Laporan Praktikum Dioda [PDF]

Citation preview

PENYEARAH GELOMBANG (DIODA) Viranti Ningsih (17020090), 2K4, Kimia Tekstil, Politeknik STTT Bandung E-Mail: [email protected]



Abstrak Dioda dapat difungsikan sebagai penyearah gelombang (rectifier) yang dpaat merubah sinyal tegangan AC (alternating current) menjadi sinyal DC (direct current). Penyearah gelombang yang akan dilakukan pada eksperimen ini terbagi menjadi dua. Yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Penggunaan diode pada penyearah setengah gelombang adalah 1 dioda sedangkan pada penyearah gelombang penuh digunakan 2 dan 4 dioda. Tujuan dari ekperimen ini yaitu praktikan diharapkan mampu memahami suatu skema percobaan kemudian dapat merangkainya serta dapat memahami cara kerja dan fungsi dari diode. I.



PENDAHULUAN Sumber tegangan yang dibutuhkan oleh suatu perangkat elektronika pada umumnya merupakan sumber tegangan searah atau disebut driff current atau lebih umumnya disebut direct current (DC). Namun, tidak semua sumber tegangan yang ada berupa sumber tegangan searah atau DC (direct current). Untuk itu digunakan salah satu piranti untuk mengubah sumber tegangan AC (alternating current) menjadi tegangan DC (direct current) dengan menggunakan adaptor yang komponen utamanya adalah diode yang dikenal sebagai penyearah gelombang. Aplikasi diode salah satunya pada LED atau Light Emitting Diode. Diode umumnya terbuat dari bahan semikonduktor dan secara umum biasanya terbuat dari silicon atau germanium. Penggunaan material yang berbahan semikonduktor sangat sering dijumpai dalam kehidupan sehari-hari seperti pada transistor, diode lampu LED, penyearah gelombang (diode) dan lainnya. Dalam suatu rangkaian elektronika, diode berfungsi sebagai penyearah atau disebut rectifier.



II.



TUJUAN PERCOBAAN 2.1. Memahami cara kerja dan fungsi dari diode sebagai penyearah gelombang. 2.2. Memahami dan dapat membuat rangkaian penyearah gelombang, baik penyearah setengah gelombang maupun penyearah gelombang penuh dengan diode.



2.3. Dapat menentukan arus dan tegangan DC yang keluar baik pada penyearah setengah gelombang serta penyearah gelombang penuh.



III.



DASAR TEORI 3.1.Dioda Diode merupakan komponen elektronika yang struktur dasarnya berupa bahan semikonduktor tipe P yang disambungkan dengan bahan tipe N. pada ujung tipe P dijadikan sebagai terminal Anoda (A) dan pada ujung tipe N dijadikan sebagai terminal Katoda (K). Berikut adalah simbol diode penyearah gelombang



Gambar 3.1. Simbol Diode Penyearah Gelombang Pada saat kaki anoda dialiri arus positif maka diode dalam posisi forward bias/ bias maju sehingga arus akan mengalir ke beban. Sedangkan apabila kaki katoda dialiri arus negatif maka diode dalam posisi reverse bias/bias mundur sehingga arus tidak dapat mengalir ke beban. 3.2.Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave Rectifier) Penyearah setengah gelomang merupakan penyearah yang paling sederhana, karena hanya menggunakan satu buah diode sebagai komponen utamanya. Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari sekunder trafo yang berupa sinyal AC yang berbentuk sinus, vi = vm sin (ωt) yang mana vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum yang hanya bisa diukur menggunakan osiloskop dengan melihat langsung tampilan gelombang yang keluar pada layar osiloskop, sedangkan pada umumnya tegangan yang tercantum pada sekunder trafo adalah tegangan efektif. Hubungan antara tegangan vm dan tegangan efektif (veff) atau disebut juga sebagai tegangan rms (vrms) adalah sebagai berikut: √ Tegangan effektif atau rms (root mean square) adalah tegangan yang terukur oleh voltmeter. Prinsip kerja dari penyearah setengah gelombang ini adalah pada saat sinyal input positif berupa siklus positif maka diode dalam keadaan forward bias sehingga arus mengalir ke beban (RL). sedangkan apabila sinyal input negatif berupa siklus negatif maka diode dalam keadaan reverse bias (diode mendapat bias



mundur), sehingga arus listrik tidak dapat mengalir ke beban (R l). Arus tertahan atau tidak dilewatkan seperti terlihat pada gambar sinyal output penyearah setengah gelombang berikut (Gambar 3.2)



Gambar 3.2 Input Sinyal AC Dirubah Menjadi Output Sinyal DC dengan Rangkaian di atas



Arus diode yang mengalir melalui beban Rl dinyatakan dengan:



