Laporan Praktikum Elektronika Dasar

KARAKTERISTIK DIODA SEMIKONDUKTOR SERTA RESISTOR

TERHADAP FUNGSI SEBAGAI PENYARAH ARUS

Disususn oleh :

Alkip D.K

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN FISIKA

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN IPA

UNIVERSITAS NEGERI GORONTALO

2014

KARAKTERISTIK DIODA SEMIKONDUKTOR SERTA RESISTOR

TERHADAP FUNGSI SEBAGAI PENYARAH ARUS

Alkip D.k

Jurusan Pendidikan Fisika

Universitas Negeri Gorontalo

Abstrak

Dalam perkembangan manusia, manusia selalu berpikir untuk membuat sesuatu yang

dapat mempermudah pekerjaan manusia. Dari keinginan itu semakin banyak alat-alat

elektronik yang dibuat dengan membuat rangkaian elektronik sebagai penopang alat tersebut.

Salah satu bahan yang di gunakan tersebut adalah Dioda semikonduktor, yang merupakan dari

sambungan p-n. Ciri pokok dari sambungan p-n adalah bahwa persambungan ini merupakan

penyearah, yang dengan mudah mengalirkan arus dalam satu arah, akan tetapi menahan aliran

dalam arah yang berlawanan. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah

katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup

menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup.

Pendahuluan

Menurut Malvino, (2003 H 66).Dioda merupakan piranti non-linier karena grafik arus

terhadap tegangan bukan berupa garis lurus. Alasanya adalah karena adanya beda potensial

penghalang (potensial barrier). saat tegangan diode lebih kecil dari tegangan penghambat

tersebut maka arus dioda akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi potensial penghalang,

arus dioda akan naik secara cepat. Dioda adalah suatu Komponen elektronika yang hanya

melewatkan arus dalam satu arah (forward bias). Dioda sering di gunakan untuk

menyearahkan arus AC dan juga melewatkan arus masukan ke suatu rangkaian tetapi

memblokir arus dari arah yang berlawanan (Ahmad Yani, 2011). Jika dioda diberi tegangan

maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah

dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. Sebaliknya jika diberi

tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang dapat mengalir dari sisi

N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi n lebih tinggi. (Ahmad Fali Oklilas,

2006). Sambungan semikonduktor P-N hanya dapat mengalirkan arus listrik pada saat diberi

prasikap maju (Io diabaikan karena terlalu kecil). Dengan kata lain sambungan semikonduktor

P-N hanya dapat mengalirkan arus ke satu arah. Dioda semikonduktor dibuat dari sambungan

P-N ini. Terminal pada P disebut anoda, sedang terminal N disebut katoda

Watak arus tegangan pada daerah sambungan semikonduktor jenis p dan

semikonduktor jenis n dapat digambarkan dari model analitis hubungan arus dan tegangan (l-

V) berikut (Rio dan Iida, 1981)

Persamaan ini menyatakan bahwa arus / pada sambungan p-n ditentukan oleh

tegangan sambungan V dan suhu sambungan f . Sedangkan /g adalah arus mundur jenuh

(reverse saturation current) yaitu arus saat sambungan diberi reverse bias.

Metode

Metode yang digunakan didalam pratikum Elektronika Dasar ini yaitu metode

Eksperimen, di mana bereksperimen menggunakan sebuah rangkaian untuk mengetahui

karakteristik Dioda Semikonduktor terhadap rangkaian penyearah dengan menggunakan

dioda yang sebagai penyearah yang di hubungkan dengan Resistor. Untuk metode

pengambilan data yang dilakukan adalah menggunakan Voltmeter analog serta Amperemeter.

Adapun variabel bebas dari percobaan ini yaitu tegangan input (V input) yang dapat

berubah-ubah sesuai dengan kebutuhan di atur dari catudaya dan untuk variabel terikat yaitu

tegangan output dari rangkaian yang sesuai tegangan input yang berubah. Sedangkan untuk

variabel kontrol adalah resistansi pada rangkaian.

Metode pengambilan data yang harus dilakukan adalah Voltmeter yang akan

digunakan dipastikan terlebih dahulu untuk bisa digunakan dalam percobaan. Selain itu alat

dan bahan juga harus disiapkan juga, sehingga percobaan dapat berjalan dengan lancar.

Kemudian, setelah semua alat dan bahan siap digunakan, alat dan bahan tersebut dirangkai

seperti gambar 1.

