Karakteristik Dioda Sambungan p-n Kharisma Liputo 1,Fazliana Samaun 2,Puspitarini Wellong 3, Al Jufri Hadju 4 Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Gorontalo Jl. Jendral Sudirman No.6 Kota Gorontalo, 96128 1 kharismaliputo@yahoo.com Abstrak Telah dilakukan praktikum untuk melihat karakteristik dioda melalui grafik hubungan antara besar kuat arus yang melewati dioda dan beda tegangan antara kedua ujung dioda. Adapun tujuan dilaksanankan praktikum ini yaitu untuk membuktikan hubungan beda potensial (tegangan) dengan kuat arus pada dioda yang merupakan karakteristik dari dioda serta mengimplementasikan hubungan tersebut pada grafik, dan membuktikan bahwa dioda sebagai penyearah arus serta membuktikan adanya lonjakan arus jika rangkaian di berikan tegangan tertentu. Data-data yang dikumpulkan meliputi tegangan output (voltmeter), tegangan input (catu daya) serta nilai dari resistor. Praktikum ini menggunakan dioda sambungan p-n dengan keadaan dicatu maju (forward biased). Tegangan sumber yang diberikan yaitu 1,1 Volt. Berdasarkan praktikum yang dilakukan nilai dari tegangan input dan tegangan output adalah sama. Ketika suatu dioda dikenai tegangan yang belum memenuhi bukit potensial maka belum terdapat elektron yang lolos, sehingga belum terdapat arus yang lewat, namun ketika tegangan yang diberikan kepada dioda melebihi besar potensial bukit pada dioda, jika tegangan semakin naik maka semakin banyak elektron yang berpindah atau mengalir sehingga arus yang dihasilkanpun semakin besar atau terjadi lonjakan arus yang sangat signifikan. Hal ini ditunjukkan pada hasil praktikum yaitu ketika tegangan diberikan,6 Volt maka nilai dari arus tetap dalam keadaan A. Tetapi ketika diberikan tegangan,7 1,1 Volt maka terjadi lonjakan arus secara berturut-turut,1 A,,7 A,,11 A,,25 A dan,31 A. Kata kunci: Karakteristik dioda, Lonjakan arus. Abstract A practicum has been done to see the diode s characteristics through graph the relationship between the magnitude of current that passes through the diode and the voltage difference between both diode s ends. The purpose implemented this practicum is to prove the relationship between voltage and current density on the diode which is characteristic of the diode and implementing such relationships on a graph, and prove that the diode as a rectifier current as well as proving the existence of a surge when the circuit is given a certain voltage. The data collected conclude output voltage (voltmeter), the input voltage (power supply) and the value of the resistor. Practical uses p-n junction diode with a forward fed state (forward biased). Source voltage supplied from to 1.1 Volts. Based on practical work, carried value of the input voltage and the output voltage are equal. When a diode subjected a voltage which has not met the peak potential then there has been no electrons passed, so there has been no passing currents, but when the applied voltage to the diode exceeds the peak potential on the diode, if the voltage further rises, the more electrons are moving or flowing so the current generated even greater or surge current more significant. This is shown in the results of the practicum that, when a voltage is applied from to.6 volts then the value of the current remains in state A. But when applied voltage.7 to 1.1 Volts then current surge sequent from.1 A,.7 A,.11 A,.25 A and.31 A. Keywords: Characteristics of diode, Inrush current.
