Transcript PENGIKUT ZENER - HMJ Pendidikan Fisika

KELOMPOK B.1 :
1.
2.
3.
4.
Syamsam Ardu. S
Muhklis
Risma A
St. Muthmainnah P
Latar Belakang
Sebuah Dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan
listrik ke atau arah namun Dioda zener, di buat sedemikian rupa sehingga
arus dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan
melampaui batas “tegangan rusak” (breakdwon voltage).
Dioda yang biiasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir
secara berlawanan jika jika dicatu – balik (reserse bresed), di bawah
tegangan rusaknya, dioda biasanya akan menjadi rusak karena kelibihan
arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel
jika dilakukan dalam batas kemampuan.
Sebuah dioda zener memiliki sifat yang hampir sama dengan dioda
biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan rusak yang
jauh dikurangi, disebut tegangan zener. Sebuah Dioda yang memiliki p-n
juction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk
tenbus (tunnel) dari pita valensi material tipe – p ke dalam pita kondeksi
material tipe – n.
Identifikasi Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah di kemukakan, maka kita
dapat mengidentifikasi masalah yaitu bagaimana prinsip dari suatu
regulator tegangan zener serta bagaimana memahami prinsip kerja dan
penerapan dari sautu pengikut emiter, dengan regulator zener sebagai
mengatur tegangan.
Rumusan Masalah
1. Bagaimana prinsip kerja dari suatu rangkaian tegangan ?
2. Bagaimana prinsip kerja dari pengikut emiter dan regulator zener ?
3. Bagaimana prinsip kerja dan penerapan dari suatu pengikut emiter dan
regulator zener sebagai regulator tegangan ?
Tujuan Percobaan
1. Memahami prinsip kerja dari suatu regulator tegangan ?
2. Memahaimi prisip kerja dari suatu pengikut emiter dan regulator zener?
3. Memahami prinsip kerjadan penerapan dari suatu pengikut emiter dan
regulator zener sebagai regulator tegangan ?
Kajian Pustaka
Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik.
Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat
disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubahubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda zener akan
bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan
mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi
sampai ke sebuah angka yang telah diketahui sebelumnya
Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan
shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator tegangan sebagai
sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.
1. DIODA
Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan
semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga
komponen turunan lainnya yang unik.
Gambar 5. 1 : Struktur dan Simbol Dioda
Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu
arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N.
Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah
tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P
menuju sisi N.
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit
porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat
keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P
banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi
N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu
jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P
lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan
tergerak untuk mengisi hole di sisi P.
Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole
pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju
N,Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran
listrik dari sisi P ke sisi N.
Gambar 5.2 : Dioda dengan bias maju
Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu
dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N
mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.
Gambar 6.3: Dioda dengan bias negatif
Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron
atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan
elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan
deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan
arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah
menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang
tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini
disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda
yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt.
Kira-kira 0.2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan
Germanium.
Gambar 6.4 : Grafik arus dioda
Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus,
namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt
baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran
elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.
2. Dioda Zener
Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan
komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak
ada perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda.
Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan
P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai.
Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan
volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di
datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt
dan sebagainya.
Gambar 6.5 : Simbol Dioda Zener
Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka
zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias).
Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan listrik ke satu
arah, namun Dioda Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat
mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui
batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener".
METODE EKSPERIMEN
Alat :
1. Voltmeter
2. Amperemeter
3. Kabel penghubung
Bahan:
1. Kit percobaan Zener Follower
2. Power Suply (0-20V)
2 Buah
1 Buah
1 Buah
1 Buah
2 Buah
Prosedur Kerja :
1. Menyusun Rangkaian pengikut Zener seperti gambar berikut :
+ VCE
Rs
V in
Rl
D
V out
METODE EKSPERIMEN
Spesifikasi komponen :
a. Transistor 2N3053
b. Resistor Seri (Rs) Disesuaikan
c. Dioda Zener 9,1 – 12 V
d. Resistor Beban (Rl)
2. Setelah yakin tidak terjadi kesalahan, menghidupkan power suply dan
mengamati penunjukan alat – alat ukur arus dan tegangan (semua dalam
keadaan nol).
3. Mengatur tegangan power suply sehingga menujukkan tegangan (Vin) 2
Volt dan membaca penunjukan amperemeter (Is) dan voltmeter (Vout)
pada kedudukan tersebut.
