DIODA
A.
PENGERTIAN DIODE
Dioda adalah komponen semiconductor yang paling sederhana, ia terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan anoda. Ujung badan dioda biasanya diberi bertanda, berupa gelang atau berupa titik, yang menandakan letak katoda. Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah saja, pada arah sebaliknya arus DC tidak akan mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC ialah arus listrik dari PLN, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dioda juga dapat disebut sebagai piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan bukan berupa garis lurus, hal ini karena adanya potensial penghalang (Potential Barrier ). ). Ketika tegangan dioda lebih kecil dari tegangan penghambat tersebut maka arus dioda akan kecil, ketika tegangan dioda melebihi potensial penghalang arus dioda akan naik secara cepat. Bila anoda diberi potensial positif dan katoda negatif, dikatakan dioda diberi forward bias dan bila sebaliknya, dikatakan dioda diberi reverse bias. Pada forward bias, perbedaan voltage antara katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung dari jenis diodanya, bisa
0.2V, 0.6V dan sebagainya. Bila dioda diberi reverse bias (yang beda voltagenya tergantung dari tegangan catu) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik . Tegangan terbalik ini tidak boleh melampaui harga tertentu, harga ini disebut breakdown voltage, misalnya dioda type 1N4001 sebasar 50V. Dioda jenis
germanium misalnya type 1N4148 atau 1N60 bila diberikan forward bias dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila forward bias dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut. Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk switch. Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya terdapat garis yang melintang. Simbol tersebut sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N).
Dioda
2
B.
TEORI DASAR
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.
Gambar 1. Struktur Dioda
Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar 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 sebagai berikut ini yaitu : 1. Dioda diberi tegangan nol 2. Dioda diberi tegangan negative 3. Dioda diberi tegangan positive
Bias Maju Dioda
Gambar dioda bias maju
Dioda
3
Gambar di atas merupakan gambar karakteristik dioda pada saat diberi bias maju. Lapisan yang melintang antara sisi P dan sisi N diatas disebut sebagai lapisan deplesi (depletion layer), pada lapisan ini terjadi proses keseimbangan hole dan electron. Secara sederhana cara kerja dioda pada saat diberi bias maju adalah sebagai berikut, pada saat dioda diberi bias maju, maka electron akan bergerak
dari
terminal
negative
batere
menuju
terminal
positif
batere
(berkebalikan dengan arah arus listrik). Elektron yang mencapai bagian katoda (sisi N dioda) akan membuat electron yang ada pada katoda akan bergerak menuju anoda dan membuat depletion layer akan terisi penuh oleh electron, sehingga pada kondisi ini dioda bekerja bagai kawat yang tersambung.
Bias Mundur Dioda
Gambar dioda bias mundur
Berkebalikan dengan bias maju, pada bias mundur electron akan bergerak dari terminal negative batere menuju anoda dari dioda (sisi P). Pada kondisi ini potensial positif yang terhubung dengan katoda akan membuat electron pada katoda tertarik menjauhi depletion layer, sehingga akan terjadi pengosongan pada depletion layer dan membuat kedua sisi terpisah. Pada bias mundur ini dioda bekerja bagaikan kawat yang terputus dan membuat tegangan yang jatuh pada dioda akan sama dengan tegangan supply.
C.
FUNGSI DIODE
Ada banyak fungsi dioda antara lain : 1)
Untuk penyearah arus
Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang
Dioda
4
lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. 2)
Untuk penyetabil tegangan
Menggunakan dioda Zener. 3)
Untuk indikator
Dapat menggunakan LED, misalnya untuk indikator angka-angka pada kalkulator menggunakan LED yang disusun sesuai peraga sevent segment 4)
Sebagai saklar
Dapat menggunakan photo dioda sambungan P-N, misalnya digunakan sebagai saklar dari rangkaian yang menggerakan motor untuk menarik pintu garasi. Jika dioda kena sorot lampu mobil tahanannya baliknya turun sehingga terdapat arus yang menggerakkan motor melalui relay.
D.
SIFAT DIODE
Sifat-Sifat Dioda : a. Dioda Silikon:
1.
Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt
2.
Perlawanan maju cukup kecil
3.
Perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega ohm
4.
Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A
5.
Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat mencapai 1000 V
b. Dioda Germanium:
1. Menghantar dengan teganagnmaju kira-kira 0,2 Volt 2. Perlawanan maju agak besar 3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm) 4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar 5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi
Dioda
5
E.
PRINSIP KERJA DIODA
Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor diode sering kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Kata diode berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda digunakan untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatip. Didalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada sat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kjondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Dari kondisi tersebut maka diode hanya digunakan pada beberapa pemakain saja antara lain sebagai penyearah gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya misalnya sebagai Klipper, Clamper, pengganda tegangan dan lain-lain.
F.
JENIS-JENIS DIODA
dibawah ini menjukkan lambang atau simbol dari macam dioda.
Gambar2. (a). LED, (b). Dioda photo, (c). Dioda Varactor (d). Dioda Schottky, (e). Dioda Step-recovery, (f). Dioda Zener
Dioda
6
1. Dioda Pemancar Cahaya (LED)
Bila dioda dibias forward, electron pita konduksi melewati junction dan jatuh ke dalam hole. Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan energi. Pada dioda Led energi dipancarkan sebagai cahaya, sedangkan pada dioda penyearah energi ini keluar sebagai panas. Dengan menggunakan bahan dasar pembuatan Led seperti gallium, arsen dan phosfor parik dapat membuat Led dengan memancarkan cahaya warna merah, kuning, dan infra merah (tak kelihatan). Led yang menghasilkan pancaran yang kelihatan dapat berguna pada display peralatan, mesin hitung, jam digital dan lain-lain. Sedangkan Led infra merah dapat digunakan dalam sistim tanda bahaya pencuri dan lingkup lainnya yang membutuhkan cahaya tak kelihatan. Keuntungan lampu Led dibandingkan lampu pijar adalah umurnya panjang, teganagnnya rendah dan saklar nyala matinya cepat.
2. Dioda Photo
Energi thermal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda, makin tinggi suhu makin besar arus dioda yang terbias reverse. Energi cahaya juga menghasilkan pembawa minoritas. Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka junction agar terkena sinar, pabrik dapat membuat dioda photo. Jika cahaya luar mengenai junction dioda photo yang dibias reverse akan dihasilkan pasangan electron-hole dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya makin besar arus reverse. Oleh sebab itu dioda photo merupakan detektor cahaya yang baik sekali.
3. Dioda Varactor
Seperti
kebanyakan
komponen
dengan
kawat
penghubung,
dioda
mempunyai kapasitansi bocor yang mempengaruhi kerja pada frekuensi tinggi, kapasitansi luar ini biasanya lebih kecil dari 1 pF. Yang lebih penting dari kapasitansi luar ini adalah kapasitansi dalam junction dioda. Kapasitansi dalam ini kita sebut juga kapasitansi peralihan CT. Kata peralihan disini menyatakan peralihan dari bahan type-p ke typr-n. Kapasitansi peralihan dikenal juga sebagai
Dioda
7
kapasitansi lapisan pengosongan , kapasitansi barier dan kapasitansi junction. Apakah kapasitansi peralihan itu?. Perhatikan gambar 3 dibawah ini.
Gambar 3. Dioda dibias reverse
Lapisan pengosongan melebar hingga perbedaan potensial sama dengan tegangan riverse yang diberikan.Makin besar tegangan riverse makin lebar lapisan pengosongan. Karena lapisan pengosongan hamper tak ada pembawa muatan ia berlaku
seperti
isolator
atau
dielektrik.
Dengan
demikian
kita
dapat
membayangkan daerah p dan n dipisahkan oleh lapisan pengosongan seperti kapasitor keeping sejajar dan kapasitor sejajar ini sama dengan kapasitansi peralihan. Jika dinaikkan teganag riverse membuat lapisan pengosongan menjadi lebar, sehingga seperti memisahkan keeping sejajar terpisah lebih jauh. Dan sebagai akibatnya kapasitansi peralihan dari dioda berkurang bila tegangan riverse bertambah. Dioda silicon yang memanfaatkan efek kapasitansi yang berubah-ubah ini disebut varactor. Dalam banyak aplikasi menggantikan kapasitor yang ditala secara mekanik, dengan perkataan lain varaktor yang dipasang parallel dengan inductor merupakan rangkaian tangki resonansi. Dengan mengubah-ubah tegangan riverse pada varactor kita dapat mengubah frekuensi resonansi. Pengontrolan secara elektronik pada frekuensi resonansi sangat bermanfaat dalam penalaan dari jauh.