1. Pendahuluan Dioda merupakan suatu piranti dua elektroda dengan arah arus yang tertentu. Dioda bekerja sebagai penghantar bila beda tegangan listrik diberikan dalam arah tertentu, tetapi dioda dikatakan sebagai isolator bila beda tegangan diberikan dalam arah berlawanan. [1] Bentuk dioda yang lazim digunakan terdiri dari semikonduktor jenis-p yang dibuat bersambung dengan semikonduktor jenis-n. Jika bahan silikon dikotori dengan bahan yang ketidakmurniannya bervalensi lima, maka diperoleh semikonduktor tipe-n. Apabila bahan semikonduktor murni dikotori dengan bahan yang ketidakmurniannya bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor tipe-p. Pada sambungan sisi-p terdapat hole bebas dan (-) sebagai atom pengotor akseptor yang diionisasi dengan konsentrasi sama dan secara keseluruhan bersifat netral. Pada sambungan sisi-n terdapat elektron bebas dan sejumlah atom pengotor donor yang diionisasi. Pembawa mayoritas pada sisi-p adalah hole dan sisi-n adalah elektron.[2] Dioda dalam keadaan terbuka (tidak bekerja), baik jika diberi voltase forward bias maupun voltase reverse bias. Apabila tegangan tersebut belum melebihi potensial bariernya (tegangan tembus = Vd). Semakin pemberian tegangan pada keadaan reverse bias yang makin besar atau anoda makin negatif terhadap katoda dari dioda itu, deplation layernya makin tebal sehingga kapasitasnya makin kecil dengan demikian dioda itu merupakan sebuah kapasitas yang kapasitasnya berubah besarnya akibat pemberian tegangan. [3] Bila dioda dipanjar maju (jenis p diberi potensial (+) dan n diberi potensial (-), tampak potensial penghalang pada jenis-p menjadi lebih rendah (Vo-V), sehingga lubang/hole sulit kembali ke-n. Dengan demikian arus menjadi lebih mudah lewat dalam rangkaian tersebut. Akan tetapi sebaliknya, bila dioda dipanjar mundur, maka lubang/hole akan sulit untuk melewati potensial penghalang karena potensial penghalang tersebut menjadi lebih tinggi (Vo+V). Arus akan mudah lewat bila kaki anoda dipanjar maju dan kaki katoda dipanjar mundur. Pada tegangan forward bias/panjar maju, arus akan mengalir melalui dioda sambungan p-n pada nilai tegangan tertentu. Jika dioda diberi tegangan maju, dimana vd >, arus id mula-mula mempunyai nilai id, sehingga vd = Vpotong, setelah mana arus dioda naik dengan cepatnya terhadap perubahan tegangan dioda vd. Untuk dioda silicon Vpotong,6 V sedangkan untuk dioda germanium Vpotong,3 V.[4] Adapun tujuan dilaksanankan praktikum ini yaitu untuk membuktikan hubungan beda potensial (tegangan) dengan kuat arus pada
V dioda yang merupakan karakteristik dari dioda serta mengimplementasikan hubungan tersebut pada grafik, dan membuktikan bahwa dioda sebagai penyearah arus serta membuktikan adanya lonjakan arus jika rangkaian di berikan tegangan tertentu. 2. Metode Penelitian 2.1 Bahan dan Alat Bahan yang digunakan dalam praktikum ini 1 buah Dioda tipe sambungan p-n (IN 5392) yang berfungsi sebagai penyearah arus dalam rangkaian, 1 buah resistor dengan nilai resistansi 1,5 kω yang berfungsi sebagai penghambat arus sehingga menimbulkan tahanan agar arus pada rangkaian dapat mengalir secara ideal, 1 buah keping papan PCB yang berfungsi sebagai tempat menghubungkan komponen dioda dan resistor pada rangkaian, dan kabel penghubung yang berfungsi sebagai penghubung antara komponen dalam papan rangkaian serta penghubung antara rangkaian dengan alat ukur yang digunakan Gambar 1. Skema Rangkaian Dioda dan Resistor Alat yang digunakan terdiri atas catu daya, voltmeter dan amperemeter. Catu daya yang berfungsi sebagai sumber tegangan input yang dihubungkan dengan satu buah voltmeter, catu daya juga dihubungkan dengan satu buah amperemeter yang berfungsi untuk mengukur kuat arus yang dihasilkan oleh rangkaian. Voltmeter yang berfungsi untuk mengukur tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian. 2.2 Rancangan Penelitian Berdasarkan tujuan praktikum, hal yang pertama kali dilakukan berupa menyusun perangkatperangkat alat dan bahan menjadi sebuah rangkaian sesuai dengan gambar 1. Rangkaian tersebut diberi tegangan forward bias yang bervariasi mulai dari 1,1 Volt. Sehingga hasil pengukuran tegangan pada voltmeter dan kuat arus pada amperemeter menghasilkan nilai yang bervariasi sesuai dengan besar tegangan pada power supply/catu daya. 3. Hasil dan Pembahasan
