BAB III
RENCANA PELAKSANAAN PEMBELAJARAN
Mata Pelajaran : Elektronika Dasar
Kelas/Semester/Jurusan : X (Sepuluh)/II (Dua)/Elektro
Pertemuan Ke : 4
Alokasi waktu : 3 x 45 menit
Standar Kompetensi : Memahami teori dan prinsip-prinsip Elektronika
Kompetensi Dasar : Memahami prinsip kerja, karakteristik, parameter-parameter divais elektronik
I. Tujuan Pembelajaran Umum
Siswa mampu memahami prinsip kerja, karakteristik, parameter-parameter divais elektronika.
II. Tujuan Pembelajaran Khusus
1. Siswa dapat memahami prinsip kerja diode;
2. Siswa dapat memahami karakteristik diode;
3. Siswa dapat memahami parameter-parameter diode.
III. Indikator :
1. Dapat mendeskripsikan prinsip kerja diode;
2. Dapat mendeskripsikan karakteristik diode;
3. Dapat mendeskripsikan parameter-parameter diode.
I. Materi Ajar :
DIODA
Definisi Dioda
Dioda dibentuk dari suatu function (sambungan) bahan semikonduktor tipe P dan N. sambungan P-N ini dibentuk dengan cara pencampuran, diffusi dan proses epitaxi. Dengan teknik pengaturan modern pada proses diffusi dan epitaxi akan dapat menghasilkan karakteristik komponen yang dikehendaki. Konstruksi dioda dapat dilihat pada gambar 1. Pada sambungan, elektron-elektron bebas akan meninggalkan bahan tipe N dan berkombinasi dengan hole bebas dari bahan tipe P, sehingga pada bahan tipe N terdapat muatan positif sedangkan pada bahan tipe P terdapat muatan negatif seperti ditunjukkan pada gambar 1. Dengan demikian, pada sambungan terdapat daerah deplessi yang memiliki potensial barier δV, yang besarnya tergantung dari jenis bahan semikonduktronya, untuk silikon besar potensial barier 0,6-0,7 volt dan untuk germanium 0,2-0,3 volt.
Karakteristik Dioda
Apabila pada terminal anoda-katoda diberi tegangan negatif, daerah deplessi akan melebar, sehingga dioda mengalirkan arus yang sangat kecil. Arus ini disebut arus bocor. Apabila anoda diberi tegangan yang relatif lebih positif terjadap katoda, daerah deplessi akan menyempit dengan potensial barier 0,6 volt untuk silikon dan 0,3 volt untuk germanium, sehingga dioda dapat mengalirkan arus yang besar.
Parameter Kerja Dioda
Pabrik pembuat dioda semikonduktor menyatakan karakteristik dioda ini dengan menunjukkan parameter-parameternya yang biasanya nonlinier, tergantung dari sejumlah faktor. Pabrik pembuat pada umumnya menyatakan kurva karakteristik untuk parameter-parameter penting dalam bentuk suatu lembar data. Beberapa parameter penting dioda yang biasa dicantumkan dalam lembar data didefinisikan sebagai berikut: Temperatur sambungan, Tj¬. Menyatakan temperatur rata-rata pada seluruh bagian sambungan P-N. Tj(maks) adalah temperatur sambungan maksimum dimana dioda dapat bertahan terhadap kegagalan karena aksi thermal run away. Rentang temperatur sambungan Tj tipikal adalah -40 hingga 125oC, dimana Tj(maks) adalah 125oC. Temperatur penyimpanan, Tstg. Menyatakan rentang temperatur penyimpanan dan pengiriman dioda pada keadaan tidak konduksi. Nilai tipikalnya antara -40 hingga 150oC. Temperatur lingkungan, TA. menyatakan temperatur dari medium pendingin dan diukur dengan termometer yang didekatkan pada heatsink dioda. Temperatur kotak, Tc. adalah temperatur pada kotak, pada umumnya pada bahan dioda dan dapat diukur dengan thermocouple.