≤π



I = Im sin (ωt), jika 0≤ ωt ≤ π (siklus positif) I = Im sin (ωt), jika π ≤ ωt ≤ 2π (siklus negatif) Dengan besar arus Im dapat dirumuskan sebagai berikut



Sinyal keluaran yang keluar pada isoloskop masih berbentuk gelombang, yang arah gelombangnya sama yaitu positif, sehingga harga rata-rata tidak lagi nol seperti arus bolak-balik, namun ada harga tertentu. Arus rata-rata (IDC) dinyatakan dengan: ∫



(



)



Tegangan keluar dc adalah:



Jika harga Rf lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga



3.3.Penyearah Gelombang Penuh Penyearah gelombang penuh terdiri dari 2 macam yaitu, dengan menggunakan trafo CT (center tap:tap tengah) dan dengan sistem jembatan 4 dioda dengan trafo nonCT. 3.3.1.



Penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT (Gambar 3.3)



Gambar 3.3. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan 2 Dioda



Gambar 3.4. Perubahan Bentuk Gelombang dari Input Sinyal AC menjadi Input Sinyal DC dengan 2 Dioda. Prinsip kerja penyearah setengah gelombang penuh dengan trafo CT sebagai berikut; trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan tetapi fasanya berlawanan dan titik CT sebagai titik tengahnya merupakan tegangan nol. Diode pertama D1 dan diode kedua D2 mendapatkan keluaran trafo CT, dimana D1 mendapatkan sinyal siklus positif dan D2 mendapatkan sinyal siklus negatif. Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan trafo CT merupakan gabungan dari dua penyearah setengah gelombang yang bekerjanya secara bergantian apabila mendapatkan siklus sinyal positif. Sehingga diperolh arus dc sebagai berikut:



Dan



3.3.2.



Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan (Gambar 3.5)



Gambar 3.5. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan 4 DIoda Prinsip kerja penyearah gelombang penuh sistem jembatan adalag pada saat diode D1 mendapatkan siklus sinyal positif maka akan mengalami forward bias, sedangkan D2 dan D4 mengalami reverse bias dan mengakibatkan arus mengalir dari D1 ke beban (RL) kemudian melalui D3 dan kembali pada sisi yang lain. Apabila D2 mendapatkan siklus sinyal positif maka akan mengalami forward bias, sedangkan D1 dan D3 mengalami reverse bias dan mengakibatkan arus mengalir dari D2 ke beban (RL) kemudian melalui D4 dan kembali pada sisi yang lain, sehingga membentuk sinyal gelombang penuh. Untuk arus dc dan tegangan dc yang keluar pada penyearah gelombang penuh sistem jembatan sama dengan penyearah gelombang penuh dengan trafo CT yaitu:



Dan



Gambar 3.6. Perubahan Bentuk Gelombang dari Input Sinyal AC menjadi Input Sinyal DC dengan 4 Dioda. 3.4.Resistor Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi sebagai penahan arus yang mengalir dalam suatu rangkaian dan berupa terminal yang sebanding denfan arus listrik yang melewatinya sesuai dengan hukum Ohm:



Dimana: V = Tegangan (volt) I = Arus listrik (A) R = Hambatan (Ω)



Fungsi resistor adalah sebagai pengatur dalam membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan adanya resistor menyebabkan arus listrik yang mengalir dapat disalurkan sesuai dengan kebutuhan. Adapun fungsi resistor secara lengkap, yaitu: 



Berfungsi untuk menahan sebagian arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.







Berfungsi untuk menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaian elektronika.







Berfungsi untuk membagi tegangan.







Berfungsi untuk membangkitkan frekuensi tinggi dan frekuensi rendah dengan bantuan transistor dan kondensator (kapasitor).



Nilai resistor dapat diketahui dengan melihat warna cincin pada resistor. Pada eksperimen ini, resistor yang digunakan menggunakan 4 cincin. Resistor dengan 4 cincin warna maka warna cincin pertama dan keuda menunjukkan angka digit pertama dan kedua nilai resistor, lalu cincin ketiga factor pengali serta cincin keempat merupakan toleransi. Data warna cincin dan nilai pada resistor dapat dilihat pada gambar berikut. Gambar 3.5. Warna dan nilai setiap cincin pada resistor



IV.



