Piranti Gelombang Mikro

1. 1
Nama : Muhammad Hafidz Bishri
NIM : 15223716
Angkatan 33
Dioda
Dioda ialah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda tabung pertama kali
diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada
tahun 1904.
Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar 7 di atas.
Pada dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda sedangkan heater disisipkan di
dalam katoda. Elektron pada katoda yang dipanaskan oleh heater akan bergerak dari katoda
menuju plate.
Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagi berikut
ini yaitu :
- Dioda diberi tegangan nol
- Dioda diberi tegangan negative
- Dioda diberi tegangan positive
Dioda Diberi Tegangan nol

2. 2
Ketika dioda diberi tengangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari
katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada
posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang ( Space Charge).Tidak
mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada
elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau
plate.
Dioda diberi tegangan negative
Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan
menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan
dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada
arus yang mengalir.
Dioda diberi tegangan positive
Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan
menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi
inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung

3. 3
daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan
semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu
hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat
digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataanya memang dioda banyak
digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
Plate Characteristic dari Dioda
Karakteristik yang paling penting dari dioda adalah Plate Characteristic, dimana karakteristik ini
memberikan korelasi antara tegangan pada dioda dengan arus yang mengalir pada dioda.
Pada Figure 11 di atas dapat dilihat rangkaian uji (Figure 11.A) untuk mendapatkan
karakteristik plate dan contoh karakteristik plate dari dioda(Figure 11.B). Heater voltage
diberikan pada filament untuk memanaskan tabung sampai pada temperatur tertentu yaitu T1, dan
kemudian tegangan plate Eb diubah mulai dari 0 sampai pada suatu nilai tertentu yang masih dapat
ditangani oleh dioda. Arus Ib yang mengalir pada dioda akan naik bersamaan dengan naiknya
tegangan pada plate seperti terlihat pada grafik karakteristik plate, akan tetapi ketika
menjangkau harga Eb tertentu maka Ib tidak dapat naik lagi dan tetap konstan walaupun Eb
dinaikkan terus. Titik dimana Ib tidak dapat naik lagi walaupun Eb terus dinaikkan dinamakan
saturation point. Jika tegangan filament dinaikkan sehingga suhu dari dioda menjadi naik (T2) dan
percobaan serupa seperti diatas dilakukan lagi, akan didapat arus Ib yang lebih besar pada
saturation point. Atas dasar situasi ini dapat disimpulkan bahwa temperatur pada dioda dapat
berpengaruh dalam menentukan arus maksimum yang dapat mengalir pada dioda.
Resistansi Dioda
Dari karakteristik plate yang telah kita bahas di atas maka, kita dapat melihat bahwa ada kaitan
tertentu antara tegangan dan arus yang mengalir pada dioda, berdasarkan atas kenyataan ini
maka kita dapat menyimpulkan bahwa sesungguhnya dioda memiliki resistansi dalam ( internal
resistance). Resistansi dalam yang dimiliki oleh dioda adalah tidak sama untuk arus AC maupun
DC yang diberikan oleh dioda sehingga dalam kaitan dengan sifat ini maka terdapat dua definisi
resistansi internal dioda yaitu DC Plate Resistance dan AC Plate Resistance. DC Plate resistance
adalah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda dberikan tegangan DC, sedangkan AC Plate
resistance ialah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda diberikan tegangan AC.
Untuk lebih memahami proses perhitungan resistansi dioda dapat anda lihaat gambar 12 berikut
ini.

4. 4
Figure 12.A menampilkan grafik untuk mengukur DC Plate resistance dari dioda dimana
DC Plate resistance dari dioda (Rb) ialah Rb= 0A/0B
Figure 12.b menampilkan perhitungan AC Plate resistance dari dioda, karena tegangan AC
adalah bersifat dinamik atau berubah ubah nilainya setiap saat maka perhitungan AC Plate
resistance harus dilakukakan juga dengan memperhatikan perubahan tegangan dan arus dioda
pada beberapa keadaan dalam hal ini ialah selisih perubahan tegangan arus dan tegangan dioda.
AC Plate resistance (rb) berdasarkan Figure 12.B ialah rb= (BC/YZ)
Trioda
Pertama kali dioda ditemukan oleh seorang ilmuwan Amerika yang bernama
Dr. Lee De Forest (1873-1961) pada tahun 1906, dengan menambahkan sebuah elektroda tambahan
yang diberi nama control grid diantara katoda dan plate dari dioda yang sebelumnya telah
dicipatakan oleh J.A Fleming.
Struktur dan simbol trioda dapat dilihat pada Figure 13. Sesuai dengan namanya maka trioda
memiliki tiga buah elektroda yaitu katoda, grid dan plate. Katoda berada pada pusat dari trioda
dan dikelilingi oleh grid yang berbentuk anyaman kawat melingkar. Antara setiap lapisan anyaman

