1

Laporan Praktikum

Dasar Elektronika

Karakteristik Dioda

Nama : Oktarico Susilatama P

NIM : 21060110141053

Kelas : B

Kelompok : 23

TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS DIPONEGORO

2011/2012

2

1. Judul Percobaan : Karakteristik Dioda

V V

Gambar 1.1 Rangkaian Percobaan Karakteristik Dioda Bias Maju

V V

Gambar 1.2 Rangkaian Percobaan Karakteristik Dioda Bias Mundur

2. Alat dan Bahan

1. DC Power Supply sebagai sumber tegangan DC.

2. Digital Multimeter DT 9205A, sebagai alat ukur besaran listrik.

3. 1 buah dioda.

4. Kabel jumper, sebagai kabel penghubung antar komponen dan sumber

tegangan.

5. 1 buah resistor 1 Kilo Ohm ( terbaca oleh alat ukur R = 1 Kilo Ohm )

3

3. Teori Singkat

Diode merupakan komponen elektronik yang dibuat dari bahan

semikonduktor ( silikon atau germanium) tipe p (lubang) dan tipe n (elektron

bebas) yang disatukan. Dioda memiliki dua kaki yaitu anoda yang

dihubungkan pada sumber tegangan positif dan katoda yang dihubungkan

pada sumber negatif. Arus listrik mengalir dari kaki anoda ke kaki katoda,

atau dari semihantar p ke semihantar n (forward bias). Bila kaki anoda

dihubungkan sumber negatif dan kaki katoda dihubungkan ke sumber positif

(reverse bias) maka diode akan memiliki hambatan yang sangat besar

sehingga arus tidak bisa lewat. Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya

dapat mengalirkan arus satu arah saja tetapi disisi lain dioda juga dapat

menahan arus yang berlawanan arah. Struktur dioda adalah sambungan

semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan sisi

yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat

mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Suatu sumber tegangan dengan polaritas seperti pada gambar 1.1

disebut prategangan maju. Lubang dari tipe p melewati persambungan ke tipe

n, dimana lubang tersebut membentuk arus minoritas terinjeksikan. Dengan

cara yang sama, elektron akan melintasi persambungan menjadi arus minoritas

yang diinjeksikan ke dalam sisi p. Lubang-lubang bergerak dari sisi kiri ke

kanan dalam arah arus yang sama dengan arus elektron yang bergerak dari

kanan ke kiri. Oleh karena itu, arus yang melewati persambungan adalah

jumlah dari arus minoritas lubang dan elektron.

Misalkan bahwa tegangan maju sebesar V dalam gambar 1.1 dinaikkan

sampai nilai V mendekati Vo. Seandainya V sama dengan Vo, maka barrier

akan hilang, dan arus menjadi besar sekali, dan melebihi nilai kemampuan

dari dioda. Maka dalam prakteknya, kita tidak akan dapat mengecikan barrier

sampai dengan nol, karena apabila arus dinaikkan tanpa batas, maka tahanan

tubuh kristal dan tahanan kontak-kontak ohmik akan membatasi arus tersebut.

Disini, yang dimaksud dengan kontak ohmik adalah potensial kontak lintas

4

persambungan-persambungan, yang besarnya tetap, serta tidak terpengaruh

pada arah dan besar arus. Oleh karena itu, tidak mungkin menganggap semua

tegangan V akan muncul sebagai perubahan lintas persambungan p-n. Maka

dapat disimpulkan, bila nilai tegangan maju V mendekati Vo, arus yang

melalui dioda p-n yang sebenarnya akan ditentukan oleh tahanan kontak

ohmik dan tahanan tubuh kristal. Oleh karena itu, karakteristik hubungan volt-

ampere hampir menyerupai garis lurus.

