11-16. diode & aplikasinya

DiodeDiode((KarakteristikKarakteristik & & AplikasiAplikasi))

RangkaianRangkaian ListrikListrik dandan ElektronikaElektronika 11TeknikTeknik KomputerKomputer -- PENSPENS

2

MateriMateri• Simbol• Bahan• Komposisi & Konfigurasi• Karakteristik• Aplikasi

– Rangkaian Penyearah– Clipper & Clamper– Filter– Regulator

3

SimbolSimbol• Diode Di & Ode

– Di = Dua– Ode = Kaki

• Kaki Diode Anoda & Katoda– Anoda Positif– Katoda Negatif

• Ujung segitiga menunjukkanarah aliran arus diode.

4

BahanBahan• Materi utama : Silicon atau Germanium• Materi pencampur : Boron / Arsen / dll

5

KomposisiKomposisi & & KonfigurasiKonfigurasi

6

KarakteristikKarakteristik

)1( −⋅= KTqV

SD eII

IS=Arus saturasi (10-12A)q=muatan elektron (1.6x10-19C)K=Konstanta Boltzmann (1.38x10-23)T=Temperatur (Kelvin)

VF

ID

Knee

BreakdownVoltage

0.5 - 0.7 Volt

VR

ReverseBias

ForwardBias

7

AplikasiAplikasi• Rangkaian Penyearah

–Half Wave Rectifier– Full Wave Rectifier

• Clipper & Clamper• Filter• Regulator

RangkaianRangkaianPenyearahPenyearah

9

RangkaianRangkaian PenyearahPenyearah• Half Wave Rectifier

–Karakteristik diode tunggal yang melewatkan arus pada kondisi forward dan menahan arus pada kondisi reverse

–Tegangan bias berasal dari sinyal AC (memiliki fase + dan fase -)

10


11


VrmsVrmsV

VVV

DC

PP

DC

⋅=⋅

=

⋅==

45.02

318.0

π

π

12

RangkaianRangkaian PenyearahPenyearah• Full Wave Rectifier

–Karakteristik pasangan diode dengankonfigurasi tertentu yang melewatkanarus pada kondisi forward dan padakondisi reverse

–Tegangan bias berasal dari sinyal AC (memiliki fase + dan fase -)

13


14


VrmsVrmsV

VVV

DC

PP

DC

⋅=⋅

=

⋅=⋅

=

9.022

636.02

π

π

Clipper & Clipper & ClamperClamper

16

PikirkanPikirkan! ! ApakahApakah BedanyaBedanya??

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R1

1kO

0

1 2

D1

1N4001V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R11kO

0

1 2

17

PikirkanPikirkan! ! ApakahApakah BedanyaBedanya??D1

1N4001V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R11kO

0

1 2

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R1

1kO1 2

0

18

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper

–Digunakan untuk memotong ujung darisalah satu siklus sinyal sinus (ac)• Clipper positif• Clipper negatif

– Pemotongan sinyal dilakukan denganmenggunakan tegangan dc (supply dc)

–Besarnya sinyal hasil pemotongansetara dengan besarnya tegangan dc

19

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper Positif

– Clipper positif memotong sinyal sinus (ac) pada bagiansiklus positif

– Cara kerja : saat ½ siklus sinyal (positif), arus akanmengalir melalui R dan diode, tetapi akan terhambatoleh sumber tegangan (power supply dc) jika hargategangan dc > tegangan sinyal ac. Akibatnya, arus akanberhenti mengalir dan seolah-olah rangkaian bersifatterbuka. Karena bersifat terbuka, maka harga teganganpengukuran pada titik keluaran akan sama dengantegangan dc. Arus akan kembali mengalir jika hargategangan sinyal > tegangan dc. Karena arus mengalir, maka seolah-olah rangkaian bersifat tertutup (short), sehingga jika diukur dengan alat ukur tegangan, tidakakan terlihat.

