Petunjuk Penggunaan Modul
PENDAHULUAN
Melakukan informasi tentang ruang lingkup isi modul, prasyarat Mempelajari modul serta hasil belajar akan dicapai setelah
mampelajari modul.
BALAJAR
Pada bagian ini anada mempelajari materi pelajaran yang harus anda kuasai
LATIHAN
Pada bagian ini nada mengerjakan solal – soal atau
melaksanakan tugas untuk mengukur kemampuan anda terhadap topik pelajaran yang telah anda pelajari
PERSIAPAN PRAKTEK
Anda harus melaksanakan tugas pada bagian ini sebelum melaksakan paraktek
PRAKTEK
Pada bgain ini melakukan kegiatan praktek
EVALUASI
Pada bagian ini anda mengerjakan soal-soal sebagai pengukur kemampuan anda setelah mempelajari keseluruhan isi modul ini.
KUNCI LATIHAN
Anda menemukan kunci jawaban dari latihan-latihan yang anda kerjakan
KUNCI EVALUASI
Anda manemukan kunci jawaban dari evaluasi yang anda kerjaka
P
B
L
Pp
P
R
K
L
K
E
. tuliskanlah rumus dari tttt
Tujuan kegiatan
Setelah mempelajari modul ini maka :
Siswa dapat menjelaskan sifat-sifat dari dioda apabila di beri tegangan arah maju dan arah terbalik.
1. Dioda forward bias.
Gambar di bawah memperlihatkan rangkaian forward bias dioda, yaitu apabila anoda (Kristal P) memperoleh petensial positif terhadap khatoda (Kistal N) selanjutnya bila A disambung dengan kutub + baterai dan K di sambung dengan kutub – baterai. Dalam keadaan demikian, elektron yang berada di daerah N ditolak oleh kutub –baterai (Muatan negatif) dan di tarik oleh kutub + baterai ( muatan positif), sehingga elektron cenderung untuk bergerak dari N ke P tetapi masuh terhalang oleh muatn ruang pada daerah transisi. Bila medan listrik medan listrik antara A dengan K (Potensial baterai) lebih besar terhadap medan listrik pada Defletion Region maka terjadilah difusi elektron dari N ke P atau di fusi Hole dari P ke N, selanjutnya terjadi aliran elektron dari khatoda menuju Anoda atau arus listrik mengalir dari A ke K.
Gambar 1
Dioda forward bias
Topik
1
DIODA FORWARD BIAS dan DIODA
REVERSE BIAS
+
+
+
+
m A
Hole
Elektron
Karena daerah P maupun N adalah penghantar, maka tegangan sumber diteruskan sampai daerah transisi. Dengan keadaan kutub yang demikian , maka V akan memperkecil potensial penghalang yaitu menjadi Vo – V. dengan potensial penghalang yang berkurang ini maka arus difusi dari P ke N bertambah besar dan melebihi arus balik Is yang besarnya tetap, arus total tidak lagi 0 dan arahnya dari P ke N.
Sebelum menghitung besarnya arus sebaiknya tinjau dulu keadaan pengangkut muatanya. Kerapatan pengangkut mayoritas di bagian P (lubang) di tempat yang jauh dari daerah transisi adalah Pp = NA, sedangkan di bagian N (elektron) adalah nn = ND. akibat adanya arus dari rangkaian luar, maka di dekat daerah transmisi P tertimbunlah elektron.
Keadaan mengangkut minoritas adalah sebagai berikut, di tempat yang jauh dari daerah transisi, kerapatan elektron di P dan kerapatan lubang di N.jadi kerapatan elektron adalah npo dan kerapatan lubang adalah Pno.
Di dekat daerah transisi, akibat adanya arus difusi melalui daerah transisi yang berlebihan terjadi penambahan pengangkut minoritas, yaitu penambahan lubang di N di dekat daerah transisi (x=0) dan penambahan elktron di daerah P di dekat daerah transisi (y=0)akibat kelebihan pengangkut minoritas di dekat daerah transisi itu terjadilah difusi elektron dari y=0 ke kiri dan difusi lubang dari x=0 ke kanan.jadi di daerah P ada arus maju karena difusi lubang (pengangkut minoritas) dan di daerah N juga ada arus maju karena difusi elektron (pengangkut minoritas)arus difusi tersebut makin jauh dari daerah transisi tersebut maka besarnya makin berkurang. Berkurangnya arus oleh pengangkut minoritas diimbangi oleh bertambahnya arus oleh pengangkut mayoritas karena aliran dari sumber.
Arus difusi lubang di titik x=0 adalah Ipn(0).
I
pn(0)
=
LpAqDp
Pn =
Pno Lp AqDp) 1 (eqV kT
Arus difusi lubang di titik y=0 adalah Inp(0).
