Makalah Elektronika Daya [PDF]

Citation preview

MAKALAH POWER DIODE DAN POWER TRANSISTOR



Disusun Oleh : - Muhammad Idham Firmansyah (2211171061) - Rizal Lesmana



(2211171065)



- Rizki Dian Ramadhani



(2211171067)



- Vikri Permana



(2211171069)



PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS JENDERAL ACHMAD YANI CIMAHI 2019



1. DIODA



Gambar 1 Dioda



1.1



Pengertian Dioda Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.



1.2



Komponen Dioda



Gambar 2. Dioda, simbol, dan komponennya



Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh: Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang memilik elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor). 1.3



Cara Kerja Dioda Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased). 1.3.1 Kondisi Tanpa Tegangan Pada kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elektron tersebut akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes. Pergerakan elektronelektron tersebut akan meninggalkan ion positif di sisi n, dan holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi p. Ion-ion tidak bergerak ini akan membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.



1.3.2 Kondisi Tegangan Positif (Forward Bias) Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ionion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif. Hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.



1.3.3 Kondisi Tegangan Negatif (Reverse Bias) Pada kondisi ini, bagian anoda disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif. Adanya tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub. Pemberian tegangan negatif akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) yang diberi tegangan positif, dan ionion positif tertarik ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif. Pergerakan ion-ion tersebut searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal oleh ion-ion. Akibatnya, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.



1.4



Jenis dan Fungsi Dioda Dioda dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan karakteristik dan fungsinya. Jenis-jenis dioda dan aplikasinya adalah sebagai berikut :  PN Junction Diode: Dioda standar yang terdiri dari susunan PN dan memiliki cara kerja seperti yang dijelaskan sebelumnya. Dioda jenis ini adalah diode yang umum digunakan di pasaran (disebut juga diode generik), digunakan terutama sebagai penyearah arus.



 Light Emitting Diode (LED): Saat dialiri arus forward-bias, LED akan mengeluarkan cahaya. LED saat ini umum digunakan sebagai alat penerangan dan beberapa jenis digunakan untuk menggantikan lampu fluorescent.  Laser Diode: Dioda jenis laser juga menghasilkan cahaya, namun cahaya yang dihasilkan adalah cahaya koheren. Aplikasi diode laser adalah perangkat pembaca CD dan DVD dan laser pointer.  Photodiode: Photodiode dapat menghasilkan energi listrik apabila daerah PN junction disinari. Umumnya photodiode dioperasikan dalam reversebias, sehingga arus yang kecil akibat cahaya dapat langsung terdeteksi. Photodiode digunakan untuk mendeteksi cahaya (photodetector).  Gunn Diode: Gunn Diode adalah jenis diode yang tidak memiliki PN Junction, melainkan hanya terdiri dari dua elektroda. Dioda jenis ini dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro.



1.5



Simbol Dioda



1.6



Prinsip Kerja Dioda Untuk dapat memperjelas prinsip kerja Dioda dalam menghantarkan dan menghambat aliran arus listrik, dibawah ini adalah rangkaian dasar contoh pemasangan dan penggunaan Dioda dalam sebuah rangkaian Elektronika.



2. TRANSISTOR



2.1 Pengertian Transistor Transistor



adalah



komponen



semikonduktor



yang



memiliki



berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang paling banyak ditemukan dalam rangkaian-rangkaian elektronika. Boleh



dikatakan



bahwa



menggunakan



hampir



Transistor



semua



untuk



perangkat



berbagai



elektronik



kebutuhan



dalam



rangkaiannya. Perangkat-perangkat elektronik yang dimaksud tersebut seperti Televisi, Komputer, Ponsel, Audio Amplifier, Audio Player, Video Player, konsol Game, Power Supply dan lainlainnya.



2.2 Jenis-Jenis Transistor Secara



umum,



Transistor



dapat



digolongkan



menjadi



dua



keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (Field Effect Transistor). Perbedaan yang paling utama diantara dua pengelompokkan tersebut adalah terletak pada bias Input



(atau



Output)



yang



digunakannya.



Transistor



Bipolar



memerlukan arus (current) untuk mengendalikan terminal lainnya sedangkan Field Effect Transistor (FET) hanya menggunakan tegangan saja (tidak memerlukan arus). Pada pengoperasiannya, Transistor Bipolar memerlukan muatan pembawa (carrier) hole dan electron sedangkan FET hanya memerlukan salah satunya.



2.2.1 Transistor Bipolar (BJT) Transistor Bipolar adalah Transistor yang struktur dan prinsip kerjanya memerlukan perpindahan muatan pembawanya yaitu electron di kutup negatif untuk mengisi kekurangan electon atau hole di kutub positif.   Bipolar berasal dari kata “bi” yang artinya adalah “dua” dan kata “polar” yang artinya adalah “kutub”. Transistor Bipolar juga sering disebut



juga



dengan



singkatan



BJT



yang



kepanjangannya



adalah Bipolar Junction Transistor. Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. Tiga Terminal Transistor ini diantaranya adalah terminal Basis, Kolektor dan Emitor. 



Transistor NPN adalah transistor bipolar yang menggunakan arus



listrik



kecil dan tegangan positif pada terminal Basis untuk



mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Kolektor ke Emitor.







