Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

06rangkaiandioda

582 views

Published on

  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

06rangkaiandioda

  1. 1. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 97 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I BAB VI RANGKAIAN DIODA Hubungan P-N Hubungan pn dapat terjadi dengan mendifusi impuritas tipe-p pada salah satu ujung kristal tipe-n. Walaupun ada hubungan antara dua tipe silikon namun sebagai keseluruhan bertidak sebagai kisi kristal tunggal. Akibatnya elektron bebas dari tipe-n akan bergerak menuju hole pada tipe-p demikian pula hole pada tipe-p bergerak ke elektron di tipe-n sehingga terjadi proses rekombinasi. Selanjutnya akan terjadi lapisan deplesi. Pada dasarnya lapisan ini adalah isolator dengan kelebihan elektron di sisi tipe-p dan kelebihan hole di sisi tipe-n dan berakibat timbulnya beda tegangan di hubungan pn, yaitu Vγ , seperti ditunjukkan pada Gambar 1. - - - - - - - - - - - - + + + + + + + + + + + + P N + - inmobile carrier : minoritas Gambar 1, Timbulnya lapisan deplesi dan tegangan deplesi Vγ Setelah terjadi lapisan deplesi pergerakan pembawa muatan terhenti, walaupun sebenarnya masih ada pergerakan pembawa muatan minoritas
  2. 2. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 98 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I akibat energi termal pada kristal hubungan pn tsb. Dengan adanya tegangan Vγ berarti ada kecenderungan aliran muatan positif dari n ke p dan muatan negatif dari tipe-p ke tipe-n, namun aliran netto sama dengan nol. Artinya beberapa pembawa muatan positif jika memperoleh cukup energi akan mampu melompati penghalang potensial dan pergerakan muatan ini diimbangi dengan arus pembawa muatan negatif. Sehingga jika tidak diberi beda potensial tambahan pada dioda tidak akan ada arus netto yang mengalir. Sebaliknya jika ada beda potensial yang diberikan pada terminal dioda, maka lebar lapisan deplesi berubah bergantung dengan polaritas yang diberikan pada kedua terminal tsb, seperti yang diilustrasikan sbb: Gambar (a) pembiasan negatif (b) pembiasan positif. Karakteristik arus-tegangan pada dioda hubungan p-n dinyatakan dalam persamaan: ( 1) D T V V D oI I eη = − dengan VD : beda potensial pada terminal anoda dan katoda dioda p-n VT : tegangan termal = kT q ;
  3. 3. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 99 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I k = 1,3x 10-23 J/K; konstanta Boltzmann VT ~ 26 mV untuk suhu ruang IO : arus saturasi ≈ 10-9 A ID : arus yang mengalir pada dioda η = konstanta, biasanya diambil η = 1. (mA) nA I V Jika VD >> ηVT , maka D T V V D oI I eη ≈ diperoleh : ( ) 2 2 1 1 /2 1 D T D D T D T V V V V VoD V D V o I eI e I I e η η η − = = atau ΔVD= VD2 - VD1 = η VT ln (ID2/ID1)
  4. 4. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 100 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I o Tegangan Knee : tegangan pada saat arus mulai membesar secara cepat, nilainya sama dengan tegangan barrier. o Di atas tegangan barrier R dioda kecil (rB = rP+ rN) < 1 Ω o Rating: (1) Arus maksimum forward, IF(max) (2) Daya disipasi maksimum o Daerah Reverse: hanya ada sedikit arus bocor, di atas tegangan breakdown membesar dengan cepat. Berikut ini adalah beberapa model dioda p-n. Model I: dioda p-n dimodelkan sebagai skalar, jika dioda mendapat bias maju seperti skalar tertutup sedang jika dioda mendapat bias mundur seperti skalar terbuka (Rr = ∞ Ω, Rf = 0 Ω). Seringkali model I ini dikenal sebagai model dioda ideal. Model II: sama seperti model pertama hanya bedanya pada saat dioda mendapat bias maju ada tegangan Vγ sebesar 0,7 volt (Rr = ∞ Ω, Rf = 0 Ω)
  5. 5. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 101 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Model III: sama seperti model II hanya pada saat dioda mendapat bias maju ada hambatan bulk Rb . Hambatan rB dihitung dengan cara 2 1 B 2 1 V V r I I − = − , dengan V1, I1 tegangan dan arus di sekitar knee, V2, I2 tegangan dan arus di atas knee. Disamping itu ada hambatan DC dioda, , hambatan pada saat reverse ( RR )dan pada saat forward ( RF.) Pada model ini Rr = ∞ Ω, Rf = kecil. Model IV: sama seperti model III hanya pada saat dioda mendapat bias mundur ada hambatan Rr (Rr = besar Ω, Rf = kecil Ω).
