener.

tegangan yang mengalir pada zener.

Bagaiamana cara menghitung efek dari resistansi zener pada tegangan beban? Gambar 5 b akan Bagaiamana cara menghitung efek dari resistansi zener pada tegangan beban? Gambar 5 b akan memeperlihatkan bahwa idealnya tegangan beban akan sama dengan tegangan zener tetapi dengan memeperlihatkan bahwa idealnya tegangan beban akan sama dengan tegangan zener tetapi dengan pendekatan ke-2 zener seprti gambar 5

pendekatan ke-2 zener seprti gambar 5 .c maka ada penambahan drop tegangan pada resistansi zener..c maka ada penambahan drop tegangan pada resistansi zener. Karena arus zener mengalir me

Karena arus zener mengalir melalui resistansi zener maka tegangan beban kan bernilai :lalui resistansi zener maka tegangan beban kan bernilai : V

VLL= V= VZZ + I + IZZRRZZ

Gambar 5. pendekatan ke-2 zener Gambar 5. pendekatan ke-2 zener Efek pada ripple

Efek pada ripple

Seperti pada gambar 6 terlihat bahwa yang mempengaruhi ripple adalah ketiga resistor yang ada. Karena Seperti pada gambar 6 terlihat bahwa yang mempengaruhi ripple adalah ketiga resistor yang ada. Karena dalam desain R

dalam desain RZZsangat kecil sangat kecil dibanding dengan dibanding dengan RRLLmaka hanya maka hanya ada dua ada dua komponen yang komponen yang signifikansignifikan berakibat pada ripple yaitu tahan seri dan tahanan zener (seperti gambar 6.b).

berakibat pada ripple yaitu tahan seri dan tahanan zener (seperti gambar 6.b). Suhingga menggunakanSuhingga menggunakan rumus pembagi tegangan kita dapat menulis rumus tegangan output riple sebagai :

(13)

Gambar 6. efek riplle zener Gambar 6. efek riplle zener Contoh soal

Contoh soal

Zener pada gambar berikut mempunyai tegangan break down 10 V dan

Zener pada gambar berikut mempunyai tegangan break down 10 V dan resistansi zener 8,5 Ω. Gunakanresistansi zener 8,5 Ω. Gunakan pendekatan zener ke-2 untuk menghitung tegangan beban j

pendekatan zener ke-2 untuk menghitung tegangan beban j ika arus zener 20 mA.ika arus zener 20 mA.

Jawab : Jawab : ∆V

∆VLL = I = IZZRRZZ= 20mA x 8,5 Ω = 0,17 V= 20mA x 8,5 Ω = 0,17 V Dengan pendekatan ke-2 zener maka t

Dengan pendekatan ke-2 zener maka t egangan beban Vegangan beban VLL = 10 V + 0,17 V = 10,17 V = 10 V + 0,17 V = 10,17 V Contoh soal

Contoh soal

Jika pada gambar diatas (yang sama)

Jika pada gambar diatas (yang sama) nilai Rnilai Rss= 270 Ω, R= 270 Ω, Rzz= 8,5 Ω dan V= 8,5 Ω dan VR(in)R(in)= 2 V Hitung ripple tegangan yang= 2 V Hitung ripple tegangan yang melewati beban.

melewati beban. Jawab :

(14)

LED (Light Emitting Diode)

Pengertian LED (Light Emitting Diode) dan Cara

Pengertian LED (Light Emitting Diode) dan Cara KerjanyaKerjanya – – Light Emitting Diode atau sering disingkat Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komp

dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat onen elektronika yang dapat memancarkan memancarkan cahaya monokromatik ketikacahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan sem

diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan sem ikonduktor.ikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV

yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah Bentuk LED mirip dengan sebuah bohlam (bola lampu) yang kecil dan dapat dipasangkan dengan mudah ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar,

ke dalam berbagai perangkat elektronika. Berbeda dengan Lampu Pijar, LED tidak memerlukanLED tidak memerlukan pembakaran filamen sehingga tidak menimbu

pembakaran filamen sehingga tidak menimbulkan panas dalam menghasilkan cahlkan panas dalam menghasilkan cahaya. aya. Oleh karena itu,Oleh karena itu, saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang saat ini LED (Light Emitting Diode) yang bentuknya kecil telah banyak digunakan sebagai lampu penerang dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

dalam LCD TV yang mengganti lampu tube.

Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode) Simbol dan Bentuk LED (Light Emitting Diode)

(15)

Cara Kerja LED (Light Emitting Diode) Cara Kerja LED (Light Emitting Diode)

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang ter

Seperti dikatakan sebelumnya, LED merupakan keluarga dari Dioda yang ter buat dari Semikonduktor.buat dari Semikonduktor. Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Cara kerjanya pun hampir sama dengan Dioda yang memiliki dua kutub yaitu kutub Positif (P) dan Kutub Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Negatif (N). LED hanya akan memancarkan cahaya apabila dialiri tegangan maju (bias forward) dari Anoda menuju ke Katoda.

Anoda menuju ke Katoda.

LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor

dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkanadalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga me

ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga me nghasilkan karakteristiknghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type mater

menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type mater ial akan berpindah ke wilayah yangial akan berpindah ke wilayah yang

kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri t

LED atau Light Emitting Diode yang memancarkan cahaya ketika dialiri t egangan maju ini juga dapategangan maju ini juga dapat digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

digolongkan sebagai Transduser yang dapat mengubah Energi Listrik menjadi Energi Cahaya.