5. 5
grid terdapat celah yang cukup besar yang memungkinkan mengalirnya elektron menuju plate.
Sedangkan plate melingkupi katoda, grid dan juga filament. Pada trioda grid berperan dalam
mengatur aliran elektron yang menuju ke plate dengan memanfaatkan perubahan kondisi tegangan
yang ada padanya. Untuk dapat memahami peranan grid dalam mengatur aliran elektron anda dapat
megamati gambar 14 berikut ini.
Ketika grid berada pada tegangan dibawah 0V atau negatif maka muatan negatif yang ada
pada grid akan menolak elektron untuk beremisi menuju plate sehingga tidak ada ataupun hanya
sedikit sekali elektron yang dapat beremisi menuju plate. Pada situasi ini ada nilai tegangan negatif
tertentu yang jika diberikan pada katoda maka tidak ada sama sekali elektron yang dapat mengalir
dari katoda menuju plate, tegangan ini dinamakan "grid cutt of voltage".
Ketika grid berada pada tegangan 0V maka elektron mulai dapat beremisi menuju plate, hal
ini disebabkan karena pada tegangan 0 yang relatif lebih positif terhadap muatan elektron yang
negatif maka tidak ada daya tolak dari muatan di grid terhadap elektron di katoda yang
akan beremisi menuju plate.
Ketika grid berada pada tegangan positif maka muatan positif yang ada pada grid akan
menarik elektron pada katoda untuk kemudian beremisi melewati celah celah yang ada pada
anyaman grid menuju plate. Semakin positif tegangan grid maka akan semakin besar pula elektron
yang mengalir dari plate.
Karakteristik Tabung
Ada dua buah karakteristik penting dari trioda yaitu Plate Characteristik dan Mutual
Characteristic. Karkteristik ini dapat dilihat pada Figure 16 dan 17.
Sedangkan rangkaian uji untuk mendapatkan kedua karakteristik tersebut dapat dilihat pada
Figure 15.

6. 6
Dalam Figure 15 anda dapat melihat bahwa pada bagian grid dan plate dari tabung diberikan supply
dua buah tegangan DC variable tersendiri, yang bertujuan untuk mendapatkan tegangan tertentu
dari grid dan plate. Tegangan grid, tegangan plate dan juga arus plate diukur dengan meter
tersendiri. Dari rangkaian inilah dapat diperoleh plate karakteristik dan mutual karakteristik.
Plate Characteristic menggambarkan koorelasi antara tegangan plate dan arus plate pada nilai
tegangan grid tertentu, sedangkan Mutual characteristic memberikan hubungan antara tegangan
grid dan arus plate pada nilai tegangan plate tertentu. Dalam kenyataannya kedua karakteristik ini
banyak digunakan untuk merancang rangkaian elektronik tabung.