  6. 6. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 102 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I V V II Model I Model II V V I I Model III Model IV Gambar 1, Karakteristik ideal kurva I-V pada dioda. Model IV jika digambarkan secara skematik dapat direpresentasi sebagai: Jika diberi bias positif, maka dioda mendapat bias maju akibatnya dioda dapat dianggap hanya bagian atas saja. Sedangkan jika diberi bias negatif dioda dapat dianggap hanya pada rangkaian bawah saja.
  7. 7. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 103 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I PENYEARAH SINYAL TEGANGAN Dioda dapat digunakan sebagai penyearah sinyal tegangan AC menjadi sinyal DC. Dengan menggunakan sebuah dioda dapat digunakan sebagai penyearah setengah gelombang, sebaliknya dengan menggunakkan 4 buah dioda yang dirangkai seperti jembatan dapat menjadi penyearah gelombang penuh atau dapat dilakukan dengan menggunakan 2 duah dioda dengan trafo yang memiliki center tap. Penyearah setengah gelombang RL D t V Gambar 2, Penyearah setengah gelombang dan bentuk tegangannya. Untuk dioda ideal (model I), pada saat 0 2tω π≤ ≤ sinm L L V tv i R R ω = = untuk 0 tω π≤ ≤ i = 0 untuk 2tπ ω π≤ ≤ Sedangkan Idc = 0 1 ( ) 2 id t π ω π ∫ = 0 sin1 2 m L V t d t R π ω ω π ∫
  8. 8. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 104 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I = m m L V I Rπ π = Filter kapasitif Untuk memperbaiki kualitas penyearahan perlu ditambahkan rangkaian filter kapasitif seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini. RL D C Gambar 2, Filter kapasitif untuk penyearah setengah gelombang Penyearah gelombang penuh RL t V Gambar 3, Penyearah gelombang penuh dan bentuk gelombangnya. Untuk dioda ideal : i = sinm L L V tv R R ω = untuk 0 tω π≤ ≤ i = sin( )m L V t R ω π+ untuk 2tπ ω π≤ ≤
  9. 9. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 105 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Sedangkan Idc = 2 0 1 ( ) 2 id t π ω π ∫ = 0 sin1 2 m L V t d t R π ω ω π ∫ + 2 sin( )1 2 m L V t d t R π π ω π ω π + ∫ = 2 2m m L V I Rπ π = Perhatikan rangkaian simulasi berikut ini. Bentuk gelombang pada osiloskop diperoleh sbb:
  10. 10. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 106 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Filter Kapasitif RL C Gambar 3, Filter kapasitif untuk penyearah gelombang penuh. Perioda pengisian muatan t1 < t < t2 VL = Vm sin ωt Perioda pelepasan muatan t2 < t < t3 VL = V2 e-(t-t2)/τ Jika τ = RL C >> maka Vc = VL ripple Vr = Δ Vc Δq = IdcT = C ΔVc = C Vr dengan T : perioda sinyal AC
  11. 11. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 107 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Sehingga diperoleh tegangan ripple dc dc dc r L I T I V V C fC fR C = = = , Sedangkan untuk gelombang penuh tegangan ripplenya adalah 2 dc r L V V fR C = . Sehingga setelah penambahan filter kapasitor bentuk tegangan outputnya menjadi sbb: Untuk memperkecil tegangan ripple dapat dilakukan dengan menggunakan kapasitor yang bernilai besar. Namun terdapat kerugian diantaranya adalah yaitu: 1. kapasitor tsb mahal dan secara fisik juga besar sehingga tidak praktis digunakan. 2. masih adanya variasi tegangan akibat fluktuasi tegangan input, akibat hambatan dalam input dari transformer, dioda dll (R > 0 pada rangkaian ekivalen thevenin). Agar terregulasi, rangkaian konverter AC-DC ditambahkan dioda zener, seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.
