Solusi Pekerjaan Rumah #2 Pemodelan Dioda EL2005 Elektronika

Solusi Pekerjaan Rumah #2
Pemodelan Dioda
EL2005 Elektronika Sem 2 2013-2014
1. Gambarkan sketsa kurva (grafik) arus terhadap tegangan untuk elemen rangkaian berikut:
a. Rangkaian hubung singkat
b. Rangkaian terbuka
c. Sumber arus -1mA
d. Sumber tegangan 1V
e. Resistor 200
Persamaan empirik yang menyatakan hubungan arus terhadap tegangan dioda junction pn menurut
Schotky adalah sebagai berikut:
Bila diketahui ISS = 0,2pA, VT = 25mV dan n = 1,
f.
Gambarkan kurva (grafik) arus terhadap tegangan untuk vD bernilai besar negatif (misalkan 0,5V hingga -10). Apabila pada dioda tersebut diberikan sinyal tegangan dinamik antara -5V
hingga -3V, berapakah arus yang diperoleh? Bandingkan dengan sketsa a-e di atas, kurva IV
elemen apakah yang menyerupai kurva ini? Jelaskan.
g. Gambarkan juga kurva untuk vD bernilai besar (misalkan -20V hingga 20V). Bandingkan dengan
sketsa a-e di atas, kurva IV elemen apakah yang menyerupai kurva ini? Berikan komentar
saudara.
h. Gambarkan juga urva untuk vD sinyal dinamik kecil positif dengan perubahan yang kecil antara
0,595V hingga 0,605V. Hubungan arus tegangan seperti apa yang digambarkan kurva tersebut?
Bandingkan dengan sketsa a-e di atas, kurva IV elemen apakah yang menyerupai kurva ini?
Jelaskan jawaban saudara.
Jawab
a. Rangkaian hubung singkat
b. Rangkaian terbuka
i
i
v
0
c. Sumber arus -1mA
v
d. Sumber tegangan 1V
i [mA]
0
-1
0
i [mA]
V [V]
0 1
v [V]
e. Resistor 200
f.
vD antara -10V s.d -0,5V menyerupai
sumber arus (gambar c) 0,2pA
i [mA]
0,1
vD [V]
slope 1/200
0
-10
v [V]
iD [pA]
0
-8
-6
-4
-2
0
-0,1
-0,2
-0,3
-0,4
-0,5
g. vD antara -20V s.d 20V menyerupai
rangkaian terbuka mulai -20V hingga 0,6V
dan sumber tegangan pada 0,6V
h. vD antara 0,595V s.d. 0,605V menyerupai
resistor (garis lurus) yang tergeser ke atas
(tidak melalui 0,0) dengan slope 1/4,7
10
5
iD [A]
4
3
6
2
4
1
2
vD [V]
0
-20
-10
iD [mA]
8
slope 1/4,7
vD [V]
0
0
10
20
0,59
0,595
0,6
0,605
0,61
2. Perhatikan rangkaian berikut ini
D
vA
2k
2k
1k
vB
a. Tentukan vB=VB bila vA=VA=-10V dan dioda D ideal
b. Tentukan vB=VB bila vA=VA=10V dan dioda D ideal
c. Tentukan vB=VB bila vA=VA=-10V dan dioda D mempunyai tegangan cut-in 0,6V
d. Tentukan vB=VB bila vA=VA=10V dan dioda D mempunyai tegangan cut-in 0,6V
e. Tentukan vB=VB bila vA=VA=-10V dan dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV
f.
Tentukan vB=VB bila vA=VA=10V dan dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV
g. Tentukan vB bila vA=-10+0,005 sin(t) V dan dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV
h. Tentukan vB bila vA=10+0,005 sin(t) V dan dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV
Jawab
a. Dengan VA=-10V dan dioda D ideal maka dioda D reverse bias menjadi rangkaian terbuka
sehingga tidak ada arus ke resistor 1k seperti digambarkan pada rangkaian berikut:
D
VA
2k
2k
1k
VB
Dengan demikian dengan mudah diperoleh
b. Dengan VA=10V dan dioda D ideal maka dioda D forward bias menjadi hubung singkat dan
rangkaian menjadi rangkaian pembagi tegangan resistor 2k dengan resistor 2k||1k
sehingga rangkaian dapat disederhanakan menjadi
D
2k
2k
VA
1k
VB
Dari rangkaian tersebut dapat dihitung:
c. Dengan VA=-10V dan dioda D ideal dengan tegangan cut-in 0,6V maka dioda D masih reverse
bias seperti pada a. Akibatnya tidak ada arus ke resistor 1k.
d. Dengan VA=-10V dan dioda D ideal dengan tegangan cut-in 0,6V maka dioda D forward bias
menjadi sumber tegangan 0,6V sehingga rangkaian menjadi
D
VA
2k
2k
0,6V
1k
VB
Dengan menggunakan cara menggantikan rangkaian sumber tegangan dan kedua resistor 2k
untuk memperoleh rangkaian dengan hanya satu loop. Tegangan pada resistor 1k dengan
mudah dapat dihitung
e. Dengan VA=-10V dan dioda D dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV maka dioda D
reverse bias sehingga dapat dimodelkan sebagai sebuah sumber arus sehingga rangkaian dapat
digambarkan sebagai berikut
D
VA
f.
2k
2k
5fA
1k
VB
Dengan VA=10V dan dioda D dioda D mempunyai IS=5fA, n=1, dan VT=25mV maka dioda D
forward bias. Tegangan vB dicari dengan terlebih dahulu mencari arus dioda. Untuk
menudahkan mencari arus dioda rangkaian sumber tegangan dan kedua resistor diubah
menjadi rangkaian pengganti theveninnya. Selanjutnya resistansi thevenin diserikan dengan
resistor 1k sehingga diperoleh rangkain yang terdiri dari sumber tegangan thevenin, satu
resistor dan satu dioda dalam satu loop.
D
1k
½ vA
1k
vB
Dari KVL rangkaian dapat diperoleh dua persamaan berikut
Dari hubungan arus tegangan dioda didapat
Dari kedua persamaan ini dilakukan iterasi untuk memperoleh arus dioda, sbb.:
Iterasi
Keterangan
VD [V]
ID [mA]
1
0,700000 2,150000 vD=0,7V tebakan awal
2
0,709912 2,145044
3
0,709855 2,145073 Perubahan relatif < 10-4
Dengan demikian arus pada dioda sebesar 2,145mA dan tegangan pada resistor 1k dapat
diperoleh
g. Pada keadaan vA=-10+0,005 sin(t) V dioda tetap dalam keadaan reverse bias. Adanya sinyal
kecil tidak mempengaruhi keadaan rangkaian (tetap sama seperti pada e)
h. Dari hasil f di atas telah diperoleh arus DC pada dioda ID = 2,145mA dengan demikian rangkaian
ekivalen untuk sinyal kecil ac dioda tersebut dapat dihitung
Rangkaian ekivalen untuk sinyal kecil dapat digambarkan sbb,:
D
va
2k
2k
11,66
1k
vb
Tegangan sinyal kecil vb pada resistor 1k dapat dihitung dengan terlebih dahulu
menyederhanakannya dengan menggantikan sumber dengan kedua resistor 2kW dengan
rangkaian ekivalen Theveninnya. Dengan demikian diperoleh
Tegangan lengkap pada resistor 1k dapat dihitung