Resistansi thermal sambungan ke kotak, RTHJC, adalah nilai efektif resistansi thermal antara sambungan ke kotak komponen. Ia mengukur kemampuan pemindahan panas material dan konstruksi mekanis dioda dan dinyatakan dengan satuan oC/W. Dioda secara praktis memiliki disipasi daya yang terbatas, dan ini akan menaikkan temperatur sambungan yang harus dipertahankan agar tidak melampaui nilai maksimumnya dengan memasang dioda pada heatsink. Jika PD adalah disipasi daya pada dioda.
Arus maju rata-rata maksimum, IFAVE. Adalah nilai arus maju rata-rata pada temperatur yang sudah didispesifikasikan. Data ini biasanya dibuat untuk setengah gelombang sinus pada temperatur kotak, TC = 85oC.
Arus maju efektif maksimum, IF(rms). Menyatakan nilai efektif maksimum yang diizinkan dari arus maju. Nilai ini berkaitan dengan efek panas yang ditimbulkan karena disipasi daya sebesar I2R. Arus maju puncak berulang maksimum, IFRM. Menyatakan arus puncak maksimum yang diizinkan yang diaplikasikan secara berulang. Nilai ini biasanya dinyatakan untuk bentuk setengah gelombang sinusoidal.
Arus maju puncak tak berulang maksimum, IFSM. Adalah arus maju puncak maksimum yang diizinkan dari setengah gelombang sinus selama 10 msec pada temperatur yang ditentukan. Pengulangan hanya diizinkan setelah expirasi interval minimum untuk mereduksi temperatur maksimum sampai pada rentang yang diizinkan.
Tegangan mundur puncak berulang maksimum, VRRM. Nilai ini menentukan tegangan maksimum yang diizinkan dari tegangan mundur yang diaplikasikan secara berulang yang diakibatkan oleh terjadinya transient.
Tegangan mundur puncak tak berulang maksimum, VRSM. Adalah nilai saat puncak maksimum dari tegangan mundur yang diaplikasikan pada kondisi transient, tipikalnya 125% VRRM. Tegangan jatuh maju, VF. adalah nilai dari saat tegangan jatuh dan nilainya tergantung dari temperatur sambungan Tj.
Teganggan maju maksimum, VMF. Adalah niali saat dari tegangan jatuh maju maksimum yang didispesifikasikan pada arus maju dan temperatur sambungan.
Arus mundur puncak maksimum, IRRM. Adalah arus mundur maksimum pada tegangan mundur puncak berulang dan temperatur sambungan maksimum. Arus ini juga menyebabkan pemanasan sambungan, sehingga dikehendaki nilai yang rendah.
Waktu pemulihan maju, TRF. Merupakan interval waktu yang diperlukan oleh dioda untuk mencapai keadaan konduksi penuh ketika diswitch dari keadaan bias mundur ke bias maju. Waktu pemulihan mundur, trr. Nilai ini menentukan interval waktu antara arus saat melewati titik nol selama perubahan dari keadaan konduksi ke keadaan bloking mundur hingga arus mundur turun 25% arus mundur maksimum IRR. Rating I2t. adalah ukuran maksimum dari kemampuan arus lebih yang diberikan untuk periode 10 msec pada temperatur sambungan yang ditentukan. Ini digunakan untuk menentukan thermal fuse. Dalam pemakaian dioda, terdapat daya yang hilang yang merupakan sumber panas bagi dioda. Rugi daya tersebut disebabkan oleh tiga hal, yaitu:
a. Saat dioda dibias maju (rugi konduksi)
b. Saat dioda dibias mundur (rugi arus bocor)
c. Saat switching (rugi proses ON maupun OFF)
Kondisi saat switching ini ditunjukkan pada gambar 5 dan 6.
