2.3 Series Diode Configurations

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja

c) Video Simulasi

d) Download File

1. Pendahuluan[kembali]

Konfigurasi rangkaian dioda seri adalah rangkaian sederhana yang terdiri dari satu atau lebih dioda yang terhubung seri dalam satu rangkaian listrik. Setiap dioda dalam rangkaian memiliki arus yang sama yang mengalir melalui rangkaian, sedangkan tegangan di setiap dioda berbeda tergantung pada karakteristik dari masing-masing dioda. Sebuah dioda umumnya terbuat dari bahan silikon. Silikon adalah bahan yang tidak bersifat sebagai penghantar atau konduktor, namun tidak pula sebagai penyekat atau isolator. Silikon adalah bahan semikonduktor. Ketika dioda disambungkan dengan kaki anodanya disambungkan ke kutub positif dan katodanya disambungkan ke kutub negatif baterai, kita mengatakan bahwa dioda diberikan bias maju atau forward biased. Sebuah dioda hanya akan menghantarkan arus listrik (menyalakan lampu) apabila diberi bias maju.

Ketika sebuah dioda disambungkan dengan polaritas yang terbalik, dimana kaki katodanya disambungkan ke kutub positif dan kaki anodanya disambungkan ke kutub negatif, kita mengatakan bahwa dioda diberikan bias mundur atau reverse bias. Sebuah dioda tidak akan menghantarkan arus listrik (tidak menyalakan lampu) apabila diberi bias mundur.

2. Tujuan [kembali]

a .Mengetahui apa itu rangkaian dioda seri

b. Mengetahui prinsip kerja dari rangkaian dioda seri

c. Mampu menghitung arus dan tegangan pada rangkaian seri dioda

d. Mampu merancang rangkaian seri dioda

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

a. Battery

Baterai adalah alat elektro kimia yang berfungsi untuk menyimpan tenaga listrik dalam bentuk tenaga kimia atau bisa juga untuk menyediakan dan menyuplai energi listrik. Tenaga listrik yang tersimpan akan dialirkan lagi untuk memberikan arus listrik seperti pada lampu posisi, lampu indikator, lampu rem belakang dan klakson. Kontruksi baterai terdiri dari kotak baterai yang didalamnya terdapat elektrolit asam sulfat, elektrode positif, dan elektrode negatif.

b. Voltmeter

Voltmeter adalah alat ukur yang digunakan untuk menentukan besaran tegangan listrik atau beda potensial pada suatu elektronika atau rangkaian listrik dalam besaran tertentu. Cara pemakaiannya adalah dengan memparalelkan kaki-kaki Voltmeter dengan komponen yang akan diuji tegangannya.

c. Ammeter

Amperemeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengetahui seberapa besar kuat arus listrik pada yang mengalir pada suatu rangkaian

B. Bahan

a. Dioda

Dioda atau diode adalah komponen elektronika aktif yang hanya dapat mengalirkan arus listrik pada satu arah saja dengan hambatan yang kecil (hambatan maju). Pada arah berlawanan, dioda akan mempunyai hambatan yang besar (hambatan balik) sehingga menghambat aliran arus listrik.

Berikut merupakan jenis-jenis dari dioda:

b. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian elektronika.

Berikut merupakan nilai resistor berdasarkan kode warna,

Cara menghitung nilai resistansi resistor:

c. Ground

Ground atau pertanahan adalah sistem pengamanan pada instalasi listrik dimana jika terjadi kebocoran tegangan atau arus maka listrik akan langsung mengalir ke tanah sehingga tidak menimbulkan bahaya.

4. Dasar Teori [kembali]

A. Dasar Teori

Dioda Approximation merupakan cara untuk menganalisa dioda apakah ideal atau tidak dalam sebuah rangkaian elektronika. Dalam menganalisa dioda hanya dibutuhkan sebuah switch. Ketika dioda forward bias, switch akan tertutup atau OFF dan ketika dioda reverse bias, switch akan terbuka atau ON. Pada umumnya, sebuah dioda dikatakan “on” jika arus yang dilewatkan berasal dari sumber yang digunakan memiliki arah yang sesuai dengan panah pada simbol dioda, dengan Vd ≥ 0,7 V untuk silikon dan Vd ≥ 0,3 V untuk germanium.

Berdasarkan rangkaian seri pada gambar 2.8, keadaan dioda pertama kali dijelaskan dengan mengganti dioda dengan elemen hambatan seperti yang ditunjukkan pada gambar. 2.9a. Arah arus yang dihasilkan sesuai dengan panah pada simbol dioda, dan karena E>Vt, dioda berada dalam keadaan "on". Rangkaian kemudian digambar ulang seperti pada gambar. 2.9b dengan rangkain setara yang sesuai dengan bias maju dioda silikon.