  12. 12. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 108 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Dengan penambahan dioda zener, tegangan ripple akan dikurangi jika tegangan minimum ripple lebih besar dari tegangan zener, sehingga outputnya akan sama dengan tegangan zener, seperti ditunjukkan berikut ini. Namun tegangan zener tidak konstan, cara yang lebih baik adalah dengan menggunakan umpan balik aktif (regulator sumber tegangan). Rangkaian umpanbalik ini melihat output dan melakukan pengaturan agar outputnya sesuai dengan yang diharapkan, seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut ini. In Out Gambar 4, Sumber tegangan DC teregulasi. IC regulator menggunakan prinsip umpanbalik, diantaranya adalah 7805, 7812, 7905, 7912, dll.
  13. 13. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 109 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Seringkali diinginkan sumber daya terpisah (dual-supply) yaitu sumber daya dengan tegangan keluaran positif dan negatif terhadap GROUND. Hal ini dapat dilakuan dengan menggunakan center tapped full-wave circuit seperti yang ditunjukan pada gambar berikut ini. + v - v Gambar 5, Dual supply center tapped full-wave circuit. Selanjutnya juga seringkali diinginkkan pelipat gandaan tegangan DC. Hal ini dapat dilakukan dengan membuat penyearah gelombang secara seri seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.
  14. 14. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 110 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I doublerD1 D2C1 C2 trippler D1 C1 D2 C2 D3 C3 C1 D1 D2 C3 D3 C2 D4 C4 quadrupler A Gambar 6 , Pelipat gandaan tegangan. Proses pelipatgandaan tegangan dapat terjadi karena adanya proses pengisian energi pada kapasitor tidak ada jalan pembuangannya. Perhatikan rangkaian doubler, mula-mula arus listrik mengalir pada loop kapasitor C1 dan dioda D1, setelah kapasitor C1 terisi penuh dengan tegangan mencapai Vin , maka dioda D1 medapat bias mundur, sehingga
  15. 15. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 111 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I tidak ada lagi loop arus yang mengalir di D1. Tegangan di titik A adalah VA = Vin+ Vin sin ωt dengan Vin adalah amptudo tegangan dari tegangan sekunder trafo. Selanjutnya loop D2, C2 dan C1 terjadi aliran arus untuk mengisi tegangan di kapasitor C2 sampai tegangannya mencapai 2Vin. Penjelasan yang sama juga berlaku untuk rangkaian trippler dan quadrupler. Perlu diingat bahwa hukum kekekalan energi berlaku, sehingga daya outputnya tetap. Misalnya sumber AC dengan tegangan 220 V dan arus 3A, dapat menghasilkan tegangan DC sebesar 3000 V dan arus-nya berkurang menjadi 220 mA (jika diasumsikan tidak ada yang daya disipasi di dioda, kapasitor, transformer dan kabel listrik. Contoh 1: Vin Vout R1 D Dengan menggunakan karakteristik ideal: (model II) Bila Vin > - 0,7 volt : dioda mendapat reverse bias dan rangkaian ekivalennya adalah : VoutVin R1
  16. 16. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 112 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Dari rangkaian ekivalen ini, pada saat dioda mendapat bias mundur berlaku : Vout = Vin Sedangkan bila Vin < - 0.7 volt, dioda mendapat forward bias dengan rangkaian ekivalen sbb : Vin Vout-V? R1 Untuk dioda mendapat bias maju didapat Vout = - Vγ Dengan demikian signal outputnya untuk signal input sinusoidal adalah sbb : contoh 2 : Untuk Vin < (V2 + 0,7 ) ⇒ dioda mendapat reverse bias ⇒ Vout = Vin Untuk Vin > (V2 + 0,7)
  17. 17. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 113 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I ⇒ dioda mendapat forward bias I = ( )2 1 2 0,7inV V R R − + + Bila V2 < Vinmaz maka signal input dan outputnya adalah sbb : ;Contoh 3: Gambarkan kurva transfer karakteristik (kurva yang menggambarkan hubungan antara output dengan input) untuk rangkaian sbb: (anggap dioda ideal model I) Dioda akan konduksi (dioda mendapat bias maju) yaitu pada saat tegangan input Vin > VB Sehingga tegangan outputnya : Vout = VB
  18. 18. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 114 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Sebaliknya jika Vin < VB dioda akan mendapat bias mundur, sehingga outputnya dapat didekati menjadi: Vout = Vin (Kalau tidak mau ada pendekatan, maka tegangan outputnya adalah Vout = Vin – i R) Dengan demikian karakteristik transfer dari rangkaian tsb adalah: Vin Vout Vin Vout Tambahan Coba kerjakan juga untuk rangkaian berikut ini Contoh 4 Perhatikan rangkaian switching berikut yang terdiri atas tiga buah dioda seperti ditunjukkan pada gambar. Hitung tegangan di terminal B (VB) untuk tegangan input Vin = +3, +2, +1, 0, dan -1 V.