I
np(0)
=
LnAqDn
n
p=
LnAqDnnpo
(eqV kT 1)
Dimana : A = luas penampang q = muatan elektron
Dp , Dn = tetapan difusi untuk lubang dan elektron
Lp , Ln tetapan yang namanya panjang difusi untuk lubang dan elektron
Jadi arus total adalah
:
I = I
0 (eqV kT 1)Dengan :
I
0= A
q LpDpPno ( + ) Ln DnNpo
2. Reverse Bias
P
N
Gambar 2 Reverse bias dioda
Karena bagian P maupun bagian N adalah suatu penghantar, maka tegangan luar yaitu tegangan sumber diteruskan sampai ke daerah transisi sehingga tegangan ini akan mempertinggi petensial kontak menjadi Vo – V.kenaikan potensial kontak ini kalau ditinjau secara mikroskopis adalah di sebabkan tertariknya lubang dan elektron ke arah luar menjadi gandengan. Maka daerah peralihan atau daerah muatan ruang menjadi bertambah lebar. Lebar daerah peralihan ini adalah L dan besarnya :
L = {
2 (Vo V)(q
Na
1
+
1 )Nd
}
21
adalah ketetapan dierektris dari bahan semikonduktor. Lebar daerah peralihan di bagian P yaitu Lp dan lebar daerah peralihan di N yaitu Ln masing-masing lebarnya.L
p=
LNaNdNd
L
n=
LNaNaNd
Sekarang kita tinjau arusnya. Dengan naiknya potensial kontak yaitu potensial penghalang bagian arus difusi dari bagian P ke bagian N, maka arus difusi ini yaitu
+
+
+
+
µA
Hole
arus yang disebabkan oleh pengangkut mayoritas menjadi tak ada lagi. Yang ada sekarang hanya tinggal arus pengaliran lubang dari N ke P dan elektron dari P ke N, yaitu arus balik (reverse) yang dilakukan oleh pengangkut-pengangkut minoritas. Arus ini besarnya hanya tergantung pada kecepatan pembentukan pasangan elektron hole.
1. Buat dan jelaskanlah cara kerja dari gambar rangkaian forward bias dioda.
2. Buat dan jelaskanlah cara kerja dari gambar rangkaian reverse bi
Sediakan alat dan bahan untuk praktek forward bias dioda dan reverse bias dioda.
Us = regulated power supply 0-20 V dc
D2 = Zener dioda
R1 = 100
R2 = 300
V = Volt meter bu.3 volt dc
V1 = Volt meter bu.10 volt dc
Rp = potensio meter
T = travo step down
Osc = oscillator
A = mA meter bu.50 mA
L
Pp
Langkah kerja :
1. Forward bias dioda
Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah :
4V
Hidupkan sumber dan tegangan sebesar Us = 4 V
Atur potensio meter, sehingga tegangan pada zener dioda naik terhadap (0,1 volt tiap tahap). Untuk tiap tahap, catatlah besarnya arus yang mengalir = Iz,
masukkan dalam tabel
Dari hasil pengamatan buatlah grafik karakteristik
Selidikilah pengaruh perubahan panas terhadap zener dioda. Tetapkan suatu besaran arus tertentu dan panaskan zener
dioda dengan solder amati MA meter
2 Reverse bias dioda
Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah :
V
U
A R1
R1
+ S
10 V
Hidupkan sumber dan siapkan tegangan Us = 12 volt
Atur tegangan bertahab 1 volt , bila mA mulai menunjuk buatlah 0,1 volt
Kl
V
U
1. Dioda forward bias
P
N N
Gambar 1 Dioda forward bias
Apabila anoda (Kristal P) memperoleh petensial positif terhadap khatoda (Kistal N) selanjutnya bila A disambung dengan kutub + baterai dan K di sambung dengan kutub – baterai. Dalam keadaan demikian, elektron yang berada di daerah N ditolak oleh kutub –baterai (Muatan negatif) dan di tarik oleh kutub + baterai ( muatan positif), sehingga elektron cenderung untuk bergerak dari N ke P tetapi masuh terhalang oleh muatn ruang pada daerah transisi. Bila medan listrik medan listrik antara A dengan K (Potensial baterai) lebih besar terhadap medan listrik pada Defletion Region maka terjadilah difusi elektron dari N ke P atau di fusi Hole dari P ke N, selanjutnya terjadi aliran elektron dari khatoda menuju Anoda atau listrik mengalir da
2. Reverse bias dioda
+
+
+
+
m A
Hole
P
N
Gambar 2 Reverse bias dioda
Bila potensial Katoda ( kristal N ) lebih positif terhadap Anoda ( Kristal P ), atau A mendapat Potensial – baterai dan K mendapat potensial + baterai. Dengan demikain elektron di daearh N ditarik oleh kutup + baterai dan Hole di daerah P di tarik kutub – baterai, atau medan listrik antara K dengan A akan memperkuat muatan ruang. Sehingga pada PN Junction hanya terdapat ion – ion saja dan Defletion semakin besar, selanjutnya tidak ada arus listrik yang mengalir akan tetapi adanya minoriti carrir dapat memungkinkan terjadi arus listrik yang sangat kecil dari K menuju A.
