Penyusunan Pedoman Praktikum Dasar untuk Matakuliah Elektronika Daya oleh Boby Gunarso Wiminto NIM : 612005018 Tugas Akhir untuk melengkapi syarat-syarat memperoleh Ijazah Sarjana Teknik Elektro FAKULTAS TEKNIK ELEKTRONIKA DAN KOMPUTER UNIVERSITAS KRISTEN SATYA WACANA SALATIGA 2012
INTISARI Berdasarkan evaluasi bersama pengajar, pedoman praktikum mata kuliah Elektronika Daya yang sudah ada dan dipakai selama ini perlu diperbaiki dalam hal sistematika dan langkah-langkah praktikum. Tugas akhir ini berisi langkah-langkah praktikum disertai dengan analisis hasil praktikum yang nantinya dapat dipakai sebagai pedoman bagi asisten dalam mengevaluasi laporan praktikum mahasiswa. Terdapat enam topik praktikum, yaitu karakteristik dioda, karakteristik transistor, karakteristik SCR, karakteristik TRIAC, karakteristik MOSFET, dan karakteristik IGBT, serta sebuah topik untuk tugas rancang, yaitu step-up chopper. Langkah-langkah praktikum diberikan dengan jelas sehingga para praktikan, dibantu oleh asisten mata kuliah Elektronika Daya, dapat semakin memahami karakteristik tiap komponen yang dibahas pada setiap topik praktikum. i
ABSTRACT Based on evaluation with teachers, the existing Power Electronics courses practicums guidance that used for these should be improved in terms of systematic and practical measures. The final task contains steps and lab results that can later be used as a guide for assistants in evaluating student lab reports. There are six topics, which is diode characteristics, transistor characteristics, SCR characteristics, TRIAC characteristics, MOSFET characteristic, and IGBT characteristics, as well as a topic for the design task, the step-up chopper. Practical steps given clearly so that the practitioner, assisted by assistant of Power Electronics course, could understand the characteristics of each component that discussed in each topic. ii
KATA PENGANTAR Terima kasih kepada Tuhan Yang Maha Esa karena dengan Rahmat dan Karunia- Nya penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai syarat kelulusan dari Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro UKSW. Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa, bantuan, dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada: Ayah, Ibu, dan seluruh anggota keluarga yang telah memenuhi semua kebutuhan penulis selama kuliah maupun selama skripsi, selalu setia mendoakan penulis. Robby Wijaya Wiminto (612006005), adik penulis, yang telah banyak membantu penulis baik dalam kuliah, pengerjaan tugas akhir saat penulis di konsentrasi telekomunikasi, maupun pengerjaan tugas akhir ini. Bapak Dalu Setiadji dan Bapak Budihardja Murtianta yang dengan penuh kesabaran telah meluangkan waktu dalam membimbing dan memberikan arahan pada penulis dalam mengerjakan tugas akhir ini. Seluruh tenaga pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan bekal ilmu dan bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan di UKSW. Mas Wicak, Mbak Tin, Mbak Rista, Mbak Dita, Pak Bambang, Pak Harto, Mas Harry, dan Pak Budi yang telah membantu penulis selama kuliah dan pengerjaan tugas akhir. Seluruh teman kuliah dan teman kos penulis yang tidak dapat disebutkan satu persatu. iii
Penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak kekurangan dalam tugas akhir ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang membangun dari para pembaca sangat diharapkan. Semoga tugas akhir inidapat bermanfaat bagi kita semua. Salatiga, 17 Agustus 2012 Penulis iv