  19. 19. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 115 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Jawab: Dioda D2 dan D3 dapat dianggap sebagai sebuah dioda ideal dengan sumber tegangan sebesar 2 0,7V 1,4V× = , sehingga rangkaian di atas dapat diganti menjadi: Dioda D23 mendapat bias maju, tegangan di terminal B, VB = 1,4 V. Dioda D1 mendapat bias maju, tegangan di terminal B, VB = Vin – 0,7 Nilai kritisnya adalah 1,4V 0,7V =0,7VB in inV V V= = + →
  20. 20. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 116 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Untuk 0,7inV < , D1 mendapat bias maju, sedang D23 mendapat bias mundur sehingga arus 23 0I = dan 0,7B inV V= − Sedang untuk 0,7inV > , dioda D1 mendapat bias mundur ( 1 0I = ), sedang dioda D23 mendapat bias maju sehingga 1 0I = dan 1,4VBV = Arus yang mengalir di dioda D23 adalah 23 (5 1,4)V 3,6mA 1k I − = = Ω Dari penjelasan ini, maka: Vin +3V +2V +1V 0V -1V VB 1,4V 1,4V 1,4V -0,7V -1,7 Dengan EWB dengan input berupa tegangan segitiga Vpp = 10 V diperoleh sbb: Contoh 6: Dari rangkaian berikut ini diketahui :
  21. 21. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 117 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I R1 R2 VB vs D B A Diketahui R1 = R2 = 100 Ω vs = 0,1 cos ωt volt VB = 2 volt Anggap dioda tersebut memiliki karakteristik Rf = 50 Ω, Rr = ∞ dan Vγ = 0,7 volt. Cari vD dan iD secara analitik : Jawab: Dari terminal AB ke kiri diubah menjadi rangkaian ekivalen thevenin, dengan : 2 1 2 1 2 1 2 ( ) 1 0,05cos 50 th s B th R V v V t R R R R R R R ω= + = + + = = Ω + Terlihat bahwa beda potensial di terminal AB diantara 0,95 hingga 1,05 volt. Sehingga dioda selalu mendapat bias maju, dan dari rangkaian ekivalen tsb dapat dihitung :
  22. 22. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 118 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I (1 0,05cos ) 0,7 (3 0,5cos ) mA 50 50 th D th f V V t i t R R γ ω ω − + − = = = + + + 0,7 (0,15 0,025cos ) 0,85 0,025cos D D f D v V i R t v t γ ω ω = + = + + = + Contoh aplikasi lain dari dioda adalah battery backup yaitu suatu rangkaian yang memungkinkan dapat tetap bekerjawalaupun ada kegagalan sumber daya. Rangkaian logika untuk maksud ini ditunjukkan pada gambar berikut ini. Gambar 7, Rangkaian gerbang OR sebagai battery backup. Pada saat power-cord dihubungkan ke jala-jala listrik PLN, dioda D1 akan konduksi dan tegangan jatuh di peralatan elektronik sebesar 15 V – 0,7 V = 14,3 V, dioda D2, tidak konduksi karena 2 2AD KDV V> , sehingga peralatan elektronik mendapat supply dari sumber listrik DC power supply. Sebaliknya jika jika DC power supplynya mati, atau tidak dihubungkan ke PLN, maka peralatan elektronik itu mendapat tegangan sebesar 11,3 V
  23. 23. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 119 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Modifikasi dari rangkaian ini adalah rangkaian pengisi batere NiCd /NiMH pada saat sumber DC dihidupkan. Rangkaian ini akan mengisi batere NiCd pada saat sumber DC diberikan ke alat elektronik, sebaliknya akan menggunakan sumber batere NiCd jika tidak menggunakan sumber DC. Gambar 8, Rangkaian logika pengisi batere NiCd. CLIPPING Fungsi rangkaian clipper adalah memotong tegangan output dari tegangan input, Vin hingga mencapai tegangan batas tertentu, Vbatas. Di atas harga batas tsb akan di clip hingga Vbatas . Rangkaian clipper positif dan rangkaian clipper negatif ditunjukkan pada gambar berikut.
