1.2 DIODA IDEAL


[menuju akhir] 



 


1. Tujuan [Kembali]

  • Melengkapi tugas mata kuliah elektronika.
  • Menjelaskan mengenai diode ideal.
  • Memaparkan video sebagai penunjang pemahaman materi.

2. Alat dan Bahan [Kembali]


Alat :

1. Voltmeter DC

Voltmeter merupakan suatu alat yang dimanfaatkan untuk mengukur tegangan listrik dalam suatu rangkaian listrik. Umumnya bentuk penyusunan pararel berdasarkan pada tempat komponen listrik hendak diukur. Dimana dalam setiap komponen ditemukan tiga buah lempengan tembaga di dalamnya. Lempengan tersebut dipasangkan diatas Bakelit yang telah dirangkai dan menyatu dalam tabung plastik atau kaca. Pada lempengan bagian luar dinamakan anode, sementara itu lempengan tengah disebut katode.

Masing-masing ukuran tabung tersebut kurang lebih 15 cm x 10 cm. Dari segi desain pun voltmeter tidak jauh berbeda terhadap desain amperemeter.Sama halnya dengan hambatan memiliki bentuk sama yakni multiplier, seri, dan galvanometer. Faktanya, kinerja yang dihasilkan dari alat tersebut lebih baik, serta senantiasa meningkat ketika sudah ditambahkan multiplier.Tujuan penambahan multiplier didalam alat dimaksudkan untuk kinerja dan kemampuannya menjadi berkali-kali lebih besar. Sementara dapat menciptakan suatu gaya magnet ketika medan magnet dan kuat arus listrik saling berinteraksi. Gaya magnet tersebut disinyalir untuk menggerakkan jarum. Dari sini kapasitas arus pada jarum berdasarkan aliran arus listrik.



Bagian-bagian voltmeter :

  • Batas ukur maksimum dan minimum,
  • Set-up untuk mengatur fungsi,
  • Jarum penunjuk,
  • Terminal kutub positif dan kutub negatif.
  • Skala tinggi dan Rendah dari tegangan listrik terukur.

 

2. Power Suplay

Power supply merupakan perangkat keras (hardware) yang  dimana fungsi power supply ini adalah sebagai pengatur daya dan pengalir listrik atau tegangan yang dibutuhkan oleh perangkat hardware.

 



3. Baterai DC



Gambar Baterai dan Simbol

Baterai (Battery) adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik. Setiap baterai terdiri dariterminal positif (Katoda) dan terminal negatif (Anoda) serta elektrolit yangberfungsi sebagai penghantar. Output arus listrik dari baterai adalah arus searah atau disebut juga dengan arus DC (Direct Current).



4. Ground


Grounding adalah sistem di dalam tanah yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa kelebihan tegangan, pada umumnya mengalirkan arus sambaran petir ke dalam tanah.

Fungsi Grounding :

Sistem grounding pada peralatan kelistrikan dan elektronika adalah untuk memberikan perlindungan pada seluruh sistem. Untuk lebih jelasnya, berikut ini adalah beberapa fungsi dari grounding:

  • Untuk keselamatan, grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik langsung ke bumi atau tanah saat terjadi kebocoran isolasi atau percikan api pada konsleting, misalnya kabel grounding yang terpasang pada badan/sasis alat elektronik seperti setrika listrik akan mencegah kita tersengat listrik saat rangkaian di dalam setrika bocor dan menempel ke badan setrika.
  • Dalam instalasi penangkal petir, system grounding berfungsi sebagai penghantar arus listrik yang besar langsung ke bumi. meski sifatnya sama, namun pemasangan kabel grounding untuk instalasi rumah dan grounding untuk pernangkal petir pemasangannya harus terpisah.
  • Sebagai proteksi peralatan elektronik atau instrumentasi sehingga dapat mencegah kerusakan akibat adanya bocor tegangan.
  • Grounding di dunia eletronika berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

Bahan :

1. Dioda

Dioda merupakan salah satu komponen yang dibuat dari bahan semikonduktor. Bahan untuk mempertemukan elemen P dan N akan menentukan karakteristik dioda dan sifat-sifatnya. Saat ini bahan semikonduktor pembuat dioda adalah semikonduktor silikon dan germanium.

