Upload
buibao
View
307
Download
7
Embed Size (px)
Citation preview
Praktikum Rangkaian Listrik &
Bahan Semikonduktor
1
Rudi Susanto
Praktikum Electronics Workbench (EWB)
• Electronics Workbench (EWB) adalah sebuahsoftware yang menyediakan berbagaikomponen dan instrumen untuk membuatrangkaian listrik pada PC. Hal inimemungkinkan untuk merancang danmenganalisis rangkaian tanpa menggunakanbreadboards, komponen nyata atau instrumenyang sebenarnya.
2
Interface
3
Percobaan 1
• Membuat rangkaian sederhana denganmenggunakan komponen Resistor
4
Percobaan 2
• Membuat rangkaian Resistor secara Seri (seperti gambar dibawah) dan Pararel
• Membandingkan hasil pengukuran pada
software EWB dengan perhitungan secara
manual 5
Praktikum Analisis Rangkaian
6
Praktikum 1
• Tentukan nilai arus i pada rangkaian dibawahini pada dengan software EWB!
Praktikum 2
Tentukan nilai arus i pada
rangkaian dibawah ini
pada dengan software
EWB!
Bahan Semikonduktor
9
Rudi Susanto
Teori Atom
10
Proton (Q+)
Inti Atom
mengitari atom
Neutron (Q=nol)
Atom
Elektron (Q -)
Qe=Qp =1,6.10-19 C
Model atom menurut BOHR
• Elektron mengelilingi inti atom pada orbitnya masing – masing
1111
• Kulit terluar Atom disebut : kulit valensi, dapat berisi hingga 8 elektron (8e)
• Konduktivitas atom tergantung pada jumlah electron pada kulit valensi:
a. Jika atom punya 1 elektron valensi (1 eV)……mendekati konduktor sempurna
b. Jika atom punya 8 elektron valensi (8 eV)…….kulit valensi lengkap dan atomnya isolator
Jadi konduktivitas turun dengan bertambahnya eV ( elektron valensi ).
Tiga Jenis Bahan
Konduktor
Isolator
Semikonduktor :1. Germanium
2. Silikon
12
Struktur Atom Germanium
13
----
-
--
--
---
-
-
-
--- -
-
--
-
-
-
-
-
--
-
-
-
+32
Inti atom dengan 32 proton
Orbit terluar : 4 elektron
Elektron bebas
Elektron valensi
Valensi 4 Semikonduktor
Orbit ketiga : 18 elektron
Orbit kedua : 8 elektron
Orbit pertama : 2 elektron
13
Struktur Atom Silikon
14
Inti atom dengan 14 proton
Orbit terluar : 4 elektron
Elektron Valensi
Elektron bebas
Orbit kedua : 8 elektron
Orbit pertama : 2 elektron
---
-
-
-
-- -
- -
-
-
-
+14
Valensi 4 Semikonduktor14
• Semikonduktor : suatu atom yang berisi 4 elektron valensi (4eV). Jumlah elektron valensi di dalam semikonduktor antarakonduktor dan isolator, maka atom semikonduktor bukankonduktor yang baik dan bukan isolator yang baik.
15
•Bahan–bahan semikonduktor : Carbon (C) dengan 6 proton (2-4), Silikon (Si) dengan 14 proton (2-8-4), dan Germanium (Ge) dengan 32 proton (2-8-18-4)
•Silikon (Si) dan germanium (Ge) untuk membuat komponen zat padat
•Carbon (C) untuk membuat resistor dan potensiometer
6 p (2-4)
K
L
14 p (2-8-4)
K
L
M
Material Semikonduktor
• Bahan yang digunakan dalam pembuatandivais semikonduktor.
– Silikon (Si)
– Germanium (Ge)
16
Enegy level
17
Doping
• Karakteristik dari Silikon dan Germanium diperbaiki dengan menambahkan material lainnya melalui proses yang dinamakan doping.
• Terdapat dua tipe material
tambahan, yaitu:
– n-type
– p-type
18
Efek Doping
19
Perbandingan n-type dan p-type
• Material n-type membuat atom Silikon (atauGermanium) menjadi lebih bermuatan negatif.
• Sebaliknya, material p-type membuatnya lebihbermuatan positif.
• Menggabungkan n-type dan p-type akanmenghasilkan p-n junction.
20
pn Junction
• Dioda tanpa Bias (The Unbiased dioda)
– Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyakelektron pita konduksi.
– Tidak ada tegangan luar disebut dioda tanpa bias.
21
Devais Semikonduktor
1. Dioda
2. Transistor
3. Integrated Circuit
22
Dioda
23
Pengantar tentang Dioda
• Resistor merupakan sebuah piranti linier karenaarus berbanding terhadap tegangan. Dalam bentukgrafik, grafik arus terhadap tegangan merupakangaris lurus.
• Dioda merupakan piranti non-linier karena grafikarus terhadap tegangan bukan berupa garis lurus.
• Saat tegangan dioda lebih kecil dari teganganpenghalang (potential barier) maka arus di dalamdioda kecil. Tetapi ketika tegangan dioda melebihitegangan penghalang maka arus dioda akan naikdengan cepat.