Resultan tegangan dan arus yang dihasilkan mengikuti persamaan:

Pada gambar 2.10 dioda pada gambar 2.8 dibalik posisinya. Jika dianalogikan dioda sebagai sebuah hambatan seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.11 terlihat arah arus yang dihasilkan tidak sesuai dengan panah dalam simbol dioda sehingga dioda dalam keadaan “off” sehingga membentuk rangkaian seperti gambar 2.12.

Dalam keadaan ini, arus yang melewati dioda adalah 0 A dan tegangan di resistor R adalah:

fakta bahwa VR = 0 V akan membentuk volt E melintasi sirkuit tebuka seperti yang didefinisikan oleh hukum tegangan Kirchhoff. Ingatlah selalu bahwa dalam kondisi apa pun DC, AC nilai sesaat, dan seterusnya – hukum tegangan Kirchhoff harus dipenuhi!.

B. Example

a.) Untuk konfigurasi dioda seri pada Gambar 2.13 , tentukan VD , VR , dan ID .

Jawab :

Karena tegangan yang diberikan membentuk arus searah jarum jam ke cocok dengan panah simbol dan dioda dalam keadaan "on", maka

VD = 0,7 V

VR = E - VD = 8 V - 0,7 V = 7,3 V

ID = IR = VR:R=7.3 V : 2,2 k

=3,32 mA

b.) Example 2.5, Ulangi Example 2.4 dengan dioda dibalik.

Melepaskan dioda, menemukan bahwa arah I berlawanan dengan panah masuk simbol dioda dan ekuivalen dioda adalah sirkuit terbuka, apa pun modelnya dipekerjakan. Hasilnya adalah rangkaian Gambar 2.14 , di mana ID=0 A karena rangkaian terbuka. Karena VR = IR R, kita memiliki VR = (0)R = 0 V. Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff di sekitar loop tertutup.

E - VD - VR = 0

dan VD = E - VR = E - 0 = E = 8 V

Maka rangkaiannya menjadi :

c.) Example 2.6 Untuk konfigurasi dioda seri pada Gambar 2.16 , tentukan VD , VR , dan ID .

Jawab :

Meskipun "tekanan" menghasilkan arus dengan arah yang sama dengan

simbol panah, level voltase yang diberikan tidak cukup untuk menghidupkan dioda silikon.

Titik operasi pada karakteristik ditunjukkan pada Gambar. 2.17, menetapkan ekivalen rangkaian terbuka sebagai pendekatan yang sesuai, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2.18.

Oleh karena itu, level tegangan dan arus adalah sebagai berikut:

ID = 0 A

VR = IR.R = ID.R = (0 A). 1,2 k = 0 V

dan VD = E = 0,5

C. Problem

a.) Untuk konfigurasi dioda seri pada Gambar dibawah , tentukan V0 dan ID .

Jawab :

Arah arus yang dihasilkan memiliki arah yang sama dengan kepala panah simbol kedua dioda, dan jaringan pada Gambar diatas terjadi karena E = 12 V - (0,7 V + 0,3 V) = 1 V. Perhatikan bahwa catu daya 12 V diubah dan polaritas Vo melintasi resistor 5,6 kΩ. Tegangan hasilnya akan :

Dan rangkaiannya akan menjadi :

b.) Tentukan ID, VD2 , dan Vo pada rangkaian berikut !

Jawab :

Menghilangkan dioda dan menentukan arah arus yang dihasilkan akan menghasilkan rangkaian seperti pada Gambar 2.24. Ada kecocokan arah arus untuk dioda silikon tetapi tidak untuk dioda germanium. Kombinasi dari sirkuit pendek berturut-turut dengan sirkuit terbuka selalu menghasilkan sirkuit terbuka dan ID = 0 A, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.25.

Kondisi yang dijelaskan oleh ID = 0 A dan VD1 = 0 V ditunjukkan pada Gambar 2.26.

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff searah jarum jam akan memberikan :

c.) Tentukan I, V1, V2, dan V0 pada rangkaian dioda seri berikut !

Jawab :

Sumber daya digambar dan arah arus diindikasikan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.26. Dioda berada dalam keadaan "on" dan notasi yang muncul pada Gambar 2.27 dimasukkan untuk menunjukkan keadaan ini. Perhatikan bahwa keadaan "on" dicatat hanya dengan tambahan VD = 0,7 V pada gambar.

