87098285 nota bab 1 elektronik ddj 3013

ELEKTRONIK (DDJ 3013)

BAB 1 : Diod

1.1 Bahan separa pengalir

• Bahan boleh dikategori kepada 3 jenis

yang utama :

i. Pengalir (konduktor)

ii. Penebat (insulator)

iii. Separa pengalir (semikonduktor)


i. Pengalir (konduktor)

Bahan yang membenarkan arus elektrik mengalir

melaluinya apabila dikenakan dengan voltan pada

terminalnya

Kekonduksiannya sangat tinggi

Rintangannya sangat rendah (hampir 0)

Contoh pengalir : logam seperti besi, kuprum dsbnya


ii. Penebat (insulator)

Bahan yang tidak membenarkan arus elektrik

mengalir melaluinya apabila dikenakan dengan

voltan pada terminalnya

Kekonduksiannya sangat rendah

Rintangannya sangat tinggi ()

Contoh penebat : kaca, plastik, getah, PVC dsbnya


iii. Separa pengalir (semikonduktor)

Bahan yang mempunyai kedua-dua sifat pengalir dan

penebat.

Walaubagaimanapun, kedua-dua sifat itu tidak wujud

pada masa yang sama.

Dalam satu keadaan ia bersifat pengalir dan dalam satu

keadaan yang lain ia bersifat penebat

Contoh separa pengalir: Germanium (Ge), Silicon (Si) dan

Gallium Arsenide (GaAs)

Bahan separa pengalir menjadi asas dalam pembuatan

diod, transistor dan IC


• Binaan diod

Bahan

separa

pengalir

jenis P

Bahan

separa

pengalir

jenis N Kawasan

susutan

Simpang P-N

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod

• Simbol diod

Anode (+) Cathode (-)

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Pincang terbalik (reverse bias)

(A) (K)

+ VD -

- V +

Kawasan susutan

meningkat

Rintangan

sgt tinggi

Nilai VD negatif

(VD < 0V)

ID = 0A

ID = 0A

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Pincang terbalik (reverse bias)

Litar setara

(A) (K)

+ VD -

- V +

Nilai VD negatif

(VD < 0V)

ID = 0A

ID = 0A

Open circuit

Diod “OFF”

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Pincang hadapan (forward bias)

(A) (K)

+ VD -

+ V -

Kawasan

susutan

mengecil

Nilai VD positif

(VD > 0V)

ID 0A

ID 0A

Rintangan

sgt rendah

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Pincang hadapan (forward bias)

Litar

setara

(A) (K)

+ VD -

+ V -

Nilai VD positif

(VD > 0V)

ID 0A

ID 0A

short circuit

(utk diod ideal)

Diod “ON”

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Ciri-ciri I-V (arus-voltan) diod ideal

ID

VD

1.2 Simbol dan ciri-ciri diod • Ciri-ciri I-V (arus-voltan) diod praktikal

ID

VD

0.3V (diod Ge)

0.7V (diod Si)

1.2V (diod GaAs)

1.3 Helaian spesifikasi diod • Contoh helaian spesifikasi diod

• Arus hadapan (forward current) – arus maksimum yang

dibenarkan mengalir melalui diod tanpa memusnahkannya

• Arus bocor (leakage current) – arus yang mengalir semasa

pincang balikan

• Arus lonjakan (surge current) – arus yang mengalir dalam

masa yang singkat semasa pincang hadapan

• Voltan ambang (threshold voltage) – voltan minimum

merentangi diod sebelum ia mengkonduksi

• Voltan puncak balikan (peak reverse voltage) – voltan

balikan maksimum yang boleh dikendalikan sebelum diod

musnah

../DDE 2213/1N4001.pdf

../DDE 2213/1N4001.pdf

1.3 Helaian spesifikasi diod • Contoh helaian spesifikasi diod

• Suhu simpang (junction temperature) – suhu kendalian

maksimum bagi diod

• Pelesapan kuasa (power dissipation) – jumlah kuasa yang

boleh dikendalikan oleh diod

../DDE 2213/1N4001.pdf

../DDE 2213/1N4001.pdf

1.4 Model diod

A K

Ge

A K

Si

A K

Ideal

A K

A K

A K

A K

+ 0V –

+ 0.3V –

A K

+ 0.7V –

A K

Jenis diod Reverse-bias (OFF) Forward-bias (ON)

1.4 Model diod

• Bagaimana menentukan diod ON atau OFF ?