7. 7
Konstanta Tabung Hampa
Tabung memiliki beberapa konstanta yang seringkali perlu digunakan dalam proses perancangan
rangkaian, konstanta tersebut ialah :
- Faktor penguatan (mu)
Konstanta mu menunjukkan sejauh mana tegangan pada grid dapat menentukan
terjadinya perubahan pada tegangan plate. Berdasarkan definisinya mu ialah
rasio perubahan kecil perubahan tegangan plate terhadap perubahan kecil
tegangan grid pada arus plate yang konstan.
Dalam bentuk Formula : mu = d(Ep)/d(Ec) ----> untuk d(Ib) = 0
- Transkondutansi (gm)
Konstanta transkonduktansi menunjukkkan sejauh mana tegangan grid dapat
mempengaruhi terjadinya perubahan arus plate. Berdasarkan definisinya gm
ialah rasio perubahan kecil arus plate terhadap perubahan kecil pada tegangan
grid pada tegangan plate yang konstan
Dalam bentuk formula gm = d(Ib)/d(Ec) ----> untuk d(Eb)= 0
- Plate Resistance (rp)
Transkonduktansi ialah rasio perubahan kecil pada tegangan plate terhadap
perubahan kecil pada arus plate .
Dalam bentuk formula rp = d(Eb)/d(Ib) ----> untuk d(Ec)= 0
- Hubungan antara mu gm, dan rp
mu = d(Ep)/d(Ec) ...........................................................(1)
Pada persamaan 1 tersebut kita kalikan dengan 1 atau d(Ib)/d(Ib) sehingga persamaan 1 menjadi
mu = d(Ep)/d(Ec) X d(Ib)/d(Ib)..................................(2)
Lalu persamaan 2 kita modifikasi menjadi
mu = d(Ib)/d(Ec) X d(Ep)/d(Ib)....................................(3)
dimana d(Ib)/d(Ec) = gm dan d(Ep)/d(Ib) = rp
sehingga persamaan 3 dapat kita tulis sebagai :
mu = gm x rp .................................(4)
Kelemahan kelemahan tabung trioda
Ketika pertama kali ditemukan oleh Dr. Lee De forest tabung trioda memberi banyak harapan
untuk pengembangan lebih lanjut dalam bidang elektronika yang sebelumnya tak pernah
terpikirkan oleh para ilmuwan. Namun trioda masih memiliki dua kelemahan yaitu
a) Faktor penguatan, faktor penguatan dari trioda dianggap masih terlalu rendah
untuk kebanyakan penerapan rangkaian elektornika, sampai saat ini trioda
yang pernah saya temukan hanya mampu mencapai faktor penguatan 100 yaitu
tabung trioda type 12AX7

8. 8
b) Adanya interelectrode capacitance antara ketiga elektroda pada tabung trioda.
kapasitansi tersebut ialah Cgk ( antara grid dan katoda) , Cgp (antara grid dan
plate), dan Cpk (antaran plate dan katoda).
Nilai dari interelectrode capacitance ini adalah kecil yaitu berkisar 2 sampai 12 picofarad, dan
tidak berpengaruh banyak ketika tabung trioda beroperasi pada frekuensi rendah namun pada
frekuensi tinggi sifat kapasitansi tersebut dapat berpengaruh terutama Cgp yang berperan
sebagai kapasitansi umpan balik dari plate ke grid yang berakibat menurunkan penguatan pada
frekuensi tinggi sehingga trioda kurang bagus untuk digunakan dalam aplikasi frekuensi tinggi.
Catatan Tentang kelemahan trioda
Kelemahan trioda yang saya uraikan di atas adalah kalau dilihat dari aplikasi tabung trioda dalam
bidang elektronika secara umum, akan tetapi khusus dalam bidang audio, saya sendiri dan juga
banyak penggemar high end berpendapat bahwa trioda memiliki karakter suara yang paling
"sweet" dibandingkan dengan type tabung hampa lainya. Kebenaran tentang pendapat ini dapat
kita pertimbangkan sambil melihat pada kenyataan bahwa saat ini sudah mulai banyak
produsen high end yang memproduksi penguat dengan menggunakan tabung trioda seperti
misalnya penguat single ended trioda yg menggunakan tabung trioda type 300B yang pada saat ini
sedang populer. Kelemahan tabung trioda dalam hal aplikasi frekuensi tinggi dan penguatan yang
rendah tidak terlalu bermasalah pada aplikasi penguat audio yang memang bekerja pada
frekuensi yang relatif rendah yaitu maksimum 20kHz dan juga tidak selalu rangkaian penguat
audio membutuhkan penguatan yang tinggi sekali.
Tetrode
Tetrode ialah tabung yang memiliki 4 buah elektroda yaitu katoda, control grid, plate dan screen
grid sebagai elektroda tambahan yang tidak dimiliki oleh trioda. Struktur dan simbol dari
tetroda dapat dilihat pada Figure 19.