DAFTAR ISI INTISARI...i ABSTRACT...ii KATA PENGANTAR...iii DAFTAR ISI...v DAFTAR GAMBAR...viii DAFTAR TABEL...xi BAB I. PENDAHULUAN...1 1.1. Tujuan...1 1.2. Latar Belakang...1 1.3. Spesifikasi Alat...5 1.4. Sistematika Penulisan...5 BAB II. DASAR TEORI...7 2.1. Dioda...7 2.2. Transistor...11 2.3. SCR...16 2.4. TRIAC.....20 2.5. MOSFET...22 2.6. IGBT...25 BAB III. LANGKAH PERCOBAAN.....28 3.1. Karakteristik Dioda...28 3.1.1. Tujuan...28 3.1.2. Alat dan Bahan...28 3.1.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...29 3.2. Karakteristik Transistor...31 3.2.1. Tujuan...31 3.2.2. Alat dan Bahan...31 3.2.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...32 3.3. Karakteristik SCR...35 3.3.1. Tujuan...35 v
3.3.2. Alat dan Bahan...35 3.3.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...36 3.4. Karakteristik TRIAC...38 3.4.1. Tujuan...38 3.4.2. Alat dan Bahan...38 3.4.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...38 3.5. Karakteristik MOSFET...41 3.5.1. Tujuan...41 3.5.2. Alat dan Bahan...41 3.5.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...42 3.6. Karakteristik IGBT...44 3.6.1. Tujuan...44 3.6.2. Alat dan Bahan...45 3.6.3. Gambar Untai dan Langkah Percobaan...45 3.7. Tugas Rancang...47 BAB IV. HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS...48 4.1. Hasil Percobaan...48 4.1.1. Karakteristik Dioda...48 4.1.2. Karakteristik Transistor...52 4.1.3. Karakteristik SCR...59 4.1.4. Karakteristik TRIAC...62 4.1.5. Karakteristik MOSFET...66 4.1.6. Karakteristik IGBT...71 4.2. Analisis...75 4.2.1. Karakteristik Dioda...75 4.2.2. Karakteristik Transistor...81 4.2.3. Karakteristik SCR...92 4.2.4. Karakteristik TRIAC...96 4.2.5. Karakteristik MOSFET... 100 4.2.6. Karakteristik IGBT... 107 4.2.7. Tugas Rancang... 111 vi
BAB V. PENUTUP... 117 DAFTAR PUSTAKA... 119 LAMPIRAN... 120 vii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1. Simbol Dioda...7 Gambar 2.2. Grafik Karakteristik V I Dioda Ideal...8 Gambar 2.3. Grafik Karakteristik V I Dioda Tak Ideal...9 Gambar 2.4. Grafik Soft Reverse Recovery Time...10 Gambar 2.5. Grafik Abrupt Reverse Recovery Time.....10 Gambar 2.6. Struktur Transistor npn...12 Gambar 2.7. Struktur Transistor pnp...12 Gambar 2.8. Simbol Transistor npn...13 Gambar 2.9. Simbol Transistor pnp...13 Gambar 2.10. Karakteristik I C - I B Transistor...15 Gambar 2.11. Simbol SCR.....16 Gambar 2.12. Struktur pnpn SCR...17 Gambar 2.13. SCR dari Dua Buah Transistor.....18 Gambar 2.14. Grafik Karakteristik V I SCR...19 Gambar 2.15. Simbol TRIAC...20 Gambar 2.16. Grafik Karakteristik V I TRIAC...21 Gambar 2.17. Rangkaian Ekivalen TRIAC...22 Gambar 2.18. Simbol MOSFET Enhancement Tipe n...23 Gambar 2.19. Simbol MOSFET Enhancement Tipe p...23 Gambar 2.20. Karakteristik V DS I D MOSFET...24 Gambar 2.21. Simbol IGBT Tipe n...25 Gambar 2.22. Simbol IGBT Tipe p...25 Gambar 2.23. Rangkaian Ekivalen IGBT Tipe n...26 Gambar 2.24. Karakteristik V CE I C IGBT...27 Gambar 3.1. Untai untuk Percobaan Karakteristik Dioda dengan Masukan DC.....29 Gambar 3.2. Untai untuk Percobaan Dioda dengan Masukan Gelombang Kotak...30 Gambar 3.3. Grafik Waktu Pemulihan Balik...30 Gambar 3.4. Untai untuk Percobaan Karakteristik Transistor...32 Gambar 3.5. Untai untuk Percobaan Karakteristik SCR.....36 viii
Gambar 3.6. Untai untuk Percobaan Karakteristik TRIAC...38 Gambar 3.7. Untai untuk Percobaan Karakteristik MOSFET...42 Gambar 3.8. Untai untuk Percobaan Karakteristik IGBT...45 Gambar 4.1. Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 1 KHz...50 Gambar 4.2. Grafik Keluaran Dioda 1N4007 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 10 KHz...50 Gambar 4.3. Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 5 KHz...51 Gambar 4.4. Grafik Keluaran Dioda 1N4148 dengan Masukan Gelombang Kotak Frekuensi 50 KHz...51 Gambar 4.5. Grafik Karakteristik V I Dioda 1N4007...76 Gambar 4.6. Grafik Karakteristik V I Dioda 1N4148...77 Gambar 4.7. Grafik Karakteristik V I Dioda 1N4007 Bias Balik...78 Gambar 4.8. Grafik Karakteristik V I Dioda 1N4148 Bias Balik...78 Gambar 4.9. Grafik I C I B untuk V CC 10 Volt...82 Gambar 4.10. Grafik I C I B untuk V CC 15 Volt...82 Gambar 4.11. Grafik I C I B untuk V CC 20 Volt...83 Gambar 4.12. Grafik h FE terhadap I C dengan V CC 10 V...85 Gambar 4.13. Grafik h FE terhadap I C dengan V CC 15 V...86 Gambar 4.14. Grafik h FE terhadap I C dengan V CC 20 V...86 Gambar 4.15. Grafik V BE I B untuk V CE 7 Volt...87 Gambar 4.16. Grafik V BE I B untuk V CE 8 Volt...88 Gambar 4.17. Grafik V BE I B untuk V CE 9 Volt...88 Gambar 4.18. Grafik V CE I C dengan I B sebagai Parameter.....90 Gambar 4.19. Karakteristik V I SCR untuk I g 10 ma...93 Gambar 4.20. Karakteristik V I SCR untuk I g 15 ma...94 Gambar 4.21. Karakteristik V I SCR untuk I g 20 ma...95 Gambar 4.22. Karakteristik V I TRIAC Mode 1...96 Gambar 4.23. Karakteristik V I TRIAC Mode 2...97 Gambar 4.24. Karakteristik V I TRIAC Mode 3.....98 ix
Gambar 4.25. Karakteristik V I TRIAC Mode 4...99 Gambar 4.26. Karakteristik V DS I D dengan V GS sebagai Parameter... 101 Gambar 4.27. Karakteristik V GS I D untuk V DS Awal 0,6 Volt... 103 Gambar 4.28. Karakteristik V GS I D untuk V DS Awal 1 Volt... 104 Gambar 4.29. Karakteristik V GS I D untuk V DS Awal 2 Volt... 105 Gambar 4.30. Karakteristik V CE I C dengan V GE sebagai Parameter... 108 Gambar 4.31. Karakteristik V GE I C untuk V CE Awal 0,7 Volt... 109 Gambar 4.32. Karakteristik V GE I C untuk V CE Awal 0,8 Volt... 110 Gambar 4.33. Karakteristik V GE I C untuk V CE Awal 0,9 Volt... 111 Gambar 4.34. Rangkaian Step-Up Menggunakan MC34063... 112 x
DAFTAR TABEL Tabel 2.1. Tiga Mode Operasi Transistor dan Bias Persambungannya...14 Tabel 4.1. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Maju...48 Tabel 4.2. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Maju...49 Tabel 4.3. Karakteristik Dioda 1N4007 Bias Balik...49 Tabel 4.4. Karakteristik Dioda 1N4148 Bias Balik...49 Tabel 4.5. Karakteristik I C I B Transistor untuk V cc 10 Volt...52 Tabel 4.6. Karakteristik I C I B Transistor untuk V cc 15 Volt...53 Tabel 4.7. Karakteristik I C I B Transistor untuk V cc 20 Volt...53 Tabel 4.8. Karakteristik V BE I B Transistor untuk V CE 7 V...54 Tabel 4.9. Karakteristik V BE I B Transistor untuk V CE 8 V...55 Tabel 4.10. Karakteristik V BE I B Transistor untuk V CE 9 V...55 Tabel 4.11. Karakteristik V CE I C Transistor untuk I B 0,3 ma...56 Tabel 4.12. Karakteristik V CE I C Transistor untuk I B 0,4 ma...57 Tabel 4.13. Karakteristik V CE I C Transistor untuk I B 0,5 ma...58 Tabel 4.14. Karakteristik SCR untuk I G 10 ma...59 Tabel 4.15. Karakteristik SCR untuk I G 15 ma...60 Tabel 4.16. Karakteristik SCR untuk I G 20 ma...61 Tabel 4.17. Karakteristik TRIAC Mode 1...62 Tabel 4.18. Karakteristik TRIAC Mode 2...63 Tabel 4.19. Karakteristik TRIAC Mode 3...64 Tabel 4.20. Karakteristik TRIAC Mode 4...65 Tabel 4.21. Karakteristik V DS - I D untuk V GS 3 V.....66 Tabel 4.22. Karakteristik V DS - I D untuk V GS 3,1 V.....66 Tabel 4.23. Karakteristik V DS - I D untuk V GS 3,2 V.....67 Tabel 4.24. Karakteristik V DS - I D untuk V GS 3,3 V.....67 Tabel 4.25. Karakteristik V DS - I D untuk V GS 3,4 V.....67 Tabel 4.26. Karakteristik V GS - I D untuk V DS 0,6 V.....68 Tabel 4.27. Karakteristik V GS - I D untuk V DS 1 V.....69 Tabel 4.28. Karakteristik V GS - I D untuk V DS 2 V.....70 xi
Tabel 4.29. Karakteristik V CE I C untuk V GE 4,5 V...71 Tabel 4.30. Karakteristik V CE I C untuk V GE 4,6 V...71 Tabel 4.31. Karakteristik V CE I C untuk V GE 4,7 V...71 Tabel 4.32. Karakteristik V CE I C untuk V GE 4,8 V...72 Tabel 4.33. Karakteristik V CE I C untuk V GE 4,9 V...72 Tabel 4.34. Karakteristik V CE I C untuk V GE 5 V...72 Tabel 4.35. Karakteristik V CE I C untuk V GE 5,1 V...73 Tabel 4.36. Karakteristik V CE I C untuk V GE 5,2 V...73 Tabel 4.37. Karakteristik V CE I C untuk V GE 5,3 V...73 Tabel 4.38. Karakteristik V GE I C untuk V CE 0,8 V...74 Tabel 4.39. Karakteristik V GE I C untuk V CE 1,5 V...74 Tabel 4.40. Karakteristik V GE I C untuk V CE 3 V...75 xii