e1002 unit 3

PERANTI SEPARUH PENGALIR

P

N

Anod

Katod


Litar diod pincang depan Litar diod pincang songsang

A K

+

A K

+

A K+2V +1Va)

A K-2V 0Vb)

Melukis simbol skematik diod dan melabelkan bahagian anod dan katod.

Memahami struktur binaan, simbol skematik, ciri-ciri diod, diod zener, LED dan transistor.

Melukis rajah skematik diod yang diberi voltan pincang hadapan dan pincang

Melukis gambarajah lengkuk ciri I-V bagi diod silikon dan menerangkan dan

Melukis simbol skematik dan lengkuk ciri I-V bagi diod zener dan menjelaskan

Melukis simbol skematik bagi LED dan menyatakan ciri-ciri LED.

Melukis gambarajah struktur binaan , simbol skematik , dan melabelkan

Menerangkan 2 syarat utama memberikan voltan pincang pada

Menjelaskan kendalian transistor sehingga dapat mengenalpasti jenis

Menyatakan formula IE = Ic + IB dan menerbitkan formula untuk mengira IC


Penyelesaian:

a) Diod pincang depan kerana anod mendapat voltan lebih positif dari katod.b) Diod pincang songsang kerana anod mendapat voltan lebih negatif dari

katod.

UJIKAN KEFAHAMAN ANDA SEBELUM MENERUSKAN INPUT SETERUSNYA………….DAN ……….SEMAKLAH JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS DI HALAMAN BERIKUTNYA. SELAMAT MENCUBA !!!!!!

3a-1. Tentukan keadaan diod samada pincang hadapan atau pincang songsang.

A K+2V -2Vb) Diod pincang _______________

A K+2V +4Vc) Diod pincang _______________

A K+2V 0Va) Diod pincang _______________


Lakarkan diod ( di dalam kotak yang bergarisan putus ) supaya ia berkeadaan pincang depan.

Aktiviti 3a-1

a) Diod Pincang Depan

b) Diod Pincang Depan

c) Diod Pincang Songsang

d) Diod Pincang Depan

e) Diod Pincang Songsang

f) Diod Pincang Songsang

g)

A K-2V -4Vd) Diod pincang _______________

A K0V +4Ve) Diod pincang _______________

A K-2V +1Vf) Diod pincang _______________

R = 8

10V

D

g)

R = 8

10V

D


3.1.3 Lengkok Cirian I-V bagi Diod

Apabila suatu diod dipincang depan dan dipincang songsang, di mana setiap nilai voltan pincang itu dicatat, dan bagi tiap-tiap nilai voltan pincang itu dicatat juga nilai-nilai arus yang mengalir melalui diod itu, maka suatu graf Lengkok Cirian I-V bagi diod akan terhasil seperti rajah 3.3.

Id (mA)

Voltan pecah tebat


Arus Depan (Id) ialah arus yang mengalir melalui diod semasa pincang depan. Biasanya Id diukur dalam mA.

Arus Songsang (Is) ialah arus yang sangat kecil iaitu arus bocor yang mengalir melalui diod semasa pincang songsang. Biasanya Is diukur dalam A.

Voltan Lutut ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus depan yang tiba-tiba. Voltan lutut sama dengan voltan sawar. ( Si = 0.7 V, Ge = 0.3 V )

Voltan Pecah Tebat ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus songsang yang tiba-tiba. Arus yang besar melampaui takat pecahtebat boleh menyebabkan cantuman PN terbakar dan rosak.

3.1.4 Konsep Diod Unggul

Semasa diod beroperasi, ciri-ciri dalam diod akan menyulitkan kerja-kerja menganalisa litar-litar elektronik. Ciri-ciri tersebut ialah :-

a. Voltan Sawarb. Arus Depanc. Arus Songsang ( arus bocor )

Dalam konsep diod unggul, diod dianggap tidak mempunyai voltan sawar, tiada arus bocor, tiada kerintangan depan ( rd )dan tiada takat pecah tebat.

Rajah 3.4 menunjukkan lengkuk cirian diod menjadi unggul apabila beberapa perkara diabaikan.

Is (A)

VdVsVoltan sawar

Rajah 3.3 : Lengkuk Cirian I-V bagi diod

IdIdId


Dalam konsep diod unggul, semasa pincang depan, diod diumpama suis tertutup (ON) kerana rintangan kosong dan tidak ada kejatuhan voltan.