Perlu pertimbangkan arah arus (anod kepada

katod) dan voltan merentangi diod mestilah

sekurang-kurangnya sama seperti nilai voltan

ambangnya

1.4 Model diod

• Contoh 1:

+V

1.4 Model diod

• Contoh 2:

–V

1.4 Model diod

• Contoh 3:

+V

1.4 Model diod

• Contoh 4:

–V

1.4 Model diod

• Contoh 5:

5V Si 2V

Ge

0.5V Si

0.4V Ge

1.5 Analisa DC

Contoh 6 Tentukan arus dalam litar, voltan merentangi perintang dan voltan diod.

6V

1k

1.5 Analisa DC

Contoh 7 Tentukan arus dalam litar, voltan merentangi perintang dan voltan diod.

6V

1k

Si

1.5 Analisa DC Contoh 8 Tentukan arus dalam litar, voltan merentangi perintang dan voltan diod.

6V

1k

1.5 Analisa DC Contoh 9 Tentukan arus dalam litar, voltan merentangi perintang dan voltan diod.

6V

1k

Si

1.5 Analisa DC Contoh 10 Tentukan Vo dan ID

+ 12V

_

+

Vo

_

Gunakan Hukum Kirchoff voltan,

– 12 + 0.7 + 0.3 + Vo = 0

Vo = 11V

Gunakan Hukum Ohm,

Vo = ID R

ID = Vo / R

ID = 11 / 5.6k

ID = 1.96mA

1.5 Analisa DC Contoh 11 Tentukan I dan Vo jika i) kedua-dua diod ideal digunakan ii) Kedua-dua diod Silicon digunakan

+

Vo

_

I

1.5 Analisa DC

+

Vo

_

I

Contoh 12 Tentukan I dan Vo jika i) kedua-dua diod ideal digunakan ii) Kedua-dua diod Germanium digunakan

1.5 Analisa DC

+

Vo

_

I

Contoh 13 Tentukan I dan Vo jika i) diod ideal digunakan ii) diod Si digunakan

1.5 Analisa DC

I

+

Vo

_

Contoh 14 Tentukan I dan Vo jika i) kedua-dua diod ideal digunakan ii) Kedua-dua diod Silicon digunakan

1.5 Analisa DC

Contoh 15 [Soalan Q1(b) May 2010 – 10 markah] Tentukan nilai voltan Vo dan rintangan R1 pada litar.

1.5 Analisa DC

Contoh 16 [Soalan Q1(a) Nov/Dec 2009 – 10 markah] Tentukan nilai rintangan R1 supaya LED1 “ON”

1.6 Analisa AC Contoh 17 i) Lakarkan gelombang Vi dan Vo jika diod ideal digunakan ii) Lakarkan gelombang Vi dan Vo jika diod Silicon digunakan

Vi = 10V(p)

Penyelesaian:

i)

Kitar masukan positif,

Vi

t

+10V

–10V

+

10V _

Diod “ON”

Vo = 0V

Vo

t


Vi = 10V(p)

Penyelesaian:

Kitar masukan negatif,

i) Vi

t

+10V

–10V

Vo

t

_

10V +

Diod “OFF”

+ 10V(p) + (0)(1k) + Vo = 0

Vo = –10V(p)

I = 0

–10V


Vi = 10V(p)

Penyelesaian:

ii)


Vi

t

+10V

–10V

+

10V _

Diod “ON”

Vo = 0.7V

Vo

t

+

0.7V _

+0.7V


Vi = 10V(p)

Penyelesaian:


ii) Vi

t

+10V

–10V

Vo

t +0.7V


_

10V +

Diod “OFF”

+ 10V(p) + (0)(1k) + Vo = 0

Vo = –10V(p)

I = 0

–10V

1.6 Analisa AC Contoh 18 i) Lakarkan gelombang Vi dan Vo jika diod ideal digunakan ii) Lakarkan gelombang Vi dan Vo jika diod Germanium digunakan

Penyelesaian:

Vi = 10V(p)

+

Vo

_

1.7 Penerus

Digunakan untuk menukarkan voltan AC kepada voltan DC tidak teratur

Litar

penerus

AC DC

Ada dua jenis :

1. Penerus gelombang separuh

2. Penerus gelombang penuh

Litar dalam Contoh 17 dan Contoh 18 adalah penerus gelombang separuh

1.7.1 Penerus gelombang separuh

Contoh 19 Lakarkan gelombang Vi dan Vo.

