lr03-andrearto saleh perdana

Upload: enzanhart22

Post on 05-Apr-2018

250 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    1/37

    LAPORAN PRAKTIKUM FISIKA DASAR

    Remote Laboratory

    Karakteristik V I Semikonduktor

    Nama Praktikan : Andrearto Saleh Perdana

    NPM : 1006731651

    Fakultas : Teknik

    Departemen : Teknik Mesin

    Kode Praktikum : LR 03

    Tanggal Praktikum : 16 November 2011

    LABORATORIUM FISIKA DASAR

    UNIT PELAKSANA PENDIDIKAN ILMU PENGETAHUAN DASAR

    UNIVERSITAS INDONESIA

    Depok 2011

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    2/37

    Andrearto Saleh Perdana | 2

    LR03 Karakteristik V I Semikonduktor

    I. Tujuan Praktikum

    Melihat karakteristik hubungan beda potensial (V) dengan arus listrik (I) pada

    suatu semikonduktor.

    II. Peralatan

    1. Bahan semikonduktor

    2. Amperemeter3. Voltmeter

    4. Variable power supply

    5. Camcorder

    6. Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis

    III. Landasan Teori

    Semikonduktor

    Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor

    Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state)

    didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor

    adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat

    konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak

    mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi

    pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitive.Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat kimia

    dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel dasar,

    yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan neutron

    membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan elektron-

    elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron ini

    tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan

    semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah silikon dan germanium.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    3/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 3

    konduktor, isolator, semikonduktor atau superkonduktor) disebabkan

    oleh

    Gambar 1. Struktur Atom (a) Silikon; (b) Germanium

    Seperti ditunjukkan pada Gambar 1 atom silikon mempunyai elektron yang

    mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom germanium mempunyai 32

    elektron. Pada atom yang seimbang (netral) jumlah elektron dalam orbit sama dengan

    jumlah proton dalam inti. Muatan listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19 C dan muatan

    sebuah proton adalah: + 1.602-19 C.

    Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai electron valensi. Atom

    silikon dan germanium masing mempunyai empat electron valensi. Oleh karena itu baik

    atom silikon maupun atom germanium disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi

    empat). Empat electron valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap

    electron valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-

    atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silikon murni dapat digambarkan

    secara dua dimensi pada Gambar 2 guna memudahkan pembahasan.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    4/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 4

    Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa saja elektron

    valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah konduksi apabila

    diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup kuat untuk memisahkan

    elektron dari ikatan kovalen maka electron tersebut menjadi bebas atau disebut

    dengan elektron bebas. Pada suhu ruang terdapat kurang lebih 1.5 x 1010 elektron

    bebas dalam 1 cm3 bahan

    silikon murni (intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin

    besar energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yangkeluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat.

    Semikonduktor Tipe N

    Apabila bahan semikonduktor intrinsik (murni) diberi (didoping) dengan bahan

    bervalensi lain maka diperoleh semikonduktor ekstrinsik. Pada bahan semikonduktor

    intrinsik, jumlah elektron bebas dan holenya adalah sama. Konduktivitas

    semikonduktor intrinsik sangat rendah, karena terbatasnya jumlah pembawa muatan

    yakni hole maupun electron bebas tersebut. Jika bahan silikon didoping dengan

    bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens), maka diperoleh

    semikonduktor tipe n. Bahan dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni,

    arsenik, dan pospor. Struktur kisi-kisi kristal bahan silikon type n dapat dilihat pada

    Gambar 3.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    5/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 5

    Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektronvalensi

    mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikonsedangkan elektron

    valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron

    kelima ini dengan inti menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena

    setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi

    lima disebut dengan atom donor. Dan elektron bebas sumbangan dari atom dopan

    inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya.

    Meskipun bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas)

    cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah

    muatan positip pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya.

    Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas)

    meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini

    disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan

    hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole)

    semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.

