materi kuliah (modul elektronika 1)

DIODA PENYEARAH

1. DIODA

a. Tujuan Kegiatan Belajar

Setelah mempelajari materi ini, siswa dapat :

1. Menggambarkan struktur atom germanium dan atom silikon

2. Menjelaskan hubungan (junction) p-n semikonduktor

3. Menjelaskan cara pemberian tegangan panjar dioda

4. Menggambarkan kurva karakteristik dioda

5. Menentukan kaki anoda dan katoda pada dioda

b. Uraian Materi

Semikonduktor adalah bahan dasar untuk komponen aktif pada pesawat/peralatan elektronika, yang mempunyai dua buah sifat yang menjadi satu yaitu menghantar dan menahan arus listrik. Bahan semikonduktor yang paling banyak dipakai adalah germanium dan silikon.

Atom-atom Germanium dan Silikon

Atom adalah bagian terkecil dari suatu unsur, sedangkan unsur adalah suatu zat kimia yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi zat baru, yang berbeda dengan zat semula. Atom terdiri dari inti (nucleus) dan dikelilingi oleh elektron-elektron yang bergerak pada orbitnya.

Elektron adalah identik untuk semua partikel/atom. Elektron dari suatu atom dapat diganti dengan elektron dari atom yang lain. Bahan yang berbeda dapat dibuat dari atom-atom yang berbeda-beda atau kombinasi dari beberapa atom. Jumlah proton atau elektron di dalam suatu atom merupakan nomor atom. Banyak elektron pada kulit atom adalah :

X = 2. n ²

dimana : X = banyak elektron

n = nomor kulit

Untuk kulit-kulit : 1 (kulit L) ------------- X = 2 . 1² = 2

2 (kulit M) ------------- X = 2 . 2² = 8

3 (kulit N) ------------- X = 2 . 3² = 18 dan seterusnya

Susunan atom germanuim dapat dilihat pada gambar 1. Atom germanium (Ge) terdiri dari sebuah inti dan dikelilingi oleh sejumlah elektron. Elektron yang mengelilingi inti atom terletak pada kulit atom.

Atom Ge mempunyai empat kulit atom yang mengelilingi inti atom. Kulit pertama disebut kulit L, elektron yang mengelilinginya sebanyak 2 buah, kulit kedua disebut kulit M dengan muatan elektron sebanyak 8 buah, kulit ketiga disebut kulit N dengan muatan elektron sebanyak 18 buah, dan kulit yang terluar disebut kulit O dengan muatan elektron sebanyak 4 buah. Kulit terluar inilah yang menentukan sifat semikonduktor Germanium.

Atom silikon terisolir Gb 2 (a) mempunyai 14 proton dalam intinya. Pada orbit pertama bergerak 2 elektron, 8 elektron bergerak pada orbit kedua dan 4 elektron pada orbit terluar atau orbit valensi. 14 elektron yang berputar menetralkan muatan dari inti atom sehingga dari luar atom (secara urutan listrik) adalah netral. Gb 2 (b) menunjukkan atom germanium terisolir, perhatikan 32 proton dalam inti atom dan 32 elektron yang mengorbit. Dalam hal ini yang penting adalah orbit luar (orbit valensi) yang terdiri dari empat elektron, sama seperti silikon. Oleh sebab itu silikon dan germanium disebut elemen tetra valent (tetra valent berarti mempunyai empat valensi)

kristal

Dewasa ini bahan semikonduktor yang paling banyak digunakan adalah kristal silikon. Namun dahulu juga digunakan unsur germanium. Kristal kalium arsenida yang terbentuk dari unsur galium dan arsen mempunyai sifat seperti unsur diatas, sehingga dapat pula digunakan untuk membentuk bahan semikonduktor. Kristal ini banyak digunakan untuk membuat lampu LED yang dipakai untuk lampu penunjuk dan laser dioda. Kristal gas As juga digunakan untuk membuat transistor yang dapat bekerja pada daerah frekwensi tinggi dalam daerah gelombang mikro.

Pada suhu ruang (sekitar 25^oC) kristal silikon mempunyai arus terlalu kecil untuk digunakan pada aplikasi umumnya. Pada suhu ini sepotong silikon tidak merupakan isolator maupun konduktor yang baik. Dengan alasan inilah bahan tersebut disebut bahan semikonduktor. Kristal germanium juga merupakan semikonduktor pada suhu ruang. Tetapi ada perbedaan yang penting sekali antara silikon dan germanium. Pada suhu ruang, kristal silikon mempunyai elektron bebas yang lebih sedkit daripada kristal germanium. Ini salah satu alasan mengapa silikon telah menjadi bahan semikonduktor utama dalam pemakaian masa kini.

Konduksi Dalam Silikon Murni

Pada sepotong kawat tembaga elektron-elektron bebas berada di dalam satu jalur energi yang disebut jalur konduksi, dimana elektron-elektron bebas ini dapat menghasilkan arus yang besar.

Gambar 3(a) memperlihatkan sebatang silikon dengan lapisan logam pada ujung-ujungnya. Suatu sumber tegangan luar membangkitkan medan listrik di antara ujung-ujung dari kristal tersebut. Pada suhu mutlak, elektron tidak dapat bergerak melalui kristal. Semua elektron valensi diikat dengan kuat oleh atom-atom silikon, sebab mereka adalah bagian dari ikatan-ikatan kovalen di antara atom-atom. Gambar 3(b) memperlihatkan diagram jalur energi. Bila tingkat jalur yang pertama berisi penuh, elektron di jalur-jalur ini tidak dapat bergerak dengan mudah karena disitu tidak ada lintasan yang kosong.Tetapi di luar jalur valensi terdapat jalur konduksi. Jika sebuah elektron valensi dapat dinaikkan ke dalam jalur konduksi, maka elektron tersebut bebas bergerak dari satu atom ke atom di sekitarnya. Namun pada suhu nol mutlak, jalur konduksi adalah kosong, ini berarti bahwa arus tidak dapat mengalir di dalam kristal silikon.

