Laporan Praktikum Karakteristik Dioda (Semikonduktor)

Daftar isi

1. Latar belakang
2. Tujuan Percobaan
3. Dasar Teori
4. Metodologi Percobaan
5. Data dan Analisa
6. Kesimpulan
7. Daftar Pustaka
8. Bagian Pengesahan
9. Lampiran

KARAKTERISTIK DIODA

I. Latar belakang

—

II. Tujuan Percobaan

1. Mengamati karakteristik hubungan V-I dari dioda silikon dan zener.
2. Menentukan tegangan ambang (threshold) dioda.
3. Menghitung tahanan maju (forward resistance) dan tahanan mundur (reverse resistance) pada dioda.
4. Menentukan tegangan dadal dari dioda zener.

III. Dasar Teori

Dioda merupakan salah satu komponen semikonduktor. Disebut semikonduktor atau setengah konduktor karena bahan ini tidak disusun dari konduktor murni. Dioda ini merupakan komponen sederhana yang terbuat oleh bahan semikonduktor bahan yang umum digunakan dioda ialah silikon. Selain dioda silikon telah dilakukan penggunaan CuO sebagai bahan pembuat dioda. Jika dua tipe bahan semikonduktor didekatkan maka akan didapatkan sambungan PN-Junction. Hubungan PN ini hanya dapat meneruskan arus apabila diberikan tegangan bias maju, yaitu P (anoda) dihubungkan dengan terminal positif catu daya dan N (katoda) dengan terminal negatif catu daya. Jika hubungan ini dibalik maka dikatakan bahwa dioda menjadi tegangan bias mundur dan tidak dapat mengalirkan arus listrik. Karakteristik inilah yang menyebabkan dioda dapat bekerja sebagai penyearah arus listrik (Adi, 2010).

Biasanya nilai breakdown voltage dioda cukuplah tinggi yaitu > 50 V. Namun, terdapat salah satu jenis dioda yang memiliki nilai breakdown yang rendah, dioda ini dinamakan dioda zener. Dioda zener ini dapat mempertahankan tegangan hingga mendekati konstan pada rentang besar arus yang berbeda hal ini dikarenakan dioda ini memiliki breakdown voltage tertentu. Pada dasarnya dioda zener memiliki karakteristik maju mundur. Pada dioda zener bias maju bernilai V_ji = 0 sedangkan pada bias mundur terjadi pada saat terjadi gejala yang serupa breakdown pada dioda rectifier. Dioda zener akan menghantarkan tanpa adanya kerusakan, tegangan inilah yang selanjutnya disebut tegangan zener (Ahmad, 2007).

Karakteristik statistik dioda dapat diselidiki dengan cara memasang dioda secara seri dengan catu daya DC dan sebuah resistor seperti pada gambar 2.3. Karakteristik ini didapatkan dengan mengukur tegangan dioda dan arus listrik yang mengalir pada rangkaian dioda. Dimana harga I (arus) ini dapat diubah dengan dua cara, yaitu dengan tegangan dioda dan hambatan pada rangkaian (Arifin, 2005).

Gambar 1. Rangkaian dioda

Dioda dibuat dalam berbagai bentuk dan ukuran yang sangat berguna. Dioda yang lebih besar mampu untuk daya yang lebih besar, dapat dibuat dengan suatu kenop sebagai satu terminalnya, oleh karena itu dapat dihubungkan langsung ke alat penyerap arus. Karakteristik dioda, khususnya dioda sambungan semikonduktor yang dibuat dari silikon. Prinsip fisis yang menghasilkan karakteristik terminal dioda dan nama 'dioda sambungan'. Berikut 3 daerah kurva statistik: (Woollard, 2006)

1. Daerah bias maju (forward bias) ditentukan oleh V > 0.
2. Daerah bias balik (reverse bias) ditentukan oleh V < 0.
3. Daerah dadal (breakdown bias) ditentukan oleh V < (0 - V_zk).

