Karakteristik Dioda PN, Memahami dari Hubungan Kurva Arus dan Kurva Tegangan Dioda

Pembahasan kali ini masih seputar komponen dioda. Kali ini kita akan melakukan praktikum mengenai karaktersitik dioda.

Dikesempatan kali ini kita tidak akan membahas mengenai pengertian dioda lebih detail, karena pembahasan mengenai pengertian, fungsi dan simbol dioda telah dibahas pada artikel sebelumnya dengan judul Dioda [Pengertian, Bahan, Fungsi, Struktur, Simbol, Jenis-jenis Dioda].

Pembahasan mengenai karakteristik dioda pun telah dibahas pada artikel terpisah dipembahasan sebelumnya dengan judul Kurva Karakteristik Dioda Forward Bias dan Reverse Bias.

Kali ini, kita akan langsung membahas dan melihat bagaimana kurva dari karakteristik dioda. Untuk melakukan simulasi kita buat rangkaiannya dengan menggunakan multisim.

Perhatikan rangkaian berikut ini :

Rangkaian diatas adalah rangkaian yang akan kita gunakan sebagai bahan simulasi kali ini. Apa saja komponen yang akan kita gunakan, berikut daftarnya :

Dioda 1N4004
Resistor 1k ohm
Sumber tegangan DC 10 V
Alat ukur arus Ammeter
Alat ukur tegangan Voltmeter

Rangakain tersebut tersusun dari satu buah dioda yang dipasang secara forward bias. Pada kondisi ini anoda pada dioda dihubungkan dengan kutub positif dari sumber tegangan dan katoda pada dioda dihubungkan dengan negatif dari sumber tegangan.

Kita ketahui bahwa jika dioda difungsikan sebagai penyearah pada kondisi forward bias, dioda memiliki tegangan minimum. Tegangan minimum tersebut disebut juga tegangan bias, besarannya yaitu :

0.7 V untuk bahan silikon
0.3 V untuk bahan germanium

Jika kondisi tegangan yang diberikan dari sumber tegangan kepada dioda nilainya diantara :

0 V - 0.7 V untuk silikon
0 V - 0.3 V untuk germanium

maka dioda belumlah aktif. Dioda tidak dapat mengalirkan arus listrik yang mengalir pada rangkaian tersebut.

Ketika tegangan dari sumber tegangan dinaikan melebihi (0.7 V atau 0.3 V) maka dioda akan aktif. Dioda bekerja pada tegangan biasnya yaitu sebesar (0.7 V untuk silikon dan 0.3 V untuk germanium). Pada kondisi ini dinamakan juga dengan dioda bekerja pada tegangan turn on voltage.

Selain komponen dioda, pada rangakain tersebut dipasang juga sebuah komponen resistor sebagai beban atau load untuk menghasilkan aliran arus listrik pada rangkaian. Dan dari titik rangkaian itulah kita dapat mengukur besarnya nilai tegangan output.

Selain dioda dan resistor, kita tambah kan juga alat ukur yang berfungsi untuk memudahkan dalam melakukan pengukuran nilai tegangan dan nilai arus pada masing-masing titik pengukuran, maka dipasanglah alat ukur arus (ammeter) dan alat ukur tegangan (voltemeter).

Agar tegangan dimasing-masing titik tidak tertukar maka kita beri label untuk masing-masing tegangan. Kita sebut saja tegangan sumber dengan sebutan Vs, tegangan dioda dengan sebutan Vd dan tegangan pada resistor dengan sebutan Vr.

Kembali perhatikan rangkaian pada gambar diatas, untuk mencari nilai tegangan pada masing-masing titik pengukuran dapat ditulis dengan rumus perhitungan matematis sebagai berikut ini :

Vs = Vd + Vr

10 V = 0,651 V + 9,349 V

Sedangkan untuk nilai arus yang terukur, pada ammeter terbaca sebesar 9,351 mA.

Praktikum Karakteristik Dioda

Jika kita lihat pada rangkaian sebelumnya bahwa tegangan yang diberikan oleh sumber tegangan DC yaitu sebesar 10 V. Pada simulasi kali ini kita akan menggunakan nilai tegangan yang nilainya bertahap. Kita variasikan tegangannya mulai dari -10 V sampai dengan 20 V. Kita lihat apa yang akan terjadi.

Untuk melihat kurva karakteristik dioda kita akan gunakan DC Sweep pada multisim. Langkah-langkah yang mesti dilakukan yaitu :

Pilih Simulate pada bar bagian atas
Pilih Analyses and simulation
Pilih DC Sweep
Kemudian isi besaran nilai tegangan pada kolom start value, stop value dan increment

kita isi besaran nilai tegangan yang akan kita simulasikan pada rangkaian tersebut, mulai dari rentang -10 V sampai dengan 20 V dengan nilai ketelitian sebesar 0.1 V.

start value = -10 V
stop value = 20 V
Increment = 0.1 V

Kurva Karakteristik Dioda

Kurva yang berwarna merah adalah kurva untuk besarnya nilai arus, sedangkan kurva yang berwarna hijau adalah kurva untuk besarnya tegangan pada dioda.

Gambar Karakteristik Dioda yang Pertama

Gambar berikut adalah gambar dengan besaran tegangan yang diberikan pada dioda sebesar sebesar -8.5136 V. Pada kondisi ini besarnya arus yang ditunjukan dengan kurva berwarna merah masih 0 mA.

Gambar Karakteristik Dioda yang Kedua

Gambar berikut adalah gambar dengan besaran tegangan yang diberikan pada dioda sebesar 0.468 V. Pada kondisi ini besarnya arus yang ditunjukan dengan kurva berwarna merah sudah ada perubahan sedikit yaitu sebesar 0.279 microAmpere.

Gambar Karakteristik Dioda yang Ketiga

Gambar berikut adalah gambar dengan besaran tegangan yang diberikan pada dioda sebesar 0.673 V. Pada kondisi ini besarnya arus yang ditunjukan dengan kurva berwarna merah sudah ada perubahan yaitu sebesar 0.0143 mA.

Kesimpulan

Dari ketiga gambar kurva karakteristik dioda diatas antara nilai tegangan dan nilai arus, kita dapat mengambil sebuah kesimpulan bahwa arus listrik tidak akan mengalir pada rangkaian karena alirannya tertahan oleh dioda selama dioda tersebut bekerja dibawah tegangan bias-nya. Dalam hal ini tegangan bias dioda yang kit pergunakan sebesar 0.673 V.

Ketika dioda bekerja dibawah tegangan bias maka arus akan bernilai 0 Ampere (arus tidak mengalir). Dan ketika tegangan yang diberikan pada dioda melebihi dari tegangan bias-nya sebesar 0.673 V maka arus listrik pada rangkaian tersebut dapat mengalir dan dioda akan tetap bekerja pada tegangan bias yaitu sebesar 0.673 V.