a. Jelaskan tentang Rangkaian Diskrit
b. Jelaskan tentang Rangkaian Terintegrasi
c. Sebutkan macam-macam jenis, fungsi, dan simbol dioda
2. Jelaskan cara kerja dioda sebagai penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh !
Jawab !
1. Semikonduktor
Semikonduktor adalah sebuah
bahan dengan konduktivitas listrik yang berada di antara insulator (isolator)
dan konduktor. Semikonduktor disebut juga sebagai bahan setengah penghantar
listrik. Suatu semikonduktor bersifat sebagai insulator jika tidak diberi arus
listrik dengan cara dan besaran arus tertentu, namun pada temperatur, arus
tertentu, tatacara tertentu dan persyaratan kerja semikonduktor berfungsi
sebagai konduktor, misal sebagai penguat arus, penguat tegangan dan penguat
daya.
Untuk menggunakan suatu
semikonduktor supaya bisa berfungsi harus tahu spefikasi dan karakter
semikonduktor itu, jika tidak memenuhi syarat operasinya maka akan tidak
berfungsi dan rusak. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah silikon,
germanium, dan gallium arsenide. Semikonduktor sangat berguna dalam bidang
elektronik, karena konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan
materi lain (biasa disebut pendonor elektron).
Komponen-komponen Elektronika Aktif yang bahan
dasarnya terbuat dari Semikonduktor diantaranya adalah :
- Integrated Circuit
- Transistor
- Dioda
a. Rangkaian
Diskrit
Rangkaian
Diskrit merupakan rangkaian elektronik yang komponen-komponennya diletakkan
diatas papan rangkaian seperti PCB, hubungan antar komponen dilakukan melalui
konduktor, setiap komponen berdiri sendiri, sehingga jika terdapat komponen
yang rusak, komponen tersebut dapat diganti.
b. Rangkaian
Terintegrasi
Rangkaian Terintegrasi (integrated circuit/IC) adalah
realisasi secara fisik dari komponen-komponen diskrit yang terpisah tapi
merupakan satu kesatuan yang berada di atas atau di dalam suatu substrat yang
membentuk sebuah rangkaian terintegrasi yang bekerja dengan fungsi khusus.
Rangkaian Terintegrasi (Integrated Circuit/IC),
sering juga disebut sirkuit
terpadu, terdiri dari beberapa transistor, resistor, dll yang
terinterkoneksi satu sama lain dalam package (paket) kecil dengan
terminal-terminal sambungan. IC itu sudah lengkap, hanya memerlukan sambungan
input dan output dan sebuah tegangan supply untuk bisa berfungsi. Cara
lain, beberapa komponen eksternal harus dihubungkan agar IC itu bisa
beroperasional.
c. Macam-macam Dioda
Ada berbagai jenis dioda yang dibuat sesuai dengan
fungsinya tanpa meninggalkan karakteristik serta spesifikasinya, seperti dioda
penyearah (rectifier), dioda Emisi Cahaya (LED), dioda Zenner,
dioda photo (Photo-Dioda) dan Dioda Varactor.
1. DIODA
PENYEARAH (RECTIFIER)
Dioda
penyearah adalah
jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah
tegangan / arus dari arus bolak-balik
(ac) ke arus searah (dc) atau
mengubah arus ac menjadi dc. Secara umum dioda ini disimbolnya.
Gambar 1. dioda penyearah
2. DIODA
ZENER
Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N
yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage
Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse (kuadran III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4 sampai 200
volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt.
Fenomena tegangan breakdown dioda ini
menginspirasi pembuatan komponen elektronika kerabat dioda yang bernama Zener.
Tidak ada perbedaan struktur dasar dari Zener dengan dioda. Dengan memberi
jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan
breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru
terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada
angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada Zener yang memiliki tegangan Vz
sebesar 2 volt, 5.6 volt dan sebagainya. Fungsi dari komponen ini biasanya
dipakai untuk pengamanan rangkaian setelah tegangan Zener.
Gambar 2.
dioda zener
Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang
masuk ke rangkaian lain dan beban akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input
tegangan dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus sehingga arus akan
mengalir ke rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau
lebih maka dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui
dioda, bukan ke rangkaian atau beban.
3. DIODA
EMISI CAHAYA ( LIGHT EMITTING DIODE )
Dioda emisi
cahaya atau
dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid State Lamp yang merupakan piranti
elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga dikategorikan pada
keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan elektroda-elektrodanya sama seperti dioda
lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-). Ada tiga kategori umum penggunaan
LED, yaitu :
- Sebagai
lampu indikator,
- Untuk
transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,
- Sebagai
penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,
bangun fisiknya dan konstruksinya
diperlihatkan pada gambar berikut.