Lokasi yang digunakan untuk melakukan eksperimen ini di sebuah Laboratorium

Fisika 1 Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Gorontalo. Praktikum dilakukan pada hari

sabtu 29 November 2014 pada pukul 17:00 WITA hingga selesai.

Alat dan Bahan

Alat – alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah papan rangkaian yang

digunakan sebagai tempat untuk menghubungkan dioda dan resistor. Dimana dioda berfungsi

sebagai penyearah arus pada catudaya yang mulanya arus pada catudaya adalah bolak – balik

(ac) di ubah menjadi searah (dc), kemudian resistor 220 Ohm berfungsi untuk memperkecil

arus yang mengalir pada rangkaian dioda semikonduktor. Catudaya berfungsi sebagai sumber

tegangan, yang pada percobaan ini berfungsi untuk menghitung tegangan yang keluar (V).

Selain itu, digunakan kabel yang berfungsi untuk menghubungkan alat dan bahan pada

rangkaian dioda semikonduktor pada catudaya dan amperemeter. Pada dioda semikonduktor

terdapat dua kutub yaitu, kutub positif (katoda) dan kutub negatif (anoda).

Kutub negatif (anoda) pada dioda dihubungkan dengan salah satu ujung resistor,

kemudian dihubungkan pada kutub positif amperemeter dengan menggunakan kabel

penghubung, sedangkan salah satu ujung resistor dihubungkan pada kutub positif catudaya

(menggunakan kabel penghubung), kemudian kutub positif pada anoda dihubungkan pada

kutub negatif amperemeter dan pada kutub negatif amperemeter dihubungkan ke catudaya

(menggunakan kabel penghubung).

Rancangan Penelitian

Hal pertama yang dilakukan dalam pratikum yaitu menyusun alat-alat yang telah di

sediakan sesuai dengan prosedur dan tata cara pembuatan rangkaian sehingga menjadi satu

rangkaian seperti di gambar 2, Kemudian rangkaian yang telah selesai di hubungkan ke catu

daya (power supply) agar dapat mengalirkan tegangan ke dalam rangkaian tersebut dan untuk

mengetahui seberapa besar tegangan yang masuk dan tegangan yang keluar.

10 Ω

+ -

a +

6 v

k -

Gambar 1

Gambar 2

V

Analisis Data

gambar grafik hubungan tegangan dan kuat arus diatas, merupakan hubungan antara

tegangan dan arus dimana ketika tegangan pada catudaya sama dengan nol maka arus yang

dihasilkan pada amperemeter sama dengan nol, kemudian saat tegangan pada catudaya

dinaikan menjadi 0.1 V maka arus yang dihasilkan pada amperemeter adalah 0.01 A.

Kemudian terjadi lonjakan pada tegangan 0.3 V dimana menghasilkan arus sebesar 0.024 A

jika di bandingkan dengan kenaikan arus pada tegangan sebelumnya yaitu hanya mempunyai

selisih 0.04 A. Hal ini dapat membuktikan ciri dari dioda yaitu hubungan antara arus dioda

dan beda tegangan antara kedua ujung dioda yang mana tegangan sangat berpengaruh

terhadap kuat arus yang mengalir pada dioda semikonduktor. Pada lengkung ciri dioda, arus

dioda id = 0 jika vd = 0 , pada keadaan tanpa tegangan (vd = 0) arus minoritas dan arus

mayoritas mempunyai besar sama tetapi arah yang berlawanan sehingga arus total pada

keadaan tanpa tegangan panjar sama dengan nol. Jika dioda diberi tegangan maju, yaitu vd > 0

arus id mula – mula mempunyai nilai id = 0, sehingga vd = vpotong setelah mana arus dioda naik

dengan cepatnya terhadap perubahan tegangan dioda vd .

Gambar grafik diatas dapat membuktikan bahwa bahan dari dioda yang digunakan

dalam penelitian ini adalah merupakan dioda semikonduktor jenis germanium yang mana

kelonjakan arus terjadi pada tegangan 0.3 Volt

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6f(x) = 0.0890892054360371 exp( 2.7064680983167 x )R² = 0.940377750443002

V input

Arus

(10-

1 Am

pere

)

gambar 3. grafik V input/ I output

Hasil Dan Pembahasan

Pada praktikum ini, diode dan resistor dihubungkan secara seri pada amperemeter

kemudian di paralelkan dengan voltmeter. Dengan menggunakan kabel penghubung,

rangkaian di hubungkan dengan catu daya ke alat ukur lainnya. Tegangan pada catu daya

merupakan tegangan masukan (Vinput) dan tegangan yang ada pada voltmeter adalah

tegangan keluaran (Voutput).