Bila kaki anoda dihubungkan sumber negatif dan kaki katoda

dihubungkan ke sumber positif (reverse bias) maka diode akan memiliki

hambatan yang sangat besar sehingga arus tidak bisa lewat. Sehingga dioda

hanya bisa dialiri arus listrik bila dipasang pada kondisi forward bias ( hanya

dari satu arah saja), oleh karena itu, maka diode dipakai untuk mengubah arus

bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Untuk lebih jelasnya, perhatikan

gambar dioda di bawah ini.

P N

-

-

-

-

-

+

+

+

+

+

Anoda

(A)Katoda

(K)

Junction

Gambar 1.3 Penampang sebuah dioda

Di sekitar persambungan semihantar terdapat daerah transisi atau disebut

juga daerah muatan ruang. Di daerah transisi ini terdapat tembok potensial /

potential barrier (Vγ). Besarnya tembok potensial bergantung pada jenis semi

konduktor yang dipakai, untuk silikon (Si) mempunyai besar Vγ sebesar 0,7

volt dan untuk germanium (Ge) mempunyai Vγ sebesar 0,3 volt. Pada kondisi

forward bias (dioda diberi tegangan maju) yaitu dimana anoda lebih positif

dibandingkan dengan katoda maka Vγ merendah sebaliknya jika diode diberi

reverse bias (diode diberi tegangan mundur) yaitu dimana katoda lebih positif

daripada anoda maka Vγ meninggi. Untuk tembok potensial meninggi maka

tidak ada perpindahan muatan atau besarnya arus adalah nol ( idealnya),

namun praktisnya tetap ada arus meskipun sangat kecil

5

A K

Untuk operasi sinyal kecil, tahanan dinamik atau inkrimental r adalah

suatu parameter yang penting, dan didefinisikan sebagai kebalikan dari

kemiringan karakteristik volt-ampere, dI

dVr . Untuk prategangan maju,

besarnya adalah I

Vtr

. Tahanan dinamik berbanding terbalik dengan arus,

pada temperature kamar, untuk η = 1, I

r26

, dimana I dalam mA, dan r

dalam ohm. Untuk arus maju 26 mA, tahanan dinamiknya sebesar 1Ω.

Tahanan ohmik dari bahan semikonduktor secara keseluruhan (di luar

persambungan) mungkin mempunyai orde besar yang sama atau lebih tinggi

dari nilai ini.

3.1 Simbol dan struktur dioda

Gambar 1.4 Simbol dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan P-N dengan sedikit

porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat

keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P

banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N

banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka.

6

3.2 Karateristik Dioda Prategangan Maju / forward bias

Pada Gambar 1.4 kita dapat melihat suatu rangkaian ditata bias maju

dengan sebuah sumber DC. Pusat sumber positif dihubungkan dengan anoda /

p sedangkan kutub negatif sumber mengenai katoda / n.

Gambar 1.5 Rangkaian Percobaan Dioda Prategangan Maju

Dari gambar di atas, dapat kita amati bahwa sumber (baterai) mendorong

lubang-lubang dan elektron bebas menuju sambungan. Jika tegangan baterai

lebih kecil daripada hambatan potensial / tembok potensial (V<Vγ), maka

elektron bebas tidak mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi

/ daerah transisi, sehingga tidak ada arus yang melintasi dioda.

Ketika sumber tegangan baterai lebih besar daripada tembok potensial

(V>Vγ), baterai mendorong kembali lubang-lubang dan elektron-elektron

bebas menuju ke sambungan. Pada saat tersebut elektron bebas mempunyai

cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi dan bergabung dengan lubang-

lubang. Arus mengalir dengan mudah dalam bias / prasikap maju dioda.

Sepanjang penerapan tegangan lebih besar dibandingkan hambatan potensial /

tembok potensial, maka akan terjadi arus kuat yang secara terus-menerus

melalui dioda.

Karena I≠0 maka tembok potensial merendah

Anoda lebih positif daripada katoda

Dioda berprasikap maju (forward bias)

V>Vγ maka I ≠ 0

7

Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi (Vγ)

adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang

terbuat dari bahan Germanium.