Semasa pincang songsang, diod diumpama suis terbuka iaitu rintangan infiniti dan tidak ada sedikitpun arus bocor.

Contoh

Kirakan nilai voltan keluaran bagi semua litar di bawah.

R = 8

Vk10V

D

Vd Vd Vd

Vs Vs Vs

normal

normal

abaikan rd

abaikan arus bocor

abaikan voltan sawar

abaikan voltan pecah tebat

Rajah 3.5 : Diod unggul semasa pincang depan dan songsang

Diod dipincang songsang

Suis Terbuka

KatodAnod

Diod dipincang depan

Suis Tertutup

KatodAnod

Rajah 3.4 : Lengkuk cirian I-V apabila diod diunggulkan

IsIsIs


Penyelesaian

Diod berada dalam keadaan pincang hadapan ( rintangan = 0 )


3b-1 Kirakan nilai voltan keluaran bagi semua litar di bawah.

R = 8

Vk = 0 V10V

Suis tertutup

R = 8

Vk10V

D

Vk

10V

R = 8

D

10VR = 8 Vk

D

(a)

(b)

(c)


3b-2. Bila arus yang mengalir melalui diod adalah besar maka diod dalam keadaan pincang

a) hadapan. c) lemah.b) songsang. d) terbalik.

3b-3. Diod yang tidak mengalirkan arus dikatakan diod pincang

a) depan. c) lemah.b) mara. d) songsang.

3b-4. Voltan sawar pada diod adalah bersamaan dengan

a) voltan bekalan.b) bezaupaya kawasan kesusutan.c) voltan pecah tebat.d) voltan hadapan.

3b-5. Jika rintangan hadapan ( rd ) diabaikan, lengkuk cirian I-V selepas voltan sawar akan menjadi

a) menegak. c) bersudut 45 darjah.


b) mendatar. d) selain dari a, b dan c.

3b-1. a) -10 V

b) 0 V

c) 10 V

3b-2. a

3b-3. d

3b-4. b

3b-5. a


3.2 Diod Zener

Diod Zener sangat penting dalam bekalan kuasa. Ia digunakan sebagai penstabil voltan.

Simbol bagi diod zener ialah seperi rajah 3.6 di bawah.

3.2.1 Lengkuk Cirian Diod Zener

Rajah 3.6 : Simbol skematik bagi Diod Zener

Katod Anod


Rajah 3.7 menunjukkan lengkuk cirian I-V bagi diod zener.

Semasa pincang depan, lengkuk cirian tidak banyak beza dengan

diod biasa. Semasa pincang songsang, lengkuk kenaikan arus pada takat

pecahtebat adalah lebih tajam dan curam. Bezanya diod zener berbanding dengan diod biasa ialah diod zener

beroperasi semasa pincang songsang. Semasa pincang depan, diod zener beroperasi seperti diod biasa. Di antara keistimewaan diod zener ialah :-

Ia dibuat supaya mampu mengalirkan arus songsang yang tinggi nilainya tanpa merosakkan diod.

Pada takad zener dan selepasnya voltan merentasi diod akan tetap dan sama nilainya dengan voltan zener.

Diod zener boleh dibuat supaya voltan zener ditentukan pada nilai yang terpilih (2.4V - 200V).

3.2.2 Konsep Diod Zener Unggul

Semasa diod zener beroperasi di kawasan zener, voltan merentasi diod itu adalah bersamaan dengan nilai voltan zener ( Vd = Vz ). Sebarang perubahan pada voltan luar akan hanya mengubah nilai arus yang melaluinya.

Voltan pecah tebat = Voltan zener

VsVz

Vd

Is

Id

Rajah 3.7 : Lengkuk Cirian bagi Diod Zener


Oleh kerana itu, diod zener dianggap seperti sebuah bateri bernilai Vz. (Rajah 3.8)

Contoh

Katakan diod zener dalam rajah 3.9 mempunyai voltan pecah tebat 10 V. Kirakan nilai voltan keluaran.

Penyelesaian

Oleh kerana diod zener berkeadaan pincang songsang, maka kita menganggap diod zener seperti sebiji bateri yang bernilai sama dengan voltan pecah tebat (diod zener unggul)

Katod Anod

+ -

Rajah 3.8

R = 820

20 – 40 V

DzRajah : 3.9

R = 820

20 – 40 V

Vk = 10 V10 V


3.3 LED

LED ialah sejenis diod istimewa yang mengeluarkan cahaya bila disambung dalam litar. Ia biasanya digunakan sebagai lampu penunjuk yang menentukan samada alatan elektrik dalam keadaan “ON” dan “OFF”.

