Jurusan Teknik Elektro FT. Untirta ELEKTRONIKA DASAR Oleh: Herudin, ST., MT. Jurusan Teknik Elektro FT. Untirta

Dioda memiliki 2 buah kaki yang masing2 disebut Kutub Anoda (Positif) dan Kutub Katoda (Negatif). Pada Dioda arus listrik mengalir dari kutub anoda menuju kutub katoda Penggunaan Dioda : -. Penyearah arus dan tegangan listrik -. Pengaman arus dan tegangan listrik -. Memblokir arus dan tegangan listrik

Dioda adalah komponen elektronik yang dapat mengalirkan arus hanya pada satu arah saja. Simbol Dioda adalah seperti di bawah ini, di mana arus listrik yang dapat mengalir hanyalah pada arah panah seperti pada simbol berikut ini.

JENIS-JENIS DIODA: Dioda Silikon Berfungsi sebagai penyearah dan banyak dipakai dalam rangkaian power supply

Dioda Germanium Banyak dipakai sebagai detektor di dalam rangkaian pesawat penerima radio. Memiliki ukuran kecil mirip resistor dan diberi tanda gelang pada badannya yang menunjukan tanda kutub katoda

Dioda Selenium Banyak dipakai sebagai penyearah atau perata rangkaian power supply. Dioda ini memiliki 4 kaki yang 2 diantaranya dipakai sebagai input tegangan arus bolak-balik (AC) dan yang 2 lainnya sebagai outpur berupa tegangan arus searah (DC)

Dioda Kuprox Memiliki bentuk seperti dioda selenium dan memiliki 4 buah kaki. Perbedaannya hanya pada bahan pembuat dioda tersebut yakni Kuprous Oksida

Dioda Rectifier Memiliki bentuk seperti baut besar dan dirancang khusus untuk dapat dilalui arus besar. Banyak dipakai dalam pembuatan rangkaian power supply dengan arus tinggi

Dioda Zener Dioda Zener adalah salah satu bentuk dioda yang dirancang khusus di mana arus balik dapat terjadi pada tegangan yang sudah melebihi tegangan yang sudah ditentukan tanpa merusak dioda.

Dioda ini memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.

Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui sebelumnya.

Dioda LED Penggunaannya sangat populer karena dapat menghasilkan cahaya berwarna warni. LED memiliki 2 buah kaki berbentuk panjang dan pendek untuk membedakan kutub anoda dan katoda

DIODA SEMIKONDUKTOR (Dioda Penyearah) Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semi-konduktor tipe p dan semikonduktor tipe n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk berkombinasi.

Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region).

Dioda Tanpa Bias (Unbiased Diode) Adanya medan diantara ion menyebabkan adanya perbedaan potensial yang disebut potensial barier Pada suhu 25 derajat, besarnya potensial barier kira-kira 0,3V untuk dioda germanium, sedangkan untuk dioda silikon besarnya 0,7V

Pengaruh suhu terhadap potensial barier Suhu yang tinggi akan menyebabkan besarnya potensial barier berkurang, adapun besarnya pengurangan adalah 2,5mV untuk setiap kenaikan 1 derajat celcius baik untuk dioda germanium maupun silikon. Perubahan potensial barier dapat dituliskan sbb: ΔV = -0,0025 ΔT

Suatu dioda bisa diberi bias mundur (reverse bias) atau diberi bias maju (forward bias) untuk mendapatkan karakteristik yang diinginkan. Bias mundur adalah pemberian tegangan negatip baterai ke terminal anoda (A) dan tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan anoda katoda VA-K adalah negatip (VA-K < 0). Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatipnya ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias).

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K juga dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda dibawah ini.

Gambar menunjukan dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat dioda diberi bias maju, yakni bila VA- K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut-in (Vg). Tegangan cut-in (Vg) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada persambungan akan teratasi, sehingga arus dioda mulai mengalir dengan cepat.

