KARAKTERISTIK DAN PENGGUNAAN KOMPONEN DIODA dan TRANSISTOR

  

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

  

Editor :

Drs. Asmuniv

  

DIREKTORAT JENDERAL PENDIDIKAN DASAR DAN MENENGAH

PUSAT PENGEMBANGAN PENATARAN GURU TEKNOLOGI

VOCATIONAL EDUCATION DEVELOPMENT CENTER

  

JL. Teluk Mandar, Arjosari, Tromol Pos 5 Malang, 65102, Telp. (0341) 491239, Fax. (0341) 491342

  Elektronika Komunikasi

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 Dr. Ir. Gatot Hari Priowiryanto NIP 130675814

  Elektronika Komunikasi

PROFIL KOMPETENSI TAMATAN TINGKAT II PROGRAM KEAHLIAN TEKNIK LAS D.

  E5. Menguasai dasar-dasar mesin listrik AC/

  Menguasai aritmatika logik

  Menguasai Flip- Flop F4.

  F2. Menguasai gerbang-gerbang dasar F3.

  F1. Menguasai Konversi bilangan

  Menguasai dasar teknik digital dan aplikasi sederhana

  Menguasai karakteristik dan penggunaan komponen semi konduktor F.

  Menguasai teori atom dan molekul E7. Menguasai sifat dan macam bahan penghantar dan isolator E8.

  Menguasai komponen pasif E4. Menguasai hukum kelistrikan/rangka ian DC dan AC

  Menguasai alat ukur listrik dan elektronika D1.

  Menguasai dasar akumulator E3.

  E1. Menguasai dasar elektrostatika dan kemagnetan E2.

  Menguasai konsep dasar teknik listrik dan elektronika

  D5. Merawat dan memperbaiki alat ukur listrik E.

  D4. Menggunakan Alat Ukur Listrik dan Elektronika

  D3. Menginterpretasik an buku petunjuk pemakaian alat ukur listrik

  Menguasai karakteristik macam-macam alat ukur listrik

  Mengidentifikasi dan mengklasifikasi peralatan ukur listrik D2.

DC E6.

  Elektronika Komunikasi

DAFTAR ISI

  KATA PENGANTAR …………………………………………………….. i PROFIL KOMPETENSI TAMATAN TINGKAT II PROGRAM ii KEAHLIAN ELEKTRONIKA KOMUNIKASI ………..…………………… 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 Kegiatan Belajar 2

  15 DIODA ZENER

  15

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran

  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

  4. Lembar Evaluasi

  42

  5. Lembar Jawaban

  43 Kegiatan Belajar 3

  44 TRANSISTOR BIPOLAR

  44

  Elektronika Komunikasi

  94

  83

  6. Lembar Kerja

  83

  7. Lembar Jawaban

  89 Kegiatan Belajar 5

  93 Praktik Penyearah Setengah Gelombang dan Gelombang Penuh

  93

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran

  93

  2. Alat dan Bahan

  93

  3. Waktu

  4. Keselamatan Kerja

  83

  94

  5. Informasi

  94

  6. Lembar Kerja

  95

  7. Lembar Jawaban 102

  Kegiatan Belajar 6 108 Praktik Pengukuran Kurva Karakteristik Dioda Zener 108

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran 108

  2. Alat dan Bahan 108

  3. Waktu 109

  4. Keselamatan Kerja 109

  5. Informasi 109

  6. Lembar Kerja 110

  5. Informasi

  4. Keselamatan Kerja

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran

  2.6. Contoh Penggunaan Transistor

  44

  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

  79

  82

  3. Lampiran

  74

  4. Lembar Evaluasi

  76

  5. Lembar Jawaban

  78 Kegiatan Belajar 4

  82 Pengukuran Kurva Sifat Dasar Dioda

  82

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran

  82

  2. Alat dan Bahan

  82

  3. Waktu

  7. Lembar Jawaban 110

  Elektronika Komunikasi Kegiatan Belajar 7

  119 Praktik Pengukuran Kurva Karakteristik Transistor Bipolar 119

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran 119

  2. Alat dan Bahan 119

  3. Waktu 120

  4. Keselamatan Kerja 120

  5. Informasi 120

  6. Lembar Kerja 121

  7. Lembar Jawaban 128

  Kegiatan Belajar 8 131 Pengukuran Kurva Karakteristik Transistor Bipolar Dengan 131 Menggunakan CRO