Lubang-Lobang (Hole-hole)

Apabila pada ikatan atom Ge tersebut terjadi perubahan suhu kamar yang cukup untuk melepaskan ikatan kovalen akan terjadi elektron bebas yang keluar dari ikatannya. Tempat yang ditinggalkan oleh elektron tersebut dinamakan lobang (hole), yang bermuatan positif. Hole maupun elektron kedua-duanya menghantarkan muatan listrik. Hantaran disebabkan oleh aliran hole yang bermuatan positif dan aliran elektron bermuatan negatif. Ikatan kovalen yang pecah menyebabkan terjadinya hole karena adanya elektron bebas yang keluar dari ikatan kovalennya.

Semikonduktor Ekstrinsik

Semikonduktor Ekstrinsik adalah semikonduktor hasil dari penggabungan intrinsik semikonduktor dan impuriti semikonduktor. Semikonduktor yang digunakan untuk membuat dioda dan transistor adalah semikonduktor ekstrinsik, yang dibuat dari campuran bahan semikonduktor intrinsik dengan atom lain.

Semikonduktor Intrinsik yaitu semikonduktor netral (murni) dengan jumlah muatan positif +4 sama terhadap muatan negatif.

Contoh : Germanium, Silikon.

Semikonduktor Impuriti ada dua macam :

a. Semikonduktor yang mempunyai muatan positif tiga dan muatan negatif tiga.

b. Semikonduktor yang mempunyai muatan positif lima dan muatan negatif lima

Contoh : Arsenik.

Semikonduktor Ekstrinsik ada dua tipe, yaitu tipe P semikonduktor akan terjadi apabila semikonduktor intrinsik dicampur dengan impuriti semikonduktor bermuatan +3.

Contoh :

Ge + Indium Tipe P

Tipe N akan terjadi apabila intrinsik semikonduktor di campur dengan impuriti semikonduktor bermuatan +5.

Contoh :

Ge + Arsenik Tipe N

Sehingga bila sejumlah atom Ge didekatkan satu dengan lainnya maka akan terjadi ikatan kovalen antara elektron atom satu dengan yang lainnya.

Junction P - N

Pada teknik elektronika banyak dipakai semikonduktor dari germanium (Ge) dan silikon (Si). Dalam keadaan aslinya germanium dan silikon itu adalah bahan-bahan pelikan dan merupakan isolator. Tetapi kemudian di dalam pabrik, germanium dan silikon itu masing-masing diberi kotoran (dopping), misalnya dengan aluminium. Dari hasil pengotoran (dopping) itu diperoleh bahan semikonduktor yang disebut semikonduktor tipe-P. Disebut semikonduktor tipe-P, sebab germanium dan silikon itu sekarang menjadi kekurangan elektron, sehingga bersifat positif. Jika germanium dan silikon tersebut diberi kotoran fosfor, maka yang diperoleh adalah semikonduktor tipe-N. Dinamai semikonduktor tipe N sebab bahan ini berlebihan elektron, sehingga bersifat negatif. Pertemuan (junction) adalah daerah di mana semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N bertemu yang nantinya dinamakan dioda junction.

Karakter Keping P-N

Gambar 4(a) menunjukkan dioda junction. Sisi P mempunyai banyak hole dan sisi N banyak elektron. Agar tidak membingungkan, pembawa minorotas tidak ditunjukkan tetapi perlu diketahui bahwa ada beberapa (sindikat) elektron pada sisi P dan sedikit hole pada sisi N.

Elektron pada sisi N cenderung untuk berdifusi (tersebar) ke segala arah. Beberapa berdifusi melewati junction. Jika tidak masuk daerah P, ia akan merupakan pembawa minoritas. Dengan banyak hole disekitarnya, pembawa minoritas ini mempunyai umur hidup yang singkat, segera setelah memasuki daerah P, elektron akan jatuh kedalam hole. Jika ini terjadi, hole lenyap dan elektron menjadi elektron valensi.

Setiap kali elektron berdifusi melalui junction, ia menciptakan sepasang ion. Gambar 4(b) menunjukkan ion-ion ini pada masing-masing sisi junction. Tanda positif berlingkaran menandakan ion positif dan tanda negatif berlingkaran menandakan ion negatif. Ion tetap dalam struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron ataupun hole.

Tiap pasangan ion positif dan negatif pada gambar 4(b) disebut dipole. Penciptaan dipole berarti satu elektron dan satu hole telah dikeluarkan dari sirkulasi. Jika terbentuk sejumlah dipole, daerah dekat junction dikosongkan dari muatan-muatan yang bergerak. Kita sebut daerah yang kosong muatan ini dengan lapisan pengosongan (depletion layer).

Tegangan Panjar Dioda

Supaya dioda dapat bekerja, maka perlu adanya tegangan yang diberikan pada dioda tersebut. Tegangan itu disebut tegangan muka. Tegangan yang diberikan pada dioda ada dua cara, bila sisi P dihubungkan dengan kutub positif baterai dan sisi N dihubungkan dengan kutub negatif baterai, maka tegangan muka seperti ini disebut tegangan muka maju. Pada tegangan muka maju arus listrik dapat mengalir melalui dioda.

Sedangkan apabila sisi P dihubungkan dengan kutub negatif baterai dan sisi N dihubungkan dengan kutub positif baterai, maka tegangan muka seperti ini disebut tegangan muka terbalik. Pada tegangan muka ini arus listrik tidak dapat mengalir melalui dioda.