    Level energi dari elektron bebas sumbangan atom donor dapat digambarkan seperti

    pada Gambar 4. Jarak antara pita konduksi dengan level energi donor sangat kecil

    yaitu 0.05 eV untuk silikon dan 0.01 eV untuk germanium. Oleh karena itu pada suhu

    ruang saja, maka semua elektron donor sudah bisa mencapai pita konduksi dan

    menjadi electron bebas

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    6/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 6

    Bahan semikonduktor type n dapat dilukiskan seperti pada Gambar 5. Karena atom-

    atom donor telah ditinggalkan oleh elektron valensinya (yakni menjadi elektronbebas), maka menjadi ion yang bermuatan positip. Sehingga digambarkan dengan

    tanda positip. Sedangkan electron bebasnya menjadi pembawa mayoritas. Dan

    pembawa minoritasnya berupa hole.

    Semikonduktor Tipe P

    Apabila bahan semikonduktor murni (intrinsik) didoping dengan bahan impuritas

    (ketidak-murnian) bervalensi tiga, maka akan diperoleh semikonduktor type p. Bahan

    dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur

    kisi-kisi Kristal semikonduktor (silikon) type p adalah seperti Gambar 6.

    Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam Gambar 6 adalah atom

    Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat

    yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    7/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 7

    hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom

    bervalensi tiga

    akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga

    atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron. Seperti halnya pada

    semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini adalah

    netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan type p, hole

    merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan

    akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa

    minoritasnya adalah elektron

    Level energi dari hole akseptor dapat dilihat pada Gambar 7. Jarak antara level

    energi akseptor dengan pita valensi sangat kecil yaitu sekitar 0.01 eV untuk

    germanium dan 0.05 eV untuk silikon. Dengan demikian hanya dibutuhkan energi

    yang sangat kecil bagi elektron valensi untuk menempati hole di level energi

    akseptor. Oleh karena itu pada suhur ruang banyak sekali jumlah hole di pita valensi

    yang merupakan pembawa muatan.

    Bahan semikonduktor type p dapat dilukiskan seperti pada Gambar 8. Karena atom-

    atom akseptor telah menerima elektron, maka menjadi ion yang bermuatan negatip.

    Sehingga digambarkan dengan tanda negatip. Pembawa mayoritas berupa hole dan

    pembawa minoritasnya berupa elektron.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    8/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 8

    Dioda Semikonduktor

    Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semikonduktor type p

    dan type n. Pada saat terjadinya sambungan (junction) p dan n, hole-hole pada

    bahan p dan elektron-elektron pada bahan n disekitar sambungan cenderung untuk

    berkombinasi. Hole dan electron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga

    pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentukdaerah pengosongan (depletion region).

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    9/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 9

    Oleh karena itu pada sisi p tinggal ion-ion akseptor yang bermuatan negatip dan

    pada sisi n tinggal ion-ion donor yang bermuatan positip. Namun proses ini tidak

    berlangsung terus, karena potensial dari ion-ion positip dan negatip ini akan

    mengahalanginya. Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan ini

    disebut dengan tegangan penghalang (barrier potential). Besarnya tegangan

    penghalang ini adalah

    0.2 untuk germanium dan 0.6 untuk silikon. Lihat Gambar 9.

    Bias Mundur (Reverse Bias)

    Bias mundur adalah pemberian tegangan negatip baterai ke terminal anoda (A) dan

    tegangan positip ke terminal katoda (K) dari suatu dioda. Dengan kata lain, tegangan

    anoda katoda VA-K adalah negatip (VAK< 0). Gambar 10 menunjukkan dioda diberi

    bias mundur.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    10/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 10

    Karena pada ujung anoda (A) yang berupa bahan tipe p diberi tegangan negatip,

    maka hole-hole (pembawa mayoritas) akan tertarik ke kutup negatip baterai

    menjauhi persambungan. Demikian juga karena pada ujung katoda (K) yang berupa

    bahan tipe n diberi tegangan positip, maka elektron-elektron (pembawa mayoritas)

    akan tertarik ke kutup positip baterai menjauhi persambungan. Sehingga daerah

    pengosongan semakin lebar, dan arus yang disebabkan oleh pembawa mayoritas

    tidak ada yang mengalir.