+
+
+
+
µA
Hole
Elektron +
Topik
2
Tujuan kegiatan :
Setelah mempelajari modul ini siswa di harapkan
Siswa dapat menjelaskan sifat-sifat penyearah setengah gelombang
dapat mempelajari cara-cara pemakaian dioda untuk mengubah tegangan bolak balik jadi tegangan searah
Untuk memperoleh tegangan dc dari tegangan ac, maka dipergunakan penyearah setengah gelombang. Penyearah ini menghasilkan output setengah gelombang.penyearah setengah gelombang adalah proses perubahan ac menjadi dc.
Harga puncak tegangan output akan sama dengan harga puncak tegangan input dikurangi oleh tegangan jatuh pada dioda. Harga rata-rata tegangan output sama dengan setengah harga rata-rata gelombang penuh, karena dioda hanya mengkonduksi setengah periode.
Dioda hanya akan konduksi ketika daerah P bertegangan positif di bandingkan dengan daerah N.
Harga rata-rata atau harga dc dari signal setengah gelombang adalah
U
dc = Up
atau U
dc= 0,318 U
mDimana atau tersebut sama dengan haga max atau harga puncak gelombang sinus. Periode signal output sama dengan signal inputnya. Dengan kata lain penguat setengah gelombang frekuensi output sama dengan frekuensi input.
Bila pada dioda di pasang tegangan bolak balik seperti misalnya gelombang tegangan sinus maka oleh dioda tegangan ini di ubah menjadi gelombang searah.
Gambar di bawah adalah rangkaian untuk menghasilkan penyearah.
Gambar 1a. Rangkaian penyearah setengah gelombang
V
1Vm
0
2
.
=
t
Gambar 1b. tegangan sinus pada sekunder dari transpormator
Im
I
dc 0 2Gambar 1c. arus output yang (lewat RL)
Vr
R
Uin = Um Sin Ө
i = I
msin
kalau 0
i = 0 kalau
2
dalam persamaan ini = t dan
I
m=
Rf RlVm
Suatu ampermeter dc di buat sedemikian rupa hingga simpangan jarumnya menunjukan hanya rata-rata dari arus yang melewatinya. Sedangkan bila pada suatu ampermeter ac mengukur arus rms yang melewatinya, demikian pula suatu voltmeter ac mengukur tegangan rms yang terpasang pada ujung-ujungnya.
Jika dioda pada gambar 1 di balik maka ia akan konduksi pada bagian negatif dari signal input. Dioda akan reverse bias pada bagian positif, seperti gambar di bawah ini :
N P
+
Gambar 2a. penyearah setengah gelombang arah mundur
Uin = Um sin
Um
2
3
Um
VR
VR
Um
2
3
Gambar 2b. Bentuk gelombang yang di hasilkan penyearah setengah gelombang arah mundur
Pada seengah periode positif tegangan input, tegangan 0,7 V terpakai untuk mengatasi potensial barier, sesudah itu dioda dapat konduksi. Gambar 3a adalah rangkaian ketika terjadi puncak positif . hukum Khirchoff’s untuk voltage mengatakan bahwa tegangan puncak output sama dengan sumber tegangan di kurangi jatuh tegangan pada dioda.
Upeak = 15 V – 0,7 V = 14,3 V.
Pada setengah gelombang negatif dioda tidak konduksi, sehingga tidak ada tegangan pada output. Oleh karena itu bentuk gelombang output adalah signal setengah gelombang dengan puncak 14,3 V (lihat gambar 3c).
pada puncak Arus positif arah maju terjadi positif tegangan input sebesar :
Jadi dioda reverse bias /di bias terbalik /ia tidak konduksi dan tidak ada tegangan pada output. Oleh sebaba itu semua sumber tegangan terdapat pada dioda, jadi PIV = 15 Volt.
1. Hitunglah regulasi dalam % sebuah penyearah bila arus yang mengalir Idc = 100 mA, sedangkan Vdc = 12 volt dan semua resistansi di hitung 20 ohm.
2. Apakah yang di maksud dengan penyearah setengah gelombang ?
3. Buatlah rumus dari harga rata-rata atau harga dc signal setengah gelombang. 4. Kenapa, harga rata-rata tegangan output sama dengan setengah harga rata-rata
gelombang penuh ?