Nilai resultan arus dari rangkaian :

Tegangan :

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff searah jarum jam akan menghasilkan :

D. Pilihan Ganda

1.) Dioda kristal ideal adalah dioda yang berperilaku sebagai ……….. sempurna ketika diberi bias maju

a. Konduktor

b. Isolator

c. Bahan resistensi

d. Osilator

2.) Resistansi seri dihubungkan di rangkaian zener berfungsi untuk......

a. Membalikkan bias zener dengan benar

b. Melindungi zener

c. Bias maju dengan benar pada zener

d. Bias Mundur

3.) Ketika dioda dalam kondisi ideal dan diberi bias maju, ia berperilaku sebagai...

a. Konduktor

b. Isolator

c. Penghambat

d. Osilator

5. Percobaan [kembali]

a) Prosedur[kembali]

Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus.
Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian.
Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh.
Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka motor akan bergerak yang berarti rangkaian bekerja.

b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian 2.8

Prinsip Kerja :

Baterai 8V dipasang secara seri dengan satu buah dioda dan satu buah resistor 2.2K. lalu diukur kuat arus pada dioda dan resistor sehingga didapatkan 3.34 mA. Diukur tegangan pada dioda didapat 0.66 V dan resistor 7.34 V.

Rangkaian 2.9

Prinsip Kerja :

Dalam Rangkaian 2.9a, dioda digantikan dengan elemen resistif, sesuai rangkaian sebelumnya dioda dalam keadaan on sehingga jika dalam keadaan on nilai hambatan dalam pada dioda adalah 0.02 ohm. Baterai 8V dipasang secara seri dengan resistor pengganti dioda 0.02 dan satu buah resistor 2.2K. lalu diukur kuat arus pada resistor pengganti dioda dan resistor sehingga didapatkan 3.60 mA. Diukur tegangan pada resistor pengganti dioda didapat 0.07 V dan resistor 7.93 V.

Dalam Rangkaian 2.9b, dioda digantikan dengan sebuah baterai 0.7 V. lalu diukur kuat arus pada baterai 0.7 V dan resistor sehingga didapatkan 3.32 mA. Diukur tegangan pada baterai 0.7 V didapat 0.7 V dan resistor 7.3 V.

Rangkaian 2.10

Prinsip Kerja :

Baterai 8 V dipasang seri dengan satu buah dioda dan satu buah resistor. Dioda dipasang terbalik menandakan dioda dalam keadaan off. sehingga kuat arus didapat 0 mA dan tegangan dari resistor diukur dengan voltmeter menghasilkan VR sebesar 0 V. Dan tegangan dioda sama dengan tegangan pada baterai sumber yaitu 8 V

Rangkaian 2.11

Prinsip Kerja :

Baterai 8 V dirangkai seri dengan 2 buah resistor. Dioda diganti dengan sebuah resistor, Jika dioda dalam keadaan off maka nilai dari resistor adalah sangat besar yaitu pada rangkaian digunakan resistor 100M, Lalu diukur kuat arus pada resistor dengan amperemeter dan menghasilkan arus sebesar 0 A dan diukur tegangan pada resistor menghasilkan VR sebesar 0,01 V. Dan tegangan pada resistor pengganti dioda didapat sama dengan tegangan sumber yaitu 7,98 V.

Rangkaian 2.12

Prinsip Kerja :

Baterai 8 V dirangkai seri dengan satu buah resistor 2.2k. Dioda pada rangkaian sebelumnya di lepas, Lalu diukur tegangan rangkaian didapat Vd sama dengan tegangan pada baterai yaitu 8 V. Lalu diukur arus dengan amperemeter didapat sebesar 0 A dan Diukur tegangan menghasilkan VR sebesar 0 V.

Rangkaian 2.13

Prinsip Kerja :

Baterai 8V dipasang seri dengan satu buah dioda dan satu buah resistor dengan nilai hambatan 2.2K Ohm. Pengukuran Arus menggunakan dc amperemeter secara seri diperoleh nilai arus sebesar 3,34 mA. Lalu tegangan dioda diukur menggunakan voltmeter secara paralel menghasilkan nilai 0,66 V dan resistor diukur juga menggunakan voltmeter menghasilkan 7,34 V.

Rangkaian 2.14

Prinsip Kerja :

Baterai 8 V dipasang seri dengan satu buah resistor dengan nilai 2.2k ohm lalu kuat arus yang melalui resistor diukur menggunakan amperemeter menghasilkan nilai 0 A, Tegangan pada rangkaian diukur secara paralel menghasilkan nilai 8 V, Lalu tegangan pada resistor diukur dengan voltmeter didapatkan nilai sebesar 0 V.