Vi = 10.6V(pmkd)

Vi = 2 x 10.6 = 15V(p)

Vi

t

+15V

–15V


+ 15V

–

Diod “ON”

– 15V(p) + Vo = 0 Vo = 15V(p)

Vo

t

+15V


Contoh 19 Lakarkan gelombang Vi dan Vo.

Vi = 21.2V(pmkd)


Diod “OFF”

Vo = IR = (0)(R) = 0V

Vi

t

+15V

–15V

Vo

t

+15V

– 15V +

I = 0A


Contoh 20 Rujuk Contoh 19. Diberi nilai perintang R = 2k. • Kirakan voltan keluaran purata, Vo(purata)

• Kirakan arus keluaran purata, Io(purata)

• Kirakan kuasa yang dilesapkan oleh perintang

Penyelesaian:

Vo

t

+15V

i) Gelombang keluaran (dari Contoh 19),

Vo(p

)

Bagi penerus gelombang separuh,

Vo(purata) = Vo(p)

Vo(purata) = 15

Vo(purata) = 4.77V


Contoh 20 Rujuk Contoh 19. Diberi nilai perintang R = 2k. • Kirakan voltan keluaran purata, Vo(purata)

• Kirakan arus keluaran purata, Io(purata)

• Kirakan kuasa yang dilesapkan oleh perintang

Penyelesaian:

ii) Arus keluaran purata, Io(purata)

Io(purata) = Vo(purata)

R

Io(purata) = 4.77 / 2k = 2.387mA

iii) Kuasa dilesapkan oleh perintang (kuasa keluaran),

Po = Vo(purata)2 / R = 4.772 / 2k = 11.3986mW

Po = Io(purata)2 R = (2.387m)2(2k) = 11.3986mW @

Po = Io(purata) Vo(purata) = (2.387m)(4.77) = 11.3986mW @

1.7.1 Penerus gelombang separuh Contoh 21 Lakarkan gelombang Vi, V2 dan Vo. Kirakan voltan keluaran purata, arus keluaran purata dan kuasa keluaran

Vi = 100V(p)

Ge

5:2

Vi

t

+100V

–100V

V1

V2

m

n =

V2 =V1 n

m

V2 =(100V(p)) 2

5

V2 = 40V(p)

V2

t

+40V

–40V


Vi = 100V(p)

Ge

5:2

Vi

t

+100V

–100V

V2

t

+40V

–40V

V2 = 40V(p)

Kitar +ve,

+

40V _

diod OFF

I = 0A

Vo = IR = (0)(5k) = 0V

Vo

t


Vi = 100V(p)

Ge

5:2

V2 = 40V(p)

Kitar –ve,

_

40V +

diod ON

+ 40V(p) – 0.3 + Vo = 0

Vi

t

+100V

–100V

V2

t

+40V

–40V

Vo

t

Vo = –39.7V(p)

–39.7V

– 0.3V +


Vi = 100V(p)

Ge

5:2

Vi

t

+100V

–100V

V2

t

+40V

–40V

Vo

t –39.7V

Vo(purata) = Vo(p)

Vo(purata) = –39.7

Vo(purata) = –12.637V


Vi = 100V(p)

Ge

5:2

Vi

t

+100V

–100V

V2

t

+40V

–40V

Vo

t –39.7V


R

Io(purata) = –12.637

5k

Io(purata) = –2.5274mA


Vi = 100V(p)

Ge

5:2

Vi

t

+100V

–100V

V2

t

+40V

–40V

Vo

t –39.7V

Po = Vo(purata)2 / R

= –12.637 2 / 5k = 31.938mW

1.7.2 Penerus gelombang penuh

Terdapat 2 jenis litar penerus gelombang penuh :

Bagi penerus gelombang penuh, voltan keluaran purata Vo(purata) dikira dengan rumus berikut:

Vo(purata) = 2Vo(p)

1. Bridge network

2. Center tapped transformer

1.7.2.1 Penerus gelombang penuh (bridge network)

Contoh 22 Lakarkan gelombang Vi dan Vo. Kirakan voltan keluaran purata, arus keluaran purata dan kuasa keluaran. Semua diod adalah diod Silicon.