9. 9
Tujuan dibuatnya tetroda ialah untuk mengatasi kelemahan pada trioda dalam hal interelectrode
capacitance, terutama pada Cgp yaitu kapasitansi antara grid dan plate yang mengakibatkan
terjadinya negatif feedback pada frekuensi tinggi dan berakibat trioda tidak dapat bekerja
dengan baik pada frekuensi tinggi. Cara yang digunakan para tetroda untuk mengurangi Cgp ialah
dengan menyisipkan electroda tambahan diantara control grid dan plate. Electroda ini dinamakan
screen grid atau sering juga disebut grid No. 2. Pada Figure 20 dapat dilihat bahwa penambahan
screen grid mengakibatkan Cgp yang pada trioda adalah kapasitansi langsung antara grid dan plate
kini menjadi dua buah kapasitansi seri antara control grid dengan screen grid (C1) dan screen grid
dengan plate (C2), dimana nilai total antara C1 dan C2 secara seri adalah lebih kecil daripada nilai
Cgp. Pengecilan nilai terjadi karena jika dua buah kapasitor diseri maka nilai totalnya akan menjadi
lebih kecil.
Screen grid pada tetroda selain beperan dalam mengurangi interelectroda capacitance juga
berperan dalam melindungi control grid terhadap pengaruh medan listrik plate sehingga pada
tetroda perubahan tegangan plate tidak terlalu mempengaruhi arus plate, hal ini dapat dilihat pada
grafik karakteristik plate yang tidak terlalu menanjak. Ketika tetroda beroperasi elektron dari
katoda mengalir melewati celah yang ada pada anyaman control grid menuju plate akan tetapi
karena karena screen grid juga memiliki tegangan yang cukup positif (lebih kecil dari tegangan

10. 10
plate) maka akan ada pula sebagian elektron dari katoda yang tertarik oleh screen grid, tetapi arus
screen grid ini tidak terlampau besar dan tidak berpengaruh dalam mengurangi arus plate secara
keseluruhan.
Karakteristik Tetroda
Rangkaian uji untuk mendapatkan karakteristik plate pada tetroda dapat dillihat pada Figure 21
berikut ini.
Pada Figure 21 terlihat ada tiga buah sumber tegangan yang berbeda yaitu tegangan control grid
(Ec), tegangan screen grid (Esg), dan tegangan plate (Eb) beserta meter untuk mengukur ketiga
tegangan tersebut dan juga arus plate. Percobaan ini dilakukan pada tegangan screen grid yang
tetap, sedangkan tegangan control grid diubah ubah nilainya. Pada setiap tegangan control grid
yang tertentu tegangan plate dinaikkan secara bertahap dari 0 V sampai pada suatu nilai tertentu
yang diperbolehkan bagi tetroda yang bersangkutan. Dari hasil percobaan ini akan didapat plate
karakteristik seperti terlihat pada Figure 22 berikut.

11. 11
Karakteristik tersebut dapat dijelaskan berdasarkan potongan kurva sebagai berikut ini :
Kurva a-b
Pada bagian ini terlihat bahwa terjadi kenaikkan arus plate bersamaan dengan kenaikkan
tegangan plate
Kurva b-c
Pada bagian ini terjadi penurunan arus walaupun tegangan plate dinaikkan. Terjadinya hal ini
dikarenakan adanya emisi sekunder pada pada plate. Ketika elektron dari katoda beremisi
melewati control grid menuju plate, maka setelah sampai di plate elektron tersebut akan
menumbuk elektron yang ada pada permukaan plate sehingga elektron pada permukaan plate
terpental keluar. Oleh karena adanya screen grid yang pada saat ini memiliki tegangan yang lebih
tinggi dari plate maka elektron hasil emisi sekunder lebih cenderung ditarik oleh screen grid
yang memiliki tegangan yang lebih tinggi dari plate. Akibat mengalirnya elektron dari katod a ke
screen grid maka arus plate juga menurun.
Proses emisi sekunder sesungguhnya juga terjadi pada trioda ketika elektron dari katoda
menjangkau plate, namun karena trioda tidak memiliki screen grid maka elektron tersebut akan
ditarik lagi oleh plate.
Kurva c-d
Pada bagian ini tegangan plate sudah melampaui tegangan screen grid sehingga elektron yang
dihasilkan pada proses emisi sekunder di plate cenderung tertarik ke plate yang tegangannya
sudah lebih tinggi daripada tegangan screen grid, akibatnya arus plate naik bersamaan dengan
naiknya tegangan plate.
Kurva d-e
Pada bagian ini kurva sudah mendatar hal ini disebabkan karena kenaikkan tegangan plate sudah
tidak lagi berpengaruh pada arus plate (untuk tegangan control grid yang sama). Arus plate yang
stabil disebabkan karena screen grid saat ini berperan sebagai electrostatic shield atau
pelindung electrostatis bagi control grid terhadap medan listrik dari plate.
Konstanta Tetroda
- Mu
Tetroda memiliki Mu yang besar daripada Trioda yaitu bisa melebihi 100. Hal
ini disebabkan karena tegangan plate tidak berpengaruh banyak terhadap
perubahan arus plate.
- rp
Tetroda memiliki plate resistance yang tinggi ini juga merupakan efek dari
Electrostatic shield yang diberikan oleh screen grid. Pada kenyataanya plate
resistance dari tetroda bisa mencapai 100 kohm.
- gm
Dari persamaan 14 kita dapat melihat hubungan mu= gm x rp sehingga gm =
mu/rp karena mu dan rp pada tetroda juga tinggi maka gm dari tetroda kurang
lebih adalah sama dengan gm pada trioda secara umum.
Kelemahan tetroda
Ketika tetroda menangani tegangan bolak balik maka tegangan pada plate akan berubah ubah naik
dan turun seiring dengan naik turunya tegangan AC yang ditangani oleh tetroda tsb. Ada suatu
keadaan dimana tegangan plate akan turun sampai menjangkau bagian b-c pada karakteristik
plate. Ketika menjangkau bagian ini tentu saja sinyal keluaran dari teteroda akan cacat. Efek ini
dinamakan "Dynatron Efect".