Rangkaian 2.16

Prinsip Kerja :

Baterai 0.5 V dirangkai seri dengan sebuah dioda dan sebuah resistor dengan nilai 1.2k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian dengan amperemeter menghasilkan nilai 0 A, Tegangan pada dioda diukur dengan voltmeter menghasilkan 0,47 V, Lalu tenganan pada resistor diukur menghasilkan 0.02 V.

Rangkaian 2.18

Prinsip Kerja :

Baterai 0.5 V dirangkai seri dengan sebuah resistor. Diukur nilai tegangan dari rangkaian tersebut menggunakan voltmeter menghasilkan nilai sebesar 0.5 V dan tegangan resistor juga diukur menghasilkan nilai sebesar 0 V, Lalu kuat arus diukur menggunakan amperemeter menghasilkan 0 mA.

Rangkaian 2.19

Prinsip Kerja :

Baterai 12 V disusun seri dengan sebuah dioda, sebuah LED dioda bewarna merah dan sebuah resistor dengan nilai 680 ohm. Diukur kuat arus menggunakan amperemeter pada rangkaian menghasilkan nilai sebesar 13.6 mA dan diukur tegangan awal menggunakan voltmeter pada rangkaian didapatkan nilai sebesar 9.24 V.

Rangkaian 2.20

Prinsip Kerja :

Baterai 12 V, Baterai 0.7 V, dan Baterai 1.8 V dirangkai secara seri dengan sebuah resistor 680 ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian dengan amperemeter menghasilkan 14 mA, Lalu diukur tegangan pada baterai 2 (VK1) dengan voltmeter menghasilkan 0.7 V, diukur tegangan baterai 3 (VK2) menghasilkan 1,8 V dan tegangan resistor diukur menghasilkan 9.5 V.

Rangkaian 2.21

Prinsip Kerja :

Baterai 20 V diukur secara seri dengan 2 buah dioda dan sebuah resistor 5.6k ohm. Diukur kuat arus dengan amperemeter menghasilkan 0 A dan kuat arus yang melewati resistor menghasilkan 0 A. Lalu diukur tegangan dengan voltmeter pada dioda 2 (VD2) menghasilkan 19.8 V dan diukur tegangan pada resistor menghasilkan 0 V.

Rangkaian 2.22

Prinsip Kerja :

Baterai 20 V dirangkai seri dengan 3 buah resistor, Dengan resistor ketiga bernilai 5.6k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian menggunakan amperemeter menghasilkan 0 A. Lalu diukur tegangan awal pada rangkaian dengan voltmeter menghasilkan nilai sebesar 0 V.

Rangkaian 2.23

Prinsip Kerja :

Baterai 20 V dirangkai seri dengan sebuah resistor 5.6k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian menggunakan amperemeter menghasilkan 0 A. Lalu diukur tegangan menggunakan voltmeter pada rangkaian menghasilkan nilai sebesar 0 V

Rangkaian 2.24

Prinsip Kerja :

Rangkaian 2.25

Prinsip Kerja :

Baterai 10 V dirangkai seri dengan sebuah dioda dan dua buah resistor, resistor 1 bernilai 4.7k ohm dan resistor 2 bernilai 2.2k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian menggunaka amperemeter menghasilkan 2.08 mA. Lalu diukur tegangan pada resistor 1 dengan voltmeter menghasilkan 9.78 V, Diukur pada resistor 2 menghasilkan 4.58 V, Dan tegangan awal diukur menghasilkan -0.42 V.

Rangkaian 2.26

Prinsip Kerja :

2 buah Baterai, Dengan baterai 1 bernilai10 V dan baterai 2 bernilai 5 V dirangkai seri dengan 3 buah resistor, Resistor 1 bernilai 4.7k ohm dan resistor 2 bernilai 2.2k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian dengan amperemeter menghasilkan 1.90 mA. Lalu diukur tegangan awal pada rangkaian menghasilkan nilai sebesar -0.82 V.

Rangkaian 2.27

Prinsip Kerja :

2 Buah baterai, Baterai 1 bernilai 10 V dan baterai 2 bernilai 5V dirangkai seri dengan sebuah dioda dan 2 buah resistor, Dengan resistor 1 bernilai 4.7k ohm dan resistor 2 bernilai 2.2k ohm. Diukur kuat arus pada rangkaian menggunakan amperemeter menghasilkan 2.08 mA. Lalu diukur nilai tegangan pada resistor 1 menggunakan voltmeter menghasilkan nilai 9.78 V, Diukur Resistor 2 menghasilkan 4.58 V, Dan diukur tegangan awal pada rangkaian menghasilkan nilai sebesar -0.42 V.

c) Video Simulasi [kembali]