  1. Tujuan Khusus Pembelajaran 131

  2. Alat dan Bahan 131

  3. Waktu 131

  4. Keselamatan Kerja 132

  5. Informasi 133

  6. Lembar Kerja 134

UMPAN BALIK

  143 DAFTARA PUSTAKA

  144

  Elektronika Komunikasi

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 Herry Sudjendro

  Elektronika Komunikasi

TUJUAN UMUM PEMBELAJARAN

  Diharapkan setelah mempelajari modul ini pemakai mampu memahami: 1. dasar pembentukan dari dioda, dioda zener dan transistor 2. sifat dasar dioda, dioda zener dan transistor 3. harga batas dioda, dioda zener dan transistor 4. sifat listrik dioda, dioda zener dan transistor 5. penggunaan dioda, dioda zener dan transistor 6. hubungan dasar transistor

  Elektronika Komunikasi

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. Modul ini sangat memungkinkan untuk belajar mandiri.

  Elektronika Komunikasi

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 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

  L a p i s a n P e n g o s o n g a n

  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

  

K a t o d a

  A n o d a

  A n o d a

  K a t o d a

  Elektronika Komunikasi

  Elektronika Komunikasi

  Elektronika Komunikasi

• A K

  _

  _ Input Dioda Output

• K A

  _

  _ Input Dioda Output

  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 Harga batas tegangan = 50 Volt

  Elektronika Komunikasi

  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

• A -

  V Gambar 5. rangkaian dioda catu maju (forward bias)

  Elektronika Komunikasi

B

bias

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

  Gambar 7. rangkaian dioda catu mundur (reverse bias)

  Elektronika Komunikasi

  Gambar 8. Kurva sifat listrik ( karakteristik ) dioda dicatu mundur ( reverse bias ) Gambar.9. Karakteristik dioda

  Elektronika Komunikasi

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 :

• _ _ _

  Gb.11. gelombang sinus dan pengaruh terhadap konduktansi dioda

  Elektronika Komunikasi

2.6.2. Sebagai Penyearah Gelombang Penuh Dengan Dua Dioda

  A D1

  IF1 U1 B Uin U2

  D2

• C

  IF2 RL UL _

  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). Jika titik C positip ( + ), titik A negatip ( - ), maka D2 akan konduksi kemudian arus

  IF2 akan mengalir menuju RL dan kembali ke trafo (titik B). Kejadian ini akan selalu berulang dan gelombang/sinyalnya dapat digambarkan sebagai berikut :

  Elektronika Komunikasi D1 konduksi

• titik A t D1 t _ _ D2 konduksi
• titik C t D2 t _ _ D1 D2 D1 D2 Sehingga UL gabungan D1 dan D2

  t

  Gambar 13. gelombang sinus dan hasil penyearah gelombang penuh

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

  A D4 D1

  IL Uout Uin D3

  D2 URL RL B

  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. Kejadian ini berulang secara kontinyu sehingga gelombang sinyalnya dapat digambarkan sebagai berikut :

  Elektronika Komunikasi

  D1,D3 konduksi

• t D1,D3 ON t

  _ _

  D2,D4 konduksi

• t D2,D4 ON t

  _ _

D1 D2 D1 D2

  Sehingga UL gabungan D1,D3,D2 dan D4 t

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

2.6.4. Sebagai Pengganda Tegangan

  A

• D2 C1 D1 C2 RL Uin UL B

  _ Gambar 16. Pengganda Tegangan

  Prinsip Kerja Pengganda Tegangan Jika titik B positip ( + ), maka D1 konduksi (ON), C1 akan termuati sampai U maksimum, pada siklus berikutnya. Titik A positip maka D2 konduksi (ON) sehingga C2 akan termuati sampai 2.U maksimum atau U.L = 2.U maksimum.