Latihan ya, tolong di kerjakan !!!!

Latihan juga !!!!

Ini Jawabannya :

Rangkaian Aplikasi Dioda

Rangkaian Aplikasi Dioda Yang Banyak Dijumpai : Rangkaian Penyearah Rangkaian Pemotong (Clipper) Rangkaian Clamper Rangkaian Pengali Tegangan Dioda Sebagai Rangkaian Logika

Rangkaian Penyearah Dengan Dioda Setiap perangkat elektronik membutuhkan catuan berupa tegangan DC. Sumber tegangan yang tersedia dari penyedia daya untuk industri dan rumah tangga adalah sumber tegangan AC. Dibutuhkan pengubahan dari besaran AC ke besaran DC dengan menggunakan rangkaian penyearah. Penyearah dasar yang digunakan dalam aplikasi menggunakan dioda. Rangkaian penyearah terbagi menjadi 2, yaitu penyearah ½ gelombang dan penyearah gelombang penuh.

Parameter Penyearah Dioda Nilai hasil penyearahan rangkaian penyearah disebut sebagai Vdc (V average). Peak Inverse Voltage (PIV) merupakan nilai tegangan tertinggi yang tidak boleh dilewati pada dioda saat dioda mengalami bias mundur. Frekuensi keluaran (fout) merupakan frekuensi keluaran dari rangk. Penyearah. Ketiga parameter ini merupakan parameter kualitas kerja rangkaian rectifier (penyearah).

RECTIFIER ( PENYEARAH ) GELOMBANG SINUSOIDAL

HARGA EFEKTIP ( rms VALUE )

HALF WAVE RECTIFIER ( PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG )

DIODE DALAM KEADAAN MENGHANTAR DIODE ON ( FORWARD ) DIODE DALAM KEADAAN MENGHANTAR Vop = V2p Vdc = 0,318 Vop Idiode = Idc

DIODE OFF ( REVERSE ) DIODE TIDAK MENGHANTAR PIV = V2P

ARUS DAN TEGANGAN RATA-RATA fout = fin

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh Melakukan penyearahan pada seluruh siklus sinyal masukan. Dalam realisasinya dapat menggunakan minimal 2 buah dioda. Rangkaian penyearah yang dikenal luas penggunaannya menggunakan 4 buah dioda (Penyearah Jembatan).

Full Wave Rectifier Dengan Dua Dioda

Full Wave Rectifier Dengan 4 Dioda

Bentuk Sinyal Penyearah Gelombang Penuh Dengan Masukan Sinusoidal Dioda akan ON secara bergantian pada setiap siklus sinyal Pada penyearah gelombang yang menggunakan 2 Dioda, D1 ON pada siklus positif, sedangkan D2 pada siklus sinyal negatif. Sedangkan pada penyearah gelombang penuh dengan menggunakan 4 dioda, pasangan D2 & D3 ON saat siklus sinyal positif, sedangkan pasangan D1 dan D4 saat siklus sinyal negatif.

Penyearah Gelombang Penuh (Lanjutan) Vdc = 0,636 Vm fout = 2. fin PIV Rating : Untuk penyearah dengan 2 dioda, PIV = 2Vm Untuk penyearah dengan 4 dioda, PIV = Vm

Rangkaian Penyearah Dengan Filter C Terlihat bahwa hasil penyearahan yang diperoleh masih memiliki ripple yang besar, ripple adalah komponen ac yg terdapat pada keluaran penyearah Untuk mengatasinya digunakan komponen tambahan berupa kapasitor yang diparalel dengan resistor beban (ambil kasus rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan 4 dioda)

Bentuk tegangan keluaran penyearah dengan filter C Nilai kapasitor minimum yang harus dipasang, dapat dicari dengan rumus :