Tegangan muka balik dioda

Kurva Karakteristik Dioda

Karakteristik dioda terdiri atas dua macam, yaitu karakteristik dioda maju pada saat diberi tegangan muka maju (forward bias) dan karakteristik dioda terbalik pada saat di beri tegangan muka balik (reverse bias).

Pada karakteristik dioda ini yang akan dibicarakan adalah karakteristik tegangan dan arus.

Pada saat tegangan maju (forward) Vf nol, maka arus maju If masih dalam posisi nol. Jika sedikit demi sedikit tegangan maju ditambah, maka arus maju If masih dalam posisi nol (sangat kecil) mengalirlah If secara besar-besaran, dalam grafik digambarkan merupakan garis lurus (grafik linear).

Sebaliknya apabila diberi tegangan balik, dioda akan tetap tidak menghantar sampai mencapai tegangan breakdown dioda tersebut. Apabila telah mencapai tegangan breakdown dioda akan menghantar dan arus riverse I_r seperti diberi tegangan maju. Besarnya tegangan maju untuk dioda jenis silikon adalah 0,7 Volt dan 0,3 untuk germanium.

Karakteristik tegangan muka maju dan terbalik

Penentuan Kaki Dioda

Apabila semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N, keduanya saling digabungkan satu sama lain, maka terjadilah sebuah dioda. Disebut dioda karena mempunyai dua buah kaki, masing-masing pada sisi N dan pada sisi P. Kaki-kaki ini berfungsi sebagai terminal dioda. Sisi P disebut Anoda (A) dan sisi N disebut Katoda (K).

Karena dioda dibuat dengan jalan menggabungkan kedua sisi konduktor tersebut, sehingga disebut dioda junction (lapisan) antara anoda dan katoda.

Simbol dan Bentuk dioda

Bentuk dioda seperti pada gambar 8 dapat ditentukan kaki-kaki sebuah dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya. Cara lain adalah dengan menggunakan Ohmmeter. Dengan menghubungkan jumper Ohmmeter langsung pada kaki dioda dapat ditentukan Anoda dan Kotoda dari dioda tersebut, yaitu dengan cara menghubungkan jumper warna hitam (positif batterey Ohmmeter) ke salah satu kaki dioda dan jumper warna merah (negatif battrey Ohmmeter) ke kaki lainnya,

a. Apabila jarum penunjuk Ohmmeter bergerak menuju 0 Ohm (dioda forward), kaki dioda yang terhubung dengan jumper warna hitam adalah anoda dan merah katoda.

b. Jika jarum Ohmmeter tidak bergerak menuju 0 Ohm (dioda riverse), balikkan hubungan jumper ke kaki dioda sehingga didapatkan seperti hasil pada poin a.

Latihan 1

Jawablah soal-soal berikut ini dengan tepat dan benar :

1. Mengapa atom germanium dan silikon disebut elemen tetravalen ?

2. Apa yang dimaksud dengan dioda junction ?

3. Jelaskan yang dimaksud dengan tegangan muka dioda.

4. Gambarlah bentuk karakteristik tagangan maju muka dioda.

5. Sebutkan dua cara penentuan kaki anoda dan katoda sebuah dioda.

II. PENYEARAH

A. Dioda sebagai Penyearah Setengah Gelombang

Prinsip kerja :

Jika A positif (+), B negatif (-), maka dioda konduksi (bekerja) sehingga arus akan mengalir menuju RL dan kembali ke trafo.

Saat A negatif (-), B positf (+), maka dioda tidak konduksi/tidak bekerja sehingga arus tidak mengalir.

Kejadian ini berulang/muncul terus-menerus sehingga bentuk gelombangnya dapat digambarkan sebagai berikut :

b. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Penuh Dengan Dua Dioda

Prinsif Kerja

Perlu diketahui bahwa kutub rangkaian penyearah gelombang penuh dua dioda diperlukan transformator yang mempunyai CT ( Center Tap). Gelombang sinyal pada titik A selalu berbeda fasa 180° terhadap titik C, titik B sebagai nolnya.

Jika titik A positif (+) titik C negatif (-), maka D1 akan konduksi kemudian arus mengalir menuju RL dan kembali ke trafo (titik B).

Jika titik C positif (+), titik A negatif (-) maka D2 akan konduksi , kemudian arus akan mengalir menuju RL dan kembali ke trafo (titik B).

Kejadian ini akan berlangsung berulang dan gelombang/sinyalnya dapat digambarkan sebagai berikut :

Bentuk gelombang Rangkaian penyearah dengan dua dioda

c. Dioda sebagai penyearah Gelombang penuh dengan sistem jembatan (bridge)

. Rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan

Prinsip Kerja :

Jika A positif (+), B negatif (-), maka D1 konduksi, arus akan mengalir menuju RL dan D3 menuju titik B.

Saat B positif (+), A negatif (-), maka D2 konduksi, arus akan mengalir menuju RL dan D4 menuju titik B.

Kejadian ini berulang secara terus-menerus sehingga gelombang/sinyalnya dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 1.14

Bentul gelombang penyearah sistem jembatan

Dioda sebagai penyearah gelombang dengan filter kapasitor

Penyearah gelombang dengan filter kapasitor adalah menambahkan kapasitor pada output penyearah yang dipasang paralel dengan beban resistor (RL). Pemasangan filter ini berlaku untuk penyearah setengah gelombang dan gelombang penuh.

a.Setengah gelombang

b.Gelombang penuh

Filter kapasitor bekerja berdasarkan waktu pengisian dan pembuangan (RC). Pada saat dioda konduksi, kapasitor mengisi muatan , dan selama dioda tidak konduksi kapasitor akan membuang muatan sehingga dihasilkan tegangan searah yang lebih merata. Kejadian ini berlangsung terus-menerus sehingga dihasilkan bentuk gelombang output sebagai berikut :

Output penyearah dengan filter kapasitor

a. Penyearah setengah gelombang

b. Penyearah gelombang penuh.