5. Tuliskanlah rumus untuk mencari arus maksiml (Im)
Sediakan alat dan bahan untuk praktek dioda penyearah setengah gelombang :
1 buah transpormator
1 buah dioda IN 4005
1 buah capasitor : 0,47 μf ; 4,7 μf ; 100 μf
2 buah multimeter
1 buah resistor 10 K
1 buah oscilloscope
Langkah kerja :
L
Pp
+ Uac
Uac = 6v RL
AC
Buat rangkaian seperti gambar di bawah :
Hubungkan bagian primer pada transpormator ke jala-jala kemudian tegangan pada bagian sekunder dari trafo (Uac) di ukur
Untuk tahanan beban RL = 470 ohm dan 1 K, tegangan Udc, Uac,dan arus IDC di ukur,kemudian hasilnya masukan ke tabel di bawah :
RL / I dan U Uac Udc U’ac Idc
470 ohm 1 k ohm
Catatan :
Udc = tegangan Uo di ukur dengan voltmeter dc
U’ac = yegangan Uo di ukur dengan voltmeter ac
Idc = arus Io di ukur dengan ampermeter dc
Uac = U’ac = Udc
Gambar bentuk gelombang yang di hasilkan di oscilloscope
RL Uac Udc
m A
1 k ohm
1 Diketahui : Idc = 100 mA Vdc = 12 volt R = 20 ohm
Ditanya : regulasi = ? Dijawab : Vdc tanpa beban 12 volt
Vdc dengan beban = Vdc - Vdc
= 12 - (Idc x R)
= 12 - 2
= 10 volt
regulasi = 121010 x 100 %
= 20 %
2 penyearah setengah gelombang adalah proses rerubahan AC menjadi DC.
3 Rumus dari harga rata-rata atau harga dc dari signal setengah gelombang adalah :
Udc =
Up
atau Udc = 0,318 Um
4 Harga rata-rata tegangan output akan sama dengan setengah harga rata-rata gelombang penuh karena dioda hanya mengkonduksi setengah periode.
5 Rumus untuk mencari arus maksimal (Im) adalah :
Im = RfVmRl
`
Tujuan kegiatan :
Setelah mempelajari modul ini siswa di harapkan
Siswa dapat menjelaskan sifat-sifat dari penyearah gelombang penuh
Topik
3
D2
I02
Rangkaian penyearah gelombang penuh merupakan perkembangan dari rangkaian penyearah setengah gelombang. Apabila penyearah setengah gelombang menghasilkan keluaran setengah gelombang saja dari masukan arus bolak – balik, maka pada keluaran penyearah gelombang penuh menghasilkan arus searah baik dari masukan positif maupun negatif. Rangkaian penyearah gelombang penuh dapat dilihat pada gambar dibawah ini:
Gambar 1
Gulungan ssekunder trofo mempunyai titik tengah, dimana jumlah lilitan daari titik A ke titik C (AC) sama dengan jumlah lilitan dari titik B ke titik C (BC), sehingga akan menghasilkan keluaran tegangan yang sama besarnya.
Pada saat titik A positif titik C bagian atas negatif dan bagian bawahnya positif. Jumlah positif dan negatif pada titik C sama, akibatnya di titik C sama dengan 0. Sedangkan titik B pada saat yang sama negatif. Pada kondisi seperti ini, dioda yang bekerja adalah dioda D1. D1 akan mengalirkan arus listrik melalui RL berupa arus keluaran Io1. Setengah gelombang berikutnya, yaitu saat titik A negatif dan titik B positif dioda yang bekerja adalah dioda D2. Dioda D2 akan mengalirkan arus listrik melalui RL beupa arus keluaran Io2. Arus keluarannya adalah jumlah dari Io1 dan Io2. Bentuk tegangan masukan dan tegangan keluaran dari penyearah gelombang penuh dapat dilihat pada gambar berikut ini:
B
D1
Input AC RL
I0I
I0I
Im
I0 2
Im
I0
input Satu perioda
tegangan AC
2
2 3
2 3 4
2 3 4
Л
I1 i2
0,64 Im
+ Vm
Gambar 2
Penyearah gelombang penuh dapat dihasilkan dengan 2 cara yaitu dengan 2 dioda dan dengan 4 dioda (system jembatan).
a. Penyearah dengan 2 dioda
Pada gambar di bawah diperlihatkan rangkaian penyearah yang menggunakan 2 dioda. Perlu diketahui trafo yang digunakan pada system 2 dioda harus mempunyai terminal pada bagian tengahnya. Terminal ini biasanya disebut center tap (ct) pada gambar diberi tanda dengan titik B
RL A
B
C i2
i1
V2
0
1/2Л 11/2 Л Л
V1 V2
- Vm
Gambar penyearah 2 dioda
Cara kerjanya :
Pada trafo sekunder mengalir tegangan bolak – balik yang telah diturunkan, di mana kita dapatkan tegangan v1 dan v2. Bila tegangan pada v1(+) maka dioda D1 kondulsi dan mengalirkan arus i1, sedangkan dioda D2 dalam arah tentang, jadi cut off. Pada v2 berfasa (-) sehimgga arus yang melalui dioda D2 = 0.
Pada gambar (b) tegangan v1 diga,barkan dalam bentuk sinus yang terdiri dari puncak + Vm dan puncak – Vm. Arus i1 dapat terlihat pada kedudukan
0 , di mana amplitdonya = Im. Pada penearah 1 dioda antara dan 2 terjadi
kekosongan di mana I = 0. Karena penyearah ini menggunakan 2 dioda, maka kekosongan ini segera di isi oleh mengalirnya arus dioda D2 pada waktu v1 berfasa (-).