  Elektronika Komunikasi

  

2Um

  Gambar 17. Gelombang Output sebagai berikut :

3. Lampiran

• Si “ Si “ Si “ Si “ Si “
• 105 105 105 105 104
• 4
• D0-4 DO-4 104 104 104
• Si “ Si “ Si “ Si “ Si “
• Si Si Si Si Si 1000
• Si Si Si Si Si 200 200 300 300 400
• Si Si Si Si Si 400

• Si Si Si Si Si 200 200 300 300 400
• Si Si Si Si Si 400
• Si Si Si Si Si 200 200 300 300 400
• Si Si Si Si Si 400
• Si Si Si Si Si 200 200 300 300 400
• Si Si Junction Si ‘ Si “ Si ‘ 400

  1.4

  1.4

  30

  30

  30

  30

  20

  50 100 100

  1N3910R

  50

  1N3910

  1N3909R

  1N3909

  1N3903R

  105 106 105 106 105

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  200 200 300 300 400 DO-5

  20 6mA 6mA 6mA 6mA 6mA

  1.4

  1.4

  1.4

  1N3911

  30

  30

  30

  30

  1N3913

  1N3912R

  1N3912

  1N3911R

  106 105 106 105 106

  20

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  50 100 100 DO-5

  50

  400

  30 6mA 10mA 10mA 10mA 10mA

  30

  30

  30

  20

  20

  20

  20

  20

  20

  12

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  20

  20 3mA 6mA 6mA 6mA 6mA

  20

  20

  12

  50 100 100

  50

  1N3900R

  1N3900

  1N3899R

  20

  400

  20

  20

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  20

  20

  20

  20

  50

  1N3903

  1N3902R

  1N3902

  1N3901R

  1N3901

  106 105 106 105 106

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  50 100 100 DO-5

  30

  1.4

  1.4

  1 600 800 1000 200 400

  600 800 1000 200

  1N4384

  1N4383

  1N4249

  1N4248

  1N4247

  104

  DO-15 D0-15

  1

  1

  5

  5

  5

  1

  1

  1

  1

  1

  400

  1

  1

  1

  104 104

  10 600 800 1000 200 400

  10

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1

  1.2

  1.2

  1.2

  30

  30

  1 1-1 1-1 1-1 1-1 1-1

  1

  1.4

  106 105 106 105 106

  1

  30

  50 100 200 400

  1N4004

  1N4003

  1N4002

  1N4001

  1N3913R

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  1

  200 200 300 300 400 DO-5

  30 10mA 10mA 10mA 10mA 10mA

  30

  30

  30

  30

  1.4

  1.4

  1

  1 1-4 1-1 1-1 1-1 1-1

  1

  DO-15 D0-15 D0-15 106

  1

  800 1000 200 400

  1N4246

  1N4245

  1N4007

  1N4006

  1N4005

  104 104 104 104

  200 400 DO-5 D0-15

  30

  5 400 50 100

  5

  5

  5

  1 10mA

  1

  1

  1

  1N3899

  1N3893R

  105 106 105 106 105

  1N3673A

  12

  900 1000 700 800 900

  4

  4

  1N3767

  1N3766

  1N3675

  1N3672A

  35

  105 105

  600 800 700 800

  1 900 800 400

  1

  1

  12

  12

  2

  12

  35

  2

  35 700 600 5mA

  1N3880R

  1N3880

  1N3879R

  1N3879

  1N3768

  105 105 105 105 105

  DO-4 D0-5 DO-5 D0-5

  4mA 3mA 900 1000 700 800 900 D0-4

  35

  35

  35

  12

  12

  1.8

  1.8

  1.8

  0.55

  0.55

  2

  0.55

  50 100 100

  4

  1.2

  1

  20 2-

  20

  20

  300 400 500 600 200

  4

  4

  4

  1.2

  1N3611

  1N3214

  1N3213

  1N3212

  1N3211

  Type See Construction Peak Inverse Voltage (PIV) Max. Rect. Maxsimum Forward Voltage Drop Maxsimum Reverse Current Cuse Lead Note (V) Current (A) (V) at Ampere (uA) at Volts Outline Info.

