3.1 Pendahuluan Dioda mempunyai dua kondisi atau state: - Prategangan arah maju - Prategangan arah mundur

(1)

Lab. Sistem Elektronika Institut Teknologi Telkom

BAB III

Rangkaian Doda Dan Aplikasi

3.1 Pendahuluan 3.2 Metoda Grafis 3.2.1 Analisa Rangkaian DC 3.2.2 Analisa Rangkaian AC 3.3 Metoda Dengan Model 3.3.1 Penggunaan Aproksimasi

3.3.2 Contoh-Contoh Penerapan Dioda Sebagai Elemen Rangkaian 3.4 Rangkaian Pemotong

3.5 Pengganda Tegangan 3.6 CLAMPERS

3.6.1 Jaringan Konstanta Waktu Tunggal (Single – Time – Constant (STC)) 3.6.2 Clampers

3.7 Dioda Zener

3.7.1 Contoh Perhitungan Dengan Dioda Zener 3.8 Jenis Dioda Lainnya

3.8.1 LED (Light Emitting Diode) 3.8.2 Varaktor

3.8.3 Dioda Tunnel (Dioda Terowongan) 3.8.4 Dioda Foto (Photo Diode)

3.9 Rangkaian Penyearah _{Institut Teknologi Telkom}Lab. Sistem Elektronika

3.1 Pendahuluan

Dioda mempunyai dua kondisi atau state: - Prategangan arah maju - Prategangan arah mundur

Untuk menghitung i_ddan V_d, dapat digunakan 2 cara : 1. Metoda grafis Î menggunakan karakteristik I – V dioda. 2. Dengan model

3.2 Metoda Grafis

3.2.1 Analisa Rangkaian DC

≈

ID I_O. e V VT D η V = V_D+ I_D. R_L ID = -R 1 L . ID= VD+ R V L

Persamaan garis beban DC. I_D, V_D: variabel

: Koefisien arah R

1

L

Titik Q :titik kerja dioda

IQ, VQ :besarnya tegangan dan arus dioda rangkaian pada titik kerja.

3.2.2 Analisa Rangkaian AC

Misalkan, tegangan masuk V boleh berubah-ubah. Maka prosedur sebelumnya harus diulang-ulang tiap nilai tegangan.

Arus I

_A

digambar vertikal di atas V dititik B. Bila V

berubah kemiringan dari garis beban tak berubah

harus R

_L

tetap.

V1_{Î I}

A1; digambarkan sebagai titik B1di atas V1.

Simbol rangkaian Dioda PN Junction.

(2)

3.3 Metoda Dengan Model

Dioda Ideal

•Tak terdapat tegangan jatuh dan arus reverse pada dioda. •Prategangan maju, dioda dianalogikan dengan switch on.

•Prategangan mundur, dioda dianalogikan dengan switch off. Lab. Sistem Elektronika Institut Teknologi Telkom

Aproksimasi Kedua

Rf= 0 dan VDON

≈

0.7 Volt

Aproksimasi Ketiga

Rf ≠ 0

Aproksimasi Ke-empat

3.3.1 Penggunaan Aproksimasi

• Dioda ideal Î paling sering digunakan paling sederhana • Diperhatikan:

– Dalam analisa rangkaian dioda penyearah, mulai dengan pendekatan dioda ideal. Memberikan hasil cukup baik untuk tegangan sumber yang jauh lebih besar daripada tegangan cut-in / tegangan ambang.

– Bila tegangan sumber tidak jauh lebih besar dibandingkan dengan Vj, kita gunakan aproksimasi kedua.

– Bila resistansi beban tidak jauh lebih besar dibandingkan resistansi arah maju dioda, digunakan aproksimasi ketiga. – Bila resistansi beban (RL) tidak jauh lebih besar daripada resistansi maju dioda dengan tegangan sumber tidak jauh

3.3.2 Contoh-Contoh Penerapan Dioda

Sebagai Elemen Rangkaian

• Dengan menganggap dioda ideal, tentukan I – V:

10 K

9,9 K

(3)

3.4 Rangkaian Pemotong

(4)

3.5 Pengganda Tegangan

Tidak ada R, sehingga muatan yang ada di C tidak bisa dibuang.