12. 12
Pentode
Pentode dikembangkan dari tetrode dengan menambahkan elektroda ke 5 yaitu suppresor grid,
sehingga pentoda memiliki lima buah elektroda yaitu katoda, control grid (g1) screen grid (g2),
suppressor grid (g3) dan plate. Tujuan disisipkannya suppressor grid pada pentoda ialah untuk
mencegah terjadinya emisi sekunder pada plate yang berakibat menurunkan arus plate, seperti
yang dapat dilihat pada plate karakteristik tetroda tepatnya pada potongan kurva b-c. Dalam
konstruksi pentoda, suppressor grid dihubungkan ke katoda sehingga memiliki tegangan yang
negatif terhadap elektroda lainnya. Ketika elektron dari katoda mendarat pada plate dan
menumbuk elekton yang ada pada permukaan plate maka elektron yang ada pada plate akan terlepas
keluar dan terjadilah emisi sekunder. Pada tetroda elektron hasil emisi sekunder ini akan ditarik
oleh screen grid untuk kemudian menjadi arus screen grid sehingga kemudian mengurangi arus
plate. Akan tetapi dengan adanya suppressor grid yang betegangan negaatif pada pentoda maka
muatan negatif yang ada pada suppressor grid akan menolak elektron dari emisi sekunder tersebut
untuk menuju ke screen grid sehingga elektron tersebut ahirnya kembali ke plate dan pengurangan
arus plate seperti pada plate karakteristik tetroda ( kurva b-c) dapat dihindari untuk
mengahasilkan kurva yang mendatar pada bagian ini. Rangkaian uji untuk mendapatkan plate
karakteristik pentoda adalah sama seperti yang digunakan pada tetroda, yaitu seperti pada Figure
21 (lihat tetrode), namun dengan mengganti tetroda dengan pentoda.
Contoh plate karakteristik pentoda dapat dilihat pada Figure 24. berikut ini.

13. 13
Hal dapat dilihat sebagai ciri daripada karakteristik pentoda adalah sebagai berikut ini :
1) Pada sebagian besar kurva karakteristik terlihat bahwa untuk tiap tegangan grid tertentu arus
plate tidak terlalu atau sangat sedikit sekali dipengaruhi oleh tegangan plate. Atas dasar inilah
maka pentoda sering disebut sebagai peralatan yang memiliki sifat sebagai sumber arus konstan.
2) Penurunan arus plate sebagai akibat dari emisi sekunder tidak terlihat pada karakteristik
pentoda
3) Karakteristik yang tidak linier hanya terjada pada daerah lutut (knee) daripada plate
karakteristik.
Perbandingan Konstanta Tabung
Jenis Tabung Triode Tetrode Pentode
1 Amplification Factor (mu) 10-100 Sekitar 500 1000 -
5000
2 Plate Resistance (rp) 300 - 1k
ohm
70 - 1k ohm 0.5 - 2
Mohm
3 Transkonductance (gm) Sekitar
2500 uS
Sekitar 1000
uS
1000 -
9000
uS