Jenis-jenis Dioda
Saat dioda dalam operasi konduksi maju dan kemudian arus maju ini dikurangi hingga nol (disebabkan oleh tanggapan alami rangkaian dioda atau dengan memberikan bias mundur), dioda masih terus konduksi yang disebabkan oleh pembawa muatan minoritas yang bertahan tersimpan pada sambungan P-N atau dalam bulk bahan semikonduktor. Pembawa muatan minoritas memerlukan waktu yang tertentu untuk berekombinasi dengan pembawa muatan yang berlawanan dan dinetralisir. Waktu ini disebut waktu pemulihan mundur (reverse recovery time) dari dioda. Waktu ini diukur dari awal titik nol hingga 25% arus mundur maksimum. Dibandingkan dengan kondisi switching-on, pada kondisi switching-off memerlukan waktu pemulihan mundur yang lebih besar, sehingga besarnya rugi daya pada kondisi ini pun menjadi cukup besar. Idealnya suatu dioda tidak memiliki waktu pemulihan mundur. Dalam beberapa pemakaian, pengaruh waktu pemulihan mundur tidak begitu berarti, dan suatu dioda yang tidak mahal dapat dipergunakan. Berdasarkan karakteristik pemulihannya, dioda daya dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori, yaitu:
1. Dioda Keperluan Umum (Dioda Standard)
Dioda ini memiliki waktu pemulihan yang relatif tinggi, dengan nilai tipikal 25μs. Dioda ini tersedia dengan rating yang lebih kecil dari 1A sampai beberapa ratus ampere dengan rating tegangan dari 50 V – 5 kV.
2. Dioda Pemulihan Cepat (Fast-Recavery Diodes)
Dioda pemulihan cepat memiliki waktu pemulihan yang rendah, yaitu kurang dari 5μs. Dioda ini biasanya digunakan pada rangkaian chopper atau inverter dan tersedia dengan rating kurang dari 1A sampai beberapa ratus ampere dengan rating tegangan dari 50 V – 3 kV.
3. Dioda Schottly
Problem penyimpanan muatan pada sambungan P-N dapat dieliminasi (diminimasi) pada dioda schottly. Pengaruh pemulihan hanya disebabkan oleh kapasitansi sendiri dari sambungan semikonduktor. Dioda ini tersedia dengan rating arus dari 1A hingga 300A. biasanya digunakan pada supply daya tegangan rendah dengan arus tinggi.
Dioda Ideal (The Ideal Dioda)
Dioda ideal memiliki karakteristik open switch (sakelar terbuka) ketika reverse bias dan berkarakteristik close switch (sakelar tertutup) ketika forward bias. Sebagaimana kita tahu bahwa switch memiliki karakteristik seperti :
- Ketika open, maka dia memiliki hambatan yang tak hingga sehingga tidak ada arus, serta seluruh tegangan dikenakan pada seluruh komponen terminal.
- Ketika close,maka dia tidak memiliki hambatan sehingga arus maksimum, serta tidak ada tegangan yang dikenakan pada komponen terminal
Berdasar karakteristik switch, kita dapat memberi sebuah kesimpulan tentang karakteristik dioda ideal yaitu:
- Ketika reverse bias dioda memiliki hambatan yang tak hingga, dioda tidak dilalui arus, serta dioda dikenai tegangan yang sesuai dengan terminalnya.
- Ketika forward bias dioda tidak memiliki hambatan, sehingga arus dapat melaluinya, serta dioda tidak memiliki tegangan yang dikenakan padanya.
Sekarang pertanyaannya, untuk apa kita menggunakan dioda ideal? Umumnya kita menggunakan perhitungan dioda ideal ketika tahap awal troubleshooting pada rangkaian. Asumsi kita pada saat troubleshooting ialah apakah dioda yang terdapat pada rangkaian itu bertindak sebagai konduktor satu arah atau tidak. Jika benar, berarti dioda masih bagus, jika tidak berarti harus diganti
Namun, dioda ideal hampir mustahil jika diwujudkan dalam rangkaian. Pada pada prakteknya, dioda memiliki karakteristik yang harus benar-benar diperhatikan. Beberapa karakteristik itu antara lain:
Forward Voltage (Tegangan Maju)
Sebenarnya, terdapat tegangan yang kecil pada forward bias pn. Efek dini diilustrasikan pada gambar. Gambar 1 merupakan grafik dioda ideal. Hal yang diperhatikan bahwa arus maju (If) tiba-tiba melonjak drastis saat tegangannya 0. Tegangan yang pada saat itu arus melonjak dengan drastis dinamakan tegangan lutut (knee voltage). Sehingga dioda ideal memiliki tegangan lutut 0 volt.