    Sedangkan pembawa minoritas yang berupa elektron (pada bahan tipe p) dan hole

    (pada bahan tipe n) akan berkombinasi sehingga mengalir arus jenuh mundur

    (reverse saturation current) atau Is. Arus ini dikatakan jenuh karena dengan cepat

    mencapai harga maksimum tanpa dipengaruhi besarnya tegangan baterai. Besarnya

    arus ini dipengaruhi oleh temperatur. Makin tinggi temperatur, makin besar harga Is.

    Pada suhu ruang, besarnya Is ini dalam skala mikro-amper untuk dioda germanium,

    dan dalam skala nano-amper untuk dioda silikon.

    Bias Maju (Foward Bias)

    Apabila tegangan positip baterai dihubungkan ke terminal Anoda (A) dan negatipnya

    ke terminal katoda (K), maka dioda disebut mendapatkan bias maju (foward bias).

    Dengan demikian VA-K adalah positip atau VA-K > 0. Gambar 11 menunjukan dioda

    diberi bias maju.

    Dengan pemberian polaritas tegangan seperti pada Gambar 11, yakni VA-K positip,

    maka pembawa mayoritas dari bahan tipe p (hole) akan tertarik oleh kutup negatip

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    11/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 11

    baterai melewati persambungan dan berkombinasi dengan elektron (pembawa

    mayoritas bahan tipe n). Demikian juga elektronnya akan tertarik oleh kutup positip

    baterai untuk melewati persambungan. Oleh karena itu daerah pengosongan terlihat

    semakin menyempit pada saat dioda diberi bias maju. Dan arus diode yang

    disebabkan oleh pembawa mayoritas akan mengalir, yaitu ID.

    Sedangkan pembawa minoritas dari bahan tipe p (elektron) dan dari bahan tipe n

    (hole) akan berkombinasi dan menghasilkan Is. Arah Is dan ID adalah berlawanan.

    Namun karena Is jauh lebih kecil dari pada ID, maka secara praktis besarnya arus

    yang mengalir pada dioda ditentukan oleh ID.

    Kurva Karakteristik Dioda

    Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui diode dengan tegangan VA-

    K dapat dilihat pada kurva karakteristik diode (Gambar 12). Gambar 12 menunjukan

    dua macam kurva, yakni dioda germanium (Ge) dan dioda silikon (Si). Pada saat

    dioda diberi bias maju, yakni bila VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan

    cepat setelah VA-K

    mencapai tegangan cut-in (V ). Tegangan cut-in (V ) ini kira-kira sebesar 0.2 Volt

    untuk dioda germanium dan 0.6 Volt untuk dioda silikon. Dengan pemberian

    tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang (barrier potential) pada

    persambungan akan teratasi, sehingga arus diode mulai mengalir dengan cepat

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    12/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 12

    .

    Bagian kiri bawah dari grafik pada Gambar 12 merupakan kurva karakteristik dioda

    saat mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk dioda

    germanium dan silikon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is

    untuk dioda germanium adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1

    A. Sedangkan untuk dioda silikon Is adalah dalam orde nano amper dalam hal ini

    adalah 10 nA.

    Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negatip tersebut dinaikkan terus, maka

    suatu saat akan mencapai tegangan patah (breakdown) dimana arus Is akan naik

    dengan tiba-tiba. Pada saat mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas

    dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan

    elektron valensi dari

    atom.

    Kemudian elektron ini juga dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga

    arusnya semakin besar. Pada dioda biasa pencapaian tegangan break-down ini

    selalu dihindari karena dioda bisa rusak. Hubungan arus dioda (ID) dengan

    tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis yang

    dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu:

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    13/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 13

    dimana:

    ID = arus dioda (amper)

    Is = arus jenuh mundur (amper)

    e = bilangan natural, 2.71828...

    VD = beda tegangan pada dioda (volt)

    n = konstanta, 1 untuk Ge; dan 2 untuk Si

    VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)

    Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri

    dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda.

    Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

    dimana:

    k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10-23 J/K

    (J/K artinya joule per derajat kelvin)

    T = temperatur mutlak (kelvin)

    q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10-19 C

    Penyearah Setengah Gelombang

    Dioda semikonduktor banyak digunakan sebagai penyearah. Penyearah yang paling

    sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah

    dioda. Melihat dari namanya, maka hanya setengah gelombang saja yang akan

    disearahkan. Gambar 13 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang.

    Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo

    yang berupa sinyal ac berbentuk sinus, vi = Vm Sin t (Gambar 13 (b)). Dari

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    14/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 14

    persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum.

    Harga Vm ini hanya bisa diukur

    dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada

    umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif.

    Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau

    tegangan rms (Vrms) adalah:

    Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah tegangan (arus) yang

    terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih

    besar dari pada V (tegangan cut-in dioda), maka pada pembahasan penyearah ini

    V diabaikan.

    Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input

    berupa siklus positip maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke

    beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatip maka dioda

    mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan

    input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari Gambar 13.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    15/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 15

    Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya

    nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur)

    resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga,sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    16/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 16

    Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada Gambar (c) bentuknya sudah searah

    (satu arah) yaitu positip semua. Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir

    adalah negatip. Frekuensi sinyal keluaran dari penyearah setengah gelombang ini

    adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak

    dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama.

    Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk gelombang, namun

    arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (Gambar c). Berarti harga rata-

    ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga

    tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa dinyatakan:

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    17/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 17

    Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah

    berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada dioda. Tegangan maksimum

    yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse

    voltage) atau tegangan puncak balik.

    Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang

    mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda. Bentuk

    gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada Gambar 14. PIV untuk

    penyearah setengah gelombang ini adalah:

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    18/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 18

    Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti Gambar 14 dengan anggapan bahwa

    Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding RL. Sehingga pada saat

    siklus positip dimana dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turuntegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatip, dioda sedang OFF

    (mendapat bias mundur) sehingga tegangan puncak dari skunder trafo (Vm)

    semuanya berada pada dioda.

    Penyearah Gelombang Penuh Dengan Trafo CT

    Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan

    menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem jembatan.

    Gambar 15 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan

    menggunaka trafo CT. Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah

    tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai

    titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2,

    sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D1 mendapat sinyal siklus

    negatip, dan sebaliknya. Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun

    karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka

    iL menjadi satu arah (15 c).

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    19/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 19

    Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan

    gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian

    setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua

    kali dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan yang sama, maka

    diperoleh:

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    20/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 20

    Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnyapada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF),

    maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut

    adalah dua kali dari tegangan skunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing

    dioda dalam

    rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:

    Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan

    Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa menggunakan

    sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa

    menggunakan trafo. rangkaian dasarnya adalah seperti pada Gambar 16.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    21/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 21

    Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh system jembatan dapat

    dijelaskan melalui Gambar 16. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian

    positip dari siklus sinyal ac, maka (Gambar

    16 b):

    - D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju

    - D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

    Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3. Sedangkan apabila jembatan

    memperoleh bagian siklus negatip, maka

    (Gambar 16 c):

    - D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju

    - D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur

    Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4. Arah arus i1 dan i2 yang

    melewati RL sebagaimana terlihat pada Gambar 16 b dan c adalah sama, yaitu dari

    ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (iL)merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    22/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 22

    masing-masing (Gambar 16 d). Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama

    seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/p = 0.636 Im.

    Untuk harga Vdc dengan memperhitungkan harga Vg adalah:

    Harga 2Vg ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah diode yang

    berhubungan secara seri. Disamping harga 2Vg ini, perbedaan lainnya dibanding

    dengan trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan

    system jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah:

    Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper)

    Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan

    sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh

    sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang.

    Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau

    di bawah level nol. Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua,

    yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara

    seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel

    dengan beban. Sedangkan untuk masingmasing jenis tersebut dibagi menjadi

    clipper negatip (pemotong bagian negatip) dan clipper positip (pemotong bagian

    positip). Dalam analisa ini diodanya dianggap ideal. Petunjuk untuk menganalisa

    rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut:

    1. Perhatikan arah dioda

    - bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input

    akan dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti

    clipper negatip)

    - bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatip dari sinyal input

    akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarticlipper positip)

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    23/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 23

    2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada)

    3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang

    sudah ditentukan pada langkah 2 di atas)

    4. Batas pemotongan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai

    dengan sinyal input)

    Rangkaian clipper seri positip adalah seperti Gambar 17 dan rangkaian clipper seri

    negatip adalah Gambar 18.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    24/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 24

    Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut:

    1. Perhatikan arah dioda.

    - bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input

    akan dipotong (berarti clipper positip)

    - bila arah dioda ke atas, maka bagian negatip dari sinyal input

    akan dipotong (berarti clipper negatip)

    2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada).

    3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input.

    4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai.

    Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti Gambar 19 dan rangkaian clipper

    paralel negatip adalah Gambar 20.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    25/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 25

    Dioda Semikonduktor Sebagai Penggeser (clamper)Rangkaian Clamper (penggeser) digunakan untuk menggeser suatu sinyal ke level

    dc yang lain. Rangkain Clamper paling tidak harus mempunyai sebuah kapasitor,

    dioda, dan resistor, disamping itu bisa pula ditambahkan sebuah baterai. Harga R

    dan C harus dipilih sedemikian rupa sehingga konstanta waktu RC cukup besar agar

    tidak terjadi pengosongan muatan yang cukup berarti saat dioda tidak menghantar.

    Dalam analisa ini dianggap didodanya adalah ideal. Sebuah rangkaian clamper

    sederhana (tanpa baterai) terdiri atas sebuah R, D, dan C terlihat pada Gambar 21.

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    26/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 26

    Gambar 21 (a) adalah gelombang kotak yang menjadi sinyal input rangkaian

    clamper (b). Pada saat 0 - T/2 sinyal input adalah positip sebesar +V, sehingga

    Dioda menghantar (ON). Kapasitor mengisi muatan dengan cepat melalui tahanan

    dioda yang rendah (seperti hubung singkat, karena dioda ideal). Pada saat ini sinyal

    output pada R adalah nol (Gambar d).

    Kemudian saat T/2 - T sinyal input berubah ke negatip, sehingga dioda tidak

    menghantar (OFF) (Gambar e). Kapasitor membuang muatan sangat lambat, karenaRC dibuat cukup lama. Sehingga pengosongan tegangan ini tidak berarti dibanding

    dengan sinyal output. Sinyal output merupakan penjumlahan tegangan input -V dan

    tegangan pada kapasitor - V, yaitu sebesar -2V (Gambar c). Terlihat pada Gambar

    21 c bahwa sinyal output merupakan bentuk gelombang kontak (seperti gelombang

    input) yang level dc nya sudah bergeser kearah negatip sebesar -V. Besarnya

    penggeseran ini bisa divariasi dengan menambahkan sebuah baterai secara seri

    dengan dioda. Disamping itu arah penggeseran juga bisa dinuat kearah positipdengan

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    27/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 27

    cara membalik arah dioda. Beberapa rangkaian clamper negatip dan positip dapat

    dilihat pada Gambar 22.

    Hukum Ohm

    Orang yang pertama kali meneliti hubungan antara arus listrik, tegangan.dan

    hambatanadalah Georg Simon Ohm (1787-1854) seorang ahli fisika Jerman.

    Hubungan tersebut lebihdikenal dengan sebutan hukum Ohm.

    Dalam percobaan, Ohm menggunakan rangkaian percobaan sederhana yang

    terdiri dari ammeter, beban dan baterai.Dia menggunakanrangkaian sumber

    potensial secara seri,mengukur besarnya arus yang mengalirdanmenemukan

    hubungan linier sederhana yaitu Sebagai V = I Rdimana R = V/Idisebut hambatan

    dari beban. Nama ini sangat cocokkarena R menjadi ukuran seberapa besar

    konduktor tersebut menahan laju aliran elektron.Namun, berlakunya hukum ohm

    sangat terbatas pada kondisi-kondisi tertentu,bahkanhukum ini tidak berlaku jika

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    28/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 28

    suhu konduktor tersebut berubah. Untuk material material atau piranti elektronika

    tertentu seperti diode dan transistor, hubungan Idan Vtidak linear.