METODE EKSPERIMEN Pada eksperimen ini, berikut alat dan bahan yang digunakan, skema percobaan serta prosedur kerja yang dilakukan. 4.1. Alat dan Bahan -



Project Board



-



Diode



-



Sumber tegangan (AC)



-



Osiloskop



-



Kabel Penghubung



-



Resistor 10 x 104 Ω dengan toleransi 5% = (10 ± 0,5) x 104 Ω (Warna Resistor = Coklat, Hitam, Kuning dan Emas)



Gambar 4.1. Resistor yang digunakan pada eksperimen ini



4.2. Skema Percobaan



Gambar 4.2. Skema Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang



Gambar 4.3. Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT (2 Dioda)



Gambar 4.4. Skema Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh dengan Sistem Jembatan (4 Dioda)



4.3. Prosedur Kerja 1. Nilai dari resistor ditentukan terlebih dahulu. 2. Resistor dan diode dirangkai sesuai dengan skema percobaan pada gambar 4.2, gambar 4.3, dan gambar 4.4. 3. Kabel penghubung digunakan untuk menghubungkan antara diode dengan sumber tegangan positif sebesar 12 V, lalu kabel penghubung lainnya digunakan untuk menghubungkan resistor dengan GND. 4. Bagian positif dari osiloskop dihubungkan pada kaki positif resistor sedangkan bagian negatif dihubungkan pada kaki negatif resistor. 5. Sumber tegangan AC di alirkan dengan menekan tombol ON. 6. Gelombang yang dihasilkan diamati dan data yang didapat kemudian dicatat. 7. Arus dan tegangan DC yang keluar dihitung dengan rumus yang sudah ditentukan.



V.



HASIL DAN PEMBAHASAN 5.1.Percobaan Penyearah Setengah Gelombang



Gambar 5.1. Sumber Tegangan Percobaan Penyearah Setengah Gelombang



Gambar 5.2. Rangkaian Percobaan Penyearah Setengah Gelombang



Gambar 5.3. Hasil Percobaan Penyearah Setengah Gelombang



Didapat data sebagai berikut: Sumber tegangan



= 12 V



Resistor



= 100.000 Ω ± 5% atau (10 ± 0,5) x 104 Ω



Vpp



= 17,5 V



Mean



= 4,88 V



Periode (Prd)



= 5,8 ms



Frekuensi (Freq)



= 172 Hz



5.2.Percobaan Penyearah Gelombang Penuh dengan Trafo CT



Gambar 5.4. Sumber Tegangan Percobaan Penyearah Gelombang dengan Trafo CT



Gambar 5.5. Rangkaian Percobaan Penyearah Gelombang dengan Trafo CT



Gambar 5.6. Hasil Percobaan Penyearah Gelombang dengan Trafo CT



Didapat data sebagai berikut: Sumber tegangan



= 12 V



Resistor



= 100.000 Ω ± 5% atau (10 ± 0,5) x 104 Ω



Vpp



= 17,3 V



Mean



= 10,5 V



Periode (Prd)



= 10 ms



Frekuensi (Freq)



= 100 Hz



5.3.Percobaan Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan



Gambar 5.7. Sumber Tegangan Percobaan Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan



Gambar 5.8. Rangkaian Percobaan Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan



Gambar 5.9. Hasil Percobaan Penyearah Gelombang Penuh Sistem Jembatan



Didapat data sebagai berikut: Sumber tegangan



= 12 V



Resistor



= 100.000 Ω ± 5% atau (10 ± 0,5) x 104 Ω



Vpp



= 17,5 V



Mean



= 10,5 V



Periode (Prd)



= 9,9 ms



Frekuensi (Freq)



= 101 Hz



VI.



PEMBAHASAN Pada eksperimen ini, ada beberapa hal yang harus diperhatikan. Seperti rangkaian eksperimen, sumber tegangan, dan lainnya. Pada eksperimen penyearah setengah gelombang, digunakan 1 dioda. Prinsip kerja dari diode yaitu pada saat kaki anoda dialiri arus positif maka diode dalam posisi forward bias/ bias maju sehingga arus akan mengalir ke beban. Sedangkan apabila kaki katoda dialiri arus negatif maka diode dalam posisi reverse bias/bias mundur sehingga arus tidak dapat mengalir ke beban. Saat merangkai untuk eksperimen penyearah setengah gelombang, diode dan resistor disusun seri. Kaki diode terbagi menjadi 2 yaitu ada yan negatif dan positif, untuk membedakan antara kaki yang positif atau negatif, dapat melihat corak abu pada diode. Sisi dengan corak abu menunjukkan kaki negatif. Pada kaki diode yang negatif, dihubungkan dengan resistor. Pada praktikum ini resistor yang digunakan yaitu resistor dengan resistansi 100.000Ω atau 10 x 104Ω karena dilihat pada warna cincin resistor secara berurutan yaitu coklat, hitam, kuning dan emas. Kemudian, kaki positif atau anoda pada diode dihubungkan pada sumber tegangan yaitu 12 V sedangkan kaki resistor yang negatif dihubungkan pada GND. Lalu bagian positif osiloskop dihubungkan dengan kaki resistor yang positif dan bagian negatif dari osiloskop dihubungkan pada kaki resistor yang negatif. Lalu dibaca gelombang yang muncul pada osiloskop serta catat data yang didapat. Terlihat bahwa gelombang yang terbentuk gelombang output sinyal DC tanpa siklus negatif. Dengan adanya diode, maka input sinyal AC akan dirubah menjadi output sinyal DC sehingga ketika diode diberika siklus positif maka diode mengalami forward bias sehingga arus mengalir ke beban atau resistor. Pada ekperimen penyearah gelombang penuh dengan 2 dioda, rangkaian disusun parallel, parallel antara diode 1 dan diode 2. Terlihat pada gambar 5.5, bahwa diode disusun parallel kemudian D1 disusun seri dengan resistor. Kaki positif atau anoda pada D1 dihubungkan dengan sumber tegangan positif yaitu 12V sedangkan kaki positif atau anoda pada D2 dihubungkan dengan sumber tegangan negatif yaitu -12V lalu untuk kaki negatif pada diode D2 dihubungkan dengan kaki negatif atau katoda D1 serta kaki positif resistor. Lalu kaki resistor yang negatif dihubungkan pada GND. Lalu bagian positif osiloskop dihubungkan dengan kaki resistor yang positif dan bagian negatif dari osiloskop dihubungkan pada kaki resistor yang negatif. Lalu dibaca gelombang yang muncul pada osiloskop serta catat data yang didapat. Apabila D1 dialiri siklus sinyal positif maka terjadi forward bias sehingga arus dapat mengalir ke beban sedangkan