4. Dioda Schottky
Dioda schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi junction dan silicon yang di dop (biasanya type-n) pada sisi yang alain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena electron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dan dioda Schottky ini tidak mempunyai
lapisan
pengosongan
atau
penyimpanan
muatan,
sehingga
mengakibatkan ia dapat di switch nyala dan mati lebih cepat dari pada dioda Dioda
8
bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 Mhz dan jauh diatas kemampuan dioda bipolar.
5. Dioda Step-Recovery
Dengan mengurangi tingkat doping dekat junction pabrik dapat membuat dioda step-recovery piranti yang memanfaatkan penyimpanan muatan. Selama konduksi forward dioda berlaku seperti dioda biasa dan bila dibias riverse dioda ini konduksi sementara lapisan pengosongan sedang diatur dan kemudian tiba-tiba saja arus riverse menjadi nol. Dalam keadaan ini seolah-olah dioda tiba-tiba terbuka menjepret (snaps open) seperti saklar, dan inilah sebabnya kenapa dioda step-recovery sering kali disebut dioda snap. Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat.Snap-off yang tiba-tiba dapat menghasilkan pensaklaran on-off kurang dari 1 ns. Dioda khusus ini juga digunakan dalam pengali frekuensi.
6. Dioda Zener
Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdown dan menghasilkan tegangan breakdown kira-kira dari 2 samapai 200 Volt. Dengan memberikan tegangan riverse melampaui tegangan breakdown zener, piranti berlaku seperti sumber tegangan konstan. Jika tegangan yang diberikan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan pengosongan dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan electron dari orbit luar. Efek zener berbeda-beda, bila dioda di-dop banyak maka lapisan pengosongan amat sempit. sehingga medan listrik pada lapisan pengosongan sangat kuat. Pada dioda zener breakdown mempunyai knee yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan arus yang hampir vertikal. Perhatikan bahwa tegangan kira-kira konstan sama dengan Vz pada sebagian besar daerah breakdown. Lembar data biasanya menentukan nilai VZ pada arus test IZT tertentu diatas knee ( perhatikan gambar 4.)
Dioda
9
Gambar 4. Kurva Dioda Zener
Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dengan arusnya, yaitu:
Misalkan jika Vz=13.6 V dan Iz= 15mA, Hitunglah daya dissipanya. Jawab: Pz = 13,6 x 0,015 = 0,204 W
Selama PZ kurang dari rating daya Pz maks dioda zener tidak akan rusak. Dioda zener yang ada dipasaran mempunyai rating daya dari ¼ W sampai lebih dari 50 W. Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus maksimum dioda zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating dayanya. Arus maksimum diberi tanda IZm. Hubungan antara Izm dan rating daya adalah:
Penggunaan dioda Zener sangat luas, kedua setelah dioda penyearah. Dioda silikon ini dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown dan dioda zener adalah tulang punggung regulator tegangan. Jika dioda zener bekerja dalam daerah
breakdown,
bertambahnya
tegangan
sedikit
akan
menghasilkan
pertambahan arus yang besar. Ini menandakan bahwa dioda zener pempunyai inpedansi yang kecil. Inpedansi dapat dihitung dengan bantuan rumus: Dioda
10
7. Dioda Laser
Dioda laser adalah sejenis laser di mana media aktifnya sebuah semikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapat pada dioda pemancar
cahaya.
Dioda
laser
kadang
juga
disingkat
LD
atau
ILD.
Dioda laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja dioda ini sama seperti dioda lainnya yaitu melalui sirkuit dari
rangkaian
elektronika,
yang
terdiri
dari
jenis
p
dan
n.
Pada kedua jenis ini sering dihasilkan 2 tegangan, yaitu:
biased forward, arus dihasilkan searah dengan nilai 0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang di atas ( + ).
backforward biased, ini merupakan tegangan berbalik yang dapat merusak suatu komponen elektronika.