Pada gambar 2 kita bisa melihat karakteristik kurva dioda yang sebenarnya bahwa tegangan lutut dari dioda sebesar 0.7 V, namun juga bisa mencapai 1,1 V tergantung besar arus yang mengalir
Akibat dari tegangan lutut ini, tegangan beban sudah tidak sama dengan sumber tegangan, akan tetati dirumuskan menurut hukum Kirchhoff tegangan:
Vr = Vs – 0,7 V
Ingat!Pembahasan tegangan lutut 0,7 V berarti dioda berjenis silikon, jika germanium tegangan lututnya sebesar 0,3 V
Berdasarkan hukum Ohm, maka arus yang melewati beban sebesar
I t = Vr/R1 = (Vs-0,7V)/R1
Pada analisis masalah rangkaian, nilai perhitungan rumus dikatakan cukup akurat apabila nilainya memiliki toleransi kurang lebih 10% dengan perhitungan sebenarnya menggunakan multimeter. Misalnya perhitungan rumus menunjukkan angka 0,9 V, sedangkan ketika diukur dengan multimeter sebesar 1 V. Berarti, dioda masih baik digunakan karena masih dalam batas toleransi 10%. Sehingga untuk mencari persen error digunakan rumus:
% of error = |X-X’| x 100% / X
X= nilai perhitungan
X’=nilai sebenarnya
Tegangan Reverse Puncak (Peak reverse Voltage /V rrm)
Tegangan reverse puncak yaitu tegangan reverse maksimum yang tidak akan menyebabkan dioda terkonduksi. Artinya jika nilai maksimum ini dilampaui, maka dioda akan terkonduksi. Hal ini sering terjadi pada saat dioda dalam reverse bias. Normalnya, sambungan pn diberi tegangan/gaya untuk bekerja pada reverse bias, maka ia akan rusak. Dioda zener, didesain dapat bekerja pada saat reverse bias tanpa merusak dioda. Dioda zener akan dibahas kemudian.
Arus yang timbul apabila Vr>V rrm disebut arus longsor (avalanche current). Tegangan reverse puncak sangat penting untuk diperhatikan. Jika kita hendak menggunakan dioda pada sebuah rangkaian, kita harus memastikan bahwa tegangan reverse tidak boleh melampaui V rrm pada dioda. Yang paling baik, V rrm lebih besar 20 % daripada tegangan reverse. Misal, sebuah rangkaian dikenakan tegangan 50 V, dan dioda dalam rangkaian tersebut harus diganti. Maka, kita memilih spesifikasi dioda yang mempunyai rating Vrrm setidaknya 60V yang tertera padanya. Jika kurang dari 50V, maka dioda tersebut akan rusak karena beban yang diberikan ‘melebihi’ kapasitasnya.
Arus Forward Rerata (Average Forward Current / I0)
Nilai arus forward rerata pada dioda yaitu nilai arus forward dc maksimum yang diijinkan untuk dioda. Misal, dioda 1N4001 memiliki I0 1A. Artinya, arus forward dc yang melalui dioda tidak boleh melebihi 1 A. Apabila terlampaui, dipastikan dioda akan rusak. Hal ini mirip dengan pembahasan tegangan reverse puncak.Jika kita dihadapkan pertimbangan apakah kita akan menggunakan suatu dioda tertentu, kita harus mengetahui besarnya arus yang menuju dioda. Kemudian, gunakan dioda yang memiliki spesifikasi Io yang lebih besar 20% dari arus yang mengalir.