Semikonduktor bahan silikon merupakan bahan yang paling banyak digunakan pada jenis dan tipe dioda karena silikon menawarkan beberapa kelebihan seperti kinerja yang tinggi dan biaya produksi yang lebih rendah. Biasanya tegangan jatuh dioda berbahan silikon berkisar 0,7 Volt.



Berikut beberapa fungsi pada penggunaan diode, antara lain:

  • Sebagai alat sensor panas, contohnya pada amplifier.
  • Sebagai rangkaian clamper yang dapat memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC.
  • Sebagai alat sensor cahaya, pada umumnya menggunakan diode photo.
  • Menstabilkan tegangan yang ada pada voltage regulator.
  • Sebagai indikator.
  • Untuk suatu rangkaian VCO atau Voltage Controlled Oscilator, pada umumnya menggunakan diode varactor.
  • Untuk alat dalam menggandakan tegangan.
  • Untuk sekering (saklar) / pengaman.
  • Untuk penyearah.

 

2. Resistor

Resistor adalah komponen dasar elektronika yang selalu digunakan dalam setiap rangkaian elektronika karena bisa berfungsi sebagai pengatur atau untuk membatasi jumlah arus yang mengalir dalam suatu rangkaian. Dengan resistor, arus listrik dapat didistribusikan sesuai dengan kebutuhan. Sesuai dengan namanya resistor bersifat resistif dan umumnya terbuat dari bahan karbon. Satuan resistansi dari suatu resistor disebut Ohm atau dilambangkan dengan simbol Ω (Omega).



Beberapa jenis resistor yang diketahui, jenis resistor yang nilai resistansinya berubah bila terkena cahaya namanya LDR (Light Dependent Resistor) dan resistor yang nilai resistansinya akan bertambah besar bila terkena suhu panas yang namanya PTC (Positive Thermal Coefficient) serta resistor yang nilai resistansinya akan bertambah kecil bila terkena suhu panas yang namanya NTC (Negative Thermal Coefficient).


3. LED

Light Emitting Diode atau sering disingkat dengan LED adalah komponen elektronika yang dapat memancarkan  cahaya monokromatik ketika diberikan tegangan maju. LED merupakan keluarga Dioda yang terbuat dari bahan semikonduktor. Warna-warna Cahaya yang dipancarkan oleh LED tergantung pada jenis bahan semikonduktor yang dipergunakannya. LED juga dapat memancarkan sinar inframerah yang tidak tampak oleh mata seperti yang sering kita jumpai pada Remote Control TV ataupun Remote Control perangkat elektronik lainnya.

 


LED terdiri dari sebuah chip semikonduktor yang di doping sehingga menciptakan junction P dan N. Yang dimaksud dengan proses doping dalam semikonduktor adalah proses untuk menambahkan ketidakmurnian (impurity) pada semikonduktor yang murni sehingga menghasilkan karakteristik kelistrikan yang diinginkan. Ketika LED dialiri tegangan maju atau bias forward yaitu dari Anoda (P) menuju ke Katoda (K), Kelebihan Elektron pada N-Type material akan berpindah ke wilayah yang kelebihan Hole (lubang) yaitu wilayah yang bermuatan positif (P-Type material). Saat Elektron berjumpa dengan Hole akan melepaskan photon dan memancarkan cahaya monokromatik (satu warna).

 


3. Dasar Teori [Kembali]


Dioda Ideal

Perangkat elektronik pertama yang diperkenalkan disebut dioda. Ini adalah perangkat semikonduktor yang paling sederhana tetapi peran yang sangat penting dalam sistem elektronik, memiliki karakteristik yang sangat cocok dengan perangkat switch sederhana. Berguna dalam berbagai aplikasi, mulai dari yang sederhana hingga yang sangat kompleks. Selain rincian konstruksi dan karakteristiknya, data dan grafik sangat penting untuk ditemukan pada spesifikasi untuk memastikan pemahaman tentang terminologi yang digunakan dan untuk menunjukkan informasi yang biasanya tersedia dari produsen.

Istilah ideal Ini mengacu pada perangkat atau sistem apa pun yang memiliki karakteristik ideal sempurna dalam segala hal. Ini memberikan dasar untuk perbandingan, dan mengungkapkan di mana perbaikan masih dapat dilakukan. Dioda yang ideal adalah perangkat dua terminal yang memiliki simbol dan karakteristik.

