Aplikasi ioda B a b 2 Aplikasi ioda Seelah mengeahui konsruksi, karakerisik dan model dari dioda semikondukor, diharapkan mahasiswa dapa memahami pula berbagai konfigurasi dioda dengan menggunkan model dalam aplikasinya dirangkaian elekronik. 2.1 Analisis Garis Beban (oadine Analysis) Beban yang diberikan pada rangkaian secara normal akan mempunyai implikasi pada daerah kerja (operasi) dan pirani elekronik. Bila analisis disajikan dalam benuk grafik, sebuah garis dapa digambarkan sebagai karakerisik dioda yang mewakili efek dari beban. Perpoongan anara karakerisik dan garis beban akan menggambarkan iik operasi dari sysem. Perhaikan gambar 2.1 beriku ini,. d E d (a) (b) Gambar 2.1 Konfigurasi Seri dari ioda. (a) angkaian ioda (b) Karakerisik Menuru Hukum Kirchoff egangan: E E.(2.1)
Aplikasi ioda ariabel dan dari persamaan 2.1 adalah semua seperi axis variable dari karakerisik dioda pada gambar 2.1 (b). Perpoongan garis beban dan karakerisik dapa digambarkan dengan menenukan iik pada horizonal axis yang mempunyai A dan juga menenukan iik verical axis yang mempunyai. Jka kia aur, dengan persamaan 2.1 akan kia peroleh nilai magniude pada sumbu verical E E E.. (2.2) Selanjunya, kia aur A, dengan persamaan 2.1 kia dapa memperoleh magniude pada sumbu horizonal. E E () E A. (2.3) Seperi erliha pada gambar 2.2. garis lurus yang menghubungkan ke dua iik menggambarkan garis beban. Jika nilai diubah, maka gambar garis beban akan berubah. E Karakerisik dioda Q Qpoin Garis beban Q Gambar 2.2 Garis Beban dan iik Operasi iik perpoongan anara garis karakerisik dioda dan garis beban disebu dengan Q poin (Quiescen Poin)
Aplikasi ioda 2.2 Aproximasi ioda alam menganalisis rangkaian dioda, dapa digunakan 3 macam model pendekaan (aproximasi), yaiu: Piecewiselinear model Simplified model deal model Unuk dioda Silikon, keiga model adi dapa digambarkan sebagai beriku: abel 2.1 Aproximasi unuk ioda Silikon Model Gambar Karakerisik Piecewise linear model rav.7 1Ω rav Simplified model.7 deal model Unuk dioda yang erbua dari Germanium, adalah.3. 2.3 Konfigurasi Seri dari ioda dengan npu C Ada beberapa prosedur yang harus dilakukan dalam menganalisis dioda, yaiu: a. enukan kondisi dioda ON/OFF, dengan cara: epaskan dioda dari rangkaian Hiung egangan pada erminal dioda yang dilepas adi dengan K
Aplikasi ioda. 7 ioda silikon ON, dioda germanium. 3 ON. 7 ioda silikon OFF, dioda germanium. 3 OFF b. Jika dioda ON, gani dengan model pendekaan yang digunakan c. Analisis rangkaian ersebu conoh enukan, dan dari rangkaian dioda beriku Jawab angkah 1 engan K: E E (8 ) (8 ) () 8. 7 dioda ON angkah 2 angkah 3 8.7 E 2K2. 7 E 8.7 7.3 7.3 3. 32mA 2K 2
Aplikasi ioda 2.4 Konfigurasi Paralel dan SeriParalel dari ioda Prosedur pada bagian 2.4 dapa digunakan dalam menganalisis rangkaian dioda paralel dan seriparalel Conoh : Hiunglah o, 1, 1, dan 2 dari rangkaian dioda beriku: Jawab E E 1 2 1 1 7. 2 1 1 & 2 ON ma ma ma K E E E E.7 14.9 2 28.18 2 28.18.33.7 1 ) ( 2 1 2 1 1 1 1 1 1 1 1
Aplikasi ioda 2.5 AN/O Gae Aplikasi dioda yang lain adalah dapa digunakan sebagai rangkaian logika AN dan O. Beriku adalah rangkaian gerbang logika AN dan O yang menggunakan dioda silikon. O Gae AN Gae 1 Si 1 Si 1 1 2 Si 2 Si 2 1K 2 1K Gambar 2.3 Gerbang ogika O dan AN engan Menggunakan ioda 2.6 npu Sinusoidal : Penyearah Seengah Gelombang Pada bagian ini akan kia kembangkan meode analisis dari dioda yang elah dipelajari sebelumnya. Unuk menganalisis rangkaian dioda dengan inpu yang berubah erhadap waku seperi gelombang sinusoidal dan gelombang koak. angkaian sederhana di bawah ini akan kia gunakan unuk mempelajari cara menganalisisnya. Meode dioda ideal akan digunakan dalam analisis selanjunya. Gambar 2.4 Penyearah ½ Gelombang