Dioda sebagai pengali tegangan

Dioda Sebagai Clipper (pemotong) 1. Clipper Positif / Negatif Prinsip kerja nya sama dengan penyearah dioda setengah gelombang, sinyal mana yang akan dipotong tergantung dari posisi pemasangan dioda

2. Clipper di bias Positif / Negatif Ketika fase positif, dioda seharusnya berada pada posisi panjar maju (forward bias) namun adanya tegangan DC 3V (batere) yang diseri dengan dioda maka harus diperhitungkan dulu nilai Vi. Untuk nilai Vi dibawah 3V, dioda dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih maka dioda dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda dan Vo hanya mengukur tegangan batere saja. Ketika fase negatif, dioda dalam keadaan panjar balik sehingga Vo mengikuti grafik nilai Vi dengan nilai minimum -10V. Teori di atas berlaku juga untuk pembatas tegangan negatif (negative clipper). Rangkaian pembatas tegangan negatif hampir sama dengan rangkaian pembatas tegangan positif, hanya saja polaritas diodanya yang dibalik.

2. Clipper Kombinasi di bias Positif dan Negatif Ketika fase positif, dioda D1 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D2 pada posisi panjar balik. Untuk nilai Vi di bawah 3V, dioda D1 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih maka dioda D1 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda D2 dan Vo hanya mengukur tegangan batere V1 saja. Ketika fase negatif, dioda D2 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D1 pada posisi panjar balik. Untuk nilai Vi di atas -3V, dioda D2 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan -3V atau kurang maka dioda D2 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda D2 dan Vo hanya mengukur tegangan batere V2 saja. Sinyal yang dihasilkan sesuai dengan pembatas yang diberikan yaitu 3V ~ -3V saja.

TRANSISTOR DEFINISI: MERUPAKAN KOMPONEN AKTIF ELEKTRONIKA YANG MEMILIKI TIGA KAKI (GABUNGAN DARI DUA DIODA), YAITU: FUNGSI MENYUNTIKAN ELEKTRON KE BASIS EMITER FUNGSI BASIS TEMPAT LALU LEWATNYA ELEKTRON FUNGSI KOLEKTOR TEMPAT MENGUMPULKAN ELEKTRON FUNGSI DARI TRANSISTOR: SEBAGAI SAKLAR ELEKTRONIK SEBAGAI PENGUAT SINYAL INPUT

SIMBOL DAN JENIS TRANSISTOR TRANSISTOR JENIS PNP TRANSISTOR JENIS NPN

Parameter Transistor Alpha dc Seperti diketahui bahwa lebih dari 95% dari elektron yang diinjeksikan emiter mencapai kolektor, sehingga dapat dikatakan bahwa arus kolektor hampir sama dengan arus emiter. Alpha dc menyatakan perbandingan itu, sehinggga alpha dc dinyatakan: Transistor ideal Alpha dc = 1, tapi kebanyakan transistor di pasaran memiliki Alpha dc antara 0,95 – 0,99 Betha dc Perbandingan antara arus kolektor dan arus basis. Transistor di pasaran memiliki Betha dc antara 50 – 200, bahkan untuk beberapa jenis transistor, ada yang mencapai 1000 Hubungan antara alpha dc dan betha dc

Contoh soal Diketahui arus yg mengalir di kolektor suatu transistor sebesar 4,9 mA. Jika diketahui transistor tersebut memiliki αdc sebesar 0,98, berapakah arus yg mengalir di emiter dan tentukan pula βdc-nya. Diketahui arus yg mengalir di basis suatu transistor sebesar 0,05 mA, dan arus kolektor sebesar 5 mA, tentukanlah βdc dan αdc -nya

Arus Bias Arus bias memungkinkan elektron dan hole berdifusi antara kolektor dan emitor menerjang lapisan base yang tipis itu. Sebagai rangkuman, prinsip kerja transistor adalah arus bias base- emiter yang kecil mengatur besar arus kolektor- emiter. Bagian penting berikutnya adalah bagaimana caranya memberi arus bias yang tepat sehingga transistor dapat bekerja optimal.