8. Tunnel Diode
Dioda p-n junction yang telah dibahas sebelumnnya memiliki konsentrasi ketidakmurnian 1 banding 108. Dengan doping sebanyak ini, depletion layer yang menimbulkan potential barrier pada junction, memiliki lebar dalam ukuran mikron. Potention barrier menahan aliran arus carrier antar kedua sisi junction. Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi karakteristik resistansi negatif pada negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radioaktif. 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.
Dioda
11
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
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. Kegunaannya dari dioda tunnel adalah sebagai saklar kecepatan tinggi dan sebagai oscillator frekwensi tinggi (microwafe). 9. Rectifier Diode
Definisi ini mengacu pada dioda yang digunakan dalam power supply untuk perbaikan input daya bolak-balik. Dioda pada umumnya PN junction dioda, dioda schottky merskipun dapat digunakan jika tetes tegangan rendah diperlukan. Mereka mampu memperbaiki tingkat saat ini yang bisa berkisar dari amp ke atas. Rectifier berfungsi sebagai penyearah Arus ( AC ke DC ). Biasanya Rectifier lebih dikenal sebagai Dioda karena penyearah arus ialah fungsi dasar dari dioda, tetapi lebih spesifik lagi merupakan fungsi dari rectifier. 10. Schottky Diodes (SCR)
SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Dioda
12
Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda. SCR biasanya dijumpai pada rangkaian dimmer lampu. Dioda Schottky (diambil dari nama seorang ahli fisika Jerman Walter H. Schottky;
juga
dikenal
sebagai
diode
pembawa
panas)
adalah diode
semikonduktor dengan tegangan rendah. Dioda schotky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu junction dan silicon yang di dop (biasanya type n) pada sisi yang lain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena elektron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dan dioda schotky ini tidak mempunyai lapisan pengosongan atau penyimpanan muatan, sehingga mengakibatkan ia dapat di switch nyala dan mati lebih cepat dari pada dioda bipolar. Sehingga hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 Mhz dan jauh di atas kemampuan dioda bipolar. 11. Varactor Diode or Varicap Diode
Dioda ini bertindak sebagai pelat kapasitor dan kapasitor dibentuk oleh tingkat daerah konduksi dan daerah penipisan sebagai dielektrik isolasi. Dengan mengubah bias pada dioda, lebar daerah deplesi perubahan, dengan demikian bervariasi kapasitansi. Seperti kebanyakan komponen dengan kawat penghubung, diode mempunyai kapasistansi bocor yang mempengaruhi kerja pada frekuensi tinggi, kapasistansi luar ini biasanya lebih kecil dari 1 ρF. Yang lebih penting dari
kapasistansi luar ini adalah kapasistansi dalan junction dioda. Kapasistansi dalam ini kita sebut juga kapasistansi peralihan CT. Kata peralihan disini menyatakan peralihan dari bahan type-p ke type-n. Kapasistansi barier dan kapasistansi barier dan kapasistansi junction
Dioda
13
Lapisan pengosongan melebar hingga perbedaan potensial sama dengan tegangan riverse yang diberikan. Makin besar tegangan riverse makin melebar lapisan pengosongan. Karena lapisan pengosongan hampir tak ada pembawa muatan ia berlaku seperti isolator atau dielektrik. Dengan demikian kita dapat membayangkan daerah p dan n dipisahkan oleh lapisan pengosongan seperti kapasitor keeping sejajar dan kapasitor sejajr ini sama dengan kapasistansi peralihan. Jika dinaikan tegangan riverse membuat lapisan pengosongan menjadi lebar, sehingga seperti memisahkan keeping sejajar terpisah lebih jauh. Dan sebagai akibatnya kapasistansi peralihan dari dioda berkurang bila tegangan riverse
bertambah. Dioda Dioda silicon yang memanfaatkan efek kapasistansi yang
berubah-ubah ini disebut varactor. Dalam banyak aplikasi menggantikan kapasitor yang ditata secara mekanik, dengan perkataan lain varakto yang dipasang paralel dengan inductor merupakan rangkaian tagki resonansi. Dengan mengubah-ubah tegangan riverse pada varactor kita dapat mengubah frekuensi resonansi. Pengontrolan secara elektronik pada frekuensi
resonansi. Pengontrolan secara elektronik pada
frekuensi resonansi sangan bermanfaat dalam penalaan dari jauh. Banyak digunakan untuk membangkitkan gelombang/oscillator dengan memanfaatkan sifat kapasitornya yang dapat berubah jika diberi tegangan yang berbeda. Contoh : BB106, BB109, BB304 (duo varactor), 1SV217 dsb. 12. Dioda Termionik
Simbol untuk diode tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah adalah anode, katode dan filamen pemanas. Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang merupakan susunan elektrode-elektrode di ruang hampa dalam sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar. Dalam diode katup termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katode (Beberapa diode menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai pemanas sekaligus juga sebagai katode), elektrode internal lainnya dilapisi dengan campuran barium
Dioda
14
dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektrode logam disebelah yang disebut anode diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar. Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anode yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan. Dalam sebagian besar abad ke-20, diode katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. Saat ini, diode katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan dan daya tinggi.