Aplikasi ioda angkaian diaas akan menghasilkan oupu yang akan digunakan dalam konversi dari ac ke dc yang banyak digunakan dalam rangkaianrangkaian elekronika. Selama inerval mengakibakan dioda ON, dioda selanjunya dapa 2 digani dengan rangkaian ekivalen model idealnya, sehingga oupunya bias diperoleh proses di aas dapa digambarkan seperi gambar di bawah ini. Gambar 2.5 aerah ioda Konduksi ( ) Selanjunya, selama perioda polarias dari inpu i berubah 2 mengakibakan dioda idak bekerja (OFF), beriku penggambaran prosesnya. i i i Gambar 2.6 aerah ioda Non Konduksi ( ) Sinyal oupu mempunyai nilai raaraa selama sau siklus penuh dan dapa dihiung dengan persamaan beriku. 318 (2.4) dc m Beriku adalah gambar inpu dan oupu rangkaian penyearah ½ gelombang
Aplikasi ioda Gambar 2.7 Sinyal npu dan Oupu angkaian Penyearah ½ Gelombang Selain menggunakan model ideal kia juga dapa menggunakan kedua model lain. 2.7 Penyearah Gelombang Penuh 2.7.1 Konfigurasi Bridge Unuk meningkakan dc level yang diperoleh dari inpu sinusoidal sebanyak 1% kia dapa menggunakan rangkaian penyearah gelombang penuh. Konfigurasi yang sanga erkenal adalah konfigurasi Bridge aau jembaan, dengan menggunakan 4 buah dioda dengan penyearah seperi pada gambar 2.8 beriku. i m 1 2 i o 3 4 Gambar 2.8 Penyearah Gelombang Penuh Selama periode polarias polarias inpu digambarkan seperi pada gambar 2.9
Aplikasi ioda OFF ON o i ON OFF Gambar 2.9 angkaian Full Wave Bridge unuk ari gambar 2.9 erliha bahwa 2 dan 3 erkonduksi (ON) semenara 1 dan 4 OFF. engan menggani dioda dengan model ideal diperoleh gambar beriku. Gambar 2.1 Aliran Arus Pada Fase Posiif dari i Unuk perioda inpu, 2 dan 3 OFF semenara 1 dan 4 ON. Beriku gambar polarias inpu, arah arus sera rangkaian ekivalen rangkaian dioda Gambar 2.11 Aliran Arus Pada Fase Negaive dari i
Aplikasi ioda Secara keseluruhan inpu dan oupu rangkaian ini adalah i o m Gambar 2.12 Sinyal npu dan Oupu angkaian ioda Bridge Nilai raaraa dc dapa diperoleh dengan persamaan beriku. 636.(2.5) dc m 2.7.2 Cener apped ransformer Benuk kedua yang popular dari penyearah gelombang penuh adalah dengan menggunakan 2 buah dioda dan cener apped (C) ransformer konfigurasinya dapa diliha pada gambar beriku. i 1 i i i C o 2 Gambar 2.13 Gelombang Penuh engan rafo C Selama perioda, 1 akan menjadi ON sedang 2 OFF, seperi gambar beriku.
Aplikasi ioda i m i 1 o m i o i 2 Gambar 2.14 Kondisi angkaian Pada Perioda npu Sebaliknya, selama perioda inpu kondisi rangkaian adalah seperi gambar beriku i 1 o i i i o m 2 Gambar 2.15 Kondisi angkaian Unuk Perioda npu 2.8 CPPE Clipper merupakan rangkaian dioda yang memiliki kemampuan memoong sebagian sinyal inpu anpa menimbulkan efek pada bagian lain dari sinyal. erdapa dua kaegori clipper: 1. Clipper seri ioda seri dengan beban 2. Clipper parallel dioda parallel dengan beban 2.8.1 Clipper Seri angkaian dasar dari clipper seri adalah mirip dengan rangkaian penyearah ½ gelombang. Namun demikian rangkaian clipper seri dapa dibua dalam berbagai variasi. Salah sau conohnya dapa diliha pada gambar beriku.