Rajah 3.10 menunjukkan simbol skematik bagi LED. Simbol LED hampir sama dengan simbol diod. Anak panah menghala keluar dari cantuman P-N menunjukkan cahaya keluar dari LED.

Rajah 3.10 : Simbol skematik bagi LED

Katod Anod


Seperti diod, LED akan beroperasi apabila diberi voltan pincang depan. Elektron dari bahan jenis N akan bercantum dengan hol pada bahan jenis P. Jika bahan separuh pengalir adalah Silikon dan Germanium percantuman ini akan menghasilkan haba. Tetapi jika bahan separuh pengalir adalah gallium arsenide ( GaAs ), gallium phosphide ( GaP ) dan gallium-ardenide-phosphide ( GaAsP ) percantuman ini akan menghasilkan cahaya. Warna cahaya adalah bergantung kepada jenis bahan yang digunakan

GaAs = radiasi infra merahGaP = merah atau hijauGaAsP = merah atau kuning

Led beroperasi pada voltan yang rendah iaitu antara 1 dan 4 V dan boleh mengalirkan arus antara 10 dan 40 mA. LED juga mempunyai voltan pecah tebat yang rendah iaitu lebih kurang 3 dan 5 V. Voltan dan arus yang melebihi had akan merosakkan chip LED. Kecerahan LED bergantung pada

arus.

3c-1. Tandakan Betul atau Salah.

a) LED mengeluarkan cahaya semasa pincang hadapan.

Betul Salah

b) Cahaya dihasilkan oleh LED semasa percantuman elektron dan hol.

Betul Salah

c) LED yang menggunakan bahan GaP menghasilkan radiasi infra merah.

Betul Salah


d) LED tidak mengeluarkan cahaya semasa pincang songsang.

Betul Salah

3c-2. Cahaya LED bergantung pada

a) pincang depan.

b) pincang songsang.

c) arus hadapan.

d) jenis bahan separuh pengalir yang digunakan.

3c-3. Kecerahan cahaya LED bergantung pada

a) pincang depan.

b) pincang songsang.

c) arus hadapan.

d) jenis bahan separuh pengalir yang digunakan.

3c-1 a) Betul

b) Betul

c) Salah

d) Betul

3c-2 D

3c-3 C


3.4 Transistor Dwipolar

Seperti diod, transistor juga diperbuat daripada cantuman bahan jenis N dan P tetapi mengandungi tiga lapisan. Lapisan-lapisan itu sama ada NPN atau PNP.

N

P

N

TAPAK

PEMUNGUT

PENGELUAR

Struktur Binaan Simbol


Rajah 3.11 menunjukkan struktur binaan dan simbol bagi transistor NPN dan PNP.

P

N

P

TAPAK

PEMUNGUT

PENGELUAR


Rajah 3.11 : Struktur Binaan Dan Simbol Bagi Transistor


Arah kepala anak panah pada simbol transistor menunjukkan arah aliran arus konvensional jika transistor itu beroperasi.

Sama ada transistor jenis NPN atau PNP, lapisan bagi tapak adalah amat nipis dan sengaja dibuat supaya mengandungi hanya sedikit sahaja pembawa arus majoriti.

Pengeluar berfungsi sebagai pembekal cas-cas atau pembawa arus majoriti dalam transistor.

Pemungut pula bertugas untuk mengutip cas-cas ini untuk operasi litar. Tapak pula merupakan sebagai simpang yang akan mengawal pengaliran

arus.

3.3.1 Voltan Pincang

Untuk membolehkan suatu transistor itu beroperasi secara sempurna, ia mestilah diberikan voltan pincang.

Ada dua jenis voltan pincang yang mesti dibekalkan kepada transistor sebagai syarat untuk membolehkannya beroperasi, tanpa mengira jenis transistor tersebut NPN atau PNP. Dengan bantuan rajah 3.12 dua syarat itu ialah :

i. cantuman E - B mesti mendapat voltan pincang depan.ii. cantuman C - B mesti mendapat voltan pincang songsang.