4. Mengulangi langkah 3 dengan menaikkan tegangan 3 volt, 6 volt, 9 volt,
dan 12 volt.
5. Mencatat hasil ppengamatan pada tabel pengamatan.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil pengamatan :
Rl : 220 Ω
Rs : 220 Ω
Dioda Zener : 9,1 – 12 V
Transistor : 2N3053 7C
Tabel pengamatan :
No
V in
V out
Vs
Vz
1
0,00
0,00
0,00
0,00
2
3,00
0,43
1,43
1,42
3
6,00
0,85
2,82
2,81
4
9,00
1,29
4,21
4,20
5
12,00
1,64
5,60
5,59
HASIL DAN PEMBAHASAN
Analisis Data :
- Is
= Vs – Vz
Rs
Is1 = Vs1 – Vz1
Rs
= 0,00 – 0,00
220
= 0,00 A
- Is
= Vs – Vz
Rs
Is2 = Vs2 – Vz2
Rs
= 0,43 – 0,42
220
= 0,0045 A
- Is
Is3
- Is
Is4
= Vs – Vz
Rs
= Vs3 – Vz3
Rs
= 2,52 – 2,81
220
= 0,0045 A
= Vs – Vz
Rs
= Vs4 – Vz4
Rs
= 4,21 – 4,20
220
= 0,0045 A
- Is
Is5
- Vs
Vs1
- Vs
Vs2
= Vs – Vz
Rs
= Vs5 – Vz5
Rs
= 5,60 – 5,59
220
= 0,0045 A
= Is x Rs
= Is1 x Rs
= 0,00 – 220
= 0,00 Volt
= Is x Rs
= Is2 x Rs
= 0,0045 – 220
= 0,990 Volt
- Vs
Vs3
- Vs
Vs4
- Vs
Vs5
= Is x Rs
= Is3 x Rs
= 0,0045 – 220
= 0,990 Volt
= Is x Rs
= Is4 x Rs
= 0,0045 – 220
= 0,990 Volt
= Is x Rs
= Is5 x Rs
= 0,0045 – 220
= 0,990 Volt
- V2
V21
- V2
V22
- V2
V23
- V2
V24
= Vin - Vs
= Vin1 – Vs1
= 0,00 – 0,00
= 0,00 Volt
= Vin - Vs
= Vin2 – Vs2
= 3,00 – 0,99
= 2,010 Volt
= Vin - Vs
= Vin3 – Vs3
= 6,00 – 0,99
= 5,010 Volt
= Vin - Vs
= Vin4 – Vs4
= 9,00 – 0,99
= 5,010 Volt
- V2
V25
= Vin - Vs
= Vin5 – Vs5
= 12,00 – 0,99
= 11,010 Volt
- V in
= Vs + Vz
Vin1 = Vs1 + Vz1
= 0,00 + 0,00
= 0,00 Volt
- V in
= Vs + Vz
Vin2 = Vs2 + Vz2
= 0,990 + 2,010
= 3,00 Volt
- V in
= Vs + Vz
Vin3 = Vs3 + Vz3
= 0,990 + 5,010
= 6,00 Volt
- V in
= Vs + Vz
Vin4 = Vs4 + Vz4
= 0,990 + 8,010
= 9,00 Volt
- V in
= Vs + Vz
Vin5 = Vs2 + Vz2
= 0,990 + 11,010
= 12,00 Volt
- V out = Vz1 + VEB
Vout1 = Vz1 + VzEB1
= 0,00 + 1,70
= 1,700 Volt
- V out = Vz1 + VEB
Vout2 = Vz2 + VzEB2
= 2,010 + 1,70
= 3,710 Volt
- V out = Vz1 + VEB
Vout3 = Vz3 + VzEB3
= 5,010 + 1,70
= 6,710 Volt
- V out = Vz1 + VEB
Vout4 = Vz4 + VzEB4
= 8,010 + 1,70
= 9,710 Volt
- V out = Vz1 + VEB
Vout5 = Vz5 + VzEB5
= 11,010 + 1,70
= 12,710 Volt
V0 (v)
Grafik :
grafik hubungan antara Vin dan Vout pada dioda
zener
1.8
y = 0.138x + 0.014
R² = 0.9986
1.6
1.4
1.2
1
0.8
0.6
0.4
Vi (v)
0.2
0
0
2
4
6
8
10
12
14
grafik hubungan antara Vz dan Vs pada dioda zener
6
Vz (V)
y = 0.9986x - 0.004
R² = 1
5
4
3
2
1
Vs (V)
0
0
-1
1
2
3
4
5
6
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembahasan 4.2.1: Hubungan antara V in dan V out pada Dioda Zener
Berdasarkan hasil pengamatan dapat diketahui bahwa pada saat V in
0,00 V, 3,00 V, 6, 00 V, 9,00 V dan 12,00 V maka V out yang di peroleh
berturut – turut adalah sebesar 0,00 V, 0,43 V, 0,85 V, 1,29V, dan 1,64 V.
Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa semakin besar V out maka lain V
in berbanding lurus dengan V out. Dalam percobaan ini kita dapat
mengamati penunjukan Is disebabkan keterbatasan alat ukur.
Berdasakan analisis data dapat diketahui bahwa V in yang diperoleh
secara berurutan 0,00 V, 3,00 V, 6, 00 V, 9,00 V dan 12,00 V. Sedangkan V
out diperoleh berturut-turut sebesar 1,700 V, 3,710 V, 6,710 V, 9,710 V, dan
12,710 V. Dari hasil analisis dapat diketahui bahwa semakin besar V in
maka V out juga semakin besar dengan kata lain berbanding lurus. Namun,
hasil pengamatan yang diperoleh dgn analisis, berbeda dengan tegangan V
out yang diperoleh. Hal ini disebakan karena kesalahan paralaks yaitu
kesalahan yang disebkan oleh kesalahan pengamat dalam penunjukan alat
ukur.
Berdasarkan analisi grafik hubungan V in dengan V out, terbentuk
garis linear yang artinya tegangan V in berbanding lurus dengan V out.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Pembahasan 4.2.2: Hubungan antara Vz input dan Vs pada Dioda zener
Berdasarkan hasil pengamatan dapat diketahui bahwa pada saat V2
0,00 V, 1,43 V, 2, 82 V, 4,21 V dan 5,60 V dan Vs yang di peroleh berturut –
turut adalah sebesar 0,00 V, 1,42 V, 2,81 V, 4,20V, dan 5,59 V.
Dari hasil tersebut dapat diketahui bahwa Vz dan Vs berbanding lurus.
Berdasakan analisis data dapat diketahui bahwa tegangan seri (Vs)
yang diperoleh secara berurutan 0,00 V, 0,990 V, 0, 990 V, 9,00 V dan 0,990
V. Sedangkan Vz diperoleh berturut-turut sebesar 0,00 V, 2,010 V, 3,010 V,
8,010 V, dan 11,010 V. Dari hasil analisis ini diperoleh nilai Vs yang sama
mulai dari Vin 3,00 – 12,00 Volt. Hal ini terjadi akibat adanya kesalahan
yang disebkan oleh alat ukur yang digunakan.
Berdasarkan analisi grafik hubungan antara teganagn zener (Vz)
dengan V seri (Vs), terbentuk garis linear yang artinya tegangan V in
berbanding lurus dengan V out.
PENUTUP
Kesimpulan :
1. Tegangan dioda zener berfungsi secar efektif apabila teganganya
berada pada keadaan breakdwon (tegangan diodal) dan pengikut emiter
digunakan dalam penguatan impedansi tinggi yang dihubungkan dengan
beban rendah sehingga terjadipenurunan tegangan pada impedansi dalam.
2. Nilai hambatan beban harus lebih besar dari pada nilai hambatan
sumber, agar dioda yang digunakan tidak mudah rusak dan tidak terjadi
pelonjakan arus, agar alat ukur yang digunakan mudah di ketahui (di baca)
3 Tegangan zener merupakan tegangan masukan pada baris
transistor dan tegangan keluarannya merupakan selisih yang konstan
anatara tegangan zener dan penemuan tegangan pada transistor.
Saran :
1. Sebelum melakukan percobaan diharapkan kepada praktikan
terlebih dahulu memeriksa keadaan alat dan bahan, apakah layak di
gunakan atau tidak.
2. Untuk mendapatkan hasil yang maksimal diharapkan ketelitian
dan keakuratannya dalam pembacaan alat ukur.