Dioda sebagai pelipat tegangan (Voltage Multiplier)

Pelipat tegangan (voltage multiplier) adalah dua atau lebih penyearah gelombang yang menghasilkan tegangan dc sama dengan perkalian dari tegangan puncak input (2Vp), 3Vp, 4Vp, dan seterusnya).

Voltage doubler

Voltage Doubler

Gambar 1a adalah voltage doubler, hubungan dari dua penyearah puncak. Pada puncak dari setengah siklus negatif Di terbias forwad dab D2 terbias reverse. Siklus ini akan mengisi C1 sampai tegangan puncak Vp dengan polaritas seperti yang ditunjukkan pada gambar 1b. Pada setengah siklus berikutnya, D1 terbias reverse dan D2 terbias forward. Karena suber dan C1 terpasang seri, C2 akan mencoba diisi sampai 2Vp. Setelah beberapa siklus, tegangan pada C2 akan dengan 2Vp seperti ditunjukkan pada gambar 1c.

Dengan menggambarkan rangkaian kembali dan menghubungkan resistansi beban, diperoleh gambar 1d. Selama RL besar tegangan outpur kira-kiran sama dengan 2Vp. Jika diberikan beban ringan (konstanta waktu panjang) tegangan output dua kali tegangan puncak input.

Voltage tripler

Pelipat tegangan 3 kali (Voltage Tripler)

Dengan menambahkan satu seksil lagi, dapat diperoleh voltage tripler. Dua penyearah puncak pertama berlaku sebagai doubler. Pada puncak setengan siklus negatif, D3 terbias forward dan mengisi C3 sampai 2Vp dengan polaritas seperti ditunjukkan pada gambar. Output triple terjadi pada C1 dan C3. Resistansi beban dihubungkan pada output tripler. Selama konstanta waktunya panjang, output kira-kira sama dengan 3Vp.

Rangkaian clipper

Rangkaian clipper digunakan untuk membuang tegangan sinyal di atas atau di bawah level tegangan tertentu. Salah satu cara adalah dengan clipper dioda (clipper = pemotong).

1. Clipper positif

Clipper positif adalah rangkaian yang membuang bagian positif adri sinyal.

Clipper positif

Carqa kerja rangkaiannya yaitu selama setengah siklus positif tegangan input, dioda konduksi. Dioda terhubung singkat dan tegangan pada beban RL saat siklus positif ini sama dengan nol. Selama setengah siklus negatif, dioda terbias reverse dan terbuka. Dengan harga RL yang jauh lebih besar dari R dihasilkan tegangan output dengan harga mendekati -Vp. Maka pada clipper positif ini sinyal di atas level 0 volt akan dipotong.

2. Clipper Negatif

Clipper negatif adalah rangkaian yang membuang bagian negatif dari sinyal.

Clipper negatif

Cara kerjanya adalah kebalikab dari clipper positif yaitu dioda konduksi saat setengah siklus negatif , output pada beban RL nol. Dan dioda reverse saat setengah siklus positif, dengan harga RL jauh lebih besar dari R dihasilkan output mendekati harga Vp.

3. Clipper Di bias

Cliper ini adalah untuk mendapatkan level pemotongan tidak 0 Volt. Dengan clipper di bias dapat digeser level pemotongan pada level positif atau negatif yang diinginkan.

Clipper di bias positif

Pada clipper di bias positif ini, agar dioda dapat konduksi tegangan input harus lebih besar daripada +V. Ketika Vin lebih besar dari pada +V, dioda berlaku seperti saklar tertutup dan tegangan pada output sama dengan +V. Ketika tegangan input kurang dari +V, dioda terbuka dan karena harga RL jauh lebih besar dari R maka hampir seluruh tegangan input muncul pada output. Rangkaian clipper di bias positif ini bekerja akan membuang semua sinyal di atas level +V.

Sebaliknya untuk rangkaian clipper di bias negatif akan membuang semua sinyal di bawah level -V.

4. Clipper Kombinasi

Dengan penggabungan clipper di bias positif dan di bias negatif dapat dirancang clipper kombinasi.

Clipper kombinasi

Cara kerjanya adalah Dioda D1 konduksi ketika tegangan input lebih besar dari +V1. Oleh sebab itu tegangan output sama dengan +V1 ketika Vin lebih besar dari +V1. Sebaliknya ketika Vin lebih negatif daripada -V2, dioda D2 konduksi. Dengan D2 forward, tegangan output sama dengan -V2 selama tegangan input lebih negatif dari -V2. Ketika Vin terletak antara +V1 dan -V2, tidak ada dioda yang konduksi.

Rangkaian Clamper

Rangkaian clamper adalah rangkaian untuk mendorong sinyal ke atas atau ke bawah dengan tetap mempertahankan bentuk sinyal aslinya. Clamper yang mendorong sinyal ke atas yang mengakibatkan puncak negatif jatuh pada level 0 Volt disebut clamper positif. Sedangkan clamper yang mendorong sinyal ke bawah yang mengakibatkan puncak level positif jatuh pada level 0 Volt dinamakan clamper negatif.

Rangkaian Clamper positif

Cara kerjanya adalah: Pada setengah siklus negatif pertama dari tegangan input dioda konduksi dan kapasitor mengisi muatan sampai Vp. Sedikit di bawah puncak negatif, dioda akan off, konstanta waktu RLC sengaja dibuat lebih besar daripada perioda T sinyal input. Dengan demikian , kapasitor hampir tetap terisi penuh waktu dioda off. Setelah terisi kapasitor akan berlaku seperti baterei, dan selanjutnya output yang dihasilkan akan terangkat secara vertikal ke atas dengan puncak negatif jatuh pada level 0 Volt tampa merubah bentuk sinyal aslinya.