  Diodes, Power Rectifier

  Elektronika Komunikasi

  1.2

  1.2

  0.55

  1N3670A

  12 1-1 1-1 1-1

  12

  1

  1

  1

  600 800 700 800

  4 Si Junction Si “ Si “ Si “ Si “ 400

  1N3671A

  1N3614

  1.1

  1N3613

  1N3612

  1 300 400 500 600 200

  2 1mA 1mA 1mA 1mA

  20

  20

  20

  20

  50

  35

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  6

  D0-5 DO-5 D0-5 D0-5

  50 100 100 DO-4

  50

  400

  12 3mA 3mA 3mA 3mA 3mA

  12

  12

  12

  1.4

  1N3891

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  12

  12

  12

  12

  106 105 106 105 106

  1N3891R

  6

  1.4

  200 200 300 300 400 DO-5

  12 3mA 3mA 3mA 3mA 3mA

  12

  12

  12

  12

  1.4

  1.4

  1.4

  1N3892

  1.4

  12

  12

  12

  12

  12

  1N3893

  1N3892R

  6

  50 100 100

  50

  50

  1N3883

  1N3882R

  1N3882

  1N3881R

  1N3881

  105 105 106 105 106

  D0-4 DO-4 D0-4 DO-4

  50 100 100 D0-5

  1000

  1N3890R

  6 2mA 3mA 3mA 3mA 3mA

  6

  6

  6

  35

  6 1-8 1-4 1-4 1-4 1-4

  6

  6

  6

  6

  6

  6

  1N3890

  1N3889R

  1N3889

  1N3883R

  105 106 105 106 105

  DO-4 D0-4 DO-4 DO-4

  200 200 300 300 400 D0-4

  6 3mA 3mA 3mA 3mA 3mA

  6

  6

  6

  6

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  1.4

  6

D0-15

• 104 104 104 104
• Si Junction Si ‘ Si “ Si ‘ Si ‘ 600
• DO-41 DO-41 104 104 104
• Si ‘ Si “ Si ‘ Si ‘ Si ‘

  Elektronika Komunikasi

  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 !.

  8. Sebutkan harga batas dari dioda dengan type 1N 4002 !.

  Elektronika Komunikasi

  5. Lembar Jawaban

  1. Gambar Dasar Pembentukan Dioda M a t e r i a l P M a t e r i a l N 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

  L a p i s a n P e n g o s o n g a n

  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

  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

  _

  _ Input Dioda Output

• K A _

  _ Input Dioda Output

  Elektronika Komunikasi 5. Contoh Penggunaan.

  Dioda

• Penerima Radio _ _
• D 220V

  6V C _

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

  8.1. Harga batas arus 1N 4002 = 1 Amper

  8.2. Harga batas tegangan 1N 4002 = 100 Volt

  Elektronika Komunikasi

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

  Bahan dasar pembutan komponen dioda zener adalah silikon yang mempunyai sifat lebih tahan panas, oleh karena itu sering digunakan untuk komponen- komponen elektronika yang berdaya tinggi. Elektron-elektron yang terletak pada orbit paling luar (lintasan valensi) sangat kuat terikat dengan intinya (proton) sehingga sama sekali tidak mungkin elektron-elektron tersebut melepaskan diri dari intinya.

  Elektronika Komunikasi

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 :

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

  _ _ _ _

• _ _ _ _
• _

  _ _ _

  Gambar 19. junction zener dioda

  Elektronika Komunikasi

  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 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

  _

• _
• _
• Gambar 20. junction zener dioda

  Elektronika Komunikasi

  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.

  Dalam kondisi forward bias dioda zener akan dibias sebagai berikut: kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau anoda diberi tegangan lebih positif terhadap katoda seperti gambar berikut.

  Elektronika Komunikasi

  Dalam kondisi demikian dioda zener R X

• akan berfungsi sama halnya dioda

  A G Z D _ penyearah dan mulai aktif setelah

  K mencapai tegangan barier yaitu 0,7V.

  Gambar 22. dioda zener dalam arah forward Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali .

  I

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

  d e p l e t i o n la y e r _

• _

• + P N

  _
• A K a d a a li r a n e l e k t r o n G _
• 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.

  R X

• K G Z D _

  A Gambar 23. dioda zener dalam arah reverse

  Elektronika Komunikasi

  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. a r u s b o c o r

  _

• _

  P N + _

• A K G _
• Gambar 24. arus bocor dioda zener pada arah reverse

  Didaerah reverse mulai aktif, bila tegangan dioda (negatif) sama dengan tegangan zener dioda,atau dapat

  Elektronika Komunikasi

  I

   dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse ( ) konduktansi besar sekali U 

  I

   dan sebelum aktif ( ) konduktansi kecil sekali.