Hubungan antara tegangan dan kuat arus pada diode semi konduktor pada percobaan

ini mendapatkan hasil seperti yang ada pada tabel di bawah ini.

Tegangan ( Volt ) Kuat Arus ( Ampere )0.10.20.30,40,50,60,7

0.010.0140.0240.0310.0380.0440.05

Berdasarkan tabel hasil percobaan diatas maka dapat dibuat grafik hubungan antara tegangan dan kuat arus dari dioda semikonduktor ;

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6f(x) = 0.0890892054360371 exp( 2.7064680983167 x )R² = 0.940377750443002

V input

Arus

(10-

1 Am

pere

)

gambar 4. grafik V input/ I output

Pembahasan

Dalam eksperimen tersebut membuktikan teori yang diungkapkan oleh Malvino, Pada

Jurnal Fajri Septia Agung dkk, 2012 yang mengatakan bahwa dioda merupaka piranti non –

linier karena grafik arus terhadap tegangan bukan berupa garis lurus. Hal ini disebabkan

adanya beda potensial penghalang ( potensial barrier ). Saat tegangan dioda lebih kecil dari

tegangan penghambat tersebut maka arus dioada akan kecil. Ketika tegangan dioda melebihi

potensial penghalang, arus dioda akan naik secara cepat. Dalam hal ini yang berperan sebagai

penghambat arus yang mengalir pada dioda adalah resistor.

Nilai tegangan pada dioda ini dipengaruhi oleh banyaknya muatan yang melalui

sambungan. Muatan tersebut berasal dari muatan positif dan negatif dari bahan pembentuk

dioda. Besar muatan ini sendiri ditentukan dari nomor atom unsur-unsur yang membentuk

dioda. Pada dioda yang terbuat dari bahan germanium mempunyai tegangan dioda yang lebih

kecil daripada tegangan dioda yang terbuat dari bahan silikon meskipun sama-sama

mempunyai elektron valensi sebanyak 4 buah. Hal ini dikarenakan atom germanium

mempunyai nomor atom yang lebih banyak daripada silikon. Dengan demikian, maka jumlah

elektron germanium juga akan lebih besar daripada silikon dan menyebabkan arus yang

mengalir pada germanium lebih besar daripada silikon,

Hal ini dapat membuktikan ciri dari dioda yaitu hubungan antara arus dioda dan

beda tegangan antara kedua ujung dioda yang mana tegangan sangat berpengaruh terhadap

kuat arus yang mengalir pada dioda semikonduktor. Pada lengkung ciri dioda, arus dioda id =

0 jika vd = 0 , pada keadaan tanpa tegangan (vd = 0) arus minoritas dan arus mayoritas

mempunyai besar sama tetapi arah yang berlawanan sehingga arus total pada keadaan tanpa

tegangan panjar sama dengan nol. Jika dioda diberi tegangan maju, yaitu vd > 0 arus id mula –

mula mempunyai nilai id = 0, sehingga vd = vpotong setelah mana arus dioda naik dengan

cepatnya terhadap perubahan tegangan dioda vd . Gambar grafik diatas dapat membuktikan

bahwa bahan dari dioda yang digunakan dalam penelitian ini adalah merupakan dioda

semikonduktor jenis germanium yang mana kelonjakan arus terjadi pada tegangan 0.3 Volt.

Berdasarkan buku karangan Sutrisno yang berjudul Elektronika teori dan

penerapannya bahwa untuk dioda Silikon (Si) Vpotong terjadi pada tegangan 0.6 Volt sedangkan

untuk dioda Germanium (Ge) Vpotong terjadi pada 0.3 Volt hal ini dibuktikan pada percobaan

ini yakni pada grafik hubungan arus dan tegangan dimana arus melonjak (naik) pada tegangan

0.3 Volt

Kesimpulan

Berdasarkan hasil praktikum yang telah kami lakukan di laboratorium, dapat

dibuktikan sambungan p-n adalah bahwa persambungan ini merupakan penyearah, yang

dengan mudah mengalirkan arus dalam satu arah, akan tetapi menahan aliran dalam arah yang

berlawanan. Karakteristik dioda sangat penting untuk diketahui sebagai salah satu bagian dari

perangkat elektronika.

