< Previous 137 Gambar 2.83 Reaksi pada kumparan Kenaikan arus Gambar 2.84 Reaksi pada kumparan penurunan arus Pemakaian : arus searah : batere pengapian ( Ignition coil ) arus bolak balik : transformator , motor induksi , pemanas induksi . Contoh : Prinsip transformator Kumparan masukan ( Kumparan Primer ) 122121IIUUNN≈≈ Kumparan keluaran ( Kumparan sekunder ). 138 Hukum Lenz Arah tegangan induksi yang ditimbulkan arus terus - menerus , berlawanan dengan induksi medan magnet yang menyebabkannya . Pembangkitan tegangan melalui induksi . Induksi karena gerakan ( Prinsip generator ) Gerakan kawat penghantar , sedemikian rupa sehingga memotong garis- garis gaya .medan ( yaitu perubahan jumlah garis - garis gaya aliran magnetik di dalam kawat penghantar ), maka pada kawat penghantar akan terjadi pergeseran atau perpindahan muatan .di dalam kawat penghantar terjadi tegangan induksi . Contoh : Penghantar angker dari generator arus searah, memotong suatu medan kutub dengan Kece patan 40 m /s . Hitunglah tegangan induksi pada 148 penghantar, jika panjang penghantar dalam medan 200 mm dan induksi celah udara sebesar 0,8 Tesla . Jawab : Uo = 0,8 Vs/m2 x 40 m/s x 0,2 m x 148 = 947 Volt = 950 Dengan adanya tegangan induksi, mengakibatkan terbentuknya arus pada penghantar yang terletak pada medan magnit . Medan magnit ini membentuk resultante dengan kutub medan medan didalam penghantar terarah sedemikian rupa sehingga secara bersamaan medan itu terkonsentrasi di depan penghantar . dan selanjutnya penghantar direm . Pemakaian : Generator arus searah dan bolak balik, motor-motor . Induksi tetap ( Prinsip Transformator ) Setiap perubahan arus, mengakibatkan perubahan jumlah garis-garis gaya medan pada kedua kumparan ( perubahan flux magnet ) . Pada kumparan terjadi perpindahan muatan di dalam kumparan : yaitu terjadi induksi tegangan. ∆ Φ = perubahan aliran ∆ t = Waktu perubahan aliaran N = Jumlah lilitan Uo N t=−∆Φ∆ (V)VssV= 139 Arus Pusar Gambar 2.85 Logam bergerak di dalam medan magnet (Prinsipgenerator) Logam ( benda penghantar ) yang digerakkan memotong medan magnet maka di dalam benda logam tadi akan terjadi arus pusar Arus pusar ini mengerem gerakkan benda logam tadi . Reduksi usaha pengereman : memakai bahan penghantar yang lebih jelek memutuskan lintasan arus dengan celah . Pemakaian : Pengereman arus pusar, pada instrumen penghitung dan pengukur, pengukuran daya motor, dsb . Gambar 2.86 Logam di dalam medan magnet bolak balik (Prinsip trafo) Sebuah lilitan pada logam yang dilalui arus bolak-balik maka pada logam terjadi arus pusar. Arus pusar ini memanasi logam, dan merupakan rugi-rugi yang dikenal sebagai rugi-rugi arus pusar . Reduksi rugi-rugi arus pusar : memakai bahan penghantar yang lebih jelek, membuat inti magnet berlapis -lapis dan mengisolasi satu dengan yang lain . Pemakain : Memperkuat induksi, tungku tanpa inti . 140 Induksi sendiri Gambar 2.87 Putus dan hubung rangkaian arus dengan dan tanpa induksi sendiri Ketentuan : Setelah saklar dihubungkan maka lampu yang dihubungkan seperti seri dengan kumparan, menyala lambat . Kesimpulan : Pada setiap perubahan medan maka di dalam kumparan akan terjadi tegangan induksi sendiri . − Setelah saklar dimasukkan maka terbangkitlah Uo, oleh karena itu susunan medan mengakibatkan kenaikan arus terlambat − Setelah saklar dibuka maka terbentuklah Uo, oleh karena itu susunan medan mengakibatkan penurunan arus terlambat . Catatan : Induksi sendiri tertunda setiap perubahan arus ! Induksi L Kumparan dengan beberapa lilitan dan inti logam yang tertutup mempunyai usaha induksi sendiri yang kuat ( kumparan impedansi ) . Ketergantungan susunan kumparan ini dikenal sebagai induktansi L. Induktansi kumparan itu mempunyai sifat tumbuh kwadratis. Dia lebih banyak tergantung pada sifat-sifat fisik inti logam dan dari ukuran kumparan . Satuan untuk L : 1 henry ( 1 H ) . Suatu kumparan mempunyai induksi 1 H pada perubahan arus homogen 1 A/S dengan tegangan 1 V Ω===11/111AVssAVH Untuk tujuan perhitungan digunakan satuan Ω s . 