8

3.3 Karakteristik Dioda Prategangan Mundur / reverse bias

Gambar 1.5 menunjukkan suatu rangkaian dioda, dengan sumber

tegangan DC melintasi sebuah dioda. Saat ini, kutub positif sumber (baterai)

dihubungkan pada katoda atau sisi n sedangkan kutub negatif baterai

dihubungkan ke anoda atau sisi p.

Gambar 1.6 Rangkaian Percobaan Dioda Prategangan Mundur

Pada rangkaian diatas jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan

memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat

polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. maka didalam dioda tidak akan

terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya.

Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup

berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan

menghalangi terjadinya arus. Pada kondisi ini dioda tidak dapat mengalirkan

arus, namun kondisi tarsebut ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan

ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan

aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Ketika perbedaan potensial sama dengan penerapan tegangan reverse

Lapisan deplesi berhenti berkembang. Ketika hal ini terjadi, elektron-elektron

dan lubang-lubang berhenti bergerak keluar sambungan. Setelah lapisan

deplesi stabil ada sebuah arus kecil pada reverse bias. Sedikit pembawa

minoritas berada pada kedua sisi sambungan, sebagian besar begabung dengan

pembawa mayoritas. Tetapi yang berada di dalam lapisan deplesi berada lebih

lama untuk melintasi sambungan. Ketika hal ini terjadi, sebuah arus mengalir

dalam rangkaian luar. Arus reverse disebabkan oleh panas yang menghasilkan

minoritas disebut juga arus jenuh.

9

Di samping arus pembawa minoritas, terdapat arus bocor dalam sebuah

dioda prasikap mundur. Arus kecil ini mengalir pada permukaan kristal (arus

permukaan – bocor), hal ini disebabkan karena permukaan yang tidak murni

dan tidak sempurna dalam struktur kristal. Jadi arus adalah mendekati nol

pada dioda bias balik / prasikap mundur.

Karena I = 0, tembok potensial meninggi

Anoda lebih negatif daripada katoda

Dioda berprasikap mundur (reverse bias)

V bebas (V> atau < Vγ), asal sesuai dengan kemampuannya / tidak

melampaui kemampuannya.

3.4 Hubungan antara tegangan dan arus pada dioda ideal

Gambar1.7 Grafik Hubungan antar tegangan dan arus dioda

Pada gambar grafik diatas dapat diketahui bahwa pada kondisi dioda

diberi penambahan pra tegangan maju (forward bias) terjadi penambahan

nilai arus yang mengalir atau dapat dikatakan nilai tegangan berbanding lurus

dengan arus), sebaliknya ketika dioda diberikan pra tegangan mundur (

reverse bias ) maka arus tidak akan bisa mengalir hingga batas tegangan

tertentu ( 100 volt ), selebihnya arus akan dapat mengalir ketika dioda dalam

keadaan break down.

10

4. Hasil Percobaan

Berdasarkan percobaan karakteristik diode didapatkan hasil data

pengamatan seperti pada table dibawah ini :

Tabel 1.1 Data Hasil Percobaan Karakteristik Dioda

No

Tegangan

Sumber

(Vs) volt

Tegangan

Dioda Maju

(VD) volt

Tegangan

Beban Dioda

Maju (VL)

volt

Tegangan

Dioda Mundur

(VD) volt

Tegangan

Beban Dioda

Mundur (VL)

volt

1 2,2 0,5 0,8 2,2 0

2 3,5 0,6 2 3,5 0

3 4,5 0,6 3,2 4,5 0

4 5,8 0,7 3,3 5,8 0

5 7 0,6 5,8 7 0

6 8,6 0,6 6,8 8,6 0

7 9,5 0,6 8,3 9,5 0

8 10,5 0,6 8,5 10,5 0

9 11,6 0,6 10,3 11,6 0

10 12,6 0,6 11,5 12,6 0

11

5. Pembahasan

Tabel 1.2 Data Hasil Percobaan Karakteristik Dioda

No

Tegangan

Sumber

(Vs) volt

Tegangan

Dioda Maju

(VD) volt

Tegangan

Beban Dioda

Maju (VL)