Fungsi utama dioda adalah penyearah arah arus AC menjadi arus DC. Selain itu dioda juga berfungsi sebagai pengaman dari beban induktif, misalnya solenoid, relay ataupun motor listrik. Pada saat dipadamkan maka beban induktif akan menghasilkan tegangan yang cukup tinggi sehingga dapat merusak transistor maupun IC lain yang berfungsi sebagai input. Pada saat inilah dioda berfungsi sebagai pengaman komponen lainnya selain itu dioda juga telah memiliki fungsi yang lain yaitu pada penerapan dioda PN-Junction ternyata juga dapat diaplikasikan sebagai sel surya (Ginting, 2006).

Apabila prinsip kerja dari LED dibalik maka akan terbentuk dioda jenis lain, yaitu fotodioda. Dimana pada saat normal fotodioda tidak mampu mengalirkan arus ketika diberi tegangan bias mundur. Namun saat terkena cahaya fotodioda dapat mengalirkan arus saat diberi tegangan bias mundur. Indeks bias dioda ada dua macam yaitu, bias positif atau bias maju (forward bias) dan bias negatif atau bias mundur (reverse bias). Pada kondisi bias positif, anoda lebih positif dan katoda (Oklilas, 2007).

IV. Metodologi Percobaan

4.1 Alat dan Bahan

1. Dioda silikon (1 buah).
2. Dioda zener (1 buah).
3. Resistor (1 buah).
4. Multimeter (1 buah).
5. Protoboard (1 buah).
6. Power supply (1 buah).

4.2 Gambar Alat

—

4.3 Gambar Rangkaian

Gambar 2. Karakteristik dioda tegangan maju

Gambar 3. Karakteristik dioda tegangan mundur

Gambar 4. Karakteristik dioda zener tegangan maju

Gambar 5. Karakteristik dioda zener tegangan mundur

4.4 Langkah Kerja

4.4.1 Karakteristik dioda

Gambar 6. Diagram alir percobaan karakteristik dioda

4.4.2 Karakteristik dioda zener

Gambar 7. Diagram alir percobaan karakteristik dioda zener

V. Data dan Analisa

5.1 Data Percobaan

Tabel 1. Dioda silikon panjar maju

No.	VD (volt)	ID (10-6 A)
1	0,00	0
2	0,05	1
3	0,10	2
4	0,15	3
5	0,20	4
6	0,25	6
7	0,30	20
8	0,35	35
9	0,40	40
10	0,45	1.000
11	0,50	2.000
12	0,55	3.500
13	0,60	5.500
14	0,65	50.000
15	0,70	60.000
16	0,75	70.000

Tabel 2. Dioda silikon panjar mundur

No.	VD (volt)	ID (10-6 A)
1	0,2	1,0
2	0,4	1,5
3	0,6	2,0
4	0,8	3,0
5	1,0	3,5
6	1,2	4,5
7	1,4	5,5
8	1,6	6,5
9	1,8	7,5
10	2,0	8,5
11	2,2	9,5
12	2,4	10,5
13	2,6	11,5
14	2,8	12,5
15	3,0	13,5
16	4,0	18,5
17	5,0	24,0
18	6,0	29,0
19	7,0	34,0
20	8,0	39,0
21	9,0	44,0
22	10,0	49,0
23	11,0	11,0
24	12,0	12,0
25	13,0	13,0

Tabel 3. Dioda zener panjar maju

No.	VD (volt)	ID (10-6 A)
1	0,00	0
2	0,05	1
3	0,10	2
4	0,15	3
5	0,20	4
6	0,25	5
7	0,30	6
8	0,35	7
9	0,40	8
10	0,45	9
11	0,50	11
12	0,55	17
13	0,60	18
14	0,65	1.000
15	0,70	4.000
16	0,75	7.000

Tabel 4. Dioda zener panjar mundur

No.	VD (volt)	ID (10-6 A)
1	0,4	1,67
2	0,8	3,33
3	1,2	5,00
4	1,6	6,67
5	2,0	8,30
6	2,4	11,67
7	2,8	14,00
8	3,2	20,00
9	3,6	34,00
10	4,0	75,00
11	5,0	2250,00
12	5,2	3500,00
13	5,4	20.500,00
14	5,6	60.000,00

