Post on 09-Aug-2015
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