volt

Tegangan

Dioda Mundur

(VD) volt

Tegangan

Beban Dioda

Mundur (VL)

volt

1 2,2 0,5 0,8 2,2 0

2 3,5 0,6 2 3,5 0

3 4,5 0,6 3,2 4,5 0

4 5,8 0,7 3,3 5,8 0

5 7 0,6 5,8 7 0

6 8,6 0,6 6,8 8,6 0

7 9,5 0,6 8,3 9,5 0

8 10,5 0,6 8,5 10,5 0

9 11,6 0,6 10,3 11,6 0

10 12,6 0,6 11,5 12,6 0

Dari data diatas dapat diketahui bahwa pada Forward bias nilai tegangan

beban semakin besar seiring dengan pertambahan tegangan sumber sementara

tegangan pada diode konstan, sedangkan untuk reverse bias nilai tegangan

beban adalah sama dengan nol ini dikarenakan posisi dioda terbalik (reverse).

12

5.1. Perhitungan Arus Dioda

Pada gambar 1.1 terlihat bahwa arus yang mengalir pada diode

besarnya sama dengan arus pada resistor .Hal ini dikarenakan dalam suatu

rangkaian yang disusun secara seri nilai arus pada bagian-bagiannya adalah

sama besarnya, Sehingga nilai arus pada dioda dapat hitung sebagai berikut:

I = R

V

Tabel 1.3 Hasil Perhitungan Arus pada Dioda

No Sumber

(Vs) volt

Tegangan Beban (VL)

Volt RL

(KΩ)

Arus beban (IL) Ampere

Diode

Maju

Diode

Mundur

Diode

Maju

Diode

Mundur

1 2,2 0,8 0 1 0,0008 0

2 3,5 2 0 1 0,002 0

3 4,5 3,2 0 1 0,0032 0

4 5,8 3,3 0 1 0,0033 0

5 7 5,8 0 1 0,0058 0

6 8,6 6,8 0 1 0,0068 0

7 9,5 8,3 0 1 0,0083 0

8 10,5 8,5 0 1 0,0085 0

9 11,6 10,3 0 1 0,0103 0

10 12,6 11,5 0 1 0,0115 0

Perhitungan diatas berdasarkan aturan arus pada rangkaian seri, nilai

arus yang mengalir pada suatu hambatan sama dengan nilai arus yang

mengalir pada dioda tersebut. Arus pada reverse bias sama dengan nol, karena

kutub negatif baterai dihubungkan dengan sisi p dari persambungan lubang

dalam tipe p dan elektron dalam tipe n bergerak menjauhi persambungan.

Oleh karenanya daerah bermuatan negatif menyebar ke sebelah kiri

persambungan dan rapat muatan positif menyebar ke sebelah kanannya.

13

5.2 Perhitungan Daya Dioda

Dalam menghitung nilai daya pada dioda dapat digunakan

rumus sebagai berikut:

P=VI

Dimana :

P = daya diode

V = tegangan diode

I = arus pada diode

Tabel 1.4 Hasil perhitungan daya pada dioda

No Sumber

(Vs) volt

Tegangan Beban

(VL) volt RL (Ω)

Arus Beban (ampere) Daya Beban (watt)

Diode

Maju

Diode

Mundur

Diode

Maju

Diode

Mundur

Diode

Maju

Diode

Mundur

1 2,2 0,8 0 1000 0,0008 0 0,00064 0

2 3,5 2 0 1000 0,002 0 0,004 0

3 4,5 3,2 0 1000 0,0032 0 0,01024 0

4 5,8 3,3 0 1000 0,0033 0 0,01089 0

5 7 5,8 0 1000 0,0058 0 0,03364 0

6 8,6 6,8 0 1000 0,0068 0 0,04624 0

7 9,5 8,3 0 1000 0,0083 0 0,06889 0

8 10,5 8,5 0 1000 0,0085 0 0,07225 0

9 11,6 10,3 0 1000 0,0103 0 0,10609 0

10 12,6 11,5 0 1000 0,0115 0 0,13225 0

Pada kondisi reverse bias daya beban yang dihasilkan nol, hal ini

dikarenakan arus yang mengalir pada beban ialah nol. Kuat arus sebanding

dengan daya yang mengalir, sehingga jika arus yang mengalir besar maka

dayanya pun besar, begitu pula sebaliknya.