Dissipasi Daya Forward (Forward Power Dissipation / Pd(max))
Nilai yang terdapat didalamnya mengindikasikan dissipasi (pembuangan) daya yang mungkin dari sebuah beban ketika dia berada pada reverse bias. Ingat kembali rumus P=V I sehingga Pd(max) dirumuskan
Pd(max)= If(max) . Vf
Bila dioda dari silikon maka persamaan menjadi
Pd(max)=If(max). 0,7
Beberapa pertimbangan kompleks pada sebuah dioda yang lain yaitu :
Bulk Resistance(Rb)
Bulk resistance merupakan hambatan alamiah yang terdapat pada dioda pn itu sendiri. Efek dari adanya bulk resistance, tegangan maju Vf menjadi tidak konstan, bervariasi menurut arus If seperti pada grafik
Maka tegangan maju yang terdapat pada dioda dirumuskan
Vf=0,7 V + If.Rb
Inilah yang dimaksud Vf bervariasi antara 0,7 V – 1,1 V dikarenakan hambatan alamiah yang terdapt pad dioda itu sendiri
Arus Reverse ( Reverse Current / Ir)
Pada awal pembahasan, kita mengetahui bahwa dioda tidak akan terkonduksi/mengalirkan arus apabila dalam keadaan reverse bias karena berkelakuan seperti open switch. Namun kenyataannya tidak begitu. Sejumlah arus yang sangat kecil melalui dioda ketika reverse bias.Arus itu dinamakan arus reverse. Arus reverse dibangun oleh dua arus independen, yaitu arus jenuh reverse (reverse saturation current / Is) dan arus bocoran permukaan (surface-leakage current/ Isl) sehingga untuk mengetahui besar arus reverse digunakan rumus
Ir = Is + Isl
Arus jenuh reverse adalah arus yang diakibatkan oleh panas yang terdapat pada dioda. Panas ini disebabkan oleh suhu bukan karena reverse bias yang dikenakan pada dioda. Sedangkan Arus bocoran permukaan adalah arus yang terdapat pada sepanjang permukaan dioda reverse bias. Arus ini tergantung pada tegangan beban (Vr)
Efek dari arus reverse pada rangkaian adalah sejumlah tegangan kecil akan dikenakan sepanjang hambatan yang ada pada rangkaian. Akibatnya dioda akan bertindak sebagai hambatan yang sangat besar sehingga sesuai dengan asumsi awal bahwa tidak ada arus yang mengalir pada rangkaian.
II. Model Pembelajaran:
· Model pembelajaran Cooperative Learning tipe Student teams achievement division (STAD)
III. Kegiatan Belajar Mengajar:
| No. | Tahap Pembelajaran | Kegiatan Belajar Mengajar | Alokasi Waktu | |
| Guru | Siswa | |||
| 1. | Penyampaian tujuan dan memotivasi siswa | a. Guru mengkondisikan kelas untuk tenang; b. Guru menyampaikan tujuan pembelajaran; c. Guru menjelaskan kepada siswa tentang model pembelajaran yang akan dilakukan yaitu STAD; d. Guru menyampaikan motivasi kepada siswa tentang manfaat mempelajari materi prinsip kerja, karakteristik, parameter-parameter divais elektronik (dioda); e. Guru menyampaikan apersepsi yaitu mengingatkan kembali tentang bahan semi konduktor dengan menggunakan metode Tanya jawab. | a. mengkondisikan dirinya masing-masing dengan tertib dan rapih hingga kondisi kelas tenang; b. Siswa mendengarkan tujuan pembelajaran yang guru sampaikan; c. siswa mendengarkan penjelasan guru tentang model pembelajaran yang akan dilakukan; d. Siswa termotivasi untuk menambah rasa keingintahuannya; e. Siswa aktif bertanya kepada gurunya. | 10 menit |
| 2. | Penyajian informasi | a. Menyampaikan materi tentang prinsip kerja, karakteristik, parameter-parameter diode dengan metode ceramah dan dengan menggunakan infocus. | a. Siswa mendengarakan penyampaian dan penjelasan dari guru; b. Siswa memahami materi yang telah disampaikan oleh guru.