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu : 1. Rangkaian CE (Common Emitter) 2. CC (Common Collector) 3. CB (Common Base)

Rangkaian Bias Transistor Bias Basis Transistor akan berfungsi sebagai saklar apabila telah mencapai titik jenuh (Ic = maks). Dan untuk mendapatkan supaya transistor jenuh diperlukan arus basis sebesar: VCE = VCC – IC.RC

Contoh Soal

Contoh soal-2 LED pada gambar diketahui memiliki tegangan forward 2,3 Volt jika konduksi. Jika transistor 2N3904 mempunyai β sebesar 150, tentukanlah harga Vin agar LED tsb menyala (kondisi Transistor jenuh). Solusi: Arus Pada LED (ILED)= Vin Arus basis yg dapat menjenuhkan transsitor sebesar : Dengan menggunakan hk. Kirchoff diperoleh Vin sebesar : = (0,118 mA x 47 kΩ) + 0,7 = 6,25 Volt

Bias Pembagi Tegangan Karena IC dan IE hampir sama, maka :

Contoh soal Tentukanlah VCE dan IC (sat)

TRANSISTOR SEBAGAI PENGUAT Salah satu fungsi transistor yang paling banyak digunakan di dunia Elektronika Analog adalah sebagai penguat yaitu penguat arus,penguar tegangan, dan penguat daya. Fungsi komponen semikonduktor ini dapat kita temukan pada rangkaian Pree-Amp Mic, Pree-Amp Head, Mixer, Echo, Tone Control, Amplifier dan lain-lain.

Penguat sinyal transistor terdiri dari : 1. Penguat Common Base 2 Penguat sinyal transistor terdiri dari : 1. Penguat Common Base 2. Penguat Common Collector 3. Penguat Common Emitter

1. Penguat Common Base     Penguat Common Base digunakan sebagai penguat tegangan. Pada rangkaian ini Emitor merupakan input dan Collector adalah output sedangkan Basis di-ground-kan/ ditanahkan.. Penguat ini dapat menghasilkan penguatan tegangan antara sinyal masukan dan keluaran, tetapi tidak penguatan arus. Karakteristiknya adalah impedansi masukan kecil dan impedansi keluaran seperti pada penguat common emitter. Penguat common basis sering digunakan pada frekwensi tinggi yang menghasilkan penguatan tegangan lebih besar daripada rangkaian dengan 1 transistor lainnya. Di atas frekwensi corner kapasitor antara basis dan ground pada rangkaian akan menghasilkan pentanahan sinyal AC yang efektif pada basis transistor.

Sifat-sifat Penguat Common Base: Isolasi input dan output tinggi sehingga Feedback lebih kecil Cocok sebagai Pre-Amp karena mempunyai impedansi input tinggi yang dapat menguatkan sinyal kecil Dapat dipakai sebagai penguat frekuensi tinggi Dapat dipakai sebagai buffer

Rangkaian Common Base

2. Penguat Common Collector   Penguat Common Collector digunakan sebagai penguat arus. Rangkaian ini hampir sama dengan Common Emitor tetapi outputnya diambil dari Emitor. Input dihubungkan ke Basis dan output dihubungkan ke Emitor. Rangkaian ini disebut juga dengan Emitor Follower (Pengikut Emitor) karena tegangan output hapir sama dengan tegangan input.

Penguat Common Collector juga disebut pengikut  emiter (emiter follower) karena tegangan sinyal keluaran pada emiter hampir sama dengan tegangan masukan pada basis. Penguat tegangan ini selaulu lebih kecil dari satu, tetapi mempunyai penguatan arus yang tinggi dan biasanya digunakan untuk mecocokan sumber dengan impedansi tinggi ke beban yang impedansi rendah. Penguat ini mempunyai impedansi masukan besar dan impedandi keluaran rendah.