Dioda Zener

1. Konfigurasi Dioda Tunnel

Berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener dirancang untuk beroperasi dengan tegnagan muka terbalik (reverse bias) pada tegangan tembusnya. Biasa disebut breakdown dioda. Jadi katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda. Simbol dan cara pemberian tegangan ditunjukkan pada gambar berikut ini:

(a) Simbol Dida zener (b) Cara pemberian tegangan dioda zener

Angka yang tertulis pada badan sebuah dioda zener menunjukkan tegangan tembusnya. Misalkan tertulis 6,3 V, artinya bila melebihi tegangan 6,3 V maka dioda tersebut akan menghantar.

2. Prinsip kerja

Dioda zener akan menghantar , apabila diberikan tegangan sebesar tegangan tembusnya (tegangan zener) atau lebih. Tatapi akan tetap menyumbat (cut off) selama tegangan yang diberikan padanya lebih kecil dari tegangan zener. Hal ini dibuat demikian, sehingga sifat-sifat tersebut dapat dimanfaatkan dalam suatu kebutuhan. Karena dioda ini dibuat khusus dengan doping yang tinggi, sehingga dapat mengalirkan arus pada keadaan reverse bias yang rendah.

Grafik karaktristik dioda zener

3. Dioda zener sebagai Stablisator

Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan sebagai penstabil ataupun pembagi tegangan. Salah satu contoh seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini :

Penyetabil teganga pada outpu penyearah

Apabila tegangan input dari filter tetap melebihi tegangan kerja dioda zener (10V), maka tegangan output tidak akan melebihi dari 10 Volt.

Dioda Varaktor

Dioda varaktor atau disebut juga dengan dioda varicap adalah dioda silikon yang diberi tegangan muka terbalik dan dapat dipakai sebagai kapasitas yang dapat diatur-atur. Simbol dan kaitan antara kapasitas dan tegangan terbalik dapat dilihat pada gambar berikut ini :

a Simbol dioda varaktor

b. Kaitan antara kapasitas dan tegangan terbalik pada BA 110

Makin tinggi tegangan terbalik yang diberikan kepada dioda kapasitasnya menjadi semakin kecil.

Dioda varaktor dipakai terutama :

a. Modulator reaktansi.

b. Pengatur frekuensi otomatik (AFC) dalam pemancar FM dan penerima-penerima FM.

Gambar berikut ini adalah contoh penerapan dioda varaktor pada modulator reaktansi :

Dioda varaktor sebagai Modulator Reaktansi

Pada gambar terlihat dioda diberi tegangan muka terbalik, dan tegangan muka tersebut dapat diubah-ubah oleh sinyal audio yang ada pada gulungan transformator. Oleh perubahan-perubahan-perubahan tegangan muka itu, maka kapasitas dioda berubah-ubah. Perubahan-perubahan kapasitas ini diinjeksikan kepada sirkit LC osilator.

Dioda Tunnel

Dioda tunnel adalah seperti dioda zener lainnya, bedanya adalah tegangan jatuh (tegangan breakdown) dioda tunnel dapat mencapai nol. Hal in didapatkan berdasarkan taraf doping tertentu. Makin berat doping yang diberikan , makin rendah tegangan breakdown. Simbol dioda tunnel adalah seperti gambar berikut ini:

Simbol Dioda Tunnel

Suatu sifat yang terdapat pada dioda tunnel adalah dapat menghantar dan menyumbat dalam waktu yang lebih singkat dibanding dioda biasa. Sifat inilah yang dimanfaatkan untuk keperluan-keperluan pada rangkaian yang membutuhkan kecepatan kerja tinggi, antara lain oscilator frekuensi tinggi, komputer, dan lain-lain.

a. Karakteristik Dioda Tunnel

Karakteristik dioda tunnel

Dari gambar karakteristik ini dapat dijelaskan bahwa dalam keadaan forward bias dioda langsung bekerja. Dioda-dioda biasa baru akan bekerja setelah mendapatkan forward bias sebesar 0,3 untuk dioda germanium dan 0,7 untuk dioda silikon. Seperti tampak pada gambar arus forward ini akan terus naik hingga mencapai harga maksimum Im pada tegangan Vm. Setelah itu arus turun hingga mencapai nilai Iv, bla tegangan forward diperbesar arus akan naik lagi. Dari garis lengkung yang ada di sebelah kanan Vv ini sama besar dengan lengkung karakteristik sebuah dioda biasa. Bila diperhatikan karakteristik tersebut, tampak bahwa kenaikan tegangan di antara Vm dan Vv akan menyebabkan menurunnya arus. Oleh karena itu daerah ini disebut daerah yang mempunyai tahanan negatif terhadap sinyal ac.