  24. 24. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 120 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Sketsa tegangan output untuk rangkaian clipper positif ditunjukkan pada gambar berikut ini: -4 -3 -2 -1 0 1 0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04 0.045 0.05 waktu (s) TeganganOutput(V) Dioda yang digunakan untuk clipper adalah dioda small-signals yang menggunakan hambatan bulk lebih besar dibandingkan dengan dioda penyearah. Misalnya untuk dioda 1N914 arus forward-nya 10 mA pada tegangan 1 V, sehingga hambatan bulk adalah: 1V 0,7V 30 10mA BR − = = Ω
  25. 25. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 121 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Rangkaian clipper akan berfungsi normal jika hambatan seri jauh lebih kecil dari hambatan beban dan juga jauh lebih besar dari hambatan bulk, biasanya diambil pendekatan: 100 0,01B S LR R R< < Tegangan output dari rangkaian clipper positif untuk berbagai hambatan Rs ditunjukkan pada gambar berikut ini. -8 -6 -4 -2 0 2 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Waktu (s) TeganganOutput(V) R = 1 R = 10 R = 100 R = 1k R = 10k R = 100k contoh : Vin R VA VB D1 D2
  26. 26. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 122 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Gambar 4, Contoh rangkaian clipping Dioda D1 mendapat bias maju jika Vin > VA, sehingga Vout = VA. Dioda D2 mendapat bias maju jika Vin < - VB sehingga Vout = - VB. Dioda D1 dan D2 mendapat bias mundur jika -VB < Vin < VA sehingga tegangan Vout = Vin. VA VB vin Vout Gambar 5, Fungsi transfer Bentuk sinyal input dan output dari rangkaian clipping tsb ditunjukkan pada gambar berikut. (hitam: input, merah: output) CLAMPING Rangkaian clamping dipergunakan untuk menjaga (clamp) nilai tertinggi dari suatu signal agar tetap berharga sama. Secara umum, pada saat melewati amplifier signal acuan DC tsb akan swing (berayun) maka
  27. 27. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 123 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I diperlukan suatu rangkaian clampler untuk mengembalikan signal DC asli-nya kembali. vin vout C Gambar 6, Contoh rangkaian clamping v i n V o u t V m - V m t 1 t 2 t Gambar 7, Contoh tegangan input dan output. Pada saat 0 < t < t1 muatan mengisi kapasitor hingga tegangan di kapasitor sebesar Vm. Sedangkan t > t1 kapasitor berusaha membuang muatannya, namun tidak ada jalan pembuangan sehingga level tegangan pada kapasitor tetap dijaga sebesar Vm. Misalnya Vm = 10 volt, akibatnya tegangan output akan berayun sebesar -20 < Vout < 0 volt, atau Vout = - (10 + 10 sin ωt). Sehingga output di clamp pada 0 volt.
  28. 28. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 124 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I 0 Vin Vout Vm -Vm Sebaliknya jika dioda dibalik, outputnya menjadi : Vout = (10 + 10 sin ωt) untuk ωt > π Vout = 0 untuk π/2 < ωt < π Vout = vin untuk 0 < ωt < π/2 Pemakaian kapasitor untuk mem blok signal DC = bypass signal AC Kapasitor dapat dipergunakan untuk menahan sinyal DC, dan melewatkan sinyal AC. Contoh rangkaian diberikan pada gambar berikut. R1 R2 C vout VDC vac BA Gambar 8, Contoh penggunaan kapasitor bypass V = Z I
  29. 29. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 125 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Z = 1 j Cω Z membesar pada saat ω mengecil Z → ∞ pada saat ω = 0 (signal DC) ⇒ rangkaian terbuka. Vin = Vdc + vac Dengan memanfaatkan out A BV V V= + maka 2 2 1 2 1 2 2 1/ 1/ out dc ac ac R R j C V V v v R R R R j C R ω ω = + + + + + Anggap 1/ωC >> R2 , sehingga 2 1 2 2 1/ 1/ out dc ac R j C V V v R R j C R ω ω = + + + Karena ada kapasitor, maka level tegangan DC akan diblok, sehingga: Vout = 2 1/ 1/ ac j C v j C R ω ω + Dioda untuk rangkaian proteksi induktor / relai Pada rangkaian induktif sering kali digunakan dioda untuk memproteksi tegangan induktif. Pada induktor timbul tegangan induksi sebesar di V L dt = − . Pada saat rangkaian induktif (induktor/ relai) di-off-kan mendadak akan timbul tegangan listrik yang cukup besar. Untuk memproteksi kondisi ini dapat dilakukan dengan menggunakan dioda ataupun dengan kapasitor seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.