Dari praktikum yang telah dilakukan, disusun rangkaian atas sebuah resistor dan sebuah dioda yang tersusun secara paralel. Dioda tipe sambungan p-n (IN 5392) salah satu ujungnya (anoda) disambungkan dengan salah satu ujung dari resistor, kemudian disambungkan pada Voltmeter DC pada skala maksimum 3 Volt dan ujung katoda dari dioda dihubungkan pada sebuah amperemeter DC yang diatur pada skala maksimum.5 Ampere. Kemudian salah satu ujung resistor lainnya dihubungkan pada catudaya terminal positif. Voltmeter dan Amperameter dihubungkan pada catudaya terminal negatif. Dari rangkaian tersebut diperoleh hasil pengukuran tegangan dan kuat arus pada dioda yang ditunjukan pada tabel berikut. Tabel 1. Hasil Pengukuran Tegangan Dan Kuat Arus pada Dioda V out (Volt) V input (Volt) I (A),1,1,2,2,3,3,4,4,5,5,6,6,7,7,1,8,8,7,9,9,11 1, 1,,25 1,1 1,1,31 Sehingga dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus yang melalui suatu dioda sambungan p-n I (A) V (Volt).35.3.25.2.15.1.5.2.4.6.8 1 1.2 1.4 1.2 1.8.6.4.2 V ( Volt).1.2.3.4 I (A) Grafik tersebut menunjukkan bahwa grafik V/I pada dioda memiliki lonjokan arus pada,7 volt, besarnya kuat arus adalah berbanding lurus dimana semakin besar tengangan yang diberikan pada rangkain maka semakin besar pula arus yang muncul pada rangkaian tersebut. Untuk analisa grafik yang dihasilkan pada praktikum ini ternyata grafik yang dihasilkan berupa grafik yang mula-mula konstan namun
pada kondisi tegangan tertentu ternyata arus naik sangat signifikan. Ketika suatu dioda dikenai tegangan yang belum memenuhi bukit potensial maka belum terdapat elektron yang lolos, sehingga belum terdapat arus yang lewat, namun ketika tegangan yang diberikan kepada dioda melebihi besar potensial bukit pada dioda, jika tegangan semakin naik maka semakin banyak elektron yang berpindah atau mengalir sehingga arus yang dihasilkanpun semakin besar. Berdasarkan hasil data yang didapat telah terbukti bahwa pada ketika tegangan input.1 sampai dengan.6 volt belum ada arus yang mengaliar dalam rangkaian, dan ketika tegangan diperbesar secara perlahan-lahan mulai dari.7 volt hingga 1.1 volt maka terjadi lonjakan arus. 4. Kesimpulan Berdasarkan praktikum yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa hubungan arus dan tegangan pada dioda itu sendiri yakni berbanding lurus. Artinya ketika tegangan dinaikkan maka arus akan naik secara signifikan. Tetapi jika tegangan yang diberikan rendah maka aruspun akan rendah. namun pada panjar mundur arus hanya mengalir pada minoritas yang nilainya sangat kecil. Hal ini juga membuktikan bahwa dioda berfungsi hanya sebagai penyearah arus dan akan bersifat sebagai konduktor jika diberi forward bias, sedangkan jika diberi revers bias maka dioda akan bersifat sebagai isolator. Sedangkan untuk karasteristik V/I pada dioda dapat dilihat pada gambar 1 yaitu grafik V/I pada dioda. DAFTAR PUSTAKA [1] Malvino, Albert Paul. 21. Aproksimasi rangkaian semikonduktor : pengantar transistor dan rangkaian terpadu. Jakarta: Erlangga (Hal: 19) [2] Istichoroh, Nuzulul et all. 213. Simulasi Karakteristik Dioda Dengan Menggunakan Bahasa Pemograman Delphi 7.. Surabaya: Universitas Negeri Surabaya. http://ejournal.unesa.ac.id/article/2771/31/ article.pdf [3] Depari. 22. Teori Rangkaian Eletronika. Bandung: CV Sinar Baru (Hal 126)
[4] Sutrisno.1986.Elektronika : Teori dan penerapannya. Jilid 1. Bandung : ITB (Hal 85-1)
LAMPIRAN Gambar 2. Rancangan Penelitian Rangkaian Resistor dan Dioda