Bahan dasar
yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini memancarkan
cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya
infra-merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan
GaP memancarkan cahaya merah atau hijau.
TABEL LED DAN TEGANGANYA
|
Warna
|
Tegangan
Maju
|
|
Merah
|
1.8 volt
|
|
Orange
|
2.0 volt
|
|
Kuning
|
2.1 volt
|
|
Hijau
|
2.2 volt
|
Sedangkan
besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA. Karena dapat mengeluarkan
cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup dengan menggabungkan dengan sumber
tegangan dc kecil saja atau dengan ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan
elektrodanya.
4. DIODA
CAHAYA ( PHOTO-DIODE)
Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse,
jadi hanya arus bocor saja yang melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus yang
mengalir sekitar 10 A untuk dioda cahaya dengan bahan dasar germanium dan 1A
untuk bahan silikon. Kuat cahaya dan temperature keliling dapat menaikkan arus
bocor tersebut karena dapat mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat
cahaya yang menyinari semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut.
Penggunaan dioda cahaya diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita
data berlubang (Punch Tape), dimana
pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda cahaya. Jika
setiap lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang memasuki lubang
tersebut akan diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam bentuk signal
listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap
resistansi dioda cahaya ini tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah
rendah. Selain itu banyak juga dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem
pengaman (security) misal dalam
penggunaan alarm.
Gambar 4. dioda foto.
5. DIODA VARACTOR
Dioda
Varactor disebut
juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya mempunyai kapasitas yang
berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini bekerja didaerah reverse mirip
dioda Zener. Bahan dasar pembuatan dioda varactor ini adalah silikon dimana
dioda ini sifat kapasitansinya tergantung pada tegangan yang diberikan padanya.
Jika tegangan tegangannya semakin naik, kapasitasnya akan turun. Dioda varikap
banyak digunakan pada pesawat penerima radio dan televisi di bagian pengaturan
suara (Audio).
Gambar 5.
dioda varactor
6. DIODA SCHOTTKY (SCR)
DIODA SCR singkatan dari Silicon
Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR
atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang
serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate(G).SCR sering disebut Therystor. SCR
sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan
biasanya disebut PNPN Trioda.
Gambar 6. dioda schottky.
Pada gambar
diatas terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki
yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.
2. Cara Kerja
Dioda sebagai Penyearah Gelombang
Pengertian
Rectifier (Penyearah Gelombang) – Rectifier
atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Penyearah Gelombang adalah suatu
bagian dari Rangkaian Catu Daya atau Power Supply yang berfungsi sebagai
pengubah sinyal AC (Alternating Current) menjadi sinyal DC (Direct Current).
Rangkaian Rectifier atau Penyearah Gelombang ini pada umumnya menggunakan Dioda
sebagai Komponen Utamanya. Hal ini dikarenakan Dioda memiliki karakteristik
yang hanya melewatkan arus listrik ke satu arah dan menghambat arus listrik
dari arah sebaliknya. Jika sebuah Dioda dialiri arus Bolak-balik (AC), maka
Dioda tersebut hanya akan melewatkan setengah gelombang, sedangkan setengah
gelombangnya lagi diblokir. Untuk lebih jelas, silakan lihat gambar dibawah ini
:
a)
PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
Rangkaian
penyearah setengah gelombang merupakan rangkaian penyearah sederhana yang hanya
dibangun menggunakan satu dioda saja, seperti diilustrasikan pada gambar
berikut ini.
Prinsip
kerja dari rangkaian penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat setengah
gelombang pertama (puncak) melewati dioda yang bernilai positif menyebabkan
dioda dalam keadaan ‘forward bias’ sehingga arus dari setengah gelombang
pertama ini bisa melewati dioda.
Pada
setengah gelombang kedua (lembah) yang bernilai negatif menyebabkan dioda dalam
keadaan ‘reverse bias’ sehingga arus dan setengah gelombang kedua yang bernilai
negatif ini tidak bisa melewati dioda. Keadaan ini terus berlanjut dan berulang
sehingga menghasilkan bentuk keluaran gelombang seperti diperlihatkan pada
gambar berikut ini.
Dari
gambar di atas, gambar kurva ‘D1-anoda’ (biru) merupakan bentuk arus AC sebelum
melewati dioda dan kurva ‘D1-katoda’ (merah) merupakan bentuk arus AC yang
telah dirubah menjadi arus searah ketika melewati sebuah dioda.
Pada
gambar tersebut terlihat bahwa ketika gelombang masukan bernilai positif, arus
dapat melewati dioda tetapi ketika gelombang masukan bernilai negatif, arus
tidak dapat melewati dioda. Karena hanya setengah gelombang saja yang bisa di
searah-kan, itu sebabnya mengapa disebut sebagai Penyearah Setengah
Gelombang.