Vi = 42V(pmkd)

1k

Vi = 2 x 42

= 59.4V(p)

Vi

t

+59.4V

–59.4V

Kitar positif,

+ 59.4V

–

ON

ON OFF

OFF

+ 0.7V

_

+ 0.7V

_

+ 59.4V

_

– 59.4 + 0.7 + Vo + 0.7 = 0

Vo = 58V(p)

Vo

t

+58V



Vi = 42V(pmkd)

1k

Kitar negatif,

_

59.4V +

OFF

OFF ON

ON Vi

t

+59.4V

–59.4V

Vo

t

+58V

_

0.7V + _

59.4V +

_

0.7V +

– 59.4 + 0.7 + Vo + 0.7 = 0

Vo = 58V(p)



Vi = 42V(pmkd)

1k

Vi

t

+59.4V

–59.4V

Vo

t

+58V

Vo(purata) = 2Vo(p)

Vo(purata) = (2)(58)

Vo(purata) = 36.923V



Vi = 42V(pmkd)

1k

Vi

t

+59.4V

–59.4V

Vo

t

+58V


R

Io(purata) = 36.923

1k

Io(purata) = 36.923mA



Vi = 42V(pmkd)

1k

Vi

t

+59.4V

–59.4V

Vo

t

+58V Po = Vo(purata)

2 / R = 36.9232 / 1k = 1.3633W


Contoh 23 Lakarkan gelombang Vi dan Vo. Kirakan voltan keluaran purata, arus keluaran purata dan kuasa keluaran. Vi

t

+100V

–100V

Kitar positif,

ON OFF

OFF ON

– 100 – Vo = 0

Vo = – 100V(p)

Vo

t

–100V

Vi = 100V(p)

+

100V _


Contoh 23 Lakarkan gelombang Vi dan Vo. Kirakan voltan keluaran purata, arus keluaran purata dan kuasa keluaran.

Kitar negatif,

OFF ON

ON OFF

Vi

t

+100V

–100V

Vo

t

–100V

Vi = 100V(p)

_

100V

+

– 100 – Vo = 0

Vo = – 100V(p)

1.7.2.2 Penerus gelombang penuh (centre-tapped transformer)

m : n

VP

VS

VP

VS

m

n

=

VS

2

VS

2


Contoh 24 Lakarkan gelombang Vp, Vs dan Vs/2.

5 : 2

VP = 100V(p)

VS

VS

2

VS

2

Vp

t

+100V

–100V

100

VS

5

2

=

VP

VS

m

n

= Vs = 40V(p)

Vs

t

+40V

–40V

Vs/2 = 20V(p)

Vs/2

t

+20V

–20V


Contoh 25 Lakarkan gelombang Vi dan Vo. Kirakan Vo(purata), Io(purata) dan Po.

Vi = 2 x 170.2

= 240.7V(p)

Vi

t

+240.7V

–240.7V

VP

VS

m

n

=

Vi

VS

m

n

=

240.7

VS

1

2

=

Vs = 481.4V(p)

Vs/2 = 240.7V(p)

240.7V(p)

240.7V(p)



Vi

t

+240.7V

–240.7V

240.7V(p)

240.7V(p)

Kitar positif,

+

240.7V _

+

240.7V _

ON

OFF

+ 0.7V –

– 240.7 + 0.7 + Vo = 0

Vo = 240V(p)

Vo

t

+240V



240.7V(p)

240.7V(p)

Kitar negatif,

Vi

t

+240.7V

–240.7V

Vo

t

+240V –

240.7V +

– 240.7V

+

+ 0.7V –

ON

OFF

– 240.7 + 0.7 + Vo = 0

Vo = 240V(p)



240.7V(p)

240.7V(p)

Vi

t

+240.7V

–240.7V

Vo

t

+240V

Vo(purata) = 2Vo(p)

Vo(purata) = (2)(240)

Vo(purata) = 152.788V



240.7V(p)

240.7V(p)

Vi

t

+240.7V

–240.7V

Vo

t

+240V


R

Io(purata) = 152.788

2k

Io(purata) = 76.394mA



240.7V(p)

240.7V(p)

Vi

t

+240.7V

–240.7V

Vo

t

+240V

Po = Vo(purata)2 / R

= 152.7882 / 2k = 11.672W



Vi = 100V(p)

5 : 2

Buat sendiri !!!