5.2 Analisa Data

Berdasarkan percobaan yang telah dilakukan terlihat dioda berguna menyearahkan arus pada suatu arah karena pada sifat dioda yaitu mengalirkan arus hanya dalam satu arah. Untuk arah yang searah tegangan (tegangan maju) arus yang dilewatkan besar, sedangkan pada arah berlawanan (arah mundur) arus yang dilewatkan sangat kecil. Dari Percobaan, dapat dipelajari hubungan perubahan tegangan dan kuat arus listrik sehingga semakin besar tegangan dioda maka semakin besar pula arus diodanya seperti yang telah ditunjukkan pada data percobaan.

Rekomendasi Laporan lain:

• Laporan Rangkaian Penyearah
• Laporan Clipper dan Clamper Dioda
• Laporan Karakteristik Transistor

Percobaan pertama yaitu tegangan maju pada dioda silikon. Tegangan sumber dialirkan dari 0,05 volt sampai 0,75 volt. Skala perubahan tegangan yang digunakan sebesar 0,05 volt. Ketika tegangan ditambah sampai nilai 0,45 volt arus yang mengalir naik secara drastis hingga menunjukkan nilai 1000 µA. Hal ini menunjukkan terjadinya tegangan dadal (0,45 volt). Tegangan ambang terjadi ketika tegangan ditambah hingga menunjukkan nilai 0,40 volt, arus nya tidak lagi bernilai nol. Percobaan menunjukkan kesesuaian ketika dibandingkan dengan Hukum Ohm yang berlaku. Hal ini ditunjukkan pada tabel 1 dimana ketika tegangan naik maka arus juga bertambah naik. Berikut ini adalah gambar grafik tegangan maju pada dioda silikon:

Gambar 8. Grafik 1 hubungan tegangan (V) dengan arus (I) pada dioda silikon tegangan maju

tegangan ambang ditunjukkan pada grafik 1 di atas sebesar 0,45 volt. Hal ini berbeda dengan literatur yang menunjukkan tegangan ambang pada dioda silikon sebesar 0,70 volt. Perbedaan terjadi disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya kesalahan praktikan dalam pembacaan pada multimeter dan juga disebabkan oleh usia dari multimeter itu sendiri.

Percobaan kedua yaitu tegangan mundur pada dioda silikon. Dapat diketahui bahwa semakin besar tegangan maka arus yang mengalir juga semakin besar. Hal itu ditunjukkan ketika tegangan menunjukkan nilai 0,2 volt sampai 10 volt dengan arus yang mengalir 1 µA sampai 49 µA. Namun ketika tegangan ditambah sampai nilai 11 volt, arus menurun drastis sampai dengan nilai 11 µA. Saat inilah tegangan dadal terjadi pada dioda silikon (11 volt). Berikut ini adalah gambar grafik tegangan mundur pada dioda silikon:

Gambar 9. Grafik 2 hubungan tegangan (V) dengan arus (I) pada dioda silikon tegangan mundur

pada grafik 2 di atas dapat dilihat tegangan ambang berada pada nilai 0,20 volt.

Percobaan dioda zener tegangan maju ditunjukkan pada tabel percobaan 3 dan grafik 3 di bawah ini:

Gambar 10. Grafik 3 hubungan (V) dengan arus (I) pada dioda zener tegangan maju

dapat dilihat bahwa tegangan ambang terjadi pada nilai 0,60 volt dan tegangan dadal pada nilai 0,65 volt.

Percobaan keempat yaitu tegangan mundur pada dioda zener, yang ditunjukkan dalam tabel percobaan 4 dan grafik 4 di bawah ini:

Gambar 11. Grafik 4 hubungan (V) dengan arus (I) pada dioda zener tegangan mundur

dapat dilihat bahwa tegangan ambang terjadi pada nilai 4 volt dan tegangan dadal pada nilai 5 volt. Dari ke 4 grafik di atas terlihat hubungan antara tegangan dioda dan arus dioda tidak linear karena adanya tegangan dadal dan tegangan ambang.