Rangkaian
penyearah setengah gelombang ini memiliki kelemahan pada kualitas arus DC yang
dihasilkan. Arus DC rata-rata yang dihasilkan dari rangkaian ini hanya 0,318
dari arus maksimum-nya, jika dituliskan dalam persamaan matematika adalah
sebagai berikut;
IAV = 0,318 ∙ IMAX
Oleh
sebab itu rangkaian penyearah setengah gelombang lebih sering digunakan sebagai
rangkaian yang berfungsi untuk menurunkan daya pada suatu rangkaian elektronika
sederhana dan digunakan juga sebagai demodulator pada radio penerima AM.
b.
PENYEARAH GELOMBANG PENUH
Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier) adalah sistem
penyearah yang menyearahkan semua siklus gelombang sinus menggunakan dua blok
dioda (satu blok dioda bisa berupa satu atau beberapa dioda yang diparalel)
yang bekerja secara komplenen. Satu dioda bekerja pada fase siklus positif dan
satu dioda bekerja pada fase siklus negatif yang telah dibalik. Oleh karena itu
penyearah gelombang penuh identik dengan penggunaan transformator center tap
(CT) yang memiliki dua buah output sinyal AC dengan fase berkebalikan.
Rangkaian penyearah gelombang penuh menghasilkan tegangan DC
dengan riak (ripple) yang lebih sedikit dibanding penyearah setengan gelombang.
Hal ini karena gelombang yang dihasilkan lebih rapat yaitu hasil penggabungan
dari siklus sinyal sinus positif dan siklus sinyal sinus negatif yang telah
dibalik menjadi siklus positif. Jadi penyearah akan tetap mengeluarkan output
pada periode gunung dan lembah dari sinyal sinus.
Penyearah gelombang penuh dengan
jembatan dioda (dioda bridge)
Pada dioda bridge,
hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan AC
sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama.
Untuk memahami cara kerja dioda bridge, perhatikanlah gambar berikut.
Saat siklus positif
tegangan AC, arus mengalir melalui dioda B menuju beban dan kembali melalui
dioda C. Pada saat yang bersamaan pula, dioda A dan D mengalami reverse bias
sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda tersebut bersifat sebagai
isolator.
Sedangkan
pada saat siklus negatif tegangan AC, arus mengalir melalui dioda D menuju
beban dan kembali melalui dioda A. Karena dioda B dan C mengalami reverse bias
maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini.
Kedua
hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan beban
yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC). Grafik
sinyal dari penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge)
ditunjukkan seperti pada gambar berikut
Jembatan
dioda (dioda bridge) tersedia dalam bentuk 1 komponen saja atau pun bisa dibuat
dengan menggunakan 4 dioda yang sama karakteristiknya. Yang harus diperhatikan
adalah besar arus yang dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari besar arus yang
dilewatkan pada rangkaian.
b. Penyearah gelombang
penuh menggunakan 2 dioda
Seperti
telah disebutkan diatas, penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda ini
hanya bisa digunakan pada transformator CT, dimana tegangan sekunder yang
dihasilkan oleh trafo CT ini adalah :
dimana V1=teg primer
dan V2=teg sekunder
Cara
kerja penyearah gelombang penuh jenis ini dapat dijelaskan seperti berikut :
Pada artikel mengenai trafo diketahui bahwa pada bagian sekunder trafo CT
terdapat 2 sinyal output yang terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo
yang sama namun berlawanan fasa. Saat tegangan input (teg primer) berada pada
siklus positif, pada titik AO akan terjadi siklus positif sementara pada titik
OB akan terjadi siklus negatif. Akibatnya D1 akan mengalami panjaran maju
(forward bias) sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga
arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan kembali ke titik center tap.
Saat
tegangan input (teg primer) berada pada siklus negatif, pada titik AO akan
terjadi siklus negatif sementara pada titik OB akan terjadi siklus positif.
Akibatnya D2 akan mengalami panjaran maju (forward bias) sedangkan D1 mengalami
panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D2 menuju ke
beban dan kembali ke titik center tap.
Dari
penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa
tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa
memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah yang
sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh yang disearahkan seperti
ditunjukkan pada grafik sinyal berikut.
Sumber :
https://id.wikipedia.org/wiki/Semikonduktor
https://yanabatuwael201043073.wordpress.com/2013/09/03/pengertian-semikonduktor/
http://teknikelektronika.com/prinsip-dasar-dan-pengertian-semikonduktor-semiconductor/
http://isktutorialtrt.blogspot.co.id/2007/01/minggu-03.html
http://duniaelektonika.blogspot.co.id/2013/01/jenis-jenis-dioda-beserta-fungsinya.html
http://sekaizulka.blogspot.co.id/2016/01/setengah-gelombang-dan-gelombang-penuh.html
Tidak ada komentar:
Posting Komentar