• Pada puncak ½ siklus negatif, D1 mendapat prategangan maju dan D2 dapat prategangan balik. Dalam keadaan ini, C1 diisi sampai tegangan puncak VP :

• Pada puncak ½ siklus (+), D1 dapat prategangan balik dan D1 dapat prategangan balik dan D2 dapat prategangan maju . Karena sumber tegangan berhubungan seri dengan C1, maka C2 akan diisi sampai 2 VP.

3.6 CLAMPERS

3.6.1 Jaringan Konstanta Waktu Tunggal

(Single – Time – Constant (STC))

(5)

3.6.2 Clampers

Anggap dioda D on :

3.7 Dioda Zener

Dioda Zener / Patah / Avalans: dirancang untuk dapat bekerja didaerah breakdown.

Dua mekanisme : -Pelipatan Avalans -Patah Zener

Pelipatan Avalans :

- Dioda diberi tegangan balik.

- Pembawa yang ditimbulkan energi panas menurunkan halangan junction dan menerima energi dari potensial yang diberi.

Pembawa tersebut membentur ion kristal dan memecahkan ikatan kovalenÆ timbul pasangan e- dan hole yang baru. Tiap-tiap pembawa yang baru, menghasilkan pembawa-pembawa tambahan melalui tumbukan-tumbukan dan terlepasnya ikatan-ikatan.

Æ Proses kumulatif : Pelipatan Avalans.

Patah Zener

Kedadalan dapat terjadi melalui perpecahan ikatan. Karena E yang cukup kuatÆ e- dapat lepas dari ikatan kovalennya.

Pasangan hole dan e- yang baru timbul memperbesar arus balikÆ Kepatahan Zener.

(tidak melibatkan tumbukan pembawa-pembawa dengan ion kristal)

Reverse bias < 6 V : efek zener Reverse bias > 6 V : efek avalans

(6)

Karakteristik V – I Dioda Zener

VZK: nilai ambang dioda,

tegangan dadal. Bila tegangan balik lebih besar dari VZKÆDioda menuju daerah dadal.

VZ: tegangan zener,

tegangan dadal tertentu yang dimiliki setiap dioda zener. merupakan tegangan jatuh pada zener bila arus nominal IZyang diperlukan mengalir

melaluinya. Lab. Sistem Elektronika Institut Teknologi Telkom

-hambatan inkremental dioda zener -ditentukan pada titik operasi oleh VZ, IZ -ideal r_Z~ 0

• Batas arus dioda ditentukan oleh batas disipasi daya. • Pengatur tegangan : tegangan keluaran harus tetap konstan meski terjadi perubahan arus yang ditarik dari pengatur/perubahan pada catu.

r

_Z

=

I

V

Z Z

Δ

3.7.1 Contoh Perhitungan Dengan Dioda Zener

2) Dioda Avalans mengatur arus dioda pada 50 V didaerah sekitar 5 – 40 mA. Tegangan sumber V = 200 Volt.

a).Hitung besarnya R agar dapat mengatur arus beban dari IL= 0 sampai IL(max) , yakni harga ILterbesar yang dibolehkan. IL(max) ?

b).Kalau R diberi harga seperti pada (a) dan arus beban dipasang pada IL= 25 mA, berapa batas-batas V?

(7)

3) Pendekatan lain :

a) Fixed Vi, variabel RL

b) Fixed RL , Variabel Vi

3.8 Jenis Dioda Lainnya

3.8.1 LED (Light Emitting Diode)

Pada LED: e- bebas yang berkombinasi dengan hole meradiasikan energi diubah menjadi energi cahaya (keadaan prategangan maju).

Kelebihan LED : tahan lama, tegangan rendah (1 – 2V), waktu switching cepat (orde ns)

3.8.3 Dioda Tunnel (Dioda Terowongan)

Dipakai pada rangkaian: - osilator frekuensi tinggi. - sebagai switch kecepatan tinggi. Rapat tak murnian tinggi Æ lebar barier jadi tipis.