20

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper Positif

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R1

1kO

V22 V

3

0

1 2

21

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper Negatif

– Clipper negatif memotong sinyal sinus (ac) pada bagiansiklus negatif

– Cara kerja : saat ½ siklus sinyal (negatif), arus akanmengalir melalui R dan diode, tetapi akan terhambatoleh sumber tegangan (power supply dc) jika hargategangan dc > tegangan sinyal ac. Akibatnya, arus akanberhenti mengalir dan seolah-olah rangkaian bersifatterbuka. Karena bersifat terbuka, maka harga teganganpengukuran pada titik keluaran akan sama dengantegangan dc. Arus akan kembali mengalir jika hargategangan sinyal > tegangan dc. Karena arus mengalir, maka seolah-olah rangkaian bersifat tertutup (short), sehingga jika diukur dengan alat ukur tegangan, tidakakan terlihat.

22

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper Negatif

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R1

1kO

V22 V

3

0

1 2

23

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clipper Positif & Negatif

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R1

1kO

V22 V

3

D21N4001

V32 V

2

4

0

1

24

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clamper

–Digunakan untuk mengangkat / menurunkan siklus sinyal sinus (ac)• Clamper positif• Clamper negatif

– Pengangkatan sinyal dilakukan denganmenggunakan Capasitor bernilai besar

–Besarnya tegangan pengangkatansetara dengan besarnya teganganpuncak sinyal (kurang sedikit)

25

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clamper Positif

– Clamper positif mengangkat sinyal sinus (ac) kearahsumbu y (amplitudo) positif

– Cara kerja : saat ½ siklus sinyal (positif) sinyal akanmelewati kapasitor (dengan XC=1/2∏fC) sehinggakondisi diode akan terbias reverse dan arus lebihmemilih melalui R, sehingga muncul tegangan drop di R. Saat ½ siklus sinyal (negatif), sinyal akan lebih memilihmelewati diode dikarenakan RD < R, sehingga akanmengisi kapasitor sebesar tegangan puncak sinyal. Saat½ siklus sinyal (positif) berikutnya, sinyal keluaran di R akan naik sebesar V(drop di R) + V(kapasitor) akibatkapasitor masih menyimpan muatan pada ½ siklussinyal (negatif).

26

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clamper Positif

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R11kO

C1

100uF

0

1 2

27

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clamper Negatif

– Clamper negatif menurunkan sinyal sinus (ac) kearahsumbu y (amplitudo) negatif

– Cara kerja : saat ½ siklus sinyal (positif) sinyal akanmelewati kapasitor (dengan XC=1/2∏fC) sehinggakondisi diode akan terbias forward dan arus lebihmemilih melalui diode dikarenakan RD < R, sehinggaakan terjadi pengisian muatan kapasitor. Saat ½ siklussinyal (negatif), diode akan terbias reverse, sehinggasinyal akan lebih memilih melewati R, sehingga akanmuncul tegangan drop di R sebesar tegangan puncaksinyal + sisa tegangan di kapasitor yang masihtersimpan akibat ½ siklus sinyal (positif) sebelumnya (-V (½ siklus sinyal negatif) – V (kapasitor)).

28

Clipper & ClamperClipper & Clamper• Clamper Negatif

D11N4001

V1

6 Vrms 60 Hz 0°

R11kO

C1

100uF

0

1 2

FilterFilter

30

JenisJenis FilterFilter• Capasitor• L (L-C)• Phi (C-L-C)

31

Filter CFilter C• Konfigurasi Rangkaian

32

Filter CFilter C• Sinyal / Gelombang Yang Dihasilkan

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50msV(R1:2) V(V1:+)

-10V

0V

10V

33

Filter CFilter C• Analisa Perhitungan

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40ms 50msV(R1:2) V(V1:+)

-10V

0V

10V

T1

T=5*RC

V1

V

V1=Vrp-pV=VpT1=20msT=2.5*R*C

GunakanRumus perbandinganSegitiga !