Nilai tahanan maju pada percobaan dioda silikon sebesar 10,714 Ω dan pada dioda zener sebesar 107,14 Ω. Sedangkan nilai tahanan mundur pada percobaan dioda silikon sebesar 1.000.000 Ω dan dioda zener sebesar 93,34 Ω.

VI. Kesimpulan

1. Hubungan V-I pada dioda silikon dan zener yaitu bahwa semakin besar nilai tegangan yang digunakan pada dioda maka arus yang mengalir pada dioda akan semakin besar juga, hal ini dapat dilihat pada tabel data percobaan dan gambar grafik dioda pada percobaan ini dan juga sekaligus membuktikan bahwa tegangan berbanding lurus terhadap arus, sesuai dengan prinsip Hukum Ohm.
2. Tegangan ambang dioda adalah ketika tegangan diubah pada nilai tertentu, arus tidak lagi bernilai nol. Tegangan ambang dioda yang didapat pada percobaan ini:

1. Tegangan ambang dioda silikon (tegangan maju): V = 0,40 volt
2. Tegangan ambang dioda silikon (tegangan mundur): V = 0,2 volt
3. Tegangan ambang dioda zener (tegangan maju): V = 0,6 volt
4. Tegangan ambang dioda zener (tegangan mundur): V = 4,0 volt

1. Tahanan maju dan mundur dioda yang didapat pada percobaan ini:

1. Tahanan maju dioda silikon: R = 10,714 Ω
2. Tahanan mundur dioda silikon: R = 1.000.000,000 Ω
3. Tahanan maju dioda zener: R = 107,140 Ω
4. Tahanan mundur dioda zener: R = 93,340 Ω

1. Tegangan dadal dioda adalah ketika tegangan diubah pada nilai tertentu, arus tiba-tiba naik/turun secara drastis. Tegangan dadal dioda yang didapat pada percobaan ini:

1. Tegangan dadal dioda silikon (tegangan maju): V = 0,45 volt
2. Tegangan dadal dioda silikon (tegangan mundur): V = 11,00 volt
3. Tegangan dadal dioda zener (tegangan maju): V = 0,65 volt
4. Tegangan dadal dioda zener (tegangan mundur): V = 5,00 volt

VII. Daftar Pustaka

• Adi, A., 2010. Mekatronika. Yogyakarta: Graha Ilmu.
• Ahmad, J., 2007. Elektronika Dasar. Jakarta: Erlangga.
• Arifin, A., 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 1. Makassar: Unhas.
• Ginting, H., 2006. Simulasi Peranti Model Sel Surya Dioda n⁺ (x)/p. Jurnal Teknologi Proses, 2(3), pp.145-150.
• Oklilas, A., 2007. Elektronika Dasar. Palembang: Universitas Sriwijaya.
• Woollard, H., 2006. Elektronika Praktis. Jakarta: Erlangga.

VIII. Bagian Pengesahan

—

IX. Lampiran

9.1 Perhitungan tahanan maju pada dioda silikon

\begin{equation} R = \frac{V_d}{I_d} = \frac{0,75\ \mathrm{V}}{70.000\times 10^{-6}\ \mathrm{A}}=10,714\ \Omega \end{equation}

9.2 Perhitungan tahanan mundur pada dioda silikon

\begin{equation} R = \frac{V_d}{I_d} = \frac{13\ \mathrm{V}}{13\times 10^{-6}\ \mathrm{A}} = 10^6,000\ \Omega \end{equation}

9.3 Perhitungan tahanan maju pada dioda zener

\begin{equation} R = \frac{V_d}{I_d} = \frac{0,75\ \mathrm{V}}{7.000\times 10^{-6}\ \mathrm{A}} = 107,140\ \Omega \end{equation}

9.4 Perhitungan tahanan mundur pada dioda zener

\begin{equation} R = \frac{V_d}{I_d} = \frac{5,6\ \mathrm{V}}{60.000\times 10^{-6}\ \mathrm{A}} = 93,340\ \Omega \end{equation}