141 2.2.3. DIODA 2.2.3.1. Dasar Pembentukan Dioda Material PMaterial NGambar DiodaSebelum Difusi+ + + + ++ + + + ++ + + + +_ _ _ _ __ _ _ _ __ _ _ _ _ AnodaKatoda Material PMaterial NGambar DiodaSebelum Difusi+ + + + _+ + + + _+ + + + _+ _ _ _ _+ _ _ _ _+ _ _ _ _Lapisan Pengosongan AnodaKatoda Gambar 2.88 Dioda 142 2.2.3.2. DIODA ZENNER Semua dioda prinsip kerjanya adalah sebagai peyearah, tetapi karena proses pembuatan, bahan dan penerapannya yang berbeda beda, maka nama-namanya juga berbeda. Secara garis besar komponen elektronika yang terbuat dari bahan semi konduktor adalah ringkas (kecil-kecil atau sangat kecil). Maka hampir-hampir kita tidak bisa membedakan satu sama lainnya. Hal ini sangat penting untuk mengetahui kode-kode atau tanda-tanda komponen tersebut. A. Bahan dasar Bahan dasar pembutan komponen dioda zener adalah silikon yang mempunyai sifat lebih tahan panas, oleh karena itu sering digunakan untuk komponen-komponen elektronika yang berdaya tinggi. Elektron-elektron yang terletak pada orbit paling luar (lintasan valensi) sangat kuat terikat dengan intinya (proton) sehingga sama sekali tidak mungkin elektron-elektron tersebut melepaskan diri dari intinya. B. Pembentukan junction pn Pembentukan dioda bisa dilaksanakan dengan cara point kontak dan junction. Namun dalam pembahasan ini fokus pembahasan materi diarahkan pada cara junction. Pengertian junction (pertemuan) adalah daerah dimana tipe p dan tipe n bertemu, dan dioda junction adalah nama lain untuk kristal pn (kata dioda adalah pendekan dari dua elektroda dimana di berarti dua). Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini. pn+ + + ++ + + ++ + + +_ _ _ __ _ _ _ _ _ _ _ Gambar 2.89 Dioda Junction Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi. Agar tidak membingungkan, pembawa minoritas tidak ditunjukkan, tetapi camkanlah bahwa ada beberapa elektron pita konduksi pada sisi p dan sedikit hole pada sisi n. Elektron pada sisi n cenderung untuk berdifusi kesegala arah, beberapa berdifusi melalui junction. Jika elektron masuk daerah p, ia akan merupakan pembawa minoritas, dengan banyaknya 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 pita konduksi menjadi elektron valensi. 143 Setiap kali elektron berdifusi melalui junction ia menciptakan sepasang ion, untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini : pn+ + + + + + + + + _ _ _ _ _ _ _ _ _Lapisan Pengosongan___+++ Gambar 2.90 Perpindahan elektron pada dioda Tanda positip berlingkaran menandakan ion positip dan taanda negatip berlingkaran menandakan ion negatip. Ion tetap dalam struktur kristal karena ikatan kovalen dan tidak dapat berkeliling seperti elektron pita konduksi ataupun hole. Tiap pasang ion positip dan negatip disebut dipole, penciptaan dipole berarti satu elektron pita konduksi 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). C.Potensial Barier Tiap dipole mempunyai medan listrik, anak panah menunjukkan arah gaya pada muatan positip. Oleh sebab itu jika elektron memasuki lapisan pengosongan, medan mencoba mendorong elektron kembali kedalam daerah n. Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap elektron sampai akhirnya medan menghentikan difusi elektron yang melewati junction. Untuk pendekatan kedua kita perlu memasukkan pembawa minoritas. Ingat sisi p mempunyai beberapa elektron pita konduksi yang dihasilkan secara thermal. Mereka yang didalam pengosongan didorong oleh medan kedalam daerah n. Hal ini sedikit mengurangi kekuatan medan dan membiarkan beberapa pembawa mayoritas berdifusi dari kanan kakiri untuk mengembalikan medan pada kekuatannya semula. Inilah gambaran terakhir dari kesamaan pada junction : ___+++Lapisan Pengosongan Gambar 2.91 Kesetimbangan pada Junction dioda 144 1. Beberapa pembawa minoritas bergeser melewati junction, mereka akan mengurangi medan yang menerimanya. 2. Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan mengembalikan medan pada harga semula. Adanya medan diantara ion adalah ekuivalen dengan perbedaan potensial yang disebut potensial barier, potensial barier kira-kira sama dengan 0,3 V untuk germanium dan 0,7 V untuk silikon. AK AK Gambar 2.92a Simbol Zener Gambar 2.92b Contoh Konstruksi AK+_ Gambar 2.92c Cara pemberian tegangan 2.2.3.3. SIFAT DASAR ZENNER Dioda zener berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik (reverse bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut “break down diode” Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari 2V sampai 200V. a) Dioda zener dalam kondisi forward bias. Dalam kondisi forward bias dioda zener akan dibias sebagai berikut: kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau anoda diberi tegangan lebih positif terhadap katoda. Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier yaitu 0,7V. Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali. Sedangkan konduktansi (∆∆IU) besar sekali, karena tegangan maju akan menyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan) sehingga 145 perlawanannya menjadi kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron. Untuk lebih jelasnya lihat gambar dibawah ini. NP___+++depletion layerG+_AKada aliranelektron Gambar 2.93 Dioda zener dalam kondisi forward bias b) Dioda zener dalam kondisi Reverse bias. Dalam kondisi reverse bias dioda zener kaki katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda. Jika tegangan yang dikenakan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan pengosongan dipercepat sehingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari orbit terluar. Elektron yang baru dibebaskan kemudian dapat menambah kecepatan cukup tinggi untuk membebaskan elektron valensi yang lain. Dengan cara ini kita memperoleh longsoran elektron bebas. Longsoran terjadi untuk tegangan reverse yang lebih besar dari 6V atau lebih. Efek zener berbeda-beda bila dioda di-doping banyak, lapisan pengosongan amat sempit. Oleh karena itu medan listrik pada lapisan pengosongan amat kuat. Jika kuat medan mencapai kira-kira 300.000 V persentimeter, medan cukup kuat untuk menarik elektron keluar dari orbit valensi. Penciptaan elektron bebas dengan cara ini disebut breakdown zener. Efek zener dominan pada tegangan breakdown kurang dari 4 V, efek longsoran dominan pada tegangan breakdown yang lebih besar dari 6 V, dan kedua efek tersebut ada antara 4 dan 6 V. Pada mulanya orang mengira bahwa efek zener merupakan satu-satunya mekanisme breakdown dalam dioda. Oleh karenanya, nama “dioda zener” sangat luas digunakan sebelum efek longsoran ditemukan. Semua dioda yang dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown oleh karenanya tetap disebut dioda zener. 146 G+_AKNP___+++arus bocor Gambar 2.94 Dioda zener dalam kondisi reverse bias Didaerah reverse mulai aktif, bila tegangan dioda (negatif) sama dengan tegangan zener dioda,atau dapat dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse (∆∆IU) konduktansi besar sekali dan sebelum aktif (∆∆IU) konduktansi kecil sekali. 2.2.3.4. KARAKTERISTIK ZENNER Karakteristik Dioda zener.Jika digambarkan kurva karakteristik dioda zener dalam kondisi forward bias dan reverse bias adalah sebagai berikut. I forward ( mA )forward ( v )Reverse ( V )daerah teganganliniertembustitik teganganI reverse Gambar 2.95 Grafik Karakteristik Dioda Zener Harga Batas Harga batas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah suatu keterangan tentang data-data komponen dioda zener yang harus di penuhi dan tidak boleh dilampaui batas maximumnya dan tidak boleh berkurang jauh dari batas minimumnya. Adapaun harga batas tersebut memuat antara lain keterangan tentang tegangan break down ( Uz ) arus maximumnya dioda zener ( Iz ) tahanan dalam dioda zener ( Rd ). Semua harga komponen yang terpasang pada dasarnya akan mempunyai 2 kondisi yaitu : Next >