Vdc=Vp-0.5*Vrp-pRF=Vr rms/Vdc

34

Filter CFilter C• Pada dasarnya, ripple yang

dibentuk oleh penambahansebuah kapasitor adalahmerupakan efek charge –discharge kapasitor. Sehinggaharga Vrpp dapat dicari denganpersamaan :

• Harga Ripple Factor (R.F) merupakan perbandingantegangan ripple rms terhadaptegangan dc-nya, dapat dicaridengan menggunakanpersamaan :

cRfVdcVrrmsFR

cRfVdcVrppVrpVrrms

cRfVdcVrpp

fcIdcVrpp

dcadalahcpadaarusI

VfctVcI

tQI

VcQ

L

L

L

⋅⋅⋅==

⋅⋅⋅===

⋅⋅=

⋅=

=

⋅⋅=⋅

=

=

⋅=

341.

343432

35

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Konfigurasi Rangkaian

F r e q u e n c y

0 H z 0 . 2 K H z 0 . 4 K H z 0 . 6 K H z 0 . 8 K H z 1 . 0 K H z 1 . 2 K H z 1 . 4 K H z 1 . 6 K H zV ( R L : 2 )

0 V

0 . 4 V

0 . 8 V

1 . 2 V

1 . 6 V

2 . 0 V

2 . 4 V

2 . 8 V

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅+⋅+⋅⋅

⋅−

⋅= ...6cos

3514cos

1512cos

3142 tttVpVpVo ωωω

ππ

DeretFourier

36

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Harga tegangan output dari rangkaian

filter induktor (L) dinyatakan dalam deretfourier adalah sebagai berikut :

• Untuk menyederhanakan perhitunganmaka bagian yang amplitudonya tidakterlalu signifikan dihilangkan, sehinggamenjadi :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅+⋅+⋅⋅

⋅−

⋅= ...6cos

3514cos

1512cos

3142 tttVpVpVo ωωω

ππ

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅⋅

⋅−

⋅= tVpVpVo ω

ππ2cos

3142

37

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Pada penyederhanaan sebelumnya :

• Terdapat dua bagian, yaitu sinyal dc danac, dimana :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅⋅

⋅−

⋅= tVpVpVo ω

ππ2cos

3142

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅⋅

⋅=

⋅=

tVpVac

VpVdc

ωπ

π

2cos314

2

38

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Arus (I) yang melewati induktor dan

resistor beban dinyatakan dalam bentuk :

• Dimana untuk 2 x frek (fullwave) maka :

• Sehingga :

ZVm

=Im

22222 4 LRXRZ LLL ⋅⋅+=+= ω

222 4Im

LR

Vm

L ⋅⋅+=

ω

39

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Resultan arus diberikan sebagai berikut :

• Sehingga faktor ripple dapat ditentukandengan :

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=⎟⎟

⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛=

⋅⋅+

−⋅

⋅⋅

−⋅⋅

=

−−

LL

L

LL

RL

RX

LR

tVmRVm

ωϕ

ω

ϕωππ

2tantan

4

2cos3

42Im

11

222

2

22

222

41

123

22

423

4

LL

L

RL

RVm

LR

Vm

r

VdcVrrmsr

ωπ

ωπ

+

⋅=

⋅⋅

+⋅⋅⋅

⋅

=

=

40

Filter Filter InduktorInduktor (L)(L)• Jika :

• Maka :

142

22

>>LRLω

LR

LRr LL

ωω 232232

=⋅=

41

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Konfigurasi Rangkaian

42

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Sinyal / Gelombang yang dihasilkan

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40msV(R1:2) V(V1:+)

-10V

0V

10V

43

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Sifat rangkaian :

– Komponen L, bersifat :• XL = 0, jika tegangan/arus dc

melewatinya• XL ≠ 0, jika tegangan/arus ac

melewatinya– Komponen C, bersifat :