24
Dioda
Devais semikonduktor yang paling sederhana
Dioda adalah devais semikonduktor yang memiliki dua terminal
25
Operasi Dasar Dioda
Dioda menghantarkan arus searah dengan arah
yang sama dengan simbol
Namun jika arahnya berlawanan, maka dioda akan
berperilaku seperti open circuit26
Karakteristik dioda ideal – Area konduksi
• Pada area konduksi, idealnya:– Tegangan pada dioda adalah 0 V.– Arus yang melalui dioda adalah disesuaikan dengan rangkaian.– Tahanan maju (RF) didefinisikan sebagai RF = VF/IF. – Dioda berperilaku seperti short circuit.
Lihat garis vertikal!
27
Karakteristik dioda ideal – Area non-konduksi
• Pada area non-konduksi, idealnya:– Semua tegangan dapat melalui dioda.– Arus yang melalui dioda adalah 0A.– Tahanan mundur (RR) didefinisikan sebagai RR = VR/IR. – Dioda berperilaku seperti open circuit.
Lihat garis horizontal!
28
Karakteristik dioda
29
Jenis Dioda
30
Model Dioda
• Model adalah representasi dari suatu komponen atau rangkaian yang memiliki satu atau lebih Sifat atau karakteristik.
• Tiga model dioda :
1. Model Dioda Ideal
2. Model dioda Praktek
3. Model dioda Lengkap
31
1. MODEL dioda IDEAL
• Model dioda ideal menggambarkan dioda sebagai saklar sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika dibias forward maupun terbuka ( nonconducting ) ketika dibias reverse. Model ini hanya digunakan untuk menentukan tahap awal troubleshooting (proses mencari kesalahan dalam perangkat elektronik).
Kondisi Karakteristik
OPEN *Infinite Resistansi Sehingga Arus nol
*Tegangan penuh pada kaki dioda
CLOSED *Resistansi nol Shg Arus Max
*Tegangan nol pada kaki dioda
32
• Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat diperoleh :
1. Ketika dibias reverse ( Open Switch )– dioda memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )
– dioda tidak dialiri arus
– Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal dioda
2.Ketika dibias forward ( Closed Switch )– dioda memilki resistansi nol ( minimum )
– dioda dialiri arus
– Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal dioda
CONT.
33
2. MODEL DIODA PRAKTEK
• Dalam model dioda ideal banyak karakteristrik-karakteristik dioda yang diabaikan. Contohnya : Tegangan maju. Tegangan maju biasanya diperhatikan dalam analisis matematika dari rangkaian dioda. Pada aplikasi rangkaian yang digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari 0.7V menjadi 0.3V
34
3. MODEL dioda LENGKAP
• Merupakan model yang paling akurat.
• Menggambarkan karakteristik-karakteristik operasional dioda.
• 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi semakin akurat adalah Resistansi Bulk.
35
Kurva KarakteristikUntuk masing-masing Model dioda
IF
VF
IR
VR
IF
VF
IR
VRVK=0.7V
IF
VF
IR
VRVK=0.7V
RB= ΔV / ΔI
Model diodaIDEAL
Model diodaPRAKTEK
Model diodaLENGKAP
36
Mem
bac
aD
atas
hee
t
37
38
39
40
41
Membaca Datasheet Dioda 1N4001
• Seperti terlihat dalam Gambar, beberapa informasiberguna tentang dioda:
Tegangan patah sebesar: 50V (Maximum repetitive peak reverse voltage).
Rata-rata arus bias maju: 1A (Average rectified forward current).
Tegangan maksimum pada kondisi bias maju 1A adalah1,1V (Maximum instateneous forward voltage).
Arus bias mundur maksimum: 5 A – 50 A (Maximum DC reverse currnet)
42
Menentukan Garis Beban
Garis beban adalah sebuah perangkat yang dapatdigunakan untuk menghitung nilai arus dantegangan dioda dengan tepat.
Perhatikan rangkaian berikut, dan kita akanmenggambar garis beban dari rangkaian tersebut:
43
D1
Rs
100 Ohm
Vs
2 V
Persamaan Garis Beban
44
Persamaan Garis Beban
45
Persamaan Garis Beban
46
Persamaan Garis Beban
47
10 mA
20 mA
30 mA
12,5 mA
1V0,75v 2V
Saturation
Diode
Curve
Cutoff
Q (operating point)
ID
VD
Titik Q
Saat garis beban digabungkan dengan kurva diode, terdapat titik potong antara garis beban dan kurva dioda, yang dikenal sebagai titik Q. Q adalah singkatan dari“quiescent” yang berarti istirahat.
Titik Q memerupakan penyelesaian simultan antara kurvadioda dan garis beban. Titik ini merupakan satu-satunyatitik pada grafik yang berlaku untuk dioda dan rangkaian.
Dengan membaca koordinat titik Q, didapatkan titikoperasi (operating point) pada arus sebesar 12,5 mA danpada tegangan dioda 0,75 V.