Aplikasi ioda i (a) i o i o i o / 2 (b) i i (c) Gambar 2.16 Clipper Seri dan npu/oupu (a) angkaian asar Clipper (b) ariasi npu dan Oupu (C) ariasi Clipper Seri Beriku adalah prosedur dalam menganalisa rangkaian clipper: 1. enukan apakah dioda ON/OFF dengan meliha rangkaian. 2. enukan nilai egangan yang mengakibakan kondisi dioda berubah OFF ON aau sebaliknya 3. Perhaikan polarias i dan o, enukan persamaan o 4. Hiung dan gambarkan nilai o berdasar nilai sesaa dari i Sebagai conoh, perhaikan gambar 2.16 (c) dan ikui prosedur di aas. 1. ioda ON pada saa i berada pada polarias posiif. egangan dc () harus lebih kecil dari i agar dioda ON. 2. Unuk dioda yang ideal perubahan kondisi ideal erjadi pada d dan i d A (inga karakerisik dioda ideal). engan menerapkan kondisi nilai i yang mengakibakan ransisi kondisi dioda.
Aplikasi ioda Gambar 2.17 Meneapkan Kondisi ransisi dari angkaian () i i d i d i i.(2.6) Arinya dioda berubah dari OFF ON aau ON OFF pada saa i 3. Pada saa dioda dalam kondisi ON, o dapa dihiung dengan K Gambar 2.18 Menenukan o o i i o.(2.7) 4. Hiung dan gambarkan o dengan mengambil nilai sesaa dari i
Aplikasi ioda i o m Gambar 2.19 Sinyal i dan o 2.8.2 Clipper Paralel Beriku rangkaian dasar clipper parallel, variasi inpu/oupu dan variasi konfigurasi yang lain Gambar 2.2 angkaian Clipper Parallel dan ariasi npu/oupunya
Aplikasi ioda Cara menganalisa clipper parallel adalah sama dengan cara analisis clipper seri Conoh: enukan o dari rangkaian beriku Jawab: ioda ON pada fase negaive dari inpu Cari egangan ransisi i d d i i d i egangan ransisi i 4 Keika i < ioda ON, i > ioda OFF enukan o pada dioda ON enukan o pada dioda OFF
Aplikasi ioda Gambarkan oupunya i 16 o 16 4 Beriku berbagai variasi rangkaian clipper Gambar 2.21 (gbr 291 hal 84) 2.9 CAMPE angkaian clamper adalah rangkaian yang akan melempar (clamp) sinyal ke level dc yang berbeda. Clamper ersusun aas capasior, dioda dan komponen resisif. Sumber dc juga dapa diambahkan unuk memperoleh pergeseran egangan ambahan. Nilai dan C harus dipilih sedemikian rupa agar konsana waku τ C cukup besar. Hal ini berguna agar kapasior idak membuang egangan (discharge) pada saa dioda mengalami perioda non konduksi (OFF). alam analisis, kapasior kia anggap mengisi dan membuang semua dalam 5 kali konsana waku. angkaian clamper sederhana dapa diliha pada gambar beriku i C i Gambar 2.22 angkaian Clamper
Aplikasi ioda Selama inerval rangkaian dapa digambarkan seperi beriku. Gambar 2.23 ioda ON dan Kapasior Mengisi Sampai ol Pada inerval ini, kapasior akan mengisi dengan cepa sampai egangan inpu, sedang o. Keika polarias inpu berbalik, rangkaian dapa digambarkan sebagai beriku. C i Gambar 2.24 Meneapkan Oupu Pada Saa ioda OFF Jika digambarkan, secara keseluruhan inpu dan oupu dari rangkaian adalah sebagai beriku. Gambar 2.25 npu/oupu dari Conoh angkaian Clamper