  U

   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 ) d a e r a h t e g a n g a n t e m b u s f o r w a r d ( v )

  R e v e r s e ( V ) t i t i k t e g a n g a n l i n i e r 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 2. Kondisi tidak normal , tidak sesuai dengan ketentuannya.

  Elektronika Komunikasi

  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 U . Pada dioda zener ,

  z

  breakdown mempunyai lekukan yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan arus yang hampir vertikal.Perhatikanlah bahwa tegangan kira-kira konstan sama dengan U pada arus test I tertentu di atas lekukan (lihat Gambar 1 ) .Dissipasi

  Z ZT

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

  Z Z Z P = U

  I Misalkan, jika U = 12 dan I = 10 mA, Z Z Z

  P = 1,2 0,01 = 0,12 W 

  Elektronika Komunikasi Selama P kurang daripada rating daya P dioda zener tidak akan rusak.

  Z Z(max),

  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

  I ZM (lihat Gambar 1 . Hubungan antara I ZM dan rating daya adalah :

  Z(max) P

  I ZM =

  V Z

  Uz U

  Iz T Iz M

  Gambar 26 . Kurva Tegangan Dioda Zener

  Elektronika Komunikasi

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 : u

   Z Z =

   i

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

  0,08 Z

  Z = = 4  0,02

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

  1N3020 mempunyai U Z

10 V dan Z = 25 mA .

  ZT = 7 untuk I ZT

2.7.3. Koefisien Suhu

  Koefisien suhu T adalah perubahan (dalam persen ) tegangan zener per derajad

  C Celcius.

  Jika U = 10 V pada 25 C dan T = 0,1%, maka

  Z C U = 10 V

  Z

  (25

  C)

  U Z = 10,01

  (26

  C)

  U Z = 10,02 V

  (27

  C)

  U = 10,03 V Z

  (28

  C) dan seterusnya .

  Elektronika Komunikasi

  Dalam rumus, perubahan tegangan zener adalah :

  U = T Z C T U Z    

  Diketahui T C = 0,004% dan U = 15V pada 25

  C, perubahan tegangan zener dari

25 C sampai 100 C adalah

• 2 Z ) (100 - 25) 15 = 0,045 V

   U = 0,004 (10

  Oleh sebab itu, pada 100

C, U = 15,045 V

  Z

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 U Z volt.

  Z Z Z Z

  I I

  I I Z

• Z
• Z

  U Z _ _U + Z U

  _

  (a) (b) Gambar 27

  Untuk memperbaiki analisa, kita memperhitungkan kemiringan dari daerah breakdown. Daerah breakdown tidak benar-benar vertikal, tetapi ada impedansi zener yang kecil. Gambar 2 menunjukkan pendekatan kedua dari dioda zener. Karena impedansi zener, tegangan zener total U adalah : Z = U + I Z Z Z Z

  Z U

  Elektronika Komunikasi

  CONTOH 1 Dioda zener pada Gambar 3 mempunyai U Z = 10 V dan Z ZT

  = 7 . Tentukan harga U OUT dengan pendekatan ideal. Juga hitung minimum dan maksimum arus zener.

•  820  820

  Z Z

  I I

  10V 20 - 40V

  10V 20 - 40V out U _ _ _ _

  (a) (b)

  

820 

   7

• Z

  I 20 - 40V

• _

  10V _

  (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 :

  U OUt = U Z =

10 V

  Tak peduli berapa harga tegangan sumber antara 20dan 40 V, tegangan output selalu pada 10 V. Jika tegangan sumber 20 V, tegangan pada resistor pembatas- seri adalah 10 V , jika tegangan sumber 40 V, tegangan pada resistor pembatas- seri adalah 30 V. Oleh sebab itu, setiap perubahan tegangan sumber, muncul pada resistor pembatas-seri. Tegangan output secara ideal konstan .

  Elektronika Komunikasi

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

  IN ( min Z U ) - U 20 - 10

  Z (min) I = = = 12,2 mA R 820

  Arus zener maksimum terjadi jika tegangan sumber maksimum :