Transistor PNP adalah transistor bipolar yang menggunakan arus



listrik kecil dan tegangan negatif pada terminal Basis untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan yang lebih besar dari Emitor ke Kolektor. Rumus Arus NPN



IB=



B



VBB−VBE RB



IC IB



IE=IC+ IB IC=



V R



Rumus Tegangan NPN VCE=VCC−IC . RC



Rumus tengangan dan arus NPN PVE=VCE . IE



2.2.2 Transistor Efek Medan ( Field Effect Transistor )



Transistor Efek Medan atau Field Effect Transistor yang disingkat menjadi FET ini adalah jenis Transistor yang menggunakan listrik untuk mengendalikan konduktifitasnya. Yang dimaksud dengan Medan listrik disini adalah Tegangan listrik yang diberikan pada terminal Gate (G) untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan pada terminal Drain (D) ke terminal Source (S). Transistor Efek Medan (FET) ini sering juga disebut sebagai Transistor Unipolar karena pengoperasiannya hanya tergantung pada salah satu muatan pembawa saja, apakah muatan pembawa tersebut merupakan Electron maupun Hole. Transistor jenis FET ini terdiri dari tiga jenis yaitu Junction Field Effect Transistor (JFET), Metal Oxide Semikonductor Field Effect Transistor (MOSFET) dan Uni Junction Transistor (UJT).  JFET (Junction Field Effect Transistor) adalah Transistor Efek Medanyang menggunakan persimpangan (junction) p-n bias terbalik sebagai isolator antara Gerbang (Gate) dan Kanalnya. JFET terdiri dari dua jenis yaitu JFET Kanal P (p-channel) dan JFET Kanal N (n-channel). JFET terdiri dari tiga kaki terminal yang masing-masing terminal tersebut diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S).  MOSFET



(Metal



Oxide



Semiconductor



Field



Effect



Transistor) adalah Transistor Efek Medan yang menggunakan Isolator (biasanya menggunakan Silicon Dioksida atau SiO2) diantara Gerbang (Gate) dan Kanalnya. MOSFET ini juga terdiri dua jenis konfigurasi yaitu MOSFET Depletion dan MOSFET Enhancement yang masing-masing jenis MOSFET ini juga terbagi menjadi MOSFET Kanal-P (P-channel) dan MOSFET Kanal-N (N-



channel). MOSFET terdiri dari tiga kaki terminal yaitu Gate (G), Drain (D) dan Source (S). 



UJT (Uni Junction Transistor) adalah jenis Transistor yang digolongkan sebagai Field Effect Transistor (FET) karena pengoperasiannya juga menggunakan medan listrik atau tegangan sebagai pengendalinya. Berbeda dengan jenis FET lainnya, UJT mememiliki dua terminal Basis (B1 dan B2) dan 1 terminal Emitor. UJT digunakan khusus sebagai pengendali (switch) dan tidak dapat dipergunakan sebagai penguat seperti jenis transistor lainnya.



2.3 Fungsi Transistor  Sebagai sebuah penguat (amplifier).  Sirkuit pemutus dan penyambung (switching).  Stabilisasi tegangan (stabilisator).  Sebagai perata arus.  Menahan sebagian arus.  Menguatkan arus.  Membangkitkan frekuensi rendah maupun tinggi.  Modulasi sinyal dan berbagai fungsi lainnya. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog ini meliputi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa diantara transistor dapat juga dirangkai sedemikian rupa sehingga fungsi transistor menjadi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya. 2.4 Cara Kerja Transistor Bipolar



Kita dapat dianalogikan dengan prinsip kerja kran air di rumah kita. Air dari bak penampungan akan keluar ketika tuas kran diputar. Semakin diputar kran, semakin besar pula arus air yang keluar. Begitu pula pada prinsip kerja transistor, untuk dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitter, perlu ada arus masukkan ke kaki basis. Semakin besar arus yang mengalir di basis, semakin besar pula arus listrik dari kolektor yang mengalir ke emitor. Pada umumnya, pemakaian komponen transistor pada rangkaian elektronika dibagi menjadi dua klasifikasi, yaitu : 1.



Transistor sebagai saklar (switching transistor)



2.



Transistor sebagai penguat (amplifier)



Pengertian transistor sebagai saklar adalah memfungsikan transistor layaknya saklar dengan mengatur arus basis, seperti prinsip kerja rangkaian sensor cahaya berikut. Agar transistor dapat bekerja sebagai switch maka daerah kerja transitor adalah daerah saturasi dan daerah cut off. Saat saturasi, maka transistor dianggap ON pada saklar. sedangkan jika kondisi transistor cut off, ibarat saklar biasa yang dalam kondisi off atau open. Sedangkan pengertian transistor sebagai penguat Anda dapat membacanya di artikel rangkaian amplifier. Agar dapat beroperasi sebagai rangkaian penguat, transistor perlu bekerja di daerah bukan  cut off dan bukan pula daerah saturasi (jenuh) untuk jenis penguat sinyal kecil (small signal amplifier). Tetapi untuk jenis penguat daya besar (power amplifier), transistor didesain bekerja didaerah cut off dan daerah saturasi.