Aplikasi ioda Berbagai variasi dari rangkaian clamper dapa diliha pada gambar beriku. Gambar 2.26 angkaian Clamper dengan ioda deal 2.1 ioda ener alam menganalisis zener, kia dapa menggunakan cara menganalisis dioda pada bagian sebelumnya. Keika zener diindikasikan ON, rangkaian pengganinya adalah sumber egangan z, sedangkan jika zener OFF rangkaian pengganinya adalah saklar erbuka ON (z > > ) OFF Gambar 2.27 angkaian penggani ioda ener 2.1.1 i dan eap angkaian dioda zener yang paling sederhana dapa diliha pada gambar beriku ini: P m Gambar 2.28 angkaian asar egulaor dengan ener
Aplikasi ioda Analisa rangkaian zener dapa dilakukan dengan langkah beriku: a. enukan kondisi zener dengan melepasnya dari rangkaian dan menghiung egangan pada unai erhubung. engan menerapkan langkah 1 pada gambar 2.27 diaas, akan kia peroleh rangkaian beriku i egangan dapa dihiung dengan menerapkan auran pembagi egangan i..2.8 Jika, zener ON. ener dapa digani dengan rangkaian pengganinya. Sebaliknya jika maka zener OFF dapa diganikan dengan saklar erbuka b. Gani ener dengan rangkaian ekivalennya Gambar 2.29 angkaian Ekivalen ener ON
Aplikasi ioda ari gambar zener ON, arus yang mengalir pada zener dapa dienukan dengan KC imana,.2.9 dan i aya yang diserap zener: P.. 2.1 ioda zener umumnya digunakan dalam rangkaian regulaor egangan Conoh 2 1k 16 1 Pm 3mW 1k2 enukan,,, dan P Ulangi soal (a) dengan 3kΩ Jawab a) erapkan prosedur sebelumnya epaskan zener dari rangkaian i 1.2k(16 ) 8. 73 1k 1.2k < ener OFF
Aplikasi ioda Gani zener dengan saklar erbuka P i A 16 8.73 7.27 W b) epaskan zener dari rangkaian i 12 ener ON Gani zener dengan rangkaian ekivalen unuk zener ON 1 i 16 1 6 1 3.33mA 3kΩ 6 6mA 1kΩ 6mA 3.33mA 2.67mA aya yang diserap zener P ( 1)(2.67mA) 26. 7mW 2.1.2 i eap dan ariabel ON/OFFnya zener erganung pada inerval nilai. yang erlalu kecil akan mengakibakan zener OFF. Nilai minimum dapa dienukan sebagai beriku: i min.2.11 i Jika yang dipilih > min, maka zener ON. Selanjunya gani dengan rangkaian ekivalen zener ON. min akan menimbulkan max
Aplikasi ioda egangan pada max.2.12 i min..2.13..2.14..2.15 min dicapai pada max dan sebaliknya min max..2.16 max..2.17 min 2.1.3 eap dan i ariabel Unuk nilai yang eap, egangan i harus cukup besar unuk dapa mengakibakan zener ON. egangan i minimum dienukan oleh: i min ( )..2.18 max max..2.19 i max max i max max..2.2 2.11 angkaian Pengali egangan angkaian ini digunakan unuk menaikkan egangan puncak dari rafo hingga 2x, 3x, aau lebih kecil. 2.11.1 Pengali egangan angkaian yang diujukan oleh gambar 2.3 di bawah adalah rangkaian half wave volage doubler. Selama egangan posiif pada separuh siklus dari egangan yang melalui ransformer, dioda 1 erkonduksi ( 2 OFF) dan mengisi kapasior C 1
Aplikasi ioda sampai pada puncak egangan ( m ) dengan polarias seperi yang diujukan dalam gambar. Selama siklus negaive dari inpu 1 menjadi OFF semenara 2 erkonduksi (ON) dan mengisi kapasior C 2. Gambar 2.3 Half Wave olage oubler egangan pada oupu: C 2 C 2 C 2 2 C1 m m m m Model rangkaian yang lain dapa diliha pada gambar 2.31 beriku. Gambar 2.31 angkaian Half Wave olage oubler Alernaif 2.11.2 olage ripler dan Quadrupler Gambar 2.32 memperlihakan halfwave volage doubler yang dimodifikasi agar dapa mengeluarkan oupu sebesar 3 dan 4x dari egangan inpu.
Aplikasi ioda Gambar 2.32 olage ripler dan Quadrupler