Selanjutnya arus yang melelui dioda D1 dan D2 akan melalui beban RL yang kemudian menuju ke ct. Telah kita ketahui besarnya Idc untuk gelombang setengah sebesar Im /. Pada penyearah gelombang penuh besarnya Idc
menjadi 2 kali, sehingga berlaku rumus:
Idc =
Im 2
Dan Irms = Im2
Dan besarnya Im dapat diketahui dengan dengan rumus:
Perlu diketehui bahwa hanya dengan menyearahkan arus AC dengan dioda belum dihasilkan arus yang rata betul, karena Idc ialah masih aruss AC hanya mengandung komponen arus DC sebesar 0.64 arus maksimum.
Untuk menghitung besarnya regulasi pada penyearah gelombang penuh dapat digunakan rumus sebagai berikut:
Im 2
Idc
menurut hukum ohm Idc (Rf2VmRl)
karena Idc x (Rf+Rl) =
Vm
2
Dimana Rf ialah resistansi maju (forward direction) sedangkan RLresistansi pada beban. Karena arus Idc yang mengalir pada rangkaian penyearah juga mengalir pada R beban, berarti tengangan pada beban RL = Vdc. Maka besarnya Vdc dapat diketahui:
Vdc = Idc x RL
atau Vdc =
Vm
2
- Vd
Vd ialah tegangan pada dioda. Dimana Vd = Idc xRf
maka Vdc =
Vm
2
- Idc (Rf + RL)
Bila semua resistansi disebut RL termasuk resistansi kabel, trafo dan sebagainya. Maka besarnya Vdc dengan semua beban menjadi
Vdc =
Vm
2
- Idc (Rf + RL)
Dimana
Vm
2
Л
I1 i2
0,64 Im
+ Vm
B .Penyearah dengan empat dioda
Dengan 2 dioda dihasilkan penyearah dengan arus DC yang lebih baik bila hanya digunakan 1 dioda. Untuk penyearah 2 dioda harus menggunakan trafo khusus yang mempunyai ct pada bagian tengah. Dengan cara lain tanpa adanya ct pada trafo dapat pula arus AC diratakan dengan menggunakan 4 dioda. Cara pemakaian 4 dioda ini sering disebut system jembatan. Pada gambar di bawah diperlihatkan rangkaian dasar penyearah system jembatan.Perhatikan pada system ini tidak kita dapati ct. Cara kerjanya:
Pada gulungan sekunder trafo mempunyai tegangan yang rendah dari jaringan PLN. Arus dan tegangan dibagian ini bergelombang sinus, yang terdiri dari fasa positif dan fasa negatif. Diumpakan tegangan fasa (+) v+. Pada kedudukan sekundernya berfasa (+) D1 konduksi. Arus tidak akan mengalir melalui D4 mengapa? Setelah melalui beban RL arus akan melaliu D2 dan selanjutnya menuju gulungan trafo. Sekarang bergantian pada kedudukan ½ putaran berikutnya bagian atas tarfo berfasa (-) sedangkan bagian bawah berfasa (+) . arus akan mengalir sebaliknya yaitu melalui D3 karena dalam kedudukan arah maju sedang D2 arah tentang. Setelah arus melalui RL arus akan menuju arah positif dari trafo dengan D4.
(a)
D3
D4 D
D2
RL
15 V 50 Hz
0
1/2Л 11/2 Л Л
V1 V2
GAMBAR 3
Pada gambar di atas jelas grafik yang dihasilkan dari penyearah 2 dioda dengan 4 dioda ternyata sama.
Tegangan kerut pada penyearah gelombang penuh.
Sekarang akan diterngakan bagaimanakah hasil penyearahan gelombang penuh pada tegangan kerutnya. Factor kerut pada penyearah gelombang penuh dapat diketahiu dengan menggunakan rumus di bawah. Besarnya factor kerut
R = 1
2 Idc Irms
R = 1
Im/ 2 2 Im/ 2
R = 1
Im 2 2 Im 2
x
V
R = 1
2 2 2
Atau r = 1.112 1
r = 0.48
r = 0.48 x 100% = 48%
Jadi kerut (ripple) penyearah gelombang penuh menjadi
1. Jelaskanlah cara kerja dari penyearah gelombang penuh dua dioda. 2. Faktor kerut pada penyearah gelombang penuh dapat di ketahui dengan
menggunakan rumus. Tuliskanlah dan jelaskan rumus dari besarnya faktor kerut.