13. Dioda Semikonduktor
Sebagian besar diode saat ini berdasarkan pada teknologi pertemuan p-n semikonduktor. Pada diode p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anode) menuju sisi tipe-n (katode), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya. Tipe lain dari diode semikonduktor adalah diode Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor (sawar Schottky) sebagai ganti pertemuan p-n konvensional.
Karakteristik arus – tegangan tegangan
Karakteristik arus – tegangan tegangan dari dioda, atau kurva I – V, berhubungan – V, dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator. Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor Dioda
15
bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk di dalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan. Jenis-jenis dioda semikonduktor :
1. Dioda Biasa
Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan diode penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4 – 1.7 1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari diode silikon untuk rating arus yang sama.
2. Dioda Bandangan
Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan diode Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai diode Zener, padahal diode ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara diode bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan diode Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien
Dioda
16
suhu yang berbeda, diode bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.
3. Dioda Cat's Whisker
Ini adalah salah satu jenis diode kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara[5]. Kawatnya membentuk anode dan kristalnya membentuk katode. Dioda Cat's whisker juga disebut diode kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.
4. Dioda Arus Tetap
Ini
sebenarnya
adalah
sebuah
JFET
dengan
kaki
gerbangnya
disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut.
5. Esaki atau Esaki atau Diode Terobosan
Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif.
6. Dioda Gunn
Dioda ini mirip dengan diode terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.
7. Demodulasi Radio
Penggunaan pertama diode adalah demodulasi dari isyarat radio modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan
Dioda
17
isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan.
8. Pengubahan Daya
Penyearah dibuat dari dioda, dimana diode digunakan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana diode mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo DC.
G. RANGKAIAN PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG
Sebagai
penyearah(diode
rectifier)
dioda
berfungsi
menyearahkan
/merubah tegang input yang ac (bolak-balik) menjadi dc (searah). Tegangan ac merupakan gelombang sinus bolak-balik, yang akan berganti dari gelombang positif ke negative terus menerus. Seperti terlihat pada gambar di bawah ini merupakan rangkaian penyearah setengah gelombang dengan menggunakan satu buah diode. Resistor dipasang sebagai tahan beban rangkaian. Prinsip kerja rangkaian dapat dijelaskan sebagai berikut: Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), Dioda dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif. Karena diode dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik A – Dioda – R dan kembali ketitik B-. karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.386. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout). Saat titik A mendapatkan tegangan negative (-) dan B positif (+), Dioda dalam kondisi dipanjar terbalik karena kaki anoda mendapat tegangan negatif. Sehingga diode dalam kondisi off, maka tidak ada Arus yang mengalir .Kondisi menyebakan tegangan pada keluaran/output sama dengan 0/tidak ada.
Dioda
18
Gambar 5. Rangkaian Penyearah
H. RANGKAIAN PENYEARAH GELOMBANG PENUH
a. Dengan 2 buah diode
Penyearah tegang dengan menggunakan 2 buah diode memerlukan transformator/trafo yang mempunyai terminal CT (center tep/titik tengah). Dioda akan bekerja secara bergantian. Sehingga tegangan pada output akan selalu ada. Prinsip kerja rangkaian bias dijelaskan sebagai berikut: Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), Dioda D1 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif dan D2 dalam kondisi dipanjar terbalik (off). Karena diode D1 dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik A – D1 – R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).