YOU'RE MY BEST FRIEND

I don't have to worry anymore, cause you will be by my side when I cry
You always smile at me
I am blessed because you always shine before me
Things that we have missed hastily at time, that's the way it is
Faces that always being looked at
Forever hugging each other
Your smile has helped me endless time, you know
Thank you thank you Best Friend

These plenty happiness that I felt at this moment
All the friends that I have here, you the best present
I am blessed because you always be by our side
Surely things that I have accomplished here, those things too give me strength (change to strength)
Faces that always being looked at
Forever hugging each other
All of your smile has helped me endless time, you know
Thank you thank you Best Friend

Things that we have missed hastily at time, that's the way it is
Faces that always being looked at
Forever hugging each other
Your smile has helped me endless time, you know
Thank you thank you Best Friend

Always alwaysalways my Best Friend

fall for you

The best thing about tonight's that we're not fighting
Could it be that we have been this way before
I know you don't think that I am trying
I know you're wearing thin down to the core

But hold your breathe
Because tonight will be the night
That I will fall for you
Over again
Don't make me change my mind
Or I won't live to see another day
I swear it's true
Because a girl like you is impossible to find
You're impossible to find

This is not what I intended
I always swore to you I'd never fall apart
You always thought that I was stronger
I may have failed but I have loved you from the start

Oh, But hold your breathe
Because tonight will be the night
That I will fall for you
Over again
Don't make me change my mind
Or I won't live to see another day
I swear it's true
Because a girl like you is impossible to find
It's impossible
So breathe in so deep
Breathe me in
I'm yours to keep
And hold on to your words
Cause talk is cheap
And remember me tonight
When you're asleep

Because tonight will be the night
That I will fall for you
Over again
Don't make me change my mind
Or I won't live to see another day
I swear it's true
Because a girl like you is impossible to find

Tonight will be the night
That I will fall for you
Over again
Don't make me change my mind
Or I won't live to see another day
I swear it's true
Because a girl like you is impossible to find
You're impossible to find

makalh tentang sensor aliran

Makalah sensor aliran

1.Sensor Aliran Fluida ( Flow Sensor )

Pengukuran aliran mulai dikenal sejak tahun 1732 ketika Henry Pitot mengatur jumlah fluida yang mengalir. Dalam pengukuran fluida perlu ditentukan besaran dan vektor kecepatan aliran pada suatu titik dalam fluida dan bagaimana fluida tersebut berubah dari titik ke titik.

Pengukuran atau penyensoran aliran fluida dapat digolongkan sebagai berikut:

1. Pengukuran kuantitas

Pengukuran ini memberikan petunjuk yang sebanding dengan kuantitas total yang telah mengalir dalam waktu tertentu. Fluida mengalir melewati elemen primer secara berturutan dalam kuantitas yang kurang lebih terisolasi dengan secara bergantian mengisi dan mengosongkan bejana pengukur yang diketahui kapasitasnya.

Pengukuran kuantitas diklasifikasikan menurut :

a. Pengukur gravimetri atau pengukuran berat

b. Pengukur volumetri untuk cairan

c. Pengukur volumetri untuk gas

2. Pengukuran laju aliran

Laju aliran Q merupakan fungsi luas pipa A dan kecepatan V dari cairan yang mengalir lewat pipa, yakni:

Q = A.V

tetapi dalam praktek, kecepatan tidak merata, lebih besar di pusat. Jadi kecepatan terukur rata-rata dari cairan atau gas dapat berbeda dari kecepatan rata-rata sebenarnya. Gejala ini dapat dikoreksi sebagai berikut:

Q = K.A.V

di mana K adalah konstanta untuk pipa tertentu dan menggambarkan hubungan antara kecepatan rata-rata sebenarnya dan kecepatan terukur. Nilai konstantaini bisa didapatkan melalui eksperimen.

Pengukuran laju aliran digunakan untuk mengukur kecepatan cairan atau gas yang mengalir melalui pipa. Pengukuran ini dikelompokkan lagi menurut jemis bahan yang diukur, cairan atau gas, dan menurut sifat-sifat elemen primer sebagai berikut:

a. Pengukuran laju aliran untuk cairan:

1) jenis baling-baling defleksi

2) jenis baling-baling rotasi

3) jenis baling-baling heliks

4) jenis turbin

5) pengukur kombinasi

6) pengukur aliran magnetis

7) pengukur aliran ultrasonic

8) pengukur aliran kisaran (vorteks)

9) pengukur pusaran (swirl)

b. Pengukuran laju aliran gas

1) jenis baling-baling defleksi

2) jenis baling-baling rotasi

3) jenis termal

3. Pengukuran metoda diferensial tekanan

Jenis pengukur aliran yang paling luas digunakan adalah pengukuran tekanan diferensial. Pada prinsipnya beda luas penampang melintang dari aliran dikurangi dengan yang mengakibatkan naiknya kecepatan, sehingga menaikan pula energi gerakan atau energi kinetis. Karena energi tidak bisa diciptakan atau dihilangkan ( Hukum perpindahan energi ), maka kenaikan energi kinetis ini diperoleh dari energi tekanan yang berubah..

Lebih jelasnya, apabila fluida bergerak melewati penghantar (pipa) yang seragam dengan kecepatan rendah, maka gerakan partikel masing-masing umumnya sejajar disepanjang garis dinding pipa. Kalau laju aliran meningkat, titik puncak dicapai apabila gerakan partikel menjadi lebih acak dan kompleks.

Kecepatan kira-kira di mana perubahan ini terjadi dinamakan kecepatan kritis dan aliran pada tingkat kelajuan yang lebih tinggi dinamakan turbulen dan pada tingkat kelajuan lebih rendah dinamakan laminer.

Kecepatan kritis dinamakan juga angka Reynold, dituliskan tanpa dimensi:

di mana : D = dimensi penampang arus fluida, biasanya diameter

ρ = kerapatan fluida

V = kecepatan fluida

μ = kecepatan absolut fluida

Batas kecepatan kritisuntuk pipa biasanya berada diantara 2000 dan 2300.

Pengukuran aliran metoda ini dapat dilakukan dengan banyak cara misalnya: menggunakan pipa venturi, pipa pitot, orifice plat (lubang sempit), turbine flow meter, rotameter, cara thermal, menggunakan bahan radio aktif, elektromagnetik, ultar sonic dan flowmeter gyro. Cara lain dapat dikembangkan sendiri sesuai dengan kebutuhan proses. Yang dibahas dalam buku ini adalah sensor laju aliran berdasarkan perbedaan tekanan.