3. Apakah yang di maksud dengan regulasi ?
4. Jelaskanlah cara kerja dari penyearah gelombang penuh empat dioda. R = 48%
+
5. Apa beda penyearah gelombang penuh dua dioda dengan penyearah gelombang penuh empat dioda ?
Sediakanlah alat dan bahan untuk praktek penyearah gelombang penuh
1 buah transpormator
1 buah dioda IN 4005
1 buah capasitor : 0,47 μf ; 4,7 μf ; 100 μf
2 buah multimeter
1 buah resistor 10 K
1 buah oscilloscope
Langkah kerja :
Buat rangkaian seperti gambar di bawah :
Pp
Pr
RL
Uac= 6v
Udc
+
Hubungkan bagian primer pada transpormator ke jala-jala kemudian tegangan pada bagian sekunder dari trafo (Uac) di ukur
Untuk tahanan beban RL = 470 ohm dan IDC di ukur, kemudian hasilnya masukan ke tabel di bawah :
RL / I dan U Uac Udc U’ac Idc
Catatan :
Uac = U’ac - 2 Udc
Gambar bentuk gelombang yang di hasilkan di oscilloscope
RL Uac Udc
470 ohm
1 k ohm
D3 D2
1. Cara kerja dari gelombang penuh dua dioda adalah :
Pada trafo sekunder mengalir tegangan bolak – balik yang telah diturunkan, di mana kita dapatkan tegangan v1 dan v2. Bila tegangan pada v1(+) maka dioda D1 kondulsi dan mengalirkan arus i1, sedangkan dioda D2 dalam arah tentang, jadi cut off. Pada v2 berfasa (-) sehimgga arus yang melalui dioda D2 = 0.
2. Factor kerut pada penyearah gelombang penuh dapat diketahiu dengan menggunakan rumus. Besarnya factor kerut adalah
R = 1
2 Idc Irms
R = 1
Im/ 2 2 Im/ 2
R = 1
Im 2 2 Im 2
x
V
R = 1
2 2 2
Atau r = 1.112 1
r = 0.48
r = 0.48 x 100% = 48%
Jadi kerut (ripple) penyearah gelombang penuh menjadi
3. yang di maksud dengan regulasi adalah besar kecilnya faktor kerut R = 48%
Pada gulungan sekunder trafo mempunyai tegangan yang rendah dari jaringan PLN. Arus dan tegangan dibagian ini bergelombang sinus, yang terdiri dari fasa positif dan fasa negatif. Diumpakan tegangan fasa (+) v+. Pada kedudukan sekundernya berfasa (+) D1 konduksi. Arus tidak akan mengalir melalui D4 mengapa? Setelah melalui beban RL arus akan melaliu D2 dan selanjutnya menuju gulungan trafo. Sekarang bergantian pada kedudukan ½ putaran berikutnya bagian atas tarfo berfasa (-) sedangkan bagian bawah berfasa (+) . arus akan mengalir sebaliknya yaitu melalui D3 karena dalam kedudukan arah maju sedang D2 arah tentang. Setelah arus melalui RL arus akan menuju arah positif dari trafo dengan D4.
5. Beda penyearah gelombang penuh dua dioda dengan penyearah gelombang penuh empat dioda adalah penyearah 2 dioda harus menggunakan trafo khusus yang mempunyai ct pada bagian tengah. Dengan cara lain tanpa adanya ct pada trafo dapat pula arus AC diratakan dengan menggunakan 4 dioda. Cara pemakaian 4 dioda ini sering disebut system jembatan. Pada gambar di bawah diperlihatkan rangkaian dasar penyearah system jembatan. Perhatikan pada system ini tidak kita dapati ct.
I. Tujuan : setelah mempelajari modul ini siswa dapat :
mengamati kerja clipper
mengamati kerja clamper II. Alat dan bahan
1 buah LF generator
1 buah Oscilloscope
2 buah power supply 0 – 30 volt
1 buah elektronic Lab kit
Topik 4
Clipper dan Clamper
IN 4148 IN 4148
IN 4148
hook-up wires
1 buah Resistor 10 K
2 buah dioda IN 4148
III. Langkah kerja
Buat rangkaian seperti gambar di bawah ini
Gambar 1
Hubungkan generator dan chanel A oscilloscope ke terminal input dan chanel B ke terminal input.
Hidupkan power supply atur outputnya pada 2 V dan -2 V. hidupkan generator pada 15 V – 100 Hz, sine wave
Buat rasngakian menurut ganabar 2.
Hubungakn generator dan osciloskope channel A ke terminal input dan channel B ke terminal output. Hidupkan generator dan oscilospok. Amati gelombang input dan output.. Gambarkan sinyal input dan output pada kertas mm yang sama.
Balikkan hhubungan dioda dan ulangi langka 4
+
+
2V dc 2V dc
Input
output 10 K
Gambar 2
Tujuan kegiatan :
Siswa dapat menjelaskan tentang karakteristik dioda
Siswa dapat menjelaskan tentang karakteristik maju dari dioda
Siswa dapat menjelaskan tentang karakteristik terbalik dari dioda
Topik
5
B
0,2 0,4 0,5 0,8 Ge
50 40 30 20 10
+ IA
- IA
Dari penjelasan topik 1 (dioda forward bias dan dioda reverse bias) dapat di ketahui bagaimana karakteristiknya dioda. Pada forward bias terdapat tegangan konduk (“turn ON voltage”) sebesar kira-kira 0,2 volt untuk dioda Ge dan 0,6 volt untuk dioda Si. Gambar di bawah ini memperlihatkan grafik karakteristik dioda Si dan Ge.