N P N P N PE

B

C E

B

C

Rajah 3.12 Voltan pincang bagi transistor


3.4.2 Bagaimana Transistor Beroperasi

Merujuk rajah 3.13 di atas, oleh kerana cantuman E - B telah di pincang depan oleh V1, litar E - B itu akan mengalirkan arus kerana elektron-elektron pada pengeluar ( jenis N ) akan tertolak oleh upayaan negatif bekalan V1. Elektron-elektron ini cuba untuk pergi ke upayaan positif V1 melalui tapak (jenis P). Tetapi oleh kerana tapak hanyalah suatu lapisan yang amat nipis dan mempunyai bilangan hol yang sangat sedikit, tidak semua elektron-elektron itu dapat mengalir. Hanya sedikit saja arus elektron yang mengalir di litar tapak, dikenal sebagai arus tapak ( IB).

Elektron-elektron yang selebihnya itu terkumpul dengan banyaknya di lapisan tapak. Oleh kerana lapisan pemungut telah dihubungkan kepada terminal positif bakalan V2, keupayaan positif itu akan menarik elektron-elektron yang terkumpul di tapak tadi mengalir melalui litar pemungut sebagai arus pemungut ( IC )

Anak panah pada rajah 3.14 di atas menggambarkan aliran arus elektron yang terhasil dalam transistor. Ditunjukkan bahawa IC ialah pecahan besar dari IE dan pecahan kecil IE itu mengalir sebagai IB. Dari sini terbitlah satu rumus:

IE

IB

IC

IE = IC + IB

N P N

E

B

C- - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - -

+ + +

V1 V2

Rajah 3.13 : Pengaliran arus elektron di dalam transistor

Rajah 3.14 : Arah arus elektron di dalam transistor


Contoh :

Berdasarkan kepada rajah di atas, kirakan nilai dan arah arus tapak.

a) 0.2 mA mengalir ke dalam tapakb) 0.2 mA mengalir keluar dari tapakc) 19.8 mA mengalir ke dalam tapakd) 29.8 mA mengalir keluar dari tapak

Penyelesaian :

Diberi IE = 10 mAIC = 9.8 mA

IE = IC + IB

10 mA = 9.8 mA + IB

IB = 10 mA - 9.8 mA= 0.2 mA

Oleh kerana IE keluar dari transistor, maka IC dan IB mengalir masuk ke dalam transistor.

Jawapan bagi contoh di atas ialah a) iaitu 0.2 mA mengalir ke dalam tapak.

9.8mA10mA

Rajah



3d-1. Perhubungan arus dalam transistor bipolar ialah

a) IC = IE + IB b) IB = IE + IC

c) IE = IC + IB c) IC = IE - IB

3d-2. Rajah yang manakah menunjukkan arah arus konventional dalam transistor bipolar NPN?

3d-3. Rajah yang manakah menunjukkan arah arus konventional dalam transistor bipolar PNP?

IE IC

IB

IE IC

IB

IE IC

IB

IE IC

IB

(a) (b) (c) (d)

IE IC

IB

IE IC

IB

IE IC

IB

IE IC

IB

(a) (b) (c) (d)


3d-4. Pembawa arus majoriti dalam transistor NPN ialah

a) elektron bebas.

b) hol.

c) selain dari a) dan b).

d) kedua-dua a) dan b).

3d-5. Kebanyakkan elektron pada tapak transistor mengalir

e) keluar dari tapak.

f) masuk ke pemungut.

g) masuk ke pengeluar.

h) masuk ke bekalan kuasa.

3d-6. Voltan tapak-pengeluar bagi transistor yang unggul ialah

a) 0 V c) 0.7 V

b) 0.3 V d) 1 V

3d-7.

Arus pengeluar bagi litar di atas ialah

a) 10 mA mengalir ke dalam transistor.b) 10 mA mengalir keluar dari transistor.c) 10.4 mA mengalir ke dalam transistor.d) 10.4 mA mengalir keluar dari transistor.

10.2mA

0.2mA


3d-1. c

3d-2. c

3d-3. a

3d-4. a

3d-5. b

3d-6. a

3d-7. d


TAHNIAH ! ANDA TELAH MENGHAMPIRI KEJAYAAN. SILA CUBA SEMUA SOALAN DALAM PENILAIAN KENDIRI INI DAN SEMAK JAWAPAN ANDA PADA MAKLUMBALAS YANG DISEDIAKAN.JIKA ADA MASALAH TIMBUL , SILA BERBINCANG DENGAN PENSYARAH ANDA. SELAMAT MENCUBA SEMOGA BERJAYA !!!!!!