2. Sensor Aliran Berdasarkan Perbedaan Tekanan

Metoda ini berdasarkan Hukum Bernoulli yang menyatakan hubungan :

dimana: P = tekanan fluida

ρ = masa jenis fluida

v = kecepatan fulida

g = gravitasi bumi

h = tinggi fluida (elevasi)

Gambar 3.36. Hukum Kontiunitas

Jika h₁ dan h₂ dibuat sama tingginya maka

atau

Perhatian : Rumus diatas hanya berlaku untuk aliran Laminer, yaitu aliran yang memenuhi prinsip kontinuitas.

Pipa pitot, orifice plate, pipa venturi dan flow Nozzle menggunakan hukum Bernoulli diatas. Prinsip dasarnya adalah membentuk sedikit perubahan kecepatan dari aliran fluida sehingga diperoleh perubahan tekanan yang dapat diamati. Pengubahan kecepatan aliran fluida dapat dilakukan dengan mengubah diameter pipa, hubungan ini diperoleh dari Hukum kontiunitas aliran fluida.

Perhatikan rumus berikut: , di mana : A = luas penampang pipa, B = debit fluida

Karena debit fluida berhubungan langsung dengan kecepatan fluida, maka jelas kecepatan fluida dapat diubah dengan cara mengubah diameter pipa.

2.1 Orifice Plate

Alat ukur terdiri dari pipa dimana dibagian dalamnya diberi pelat berlubang lebih kecil dari ukuran diameter pipa. Sensor tekanan diletakan disisi pelat bagian inlet (P₁) dan satu lagi dibagian sisi pelat bagian outlet (P₂). Jika terjadi aliran dari inlet ke outlet, maka tekanan P₁ akan lebih besar dari tekanan outlet P₂.

Keuntungan utama dari Orfice plate ini adalah dari :

1. Konstruksi sederhana

2. Ukuran pipa dapat dibuat persis sama dengan ukuran pipa sambungan.

3. Harga pembuatan alat cukup murah

4. Output cukup besar

Kerugian menggunakan cara ini adalah :

1. Jika terdapat bagian padat dari aliran fluida, maka padat bagian tersebut akan terkumpul pada bagian pelat disisi inlet.

2. Jangkauan pengukuran sangat rendah

3. Dimungkinkan terjadinya aliran Turbulen sehingga menyebabkan kesalahan pengukuran jadi besar karena tidak mengikuti prinsip aliran Laminer.

4. Tidak memungkinkan bila digunakan untuk mengukur aliran fluida yang bertekanan rendah.

Gambar 3.37. Orifice Plate

Jumlah fluida yang mengalir per satuan waktu ( m³/dt) adalah :

di mana : Q = jumlah fluida yang mengalir ( m³/dt)

K = konstanta pipa

A₂ = luas penampang pipa sempit

P = tekanan fluida pada pipa 1 dan 2

ρ = masa jenis fluida

g = gravitasi bumi

Rumus ini juga berlaku untuk pipa venturi

2.2 Pipa Venturi

Bentuk lain dari pengukuran aliran dengan beda tekanan adalah pipa venture.

Pada pipa venture, pemercepat aliran fluida dilakukan dengan cara membentuk corong sehingga aliran masih dapat dijaga agar tetap laminar. Sensor tekana pertama (P₁) diletakkan pada sudut tekanan pertama dan sensor tekanan kedua diletakkan pada bagian yang plaing menjorok ke tengah. Pipa venturi biasa dipergunakan untuk mengukur aliran cairan.

Keuntungan dari pipa venturi adalah:

1.Partikel padatan masih melewati alat ukur

2. Kapasitas aliran cukup besar

3. Pengukuran tekana lebih baik dibandingkan orifice plate.

4. Tahan terhadapa gesakan fluida.

Kerugiannya adalah:

1. Ukuiran menjadi lebih besar

2. Lebih mahal dari orifice plate

3. Beda tekanan yang ditimbulkan menjadi lebih kecil dari orifice plate.

Gambar 3.38. Pipa Venturi

2.3 Flow Nozzle

Tipe Flow Nozzle menggunakan sebuah corong yang diletakkan diantara sambungan pipa sensor tekanan P₁ dibagian inlet dan P₂ dibagian outlet. Tekanan P₂ lebih kecil dibandingkan P₁. Sensor jenis ini memiliki keunggulan diabnding venture dan orifice plate yaitu:

1. Masih dapat melewatkan padatan

2. Kapasitas aliran cukup besar

3. Mudah dalam pemasangan

4. Tahan terhadap gesekan fluida

5. Beda tekanan yang diperoleh lebih besar daripada pipa venturi

6. Hasil beda tekanan cukup baik karena aliran masih laminer

Gambar 3.39. Flow Nozzle

2.4 Pipa Pitot

Konstruksi pipa ini adalah berupa pipa biasa sedang di bagian tengah pipa diselipkan pipa kecil yang dibengkokkan ke arah inlet. Jenis pipa ini jarang dipergunakan di industri karena dengan adanya pipa kecil di bagian tengah akan menyebabkan benturan yang sangat kuat terhadap aliran fluida. Alat ini hanya dipergunakan untuk mengukur aliran fluida yang sangat lambat.