14

5.3 Pembuatan Grafik V–I Dioda

5.3.1 Grafik Tegangan -Arus dioda prasikap maju

Dari hasil perhitungan arus maju dan data tegangan maju dioda dari

hasil percobaan membentuk kurva sebagai berikut

Gambar 1.7 Kurva I-V pada diode maju

Pada grafik di atas terlihat bahwa pada kondisi forward bias besarnya

arus berbanding lurus dengan besarnya tegangan, arus, sebagaimana rumus

RIV .

0

0,002

0,004

0,006

0,008

0,01

0,012

0,014

V 0,8 2 3,23,35,86,88,38,510,311,5

aru

s b

eb

an (

amp

ere

)

Tegangan beban (volt)

Kurva Dioda Maju

15

5.3.2 Grafik Tegangan – Arus dioda prasikap mundur

Dari hasil perhitungan arus mundur dan data tegangan mundur dioda

dari hasil percobaan membentuk kurva sebagai berikut.

Gambar 1.8 Kurva I-V pada diode mundur

Pada gambar 1.8 terlihat bahwa hubungan tegangan dan arus yang diseri

terhadap dioda reverse menunjukan ketiadaan arus dan tegangan pada beban

tersebut. Hal ini terjadi karena dioda akan menghantarkan arus apabila tegangan

yang melewati dioda lebih besar dari pada tegangan konduksi pada dioda tersebut.

Dalam pratikum elektronika dasar pratikan menggunakan dioda silicon dengan

Vd=0,7 volt. Dioda reverse akan menghantarkan arus pada beban jika tegangan

yang melewati dioda reverse tersebut lebih besar dari pada tegangan yang

diberikan pada dioda tersebut. Terlihat pada tabel 1.1. Pada karakteristik dioda

reverse dapat menahan/memblok arus. Dalam hal ini dioda berfungsi sebagai

sakelar pada rangkaian elektronika.

Akan tetapi terdapat batas tegangan breakdown pada dioda yaitu

mendekati 75 volt sesuai pada gambar 1.9. Jika melebihi batas tegangan tersebut

dioda dapat dipastikan rusak secara permanen.

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

Aru

s b

eb

an (

amp

ere

)

Tegangan beban (volt)

Kurva Dioda Mundur

16

Gambar 1.9 Kurva ideal karakteristik V-I dioda

17

6. Kesimpulan

Dari percobaan tentang karakteristik diode dapat diambil beberapa

kesimpulan diantaranya :

1. Dioda merupakan komponen semikonduktor yang hanya dapat

mengalirkan arus satu arah saja.

2. Pada saat dioda diberi prategangan maju (forward bias) ,maka dioda

dapat mengalirkan arus, hal ini disebabkan tembok potensial rendah.

3. Pada saat dioda diberi prategangan balik (reverse bias), maka dioda

sulit mengalirkan arus, hal ini disebabkan tembok potensial yang

meninggi sehingga dioda memiliki hambatan tak terhingga.

4. pada kondisi reverse bias dioda akan dapat mengalirkan arus ketika

mengalami pendadalan(breakdown), hal ini terjadi ketika teganagn

mundur yang diberikan mendekati ±100 volt.

5. Dioada selain berfungsi sebagai penyearah dapat berfungsi sebagai

sakelar pada rangkaian elektronik.

6. Pada posisi reverse, dioda dapat memblok arus yang melewatinya

dalam batas tegangan breakdown mendekati 75 volt.