48
Percobaan 1 | Electronics Workbench (EWB)
1. Membuktikan Grafik V-I pada dioda silikon. Langkah-langkah percobaan
a. Buat rangkaian seperti pada gambar dibawah ini
b. Atur tegangan pada catu daya (Vs) pada nilai 0.01 V
c. Catat tegangan (Vd) dan arus (Id) pada dioda
d. Naikan Vs sampai dengan mencapai nilai 10 V dengan range 0,5
e. Buat grafik hubungan antara tegangan (Vd) dengan arus (Id)
49
Percobaan 2| Electronics Workbench (EWB)
Dengan menggunakan langkah percobaan
yang sama, lakukan pengukuran pada gambar
di atas .50
Percobaan 3| Electronics Workbench (EWB)
• Komponen yang digunakan dalam rangkaian penyearah yaitu Trafoatau Function Generator sebagai V in, Multimeter, Kapasitor, Resistor dan Osiloskop.
• Rangkailah gambar 1 pada EWB dengan V in adalah sumbertegangan bolak-balik (AC) dan V out disambung dengan osiloskop.
• Setelah merangkai gambar 1, kemudian lihat bentuk tegangan V in dengan menggunakan osiloskop.
• Lihat bentuk tegangan pada V out dengan menggunakan osiloskopdan bandingkan dengan tegangan V in.
51
Percobaan 4| Electronics Workbench (EWB)
• Langkah-langkah sama pada gambar 1.
52
Tugas!
• Buatlah laporan terkait Percobaan 1 dan 2, Yang berisi : data hasil percobaan, grafik hasilpercobaan, analisis hasil percobaan
• Lakukan percobaan 3 dan 4 dan analis hasilpercobaan 3 dan 4
53
Transistor
54
Jenis Transistor
55
1. Transistor npn : terdiri dari sebuah semikonduktor tipe-p (tipis) yang disisipkan diantara duasemikonduktor tipe n.
2. Transistor pnp : terdiri dari sebuah semikonduktor tipe-n (tipis) yang disisipkan diantara duasemikonduktor tipe p.
p nnE
B
C E
B
C
n ppE
B
EC
B
C
Arus pada Transistor
Alpha dc (αdc) adalah perbandingan antara arus Ic (kolektor) dengan arus emittor (Ie).
Beta dc (βdc) adalah perbandingan antara arus Ic dengan arusbasis (Ib).
• Alpha DC (αdc) :
Bila transistor ideal, maka Ic = Ie atau αdc = 1
• Beta DC (βdc) :
+
VRC
-
+
VCE
-+
VBE
-
+ VRB -
Kurva Garis Beban Transistor
Garis yang menghubungkan sumbu Ic (Vcc/Rc) dengan sumbu VCE (Vcc)
Titik Sumbat (cut off) dan Saturasi
• Titik dimana garis beban memotong kurva IB = 0 (nol)
sehingga VCE (cut off) = VCC.
• Titik perpotongan garis beban dengan kurva IB = IB(sat). Pada titik ini arus basis =IB(sat) dan aruskolektor adalah maksimum.
Daerah Aktif Transistor
• Adalah semua titik operasi antara titik cut off dan saturasi.
• Perpotongan dari arus basis dan garis beban adalah titik stasioner (Quiscent).
Q
Daerah Operasi Transistor
Sebuah Transistor memiliki empat daerahOperasi Transistor :
1. Daerah Aktif
2. Daerah CutOff
3. Daerah Saturasi
4. Daerah Breakdown
Contoh :
• Transistor 2N4401 (Si), βdc = 80. Gambarkan garisbeban dan titik kerja (Q) dari rangkaian dibawah ini :
Jadi koordinat titik Q adalah IC=6mA dan
VCE=21V
Gambar Grafik
IC (mA)
VCE
20
30
6
21
Q
Dengan mengubah nilai RB, maka titik Q akan bergeser ke titik
lain pada garis beban.
64
NPN
12 Volt
Battery
12 Volt
Battery
Computer can
send a signal to turn
on the transistor which
then turns on the light
NPN
Transistor
Light
Mechanical Switch Circuit Transistor Switch Circuit
Switch open
Light off = 0
Switch close
Light on = 1 Input = 0
Light off
Input = 1
Light on
Aplikasi
Praktikum 1
65
Isi tabel berikut :
Praktikum 2
• Rangkaian transistor sebagai saklar
66
67
Integrated Circuit (IC)
Symbol dan komponen
70
An integrated circuit (IC) consists of multiple transistors. The
number of transistors can vary from just a few (circuits shown
below), to several million that are in a
(Pentium microprocessor).
6 Transistors in one ICThis IC has 6 inverters
An inverter contains
6 Transistors = 36 total
Integrated Circuit (IC)
Functions
• Inverters• Gates• Flip flops• Counters• Memory• MPU• Watch IC’s• Calculators IC’s• Microwave Timer IC’s• Radio IC’s• Dialer IC’s• Car Controller IC’s
71
Rangkaian IC
72
Terima Kasih
73