Gambar 3.40. Pipa Pitot

2.5 Rotameter

Rotameter terdiridari tabung vertikal dengan lubang gerak di mana kedudukan pelampung dianggap vertical sesuai dengan laju aliran melalui tabung (Gambar 3.41). Untuk laju aliran yang diketahui, pelampung tetap stasioner karena gaya vertical dari tekanan diferensial, gravitasi, kekentalan, dan gaya-apung akan berimbang. Jadi kemampuan menyeimbangkan diri dari pelampung yang digantung dengan kawat dan tergantung pada luas dapat ditentukan. Gaya kebawah (gravitasi dikurangi gaya apung) adalah konstan dan demikian pula gaya keatas (penurunan tekanan dikalikan luas pelampung) juga harus konstan. Dengan mengasumsikan aliran non kompresif, hasilnya adalah sebagai berikut:

Di mana, Q = laju aliran volume

C = koefisien pengosongan

A_t = luas tabung

A_f = luas pelampung

V_f = volume pelampung

W_f = berat jenis pelampung

W_ff = berat jenis fluida yang mengalir

Gambar 3.41. Rotameter

Pelampung dapat dibuat dari berbagai bahan untuk mendapatkan beda kerapatan yang diperlukan (W_f-W_ff) untuk mengukur cairan atau gas tertentu. Tabung sering dibuat dari gelas berkekuatan tinggi sehingga dapat dilakukan pengamatan langsung terhadap kedudukan pelampung.

3. Cara-cara Thermal

Cara-cara thermal biasanya dipergunakan untuk mengukur aliran udara. Pengukuran dengan menggunakan carathermal dapat dilakukan dengan cara-cara :

• Anemometer kawat panas
• Teknik perambatan panas
• Teknik penggetaran

3.1 Anemometer Kawat Panas

Metoda ini cukup sederhana yaitu dengan menggunakan kawat yang dipanaskan oleh aliran listrik, arus yang mengalir pada kawat dibuat tetap konstan menggunakan sumber arus konstan. Jika ada aliran udara, maka kawat akan mendingin (seperti kita meniup lilin) dengan mendinginnya kawat, maka resistansi kawat menurun. Karena dipergunakan sumber arus konstan, maka kita dapat menyensor tegangan pada ujung-ujung kawat. Sensor jenis ini memiliki sensitivitas sangat baik untuk menyensor aliran gas yang lambat. Namun sayangnya penginstalasian keseluruhan sensor tergolong sulit.

Disini berlaku rumus :

di mana : I = arus kawat

Rw = resistansi kawat

Kc = faktor konversi, panas ke daya listrik

Tw = temperatur kawat

Tt = temperatur fluida yang mengalir

Hc = koefisien film (pelapis) dari perpindahan panas

A = luas perpindahan panas

Gambar 3.42. Kontruksi Anemometer Kawat Panas

3.2 Perambatan Panas

Pada teknik perambatan panas, pemanas dipasang pada bagian luar pipa, pipa tersebut terbuat dari bahan logam. Di kiri dan kanan pemanas, dipasang bahan isolator panas, dan pada isolator ini dipasang sensor suhu. Bila udaramengalir dari kiri ke kanan, maka suhu disebelah kiri akan terasa lebih dingin dibanding suhu sebelah kanan.

Gambar 3.43. Flowmeter Rambatan Panas

Sensor suhu yang digunakan dapat berupa sensor resistif tetapi yang biasa terpasang adalah thermokopel karena memiliki respon suhu yang cepat. Sensor aliran perambatan panas tipe lama, memanaskan seluruh bagian dari saluran udara, sehingga dibutuhkan pemanas sampai puluhan kilowatt, untuk mengurangi daya panas tersebut digunakan tipe baru dengan membelokkan sebagian kecil udara kedalam sensor.

4. Flowmeter Radio Aktif

Teknik pengukuran aliran dengan radio aktif adalah dengan menembakkan partikel netron dari sebuah pemancar radio aktif. Pada jarak tertentu kea rah outlet, dipasang detector. Bila terjadi aliran, maka akan terdeteksi adanya partikel radio aktif, jumlah partikel yang terdeteksi pada selang tertentu akan sebanding dengan kecepatan aliran fluida.

Teknik lain yang masih menggunakan teknik radio aktif adalah dengan cara mencampurkan bahan radio aktif kedalam fluida kemudian pada bagian-bagian tertentu dipasang detector. Teknik ini dilakukan bila terjadi kesulitan mengukur misalnya karena bahan aliran terdiri dari zat yang berada pada berbagai fase.

Teknik radio aktif ini juga biaa dipergunakan pada pengobatan yaitu mencari posisi pembuluh darah yang macet bagi penderita kelumpuhan.

Gambar 3.44. Flowmeter Cara Radiasi Nuklir

5. Flowmeter Elektromagnetis

Flowmeter jenis ini biasa digunakan untuk mengukur aliran cairan elektrolit. Flowmeter ini menggunakan prinsip Efek Hall, dua buah gulungan kawat tembaga dengan inti besi dipasang pada pipa agar membangkitkan medan magnetik. Dua buah elektroda dipasang pada bagian dalam pipa dengan posisi tegak lurus arus medan magnet dan tegak lurus terhadap aliran fluida.

Bila terjadi aliran fluida, maka ion-ion posistif dan ion-ino negatif membelok ke arah elektroda. Dengan demikian terjadi beda tegangan pada elektroda-elektrodanya. Untuk menghindari adanya elektrolisa terhadap larutan, dapat digunakan arus AC sebagai pembangkit medan magnet.

Gambar 3.45. Prinsip Pengukuran Aliran menggunakan Efek Hall

6. Flowmeter Ultrasonic

Flowmeter ini menggunakan Azas Doppler.Dua pasang ultrasonic transduser dipasang pada posisi diagonal dari pipa, keduanya dipasang dibagian tepi dari pipa, untuk menghindari kerusakan sensor dantyransmitter, permukaan sensor dihalangi oleh membran. Perbedaan lintasan terjadi karena adanya aliran fluida yang menyebabkan pwerubahan phase pada sinyal yang diterima sensor ultrasonic

Gambar 3.46. Sensor Aliran Fluida Menggunakan Ultrasonic