Sifat-sifat Penguat Common Collector: Signal output dan sigal input satu phasa (tidak terbalik seperti Common Emitor) Penguatan tegangan kurang dari 1 (satu) Penguatan arus tinggi (sama dengan HFE transistor) Impedansi input tinggi dan impedansi output rendah sehingga cocok digunakan sebagai buffer

3. Penguat Common Emitter     Penguat Common Emitter sering dirancang dengan sebuah resistor emiter (RE). Resistor ini menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif yang dapat digunakan untuk menstabilkan titik operasi DC dan penguatan AC. Penguat Common Emitor digunakan sebagai penguat tegangan. Pada rangkaian ini Emitor di-ground-kan/ ditanahkan, Input adalah Basis, dan output adalah Collector.

Sifat-sifat Penguat Common Emitor: Signal output berbeda phasa 180 derajat Memungkinkan adanya osilasi akibat feedback, untuk mencegahnya sering dipasang feedback negatif. Sering dipakai sebagai penguat audio (frekuensi rendah) Stabilitas penguatan rendah karena tergantung stabilitas suhu dan bias transistor

RANGKAIAN COMMON EMITER

LANGKAH-LANGKAH ANALISA : Tentukan tegangan di R2 Tentukan nilai IE Tentukan nilai re`(resistansi dioda - emiter) Tentukan nilai impedansi masukan (Zin) basis Tentukan nilai impedansi masukan (Zin) total Tentukan Vin Tentukan faktor penguatan (A) A = Rc / re` Tegangan Keluaran (Vout) adalah: A . Vin

CONTOH SOAL TENTUKAN Vout ?

Daerah Operasi Transistor

Sebuah Transistor memiliki empat daerah Operasi Transistor : Daerah Aktif Daerah CutOff Daerah Saturasi Daerah Breakdown

Daerah Aktif Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).

Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (Rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan : VCE = VCC - ICRC Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :  PD = VCE.IC  Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya

Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar. 

Daerah Saturasi Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

Daerah Cut-Off Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (On) menjadi keadaan mati (Off). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.  

Rangkaian Driver LED Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan β = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate)  dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RL yang dipakai. 

IC = β IB = 50 x 400 uA = 20 mA Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.  RL = (VCC - VLED - VCE) / IC = (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA = 2.6V / 20 mA = 130 Ohm  

Daerah Breakdown Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada data book transistor selalu dicantumkan juga.

Garis Beban Transistor Garis beban sangat penting dalam menggambarkan karakteristik sebuah Transistor, garis beban mencakup setiap kemungkinan titik operasi rangkaian. Dengan kata lain bila hambatan pada Basis bervariasi mulai dari nol sampai tak terhingga maka akan menyebabkan Arus Basis (IB) menjadi berubah sehingga Arus Colector (IC) dan VCE pun akan bervariasi pada daerah masing-masing.

Bila kita menggambarkan nilai IC dan VCE untuk tiap nilai IB yang mungkin, maka kita akan memperoleh gambaran mengenai Grafik GAris Beban, dengan kata lain Garis Beban adalah sebuah Kesimpulan Visual dari semua yang memungkinkan Titik Operasi Transistor Contoh : ?

Titik Jenuh Terjadi bilamana hambatan pada Basis terlalu kecil sehingga arus kolektor menjadi sangat besar dan tegangan kolektor emitor menjadi rendah mendekati nol, pada keadaan ini Transistor berada pada kondisi Jenuh artinya Arus Kolektor meningkat mendekati nilai maksimum.

Titik Cutoff Keadaan dimana garis Beban berpotongan dengan daerah Cutoff Kurva Colektor hal ini disebabkan karena arus kolektor adalah sangat kecil, sehingga titik cutoff hampir menyentuh ujung bawah garis beban, dengan kata lain Titik cutoff menyatakan bahwa Tegangan Colektor Emitor adalah tegangan maksimum yang mungkin dalam rangkaian.