    IV. Prosedur Percobaan

    1. Mengaktifkan Web cam dengan mengklik icon video pada halaman

    web r-Lab.

    2. Memperhatikan tampilan video dari peralatan yang digunakan.

    3. Memberikan beda potensial dengan member tegangan V1.

    4. Mengaktifkan power supply/baterai dengan mengklik radio button di

    sebelahnya.

    5. Mengukur beda potensial dan arus yang terukur pada hambatan.

    6. Mengulangi langkah 3 hingga 5 untuk beda potensial V2 hingga V8

    Gambar 8. Skema peralatan

    V. Pengolahan Data dan EvaluasiV.1. Pengolahan Data

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    29/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 29

    Mendapatkan nilai ratarata untuk beda potensial dan kuat arus ( V1,.V8).

    Vi V(volt) I(mA) V rata-rataI rata-rata

    V1

    0,46 3,58

    0,46 3,58

    0,46 3,58

    0,46 3,58

    0,46 3,58

    0,46 3,58

    V2

    0,94 7,49

    0,94 7,49

    0,94 7,49

    0,94 7,49

    0,94 7,49

    0,94 7,49

    V3

    1,39 11,08

    1,39 11,08

    1,39 11,08

    1,39 11,08

    1,39 11,08

    1,39 11,08

    V4

    1,87 15,31

    1,87 15,376

    1,87 15,31

    1,87 15,31

    1,87 15,31

    1,87 15,64

    V5

    2,29 18.90

    2,286 19,42

    2,29 19,55

    2,29 19,22

    2,28 19,55

    2,28 19,88

    V6

    2,88 25,42

    2,874 25,678

    2,88 25,74

    2,87 25,42

    2,87 25,742,87 26,07

    V7

    3,2 28,67

    3,188 29,456

    3,19 29,33

    3,18 30,30

    3,19 29,33

    3,18 29,65

    V8

    3,64 34,86

    3,622 35,9063,63 35,52

    3,62 35,84

    3,61 36,49

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    30/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 30

    3,61 36,82

    V.2. Grafik V vs I

    V.3. Bentuk Grafik hubungan V dengan I

    Berdasarkan dari data hasil percobaan yang telah direduksi ke dalam bentuk

    grafik, menunjukkan bahwa grafik berbentuk linier.Hal ini menunjukkan bahwa

    adanya hubungan yang sangat erat antara tegangan dengan arus yaitu nilai

    besarnya tegangan sebanding dengan arus yang mengalir. Apabila arus mengalami

    kenaikan ataupun penurunan, maka akan berpengaruh terhadap nilai tegangan.

    Selain bentuk grafik yang linier, pada kurva / grafik menunjukkan adanya

    garis lurus. Hal ini berarti pada percobaan, alat yang digunakan memiliki nilaihambatan penghantar yang sama. Walaupun besar tegangan dan arus yang

    digunakan berbeda - beda. Grafik di atas juga sesuai dengan persamaan pada

    hokum Ohm, dimana V = I R dan I = V/R.

    Dalam semikonduktor, peran dari temperature sangat berpengaruh terhadap

    jumlah electron bebas. Bahan semikonduktor memiliki nilai koefisien temperature

    yang negative. Hal ini karena semakin tinggi temperature maka semakin banyak

    electron bebas. akan tetapi, pada suhu mendekati 0 K, bahan semikonduktor akan

    bersifat isolator.

    y = 10.016x - 2.3228

    0

    5

    10

    15

    20

    25

    30

    35

    40

    0 1 2 3 4

    ArusI(mA)

    Tegangan V (volt)

    Grafik v vs I

    Grafik v vs I

    Linear (Grafik v vs I)

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    31/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 31

    V.4. Nilai Hambatan Berdasarkan Kurva

    Nilai hambatan dari percobaan Karakteristik V I Semikonduktor dapat

    ditentukan dengan menghitung nilai gradient dari kemiringan garis pada grafik yang

    telah dibuat. Semakin besar kemiringan, maka semakin besar nilai hambatannya ( R

    ) dan semakin besar nilai hambatannya, berarti semakin sulit bahan tersebut untuk

    dilewati arus listrik.