1.8 Diod Zener

• Simbol diod Zener

A K

• Ciri I-V bagi diod Zener

I

V

ON (forward)

OFF

ON (reverse)

Vz

Diod Zener biasanya beroperasi dalam keadaan reverse

1.8 Diod Zener

Litar setara bagi diod Zener,

“ON”

“OFF”

Untuk “ON” kan diod Zener, VD VZ.

Pelesapan kuasa bagi diod Zener, PZ = IZ VZ

+

VD

_

+

VD

_

Iz = 0

+

VZ

Iz

Contoh 27: i. Dapatkan VL, VR, IZ , IR, IL dan PZ

ii. Ulang jika RL = 3k

Penyelesaian:

(i) Keluarkan diod Zener dan gantikan dengan VD

Kirakan VD,

VD +

16V

R = 1k

+ VR

RL

1.2k

+

VL

+

VD

Vi =

Vi RL

R + RL

=

(16)(1.2k)

1k + 1.2k

=

= 8.73V VD < VZ (Zener OFF)

+ 16V

R = 1k

+ VR

VZ = 10V PZM = 30mW

RL 1.2k

+

VL

IZ

Vi =

IR IL

Oleh kerana diod Zener OFF, gantikan dengan open circuit

+ 16V

R = 1k

+ VR

RL

1.2k

+

VL

Vi =

IZ

VL

Vi RL

R + RL

=

(16)(1.2k)

1k + 1.2k

=

= 8.73V

Untuk kira VL, gunakan pembahagi voltan

Untuk kira VR, gunakan Hukum Kirchoff Voltan,

Vi + VR + VL = 0

VR = Vi VL

= 16 8.73

= 7.27V

IZ = 0A (Zener OFF)

PZ = IZ VZ = (0)(10) = 0W

(ii) Jika RL = 3k,

VD Vi RL

R + RL

=

(16)(3k)

1k + 3k

=

= 12V

VD VZ (Zener ON)

R = 1k

+ VR

RL

3k

+

VL

+ 16V

Vi =

IZ +

10V

VL = VZ = 10V

Vi + VR + VL = 0

VR = Vi VL

= 16 10 = 6V

Gunakan Hukum Kirchoff Arus, IR = IZ + IL

IZ = IR IL

VR

R IR =

6

1k = = 6mA

VL

RL

IL = 10

3k = = 3.33mA

= 6m 3.33mA

= 2.67 mA

PZ = (2.67m)(10) = 26.7mW

Contoh 28: Dapatkan IZ, IR dan IL jika (i) RL kurang sedikit dari 250 (ii) RL = 250 (iii) RL = 1.25k (iv) RL lebih sedikit dari 1.25k

+ 50V

R = 1k

+ VR

VZ = 10V IZMax = 32mA

RL

+

VL

IZ

Vi =

1.8 Diod Zener

Contoh : Q1(b) Oktober/November 2011 – 10 markah Tentukan nilai voltan merintangi R1 dan diod zener.

1.8 Diod Zener

Contoh : Q1(c) November / December 2010 – 12 markah Lakarkan gelombang voltan (guna lampiran 1) yang merintangi lampu seperti yang dipaparkan oleh osiloskop pada litar dalam Rajah Q1(c) apabila suis J1 tutup.

1.8 Diod Zener

Contoh : Q1(c) Oktober/November 2011 – 12 markah Lakarkan gelombang voltan merintangi D1 (guna lampiran 1, ms 8), diberi voltan merintangi R1 seperti dipaparkan oleh osiloskop dalam Rajah Q1(c).

1.8 Diod Zener

Contoh : Q1(c) Oktober/November 2011 – 12 markah Lampiran 1

87098285 nota bab 1 elektronik ddj 3013

Documents