  30. 30. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 126 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Gambar 9, Rangkaian induktif Pada Gambar 9b, pada saat saklar di-off-kan, dioda akan mendapat bias maju sehingga tegangan induktif akan kembali mengalir ke induktor, sedangkan pada saat on, dioda mendapat bias mundur. Kekurangan metoda ini adalah lamanya decay arus, karena I V t Δ ÷ Δ . Untuk aplikasi AC yang cepat seperti printer dot-matrix, relay cepat, dll digunakan rangkaian Gambar 9c. Hal ini karena dioda hanya konduksi untuk setengah siklus saja. Seringkali rangkaian ini dikenal sebagai rangkaian snubber. Dioda Zener Dioda umumnya digunakan dalam bias maju. Ada suatu dioda khusus yang umumnya untuk membuat tegangan konstan VZ, jika mendapat bias mundur Vin< Vz. Dioda ini dikenal sebagai dioda zener dengan karakteristik I-V seperti ditunjukkan pada gambar berikut, dengan VZ adalah tegangan breakdown dari dioda zener tsb, relatif konstan.
  31. 31. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 127 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Gambar 10, Karakteristik I-V dioda zener, skematik dioda zener dan model dioda zener
  32. 32. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 128 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Perhatikan rangkaian dioda zener berikut ini. Tegangan di terminal beban pada hambatan 1 kΩ adalah sebesar tegangan zenernya yaitu sekitar 10 V. Arus yang mengalir di hambatan 270 Ω adalah 270 18V 10V 29,6mA 270 I − = = Ω Sedangkan arus yang mengalir di hambatan 1kΩ adalah 10 mA Sehingga arus yang mengalir di dioda zener adalah 19,6 mA. Contoh:
  33. 33. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 129 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Perhatikan rangkaian berikut ini, tentukan arus yang mengalir pada masing-masing hambatan, arus yang mengalir pada masing-masing dioda zener dan tentukan juga tegangan jatuh di hambatan 2 kΩ. Dengan menganggap pada dioda zener ada beda tegangan sebesar tegangan dioda zener, maka arus yang mengalir pada hambatan 270 Ω adalah: 750 35V 20V 0,02A = 20mA 750 I − = = Ω Arus yang mengalir pada hambatan 1 kΩ adalah sebesar 1 20V - 10V 10mA 1k kI = = Ω Arus yang mengalir pada hambatan 2 kΩ adalah sebesar 2 10V 5mA 2k kI = = Ω Berdasarkan hukum KCL, maka arus yang malir pada dioda zener 20V adalah 20 750 1 10mAZ kI I I= − = Dan arus yang mengalir pada dioda zener 10V adalah 10 1 2 5mAZ k kI I I= − = Tegangan jatuh di hambatan 2 kΩ adalah 10 V
  34. 34. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 130 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I Contoh: Pada rangkaian berikut, tentukan tegangan outputnya Pada saat tegangan tegangan input Vin > 4.3 V, maka dioda Z1 konduksi (forward) dan dioda Z2 tidak (reverse), sehingga VA = 4.3 V Sebaliknya pada saat tegangan input Vin < - 4.3 V, maka dioda Z2 konduksi (forward) dan dioda Z1 tidak (reverse), sehingga VA = - 4.3 V Sedangkan untuk 4.3 V < Vin < -4.3 V, maka VA = Vin Dengan EWB dilakukan sbb:
  35. 35. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 131 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I
  36. 36. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 132 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I LATIHAN : Buatlah sket tegangan output dari rangkaian-rangkaian berikut ini dengan menggunakan karaktristik ideal dioda model II. Tentukan kondisi-kondisi masing-masing dioda agar mendapat bias maju maupun mendapat bias mundur. Vosin?t R V1 D Vosin?t R V1 R1 D Vosin?t R V1 R1 D1 D2 V2 Jika diketahui untuk semua rangkaian di atas: Vo = 10 volt atau Vin = 10 sin ωt volt R = 10 kΩ R1 = 1 kΩ V1 = 2,5 volt V2 = 3,5 volt 3. Buatlah sket tegangan output dari rangkaian di bawah ini.
  37. 37. BAB VI, Rangkaian Dioda Hal: 133 Sastra Kusuma Wijaya FISIKA FMIPA UI Diktat Elektronika I 220V 6,3V AC 1 k?

×