    Mencari nilai gradient dapat ditentukan dengan menggunakan metode least

    square, dimana nilai m sebanding dengan 1/R.

    V (x) I (y) x^2 y^2 xy

    0,46 3,58 0,2116 12,8164 1,6468

    0,94 7,49 0,8836 56,1001 7,0406

    1,39 11,08 1,9321 122.7664 15,4012

    1,87 15,376 3,4969 236.4214 28,75312

    2,286 19,42 5,225796 377.1364 44,39412

    2,874 25,678 8,259876 659.3597 73,79857

    3,188 29,456 10,16334 867.6559 93,90573

    3,622 35,906 13,11888 1289.241 130,0515

    16,63 147,986 43,2921 3621,497 394,9917

    m =

    m = 10.0161

    Dengan mengetahui nilai m, maka dapat dicari nilai hambatan (R)

    yaitu:

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    32/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 32

    Dengan demikian, nilai hambatan pada percobaan ini adalah 0,0998

    .

    persamaan kuat arus listrik sebagai fungsi beda potensial dan

    tegangan dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut:

    y = mx b

    dimana nilai b diperoleh dengan menggunakan persamaan:

    b = -2,3288

    Jadi, persamaan garis tersebut adalah y = 10.016x 2,3288

    Besar kesalahan relative yang terjadi adalah

    Kesalahan Relatif =

    = 2.87 %

    VI. Analisis Data

    VI.1. Analisa Percobaan

    Percobaan dengan judul Karakteristik V I Semikonduktor bertujuan untuk

    melihat karakteristik hubungan beda potensial (V) dengan arus listrik (I) pada suatu

    semikonduktor. Percobaan dilakukan dengan menggunakan beberapa macam alat,

    yaitu Bahan semikonduktor, Amperemeter, Voltmeter, Variable power supply,

    Camcorder, Unit PC beserta DAQ dan perangkat pengendali otomatis.Percobaan

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    33/37

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    34/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 34

    Dari grafik dapat diperoleh nilai hambatan bahan yaitu dengan menghitung

    kemiringan garis pada grafik atau sering disebut dengan gradient garis.Semakin

    besar tingkat kemiringan garis tersebut menunjukkan semakin besar nilai hambatan

    yang digunakan untuk menghambat laju arus. Besarnya gradient garis dari grafik

    hubungan V I yang menunjukkan nilai hambatan dapat dicari dengan

    menggunakan metode least squaredengan persamaan :

    Dari persamaan tersebut didapatlah besar nilai hambatan bahan yang

    digunakan untuk percobaan yaitu sebesar

    VI.3. Analisa Hasil dan Data

    Percobaan Karakteristik V I Semikonduktor memberikan hasil yang cukup

    akurat.Hal ini terbukti dengan nilai V1 sampai dengan V8 dan I1 sampai dengan I8

    memberikan hubungan yang linier atau segaris. Besar kecilnya tegangan akan

    berpengaruh terhadap besarnya arus listrik yang mengalir.

    Berdasarkan data tersebut juga dapat diperoleh seberapa besar nilai

    hambatan (R) yang didapatkan dari besar nilai kemiringan grafik atau nilai

    gradiennya (m). semakin besar nilai m menandakan semakin besar nilai

    hambatannya dan semakin sulit untuk dilewati arus listrik.

    Nilai R yang diperoleh dengan mengetahui nilai gradient garis menunjukkan

    bahwa grafik tersebut mengikuti Hukum Ohm.Dimana tegangan memiliki hubungan

    dengan arus listrik yang mengalir pada bahan semikonduktor tersebut.