Serta bahwa dioda semikonduktor dapat menghantarkan arus listrik jika diberi

forward bias voltage , karena pada keadaan tersebut dioda semikonduktor memiliki tahanan

jenis yang rendah (resistansi kecil) sehingga arus yang mengalir cukup besar dibandingkan

jika diberi reverse bias voltage, yang merupakan kebalikan dari bias maju. Dimana, ketika

dioda semi konduktor diberi bias mundur akan menyebakan perlawanan arus yang jika

semakin lama akan terjadi kebocoran arus yang diakibatkan arus terlalu memaksa (melawan

arah). Sedangkan hubungan antara tegangan dan kuat arus dari diode semikonduktor dapat

dilihat pada grafik karakteristik dioda.

Dengan memahami karakteristik suatu komponen tersebut diharapkan tidak akan

terjadi kesalahan dalam aplikasinya pada suatu rangkaian listrik. Dioda sendiri merupakan

suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan searah dari

tegangan bolak-balik. Oleh karena itu, dengan mengetahui karakteristik dioda, berarti

nantinya dapat memperkirakan tegangan minimum yang dapat

dilalui oleh dioda sehingga arus dapat mengalir melaluinya dan dapat menghasilkan tegangan

searah. Untuk dapat menentukan karakteristik dioda dapat dilakukan dengan melakukan

percobaan elektronika menggunakan suatu rangkaian listrik.

Saran

Percobaan ini masih memiliki banyak kelemahan yang dimungkinkan karena kesalahan

praktikan dalam melakukan pengamatan dalam mengukur serta kurangnya ketelitian dari

praktikan dalam merangkai alat dalam percobaan. Dan di harapkan kepada pembaca agar

dapat lebih menguasai cara pengoperasian dan merangkai alat yang digunakan sehingga akan

lebih meminimalkan kemungkinan kesalahan yang akan terjadi

Daftar Pustaka

[1] Ahmad Fali Oklilas, 2006. Bahan Ajar Elektronika Dasar. Universitas Sriwijaya.

[2] Ahmad Mulia Rambe, 2005. Pembuatan Dioda dari Bahan Lapis Tipis CdTe yang ditumbuhkan melalui metode penguapan. (Vacuum Deposition). Jurnal Teknik Industri Volume 6 No. 2 April 2005. [Internet]. [diunduh 2014 Desember 5]. Tersedia pada http://repository.usu.ac.id/bitstream/123456789/15865/1/sti-apr2005-%20(15).pdf

[3] Ahmad Yani, 2005. Penggunaan Rangkaian Multibator Vibraton Sebagai Saklar Sentuh

Jurnal SAINTIKOM Program Studi Sistem Komputer, Universitas Dian Nusantara

Volume. 10 / No. 3 / September 2011. [Internet]. [diunduh 2014 Desember

5]. Tersedia pada http://lppm.trigunadharma.ac.id/public/fileJurnal/hp6Z7-Jurnal-

A-Yani Rangkaian%20Multivibrator.pdf

[4] Fajri Septia Agung dkk, 2012. Sistem Deteksi Asap Rokok pada Ruangan bebas Asap

Rokok dengan Keluaran Suara.Jurnal Teknik Komputer AMIKGI MDP.

[Internet]. [diunduh 2014 Desember

6]. Tersedia pada http://eprints.mdp.ac.id/773/1/JURNAL%20fajri%20dan

%20Septia%20Agung. Pdf

[5] Herman DS. (1996). Elektronika: Teori dan Penerapan. Yogyakarta: FPTK

IKIP Yogyakarta.

[6]Heri Kurniawan, 2013. Analisis Pengaruh Temperatur Operasional dalam Simulus

Karakteristik Arus – Tegangan Pada Dioda Si Menggunakan Femlab. Jurusan

Fisika Fakultas matematika dan ilmu pengetahuan alam Universitas Jember 2013.

[Internet]. [diunduh 2014 Desember 6]. Tersedia pada http://repository.unej.ac.id/

bitstream/handle/123456789/2511/Heri%20Kurniawan%20-

%20081810201016.pdf?sequence=1

[7] Nuzulul Istichoroh, 2013. Simulasi Karakteristik Diode dengan Menggunakan Bahasa

PemrogramanDelphi7.0,FMIPA,UNESA2013.[Internet]. [diunduh 2014 Desembe

r 6]. Tersedia pada http://ejournal.unesa.ac.id/article/2772/31/article.pdf

[7] Sutanto. 2006. Rangkain Elektronika Analog dan Terpadu. Jakarta: UI-Press.

[8] Sutrisno, 1986. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung, PT. ITB Bandung

[9] Sutrisno.1986.Elektronika Teori Dasar II. .Bandung; ITB

Gambar 5

Gambar 6