Idealnya, dioda akan melakukan arus ke arah yang ditentukan oleh panah dalam simbol dan bertindak seperti sirkuit terbuka untuk setiap upaya. Intinya: Karakteristik dioda yang ideal adalah komponen yang dapat melakukan arus hanya dalam satu arah.

Dalam deskripsi elemen yang harus diikuti, sangat penting bahwa berbagai simbol huruf, polaritas tegangan, dan arah saat ini didefinisikan. Jika polaritas tegangan terapan konsisten dengan yang ditunjukkan pada gambar 1.1a :

 

Gambar 1.1 : (a) Simbol , (b) Karakteristik


bagian karakteristik yang akan dipertimbangkan dalam Arah, gambar 1.1b di sebelah kanan sumbu vertikal. Jika tegangan terbalik diterapkan, karakteristik di sebelah kiri bersangkutan. Jika arus melalui dioda memiliki arah yang ditunjukkan dalam gambar 1.1a, bagian dari karakteristik yang akan dipertimbangkan berada di atas sumbu horizontal, sementara pembalikan ke arah akan membutuhkan penggunaan karakteristik di bawah sumbu. Untuk sebagian besar karakteristik perangkat yang muncul dalam buku ini, sumbu ordinat (atau "y" akan menjadi sumbu saat ini, sementara sumbu absis (atau "x") akan menjadi sumbu tegangan. Salah satu parameter penting untuk dioda adalah resistensi pada titik atau wilayah operasi. Jika kita mempertimbangkan wilayah konduksi yang ditentukan oleh arah ID dan polaritas VD dalam Gambar 1.1a (kuadran kanan atas gambar 1.1b), kita akan menemukan bahwa nilai resistensi maju, RF, sebagaimana didefinisikan berdasarkan hukum Ohm adalah :

Dimana VF adalah tegangan maju di seluruh dioda dan IF adalah arus maju melalui dioda. Dioda yang ideal, oleh karena itu merupakan korsleting untuk wilayah konduksi.

Pertimbangkan wilayah potensi terapan negatif (kuadran ketiga) dari gambar 1.1b,

Dimana VR adalah tegangan terbalik di seluruh dioda dan IR arus balik di dioda. Dioda yang ideal, oleh karena itu merupakan sirkuit terbuka di wilayah non-konduksi.

Dalam ulasan, ketentuan yang digambarkan dalam gambar. 1.2 berlaku.

Gambar 1.2 : (a) Konduksi , (b) Keadaan nonkonduksi dari dioda ideal sebagai penetapan oleh bias yang diterapkan


Secara umum, relatif sederhana untuk menentukan apakah dioda berada di wilayah konduksi atau nonkonduksi hanya dengan mencatat arah ID saat ini yang ditetapkan oleh tegangan terapan. Untuk aliran konvensional (berlawanan dengan aliran elektron), jika arus dioda yang dihasilkan memiliki arah yang sama dengan kepala panah simbol dioda, dioda beroperasi di wilayah yang melakukan seperti yang digambarkan dalam gambar 1.3a. Jika arus yang dihasilkan memiliki arah yang berlawanan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.3b, sama dengan opencircuit.

Gambar 1.3 : (a) Keadaan Konduksi , (b) Keadaan nonkonduksi dioda ideal seperti yang ditentukan oleh arah konvensional saat didirikan oleh jaringan.



4. Percobaan [Kembali]


Gambar Simulasi Rangkaian Dioda Open Circuit





Gambar Simulasi Rangkaian Dioda Close Circuit







Video simulasi percobaan rangkaian open circuit & close circuit




5. Prinsip Kerja [Kembali]

Dioda ideal terdiri dari dua terminal seperti dioda normal. Koneksi ujung komponen dan terminal terpolarisasi. Dua terminal dioda ideal disebut anoda dan katoda di mana anoda positif dan katoda negatif.

ketika tegangan diterapkan pada bias maju dan seperti isolator ideal ketika tegangan diterapkan pada bias balik. Jadi ketika tegangan +ve diterapkan di anoda menuju katoda, dioda melakukan arus maju segera.