| 25 menit |
| 3. | Mengorganisasikan siswa kedalam kelompok-kelompok | a. Guru menginstruksikan beberapa siswa untuk membuat kelompok, dalam satu kelompok terdapat 5 orang siswa; b. setelah siswa membentuk kelompok guru lalu menjelaskan teknik transisi informasi dalam kelompok, yaitu tiap kelompok diberi 10 soal dari LKS, setelah itu siswa yang dapat menjawab pertanyaan soal dari LKS menjelaskan kedapa teman anggota kelompoknya kembali. Untuk siswa yang dapat menjelaskan kembali kepada teman nya akan diberi poin; c. guru menjelaskan system penilaian dan pemberian poin. | a. Siswa mengikuti instruksi guru untuk membuat kelompok; b. Siswa mendengarkan penjelasan teknik pengelompokannya; c. siswa mendengarkan system penilaian dan pemberian skor. | 40 menit |
| 4. | Membimbing kelompok bekerja dan belajar | a. guru membimbing kelompok-kelompok siswa dalam belajar dan mengerjakan soal. | a. Siswa belajar dan mengerjakan soal dari LKS; b. siswa yang dapat menjawab pertanyaan dari LKS menjelaskan (transisi) jawaban dari soal tersebut. | 10 menit |
| 5. | Evaluasi | a. Guru mengintstruksikan untuk siswa duduk dengan rapih dan tenang; b. guru memberikan evaluasi terakhir untuk hasil belajar hari tersebut (kuis) dengan teknis siswa harus menjawab pertanyaan oleh sendiri-sendiri dan tiap soal yang benar maka akan diberi poin 2 dan soal tersebut ada 20 soal. | a. siswa terkondisi untuk melaksanakan kuis; b. siswa melaksanakan kuis dengan tidak saling membantu. | 5 menit |
| 6 | Memberikan penghargaan | a. guru membahas soal dan member penilaian; b. guru mengumumkan kelompok terbaik yang mendapat skor terbanyak; c. guru mengakhiri KBM dan member-tahukan materi yang akan diajarkan minggu depan dan menginstruksikan untuk siswa belajar dirumah; d. KBM berakhir guru mengucapkan salam dan pergi keluar kelas. | a. siswa membahas soal dan membantu dalam penilaian; b. siswa mendengarkan pengumuman kelompok terbaik; c siswa mendengarkan pengumuman materi ajar untuk pertemuan berikutnya; d. siswa mengakhiri KBM dengan membalas salam dari guru. |
|
IV. Media dan Sumber Belajar
A. Alat/ Media
1. Lembar Kerja Siswa
2. Laptop
3. Infocus
B. Sumber Belajar
1. Albert, P, Malvino. Prinsip-prinsip Dasar Elektronika. Jakarta. Erlangga.
2. Internet
V. Penilaian
A. Prosedur Penilaian
Penilaian Hasil Belajar : tes tertulis
Prosedur :
· Skor Individu
1. Nilai Dasar : Saat dalam kelompok guru memberikan tugas dari LKS 5 soal dan anggota yang dapat menjawab dan menjelaskan kembali pada kelompoknya akan diberi nilai 2 poin tiap satu soal.
2. Nilai Perkembangan : Nilai perkembangan individu dihitung berdasarkan selisih perolehan skor tes terdahulu dengan skor tes terakhir. Skor tes terakhir yaitu pada skor untuk kuis, guru memberikan kuis untuk review dengan kuota soal 10 soal dan skor dari 1 soal adalah 2 poin.
Tabel nilai perkembangan individu
| Skor tes | Nilai perkembangan |
| - lebih dari 10 poin dibawah skor dasar
- 10 poin hingga 1 poin dibawah skor dasar
- Sama dengan skor dasar sampai 10poin diatasnya
- Lebih dari 10 poin diatas skor dasar
- Nilai sempurna (tidak berdasarkan skor dasar). | 5
10
20
30
30 |
· Memberi penghargaan prestasi kelompok
Skor dihitung berdasarkan rata-rata nilai perkembangan yang disumbangkan anggota kelompok. Berdasarkan rata-rata nilai perkembangan yang diperoleh, terdapat tiga tingkat penghargaan yang diberikan untuk penghargaan kelompok.
Tabel penghargaan kelompok
| Nilai rata-rata kelompok | Penghargaan |
| 5 – 14 15 - 24 25 – 30 | Hebat Sangat hebat Super |
| Mengetahui, Kepala SMK N 1 Bandung
H Abdul Jalil, S.Pd., M.Pd NIP. 131 677 356 |
| Bandung, 15 Desember 2010 Guru Mata Pelajaran,
Sri Lestari Harja, S. Pd NIP. 260 905 914 |
Tidak ada komentar:
Posting Komentar