• XC ≠ 0, jika tegangan/arus dc melewatinya

• XC = 0, jika tegangan/arus ac melewatinya

• Jika L dan C dipasang dengankonfigurasi seri, dan C diparaleldengan resistor beban, kemudiantegangan keluaran diamati padakomponen RL, seperti padagambar :

fCCX

fLLX

C

L

πω

πω

211

2

==

==

44

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Dengan konfigurasi rangkaian diatas, maka :

– XC//RL < XL akibatnya ripple output akanmengecil

– XC//RL > XL akibatnya ripple output akanmembesar

• Sinyal output dari rangkaian filter L dapat dipilihsecara tepat berupa tegangan output dc beserta sinyalharmonisanya :

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ⋅⋅

⋅−

⋅= tVpVpVo ω

ππ2cos

3142

45

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Pada bagian komponen ac (harmonisa),

merupakan kombinasi dari L dan C dimanaakan menghasilkan sebuah impedansi Z.

LCVpVrrms

CLVpVrrms

LC

VpVrrms

XX

VpVrrmsLC

2

224

2222

22

23

123

123

23

ωπ

ωπ

ωω

π

π

⋅⋅⋅=

+⋅⋅⋅=

+⋅⋅⋅=

+⋅⋅⋅=

Z

46

Filter L (LFilter L (L--C)C)• Sehingga faktor ripple diperoleh sebagai

berikut :

LCVpLC

Vp

VdcVrrmsr

2

2

261

223

ωπ

ωπ =⋅⋅⋅⋅==

47

Filter Filter ∏∏ (C(C--LL--C)C)• Konfigurasi rangkaian

48

Filter Filter ∏∏ (C(C--LL--C)C)• Kapasitor akan menyimpan energi

sampai harga puncak dari teganganoutput DC rangkaian penyearah.

• Cara kerja filter ini dapat dipahamibahwa induktor dan kapasitor keduaakan bekerja pada tegangan output segitiga dari kapasitor pertama.

49

Filter Filter ∏∏ (C(C--LL--C)C)• Tegangan ripple dari rangkaian :

– Dimana Vm = besaran tegangan ripple dari 0 –π

– Vr = besaran semua tegangan ripple

• Didapatkan :

∫ ⋅⋅=π

ωωπ 0

)(sin1 tdtVrVm

πππ VrVrVm ⋅=−⋅=

2cos0

50

Filter Filter ∏∏ (C(C--LL--C)C)• Harga ripple rms :

• Karena , maka :

• Harga ripplenya :

ππVrVrVmrmsVr ⋅

=⋅⋅

==2

22

2

12 CfIdcVr⋅

=

11

222

CXIdcfCIdcrmsVr ⋅⋅=⋅

=π

LL

CC

L

CC

L

C

XRXXr

XVdcXXIdc

XX

VdcrmsVrr

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅⋅

=⋅=

21

212

2

2

Regulator Regulator ZenerZener

52

Regulator Regulator ZenerZener• Diode Zener Semikonduktor P-N

junction• Sifat Kontrol reverse• Bekerja jika diberi tegangan

reverse melebihi batas teganganzener

• Simbol

53

Regulator Regulator ZenerZener• Karakteristik Diode Zener

Vz∆

TZ∆

54

Regulator Regulator ZenerZener• Konfigurasi rangkaian

D1N750 4.7Volt

55

Regulator Regulator ZenerZener

1RVVinIin Z−

=Z

ZZ R

VI =

56

Regulator Regulator ZenerZener• Cara kerja rangkaian

Time

0s 10ms 20ms 30ms 40msV(RL:2) V(V1:+)

4V

6V

8V

10V

57

Regulator Regulator ZenerZener• Efek pembebanan power supply

LLL RIV ⋅=

%100% ×−

=L

LV

VVoregulasi

11-16. diode & aplikasinya

Documents