Cara Mengetahui Polaritas LED Cara Mengetahui Polaritas LED

(16)

Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED. Kita

Untuk mengetahui polaritas terminal Anoda (+) dan Katoda (-) pada LED. Kita dapat melihatnya secaradapat melihatnya secara fisik berdasarkan gambar diatas. Ciri-ciri Terminal Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan fisik berdasarkan gambar diatas. Ciri-ciri Terminal Anoda pada LED adalah kaki yang lebih panjang dan juga Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih

juga Lead Frame yang lebih kecil. Sedangkan ciri-ciri Terminal Katoda adalah Kaki yang lebih pendekpendek dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.

dengan Lead Frame yang besar serta terletak di sisi yang Flat.

Warna-warna LED (Light Emitting Diode) Warna-warna LED (Light Emitting Diode)

Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti w

Saat ini, LED telah memiliki beranekaragam warna, diantaranya seperti w arna merah, kuning, biru, putih,arna merah, kuning, biru, putih, hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman Warna pada LED

hijau, jingga dan infra merah. Keanekaragaman Warna pada LED tersebut tergantung pada wavelengthtersebut tergantung pada wavelength (panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Ber

(panjang gelombang) dan senyawa semikonduktor yang dipergunakannya. Ber ikut ini adalah Tabelikut ini adalah Tabel Senyawa Semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED :

Senyawa Semikonduktor yang digunakan untuk menghasilkan variasi warna pada LED :

Bahan Semikonduktor

Bahan Semikonduktor WavelengthWavelength WarnaWarna

Gallium

Gallium Arsenide Arsenide (GaAs) (GaAs) 850-940nm 850-940nm Infra Infra MerahMerah

Gallium

Gallium Arsenide Arsenide Phosphide Phosphide (GaAsP) (GaAsP) 630-660nm 630-660nm MerahMerah

Gallium

Gallium Arsenide Arsenide Phosphide Phosphide (GaAsP) (GaAsP) 605-620nm 605-620nm JinggaJingga

Gallium

Gallium Arsenide Arsenide Phosphide Phosphide Nitride Nitride (GaAsP:N) (GaAsP:N) 585-595nm 585-595nm KuningKuning

Aluminium

Aluminium Gallium Gallium Phosphide Phosphide (AlGaP) (AlGaP) 550-570nm 550-570nm HijauHijau

Silicon

Silicon Carbide Carbide (SiC) (SiC) 430-505nm 430-505nm BiruBiru

Gallium

Gallium Indium Indium Nitride Nitride (GaInN) (GaInN) 450nm 450nm PutihPutih

Tegangan Maju (Forward Bias) LED Tegangan Maju (Forward Bias) LED

Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk Masing-masing Warna LED (Light Emitting Diode) memerlukan tegangan maju (Forward Bias) untuk dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga meme

dapat menyalakannya. Tegangan Maju untuk LED tersebut tergolong rendah sehingga meme rlukanrlukan sebuah Resistor untuk membatasi Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED y

sebuah Resistor untuk membatasi Arus dan Tegangannya agar tidak merusak LED y ang bersangkutan.ang bersangkutan. Tegangan Maju biasanya dilambangkan dengan tanda V

Tegangan Maju biasanya dilambangkan dengan tanda VFF..

Warna

Warna Tegangan Maju @20mATegangan Maju @20mA

Infra

(17)

Jingga 2,0V Jingga 2,0V Kuning 2,2V Kuning 2,2V Hijau 3,5V Hijau 3,5V Biru 3,6V Biru 3,6V Putih 4,0V Putih 4,0V

Kegunaan LED dalam Kehidupan sehari-hari Kegunaan LED dalam Kehidupan sehari-hari

Teknologi LED memiliki berbagai kelebihan seperti tidak menimbulkan panas, tahan lama, tidak Teknologi LED memiliki berbagai kelebihan seperti tidak menimbulkan panas, tahan lama, tidak mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta bentuknya yang kec

mengandung bahan berbahaya seperti merkuri, dan hemat listrik serta bentuknya yang kec il ini semakinil ini semakin popular dalam bidang teknologi pencahayaan. Berbagai produk yang memerlukan cahaya pun

popular dalam bidang teknologi pencahayaan. Berbagai produk yang memerlukan cahaya pun mengadopsi teknologi Light Emitting Diode

mengadopsi teknologi Light Emitting Diode (LED) ini. Berikut ini beberapa (LED) ini. Berikut ini beberapa pengaplikasiannya LED dalampengaplikasiannya LED dalam kehidupan sehari-hari.

kehidupan sehari-hari.

1.

1. Lampu Penerangan RumahLampu Penerangan Rumah 2.

2. Lampu Penerangan JalanLampu Penerangan Jalan 3.

3. Papan Iklan (Advertising)Papan Iklan (Advertising) 4.

4. Backlight LCD (TV, DBacklight LCD (TV, D isplay Handphone, Monitor)isplay Handphone, Monitor) 5.

5. Lampu Dekorasi Interior maupun ExteriorLampu Dekorasi Interior maupun Exterior 6.

6. Lampu IndikatorLampu Indikator 7.