pada D2 akan terjadi reverse bias karena siklus sinyal negatif masuk ke kaki positif diode. Sehingga didapat data dan gelombang seperti pada gambar 5.6. Pada eksperimen penyearah gelombang penuh dengan 4 dioda, rangkaian disusun seperti pada skema percobaan gambar 4.4. Terlihat bahwa diode D1 lebih tinggi posisinya daripada diode D4 lalu pada diode D2 lebih tinggi posisinya daripada D3. Pada prinsipnya, susunan rangkaiannya sama. Pada kaki anoda atau kaki positif pada diode D1 dihubungkan pada sumber tegangan positif yaitu 12V sedangkan pada kaki positif atau anoda pada diode D2 dihubungkan ke sumber tegangan negatif yaitu -12V. Kaki positif atau anoda pada diode D4 dan diode D3 dihubungkan dengan kabel pengubung. Lalu kaki negatif atau katoda pada D2 dan D1 dihubungkan dengan kabel penghubung serta dihubungkan ke kaki positif resistor. Lalu kaki resistor yang negatif dihubungkan pada GND. Lalu bagian positif osiloskop dihubungkan dengan kaki resistor yang positif dan bagian negatif dari osiloskop dihubungkan pada kaki resistor yang negatif. Lalu dibaca gelombang yang muncul pada osiloskop serta catat data yang didapat. Pada prinsipnya, ketika D1 dialiri siklus sinyal positif maka terjadi forward bias sedangkan D2 dan D4 mengalami reverse bias, kemudian melalui D3 kembali pada sisi yang lain. Sedangkan apabila D2 dialiri siklus sinyal positif maka terjadi forward bias sedangkan D1 dan D3 mengalami reverse bias, kemudian melalui D4 kembali pada sisi yang lain, sehingga gelombang yang terbentuk yaitu gelombang penuh. Seperti yang terlihat pada gambar 5.9.



VII.



KESIMPULAN Dari eksperimen yang telah dilakukan, telah dipelajari fungsi diode sebagai penyearah gelombang baik setengah gelombang dan gelombang penuh. Serta didapatkan hasil sebagai berikut: Penyearah Setengah Penyearah Gelombang



Gelombang



Penyearah Penuh Gelombang Penuh



dengan Trafo CT



Sistem Jembatan



Mean = 10,5 V



Mean = 10,5 V



Hasil Eksperimen



Mean = 4,88 V



Hasil Teori



IDC=0,5565 x 10-4 A IDC=1,10028 x10-4 A IDC=1,113 x10-4 A VDC=5,565 V



VDC=11,0028 V



VDC=11,13 V



VIII.



DAFTAR PUSTAKA 



Putra, V. G. V., Purnomosari, Endah, Ngadiyono. 2019. Pengantar Praktikum Mekatronika Tekstil. Yogyakarta: CV. Mulia Jaya.







Putra, V. G. V., Purnomosari, Endah, Ngadiyono. 2016. Pengantar Listrik Magnet dan Terapannya. Yogyakarta: CV. Mulia Jaya.







Penyearah Gelombang Penuh dan Setengah. 2016. Dikutip pada 14 Maret 2019 dari http://belajarelektronika.net/penyearah-gelombang-penuh-dan-setengah/







Angga, Rida. 2015. Simbol Dioda Yang Harus Diketahui. Dikutip pada 14 Maret 2019 dari https://skemaku.com/6-simbol-dioda-yang-harus-diketahui/