    VI.4. Analisa Kesalahan

    Dari praktikum ini diperoleh hasil yang tidak konsisten atau bisa juga

    dikatakan terdapat perbedaan antara perhitungan secara teoritik dan hasil dari

    pengukuran langsung. Hal ini dapat disebabkan oleh beberapa faktor :

    1. Kesalahan dalam percobaan

    2. Kesalahan grafik

    3. Kesalahan literatur

    4. Kesalahan pada teknologi yang digunakan

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    35/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 35

    Kesalahan yang terjadi pada percobaan Karakterisitik V I Semikonduktor ini

    diakibatkan kurang pahamnya praktikan dalam mekanisme pada alat percobaan

    karena video proses percobaan yang ditampilkan pada rlab tidak terlalu jelas.

    Kurangya detail informasi proses percobaan dan juga data percobaan yang terlalu

    banyak menimbulkan kesulitan tersendiri dan akhirnya menimbulkan kesalahan

    perhitungan. Kesalaan perhitungan tentu saja menyebabkan hasil percobaan tidak

    begitu mendekati tujuan dan teoritis. Karenanya pasti ada faktor x yang sangat

    berpengaruh sehingga didapatkan kesalahan sedemikian besarnya.

    VII. Kesimpulan

    Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa:

    1. V dan I memiliki hubungan yang linier atau sebanding.

    2. Nilai hambatan (R) ditentukan berdasarkan hokum Ohm yaitu V = I R.

    3. Semakin tinggi tegangan, maka semakin tinggi pula besar arus yang

    mengalir, dan sebaliknya.

    4. Besar nilai hambatan yang diperoleh dari percobaan ini adalah 0.0998 ..

    5. Jumlah kalor yang dihasilkan akan sebanding dengan beda potensial

    antara kedua ujung material tersebut, besar arus yang mengalir dan

    lamanya waktu arus tersebut mengalir.

    6. Persamaan garis grafik V vs I adalah y = 10.016x 2,3288

  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    36/37

    Andrearto Saleh Perdana | LR03 Karakteristik V I Semikonduktor 36

    VIII. Referensi

    1. Giancoli, D.C.; Physics for Scientists & Engeeners, Third Edition, Prentice

    Hall, NJ, 2000.

    2. Halliday, Resnick, Walker; Fundamentals of Physics, 7th Edition,Extended Edition, John Wiley & Sons, Inc., NJ, 2005.

    3. www.wikipedia.org

    4. http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13

    5. Tipler, Paul A ; FISIKA untuk Sains dan teknik, 3th Edition,

    Jakarta:Erlangga, 2001.

    6. http://www.budysucks.co.cc/2008/08/prinsip-dasar-semikonduktor.html

    7. http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7

    8. http://www.unsri.ac.id/upload/arsip/semikonduktor.pdf

    IX. Lampiran

    Data Hasil Percobaan

    Vi V(volt) I(mA)

    V1

    0,46 3,58

    0,46 3,580,46 3,580,46 3,580,46 3,58

    V2

    0,94 7,49

    0,94 7,490,94 7,490,94 7,490,94 7,49

    V3 1,39 11,081,39 11,08

    http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.budysucks.co.cc/2008/08/prinsip-dasar-semikonduktor.htmlhttp://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.unsri.ac.id/upload/arsip/semikonduktor.pdfhttp://www.unsri.ac.id/upload/arsip/semikonduktor.pdfhttp://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.budysucks.co.cc/2008/08/prinsip-dasar-semikonduktor.htmlhttp://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7http://www.electroniclab.com/index.php?option=com_content&view=article&id=13:prinsip-dasar-semikonduktor&catid=6:elkadasar&Itemid=7
  • 7/31/2019 LR03-Andrearto Saleh Perdana

    37/37

    1,39 11,081,39 11,081,39 11,08

    V4

    1,87 15,31

    1,87 15,311,87 15,311,87 15,311,87 15,64

    V5

    2,29 18.90

    2,29 19,552,29 19,222,28 19,552,28 19,88

    V6

    2,88 25,42

    2,88 25,742,87 25,422,87 25,742,87 26,07

    V7

    3,2 28,67

    3,19 29,333,18 30,303,19 29,333,18 29,65

    V8

    3,64 34,86

    3,63 35,523,62 35,843,61 36,49

    3,61 36,82