Ketika tegangan diterapkan dalam bias terbalik, maka tidak ada arus sama sekali. Dioda ini beroperasi seperti sakelar. Ketika dioda dalam bias maju, ia bekerja seperti sakelar tertutup. Sedangkan, jika dioda ideal berada dalam bias terbalik, maka ia bekerja seperti sakelar terbuka.



6. Video [Kembali]


Video pembelajaran Dioda ideal, Karakteristik, Fungsi dan Cara kerja.




Video Rangkaian Dioda ideal



7. Example, Problem, Latihan Soal [Kembali]


Example

1. Bagaimana karakteristik dioda ideal?

Pembahasan :

Ambang Tegangan (Threshold Voltage) : Dioda ideal tidak memiliki tegangan ambang batas. Setelah tegangan maju diterapkan di dioda, itu akan melakukan arus langsung di persimpangannya

Arus Maju (Forward Current) : Dioda ideal termasuk arus maju tanpa batas ketika tegangan maju diterapkan di terminal mereka. Ini karena kondisi ideal, resistansi dalam dioda akan menjadi nol. Dioda ideal tidak akan memiliki resistansi dalam sama sekali. Karena arus ( Hukum Ohm I = V / R ), jumlah arus yang tidak terbatas akan dilakukan dan dipasok ke rangkaian listrik dengan dioda yang ideal.

Tegangan Kerusakan (Breakdown Voltage) : Dioda ideal tidak memiliki tegangan breakdown. Ini karena, dioda memiliki resistansi tak terbatas terhadap tegangan balik. Itu tidak akan melakukan arus sama sekali ketika tegangan diterapkan secara terbalik.

Membalikkan (kebocoran) Arus - Reverse (leakage) Current : Karena dioda yang ideal tidak mengandung akhir gangguan, ia tidak pernah melakukan arus bocor yang disebut arus bocor. Ini adalah isolator yang ideal ketika tegangan diterapkan secara terbalik.


2. Bagaimana keadaan diode ideal dalam bias maju dan bias balik terhadap nilai resistansi?

Pembahasan :

Ketika dioda dalam bias maju, dioda akan memberikan nilai resistansi yang sangat rendah. Sedangkan, dioda akan  menghambat aliran arus selama bias balik di mana dioda memberikan nilai resistansi yang sangat tinggi.

 


Problem

1. Jika suatu rangkaian terdapat suatu dioda penyerah lalu diberi tegangan AC, apa yang akan terjadi ?

Pembahasan : 

Akan menghasilkan tegangan output DC terhadap dioda penyearah, dalam peristiwa ini, tegangan AC (bolak-balik) akan menghasilkan satu arah tegangan oleh dioda karena arus yang mengalir hanya dari anoda ke katoda, sedangkan arus dari katoda menuju anoda terhambat.


2. Suatu dioda memiliki karakteristik batas ukuran arus maksimum yang berbeda-beda, apa jadinya jika suatu dioda diberi tegangan melebihi batas wajarnya? Apakah dioda menghasilkan arus ideal dimana tahanan bernilai nol, dan arus mendekati tak hingga?

Pembahasan : 

Suatu dioda jika diberi tegangan melebihi batas maksimum dioda, maka dioda akan panas dan terbakar. Sehingga dioda tidak dapat dikatakan ideal jika diberi tegangan maksimum melebihi batas, melainkan jika diberi batas tegangan maksimum, maka dioda menghasilkan arus ideal sesuai batas arus maksimum pada  spesifikasi dioda.



Soal Latihan ( Pilihan Ganda )

1. Bagaimana simbol rangkaian dioda ideal ?

A. Bulatan

B. Persegi panjang terhadap garis

C. Segitiga

D. Garis-Garis

E. Segitiga terhadap garis

2. Pernyataan berikut yang benar tentang bias maju?

A. Resistansi sangat tinggi, memungkinkan aliran arus

B. Resistansi sangat tinggi, tidak memungkinkan aliran arus

C. Resistansi sangat rendah, memungkinkan aliran arus

D. Resistansi sangat rendah, tidak memungkinkan aliran arus


8. Link Download [Kembali]


File HTML [ Download ]

File Video Simulasi Rangkaian [ Download ]

File Rangkaian Percobaan [ Download ]

File Datasheet Dioda [ Download ]

File Datasheet Resistor [ Download ]

File Datasheet LED [ Download ]

File Datasheet Baterai [ Download ]