Sebelum tegangan konduk ini tercapai arus forward dioda sangat kecil. Setelah tegangan konduk terpenuhi, arus forward dioda dapat terpenuhi dengan cepat, karena tahanan dalam dioda menjadi sangat kecil. Arus forward yang terlalu besar dapat merusak dioda,karena itulah kemampuan arus (rating current) dioda di nyatakan untuk arus dioda.
Pada bias reverse arus dioda yang mengalir sangat kecil (perhatikan skala arus yang di perbesar pada gambar), arus ini di sebut arus bocor. Arus bocor dioda Si jauh lebih kecil di bandingkan arus dioda Ge. Bila tegangan reverse makin di perbesar, sampai pada suatu tinggi tegangan tertentu maka arus reverse mendadak menjadi besar dan dapat merusakan dioda, tegangan tersebut di sebut “break down voltage” (tegangan dadal). Karena itulah makanya kemampuan tegangan kerja dioda (rating voltage) dinyatakan untuk tegangan reverse.
Pemberian tegangan pada dioda ada dua cara, yaitu dengan tegangan muka maju (forward bias) dan tegangan muka terbalik (reverse bias). Dari pemberian tegangan muka pada dioda tersebut dapat di cari karakteristik dari dioda.
+ UAK (Volt)
Si
Ge Si
- UAK (Volt)
50
40
30
20
10
- 10
- 20
20
10
0 0,1 0,2 0,3 0,4
Mengikuti cara pemberian tegangan muka dioda, maka karakteristik dioda ada dua macam, yaitu karakteristik dioda maju pada saat di beri tegangan muka maju dan karakteristik terbalik pada saat di beri tegangan mukaterbalik.
Pada karakteristik dioda ini yang akan di bicarakan adalah karakteristik tegangan dan arusnya.
1 Tegangan muka maju dioda
pemberian tegangan muka secara maju pada dioda akan di peroleh karakteristik seperti gambar di bawah ini :
Gambar 2
Pada saat tegangan maju Vf nol, arus maju If masih dalam posisi nol pula. Sedikit demi sedikit tegangan maju di tambah, arus maju If masih dalam posisi nol (sangat kecil).
Tegangan ditambah terus (0,2 volt) mengalirlah If secara besar-besaran, dalam grafik ini di gambarkan merupakan garis lurus (grafik linier).
2. Tegangan Muka Terbalik
Bila tegangan muka terbalik sudah sampai VB, maka ini jangan di tambah negatif lagi. Di bawah ini dioda akan pecah, pada saat ini tegangan VB di sebut tegangan breakdown.
Pecahnya dioda ini menyebabkan arus terbalik dapat mengalir dengan derasibarat mengalirnya air pada bendungan dimana tanggulnya hancur.
- arus forward
Arus breakdown
Gambar 2
1. Kenapa tegangan yang di berikan pada dioda perlu besar atau kecil ?
2. Bila tegangan reverse di perbesar maka arus reverse mendadak jadi besar.di sebut apakah tegangan tersebut ?
3. Sebutkanlah dua cara pemberian tegangan muka pada dioda ?
4. Mengikuti cara pemberian tegangan muka dioda, maka karakteristik diodapun ada dua macam, sebutkanlah.
5. sebelum tegangan konduk tercapai arus forward dioda sangat kecil, setelah tegangan konduk terpenuhi arus forward dioda dapat naik dengan cepat. Kenapa demikian ?
L
25 K
I . Alat dan bahan
1 buah Dioda BY -100
1 buah Oscilloscope
1 buah Resistor 1 K
hook-up wires
1 buah Resistor 25 K
Sedikanlah alat dan bahan untuk praktek karakteristik dioda
Karakteristik tegangan muka maju dioda 1 buatlah rangkaian seperti gambar di bawah :
Pr
m A
Pp
V2
R 1K
V2
V2
6 V
Komponen-komponen tidak perlu di pasang pada suatu khasis, melainkan cukup di rangkai-rangkaikan saja dengan moncong-moncong buaya.
Pilihlah dioda silikon (sembarang type), karena dioda ini akan lebih tahan terhadap arus besar. Pada dioda di deretkan R1 = 1 K. pelawan ini berguna untuk membatasi kuat arus yang akan mengalir lewat dioda, jika kontak geser potensiometer P berada di posisi paling atas (di putar penuh ke kanan), di mana dioda mendapat tegangan jepit maksimum.
Deretan dioda dan R di beri tegangan yang dapat di atur oleh potensio meter. Kalau kontak geser P berada di posisi paling atas , maka tegangan yang di berikan pada deretan dioda + Radalah maksimum. Dengan P di posisi paling bawah, tegangan itu ada 0. tegangan itu di tunjukan oleh alat ukur V1.(jadi kalau kontak P di geser-geser kita akan memperoleh berbagai harga tegangan di antara titik P dan B, tegangan ini antara 0…tegangan baterai, 6 volt).