3.1 Lakar dan labelkan simbol skematik bagi diod.

3.2 Lakarkan litar skematik yang menunjukkan diod pincang hadapan dan pincang songsang.

3.3 Lakarkan lengkuk ciri I-V bagi diod silikon dan terangkan ciri-cirinya.

3.4 Lakarkan simbol skematik bagi diod zener.

3.5 Jelaskan keistimewaan diod zener berbanding diod biasa.

3.6 Lakarkan simbol skematik bagi LED.

3.7 Lakar dan labelkan struktur binaan dan simbol skematik bagi transistor NPN dan PNP.

3.8 Nyatakan dua syarat utama untuk mengoperasikan transistor.

3.9 Dengan bantuan gambarajah struktur binaan transistor NPN, terangkan kendalian transistor.

PENILAIAN KENDIRIPENILAIAN KENDIRI

MAKLUMBALASPENILAIAN KENDIRI

MAKLUMBALASPENILAIAN KENDIRI


3.1

3.2

3.3

Arus Depan (Id) ialah arus yang mengalir melalui diod semasa pincang depan. Biasanya Id diukur dalam mA.

Anod Katod

Litar diod pincang depan Litar diod pincang songsang

A K

+

A K

+

Id (mA)

Is (A)

VdVsVoltan sawar

Voltan pecah tebat

Rajah 3.3 : Lengkuk Cirian I-V bagi diod


Arus Songsang (Is) ialah arus yang sangat kecil iaitu arus bocor yang mengalir melalui diod semasa pincang songsang. Biasanya Is diukur dalam A.

Voltan Lutut ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus depan yang tiba-tiba. Voltan lutut sama dengan voltan sawar. ( Si = 0.7 V, Ge = 0.3 V )

Voltan Pecah Tebat ialah takat voltan di mana berlakunya kenaikan arus songsang yang tiba-tiba. Arus yang besar melampaui takat pecahtebat boleh menyebabkan cantuman PN terbakar dan rosak.

3.4

3.5 Di antara keistimewaan diod zener berbanding diod biasa ialah :-

Ia dibuat supaya mampu mengalirkan arus songsang yang tinggi nilainya tanpa merosakkan diod.

Pada takad zener dan selepasnya voltan merentasi diod akan tetap dan sama nilainya dengan voltan zener.

Diod zener boleh dibuat supaya voltan zener ditentukan pada nilai yang terpilih (2.4V - 200V).

3.6

KatodAnod

KatodAnod

N

P

N

TAPAK

PEMUNGUT

PENGELUAR



3.7

3.8 Dua syarat untuk mengoperasikan transistor ialah :-

i. cantuman E - B mesti mendapat voltan pincang depan.ii. cantuman C - B mesti mendapat voltan pincang songsang.

3.9

P

N

P

TAPAK

PEMUNGUT

PENGELUAR



Merujuk rajah di atas, oleh kerana cantuman E - B telah di pincang depan oleh V1, litar E - B itu akan mengalirkan arus kerana elektron-elektron pada pengeluar ( jenis N ) akan tertolak oleh upayaan negatif bekalan V1. Elektron-elektron ini cuba untuk pergi ke upayaan positif V1 melalui tapak (jenis P). Tetapi oleh kerana tapak hanyalah suatu lapisan yang amat nipis dan mempunyai bilangan hol yang sangat sedikit, tidak semua elektron-elektron itu dapat mengalir. Hanya sedikit saja arus elektron yang mengalir di litar tapak, dikenal sebagai arus tapak ( IB).

Elektron-elektron yang selebihnya itu terkumpul dengan banyaknya di lapisan tapak. Oleh kerana lapisan pemungut telah dihubungkan kepada terminal positif bakalan V2, keupayaan positif itu akan menarik elektron-elektron yang terkumpul di tapak tadi mengalir melalui litar pemungut sebagai arus pemungut ( IC )

Anak panah di atas menggambarkan aliran arus elektron yang terhasil dalam transistor. Ditunjukkan bahawa IC ialah pecahan besar dari IE dan pecahan kecil IE itu mengalir sebagai IB. Dari sini terbitlah satu rumus:

IE

IB

IC

IE = IC + IB

N P N

E

B

C- - - - - - - - - - - -

- - - - - - - - - - - -

+ + +

V1 V2

e1002 unit 3

Documents