Alat ukur mA menunjukan kuat arus yang mengalir lewat dioda dan R.Alat ukur V2 mengukur tegangan yang ada di antara terminal-terminal dioda.Guna mengukur-ukur tegangan, pakailah alat ukur elektronik, atau alat ukur volt dengan perlawanan dalam sangat besar.
2 terlebih dahulu taruhlah potensio P pada posisi minimum (kontak P paling bawah), kemudian barulah baterai di sambungkan dengan ini, tegangan A – B = 0, alat ukur mA pun menunjukan 0 juga.
3 Aturlah potensiometer, supaya alat ukur mA mulai menunjukan arus yang kecil saja, misalnya 0,2 mA, catatlah penunjukan ini dalam tabel di bawah.
4 Pasanglah alat ukur volt di antara terminal-terminal dioda (V2). Catat penunjukanya dalam tabel di bawah.
Tegangan jepit V1
Tegangan Dioda V2
Tegangan di R VR
Kuat arus mA
10 K
4 6
5. Pindahkan alat ukur volt ke terminal R, catatlah harga yang di tunjukannya. 6. Pasang alat ukur volt di antara terminal-terminal P – B (V1), catat
penunjukannya.
7. Dengan perlahan aturlah potensiometer, supaya tegangan jepit di antara P – B menjadi 4 volt.
8. Baca penunjukan alat ukur mA dan catat hasil ukurnya.
9. Lakukan kembali pengukuran seperti dalam langkah 4 dan 5, untuk pengukuran selanjutnya, dan catat hasilnya.
10. Pasang kembali alat ukur volt di antara jepitan A – B. kemudian letakkan potensiometer pada posisi maksimum (alat ukur menunjukan 6 volt).
11. Ulangi pengukuran 4 dan 5, untuk melengkapi tabel di atas.
Karakteristik tegangan muka terbalik dioda
1. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini
2. Letakkan potensiometer pada posisi minimum, jadi tegangan yang di masukkan pada deretan dioda dan R ada 0 volt, dan arus pada R dan dioda pun 0.
m A V2
R 1K
V1
BY - 100 SD - 1 1 K
3. berangsur-angsur naikkanlah kontak potensiometer P (di putar ke kanan) nyatalah bahwa dengan potensiometer maksimum (tegangan = 6 volt) alat ukur µa tidak menunjukan adanya arus.
4. ukurlah tegangan yang ada di antara terminal-terminal dioda (alat ukur V2). 5. ukurlah tegangan pada R (alat ukur V1).
1. Tegangan yang di berikan pada dioda perlu besar atau kecil supaya arus yang mengalir besar.
2. tegangan ini di sebut dengan breakdown voltage.
3. cara pemberian tegangan muka pada dioda yaitu :
a) tegangan muka maju (forward bias) b) tegangan muka terbalik (reverse bias). 4. dua macam karakteristik dioda yaitu :
a) karakteristik muka maju pada saat diberi tegangan muka maju. b) Karakteristik muka terbalik pada saat di beri tegangan muka terbalik
5. sebelum tegangan konduk tercapai arus forward dioda sangat kecil, setelah tegangan konduk terpenuhi arus forward dioda dapat naik dengan cepat. Karena tahanan dalam dioda menjadi sangat kecil.
Evaluasi
1. Penyearah gelombang penuh dapat dihasilkan dengan 2 cara yaitu a. 2 dioda dan 4 dioda
b. 2 dioda dan 3 dioda c. 4 dioda dan 3 dioda d. 3 dioda dan 5 dioda
2. Trafo yang digunakn pada system 2 dioda harus a. Mempunyai terminal
b. Tidak mempunyai terminal
c. Mempunyai terminal pada bagian tengahnya d. Mempunyai terminal pada bagian kirinya
3. Pemberian tegangan muka pada dioda ada dua cra yaitu a. Tegangan muka maju dan muka terbalik
b. Tegangan muka maju c. Tegangan muka terbalik d. Tegangan maju terbalik 4. Fungsi rangkaian penyearah
a. Merubah arus
b. Merubah arus bolak balik menjadi arus searah c. Merubah arus bolak balik
d. Merubah arus searah
5. Sebutkanlah macam – macam komponen rangkaian penyearah a. Transpormator dan Resistor
b. Resistor dan Dioda c. Relay dan Dioda
d. Transpormator dan Diod
Kunci Evalusi : 1. a
2. c 3. a 4. b 5. d
DAFTAR PUSTAKA
1. Raras, Anggono, Komponen dan Rangkain Elektronika, Buku – buku Keterampilan, Jakarta; 1986.
2. S, Wasito, Sirkit Arus Searah, The Institute Of Electrical and Electronics Engineers, New York ; 1984..