Gambar 6. Rangkaian 2 buah dioda +
Dioda
19
Saat titik A mendapatkan tegangan negative (-)dan B positif (+),Dioda D2 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan Positif dan D2 dalam kondisi dipanjar maju (On). Karena diode D2 dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik B – D2 – R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).
Gambar 7. Rangkaian 2 buah dioda –
Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), Dioda D1 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif dan D2 dalam kondisi dipanjar terbalik (off). Karena diode D1 dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik A – D1 – R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout). Saat titik A mendapatkan tegangan negative (-)dan B positif (+),Dioda D2 dalam kondisi dipanjar terbalik karena kaki anoda mendapat tegangan negative (off) dan D2 dalam kondisi dipanjar maju (On). Karena diode D2 dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik B – D2 – R dan kembali ketitik CT. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).
b. Dengan 4 buah diode (bridge/jembatan)
Prinsip kerja penyearah dengan 4 buah diode sama dengan penyearah gelombang penuh menggunakan 2 buah diode, hanya pada penyearah system bridge ini transformator yang digunakan tidak harus CT. Dioda akan bekerja secara berpasangan, jika D1 &D3 On, D2 & D3 off, begitu juga sebaliknya.
Dioda
20
Saat titik A mendapatkan tegangan positif (+) dan B negative (-), Dioda D1 & D3 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif dan D2 &D3 dalam kondisi dipanjar terbalik (off). Karena diode D1 & D3 dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik A – D1 – R- D3 dan kembali ketitik B-. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).
Gambar 8. Rangkaian 4 buah dioda +
Saat titik A mendapatkan tegangan negative (-)dan B positif (+),Dioda D2 &D4 dalam kondisi dipanjar maju karena kaki anoda mendapat tegangan positif (On) dan D1 & D3 dalam kondisi dipanjar terbalik (Off). Karena diode D2 & D$ dalam kondisi On, maka Arus akan mengalir dari titik B – D2 – R- D4 dan kembali ketitik A-. Karena arus mengalir melewati R, maka pada R akan timbul tegangan sebesar Vin x 0.636. Tegangan yang timbul pada R merupakan tegangan output (Vout).
Gambar 9. Rangkaian 4 buah dioda -
Dioda
21
KESIMPULAN Dioda adalah komponen semiconductor yang paling sederhana, ia terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan anoda. Ujung badan dioda biasanya diberi bertanda, berupa gelang atau berupa titik, yang menandakan letak katoda. Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah saja, pada arah sebaliknya arus DC tidak akan mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC ialah arus listrik dari PLN, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Didalam
dioda
terdapat
junction
(pertemuan)
dimana
daerah
semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada sat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu : 1. Dioda diberi tegangan nol 2. Dioda diberi tegangan negative 3. Dioda diberi tegangan positive Ada banyak fungsi dioda antara lain : Untuk penyearah arus, Untuk penyetabil tegangan, Untuk indikator, Sebagai saklar. Jenis-jenis Dioda antara lain adalah : Dioda Pemancar Cahaya (LED) Dioda Photo, Dioda Varactor, Dioda Schottky, Dioda Step-Recovery, Dioda Zener Dioda Laser, Tunnel Diode, Rectifier Diode, Schottky Diodes (SCR), Varactor Diode or Varicap Diode, Dioda Termionik, Dioda Semikonduktor
Dioda
22
DAFTAR RUJUKAN
Sugeng ,2010. Cara Kerja Dioda-Dioda Zenner dan Led http://sugengriadi87.blogspot.com/2010/10/cara-kerja-dioda-dioda-zenner-danled,diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Boim,2011. Jenis-Jenis Dioda Semikonduktor http://boimdonat.wordpress.com/2011/01/11/jenis-jenis-dioda-semikonduktor, diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Radi,2011. Pengertian dan Jenis-jenis Dioda http://im-jabar.blogspot.com/2011/11/pengertian-dan-jenis-jenis-dioda, diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Wikipedia,2012. Dioda http://id.wikipedia.org/wiki/Diode diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Listiyan,2012. Macam-macam Dioda http://www.scribd.com/doc/58363590/-Macam-macam-Dioda, diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Sugeng ,2010. Cara Kerja Dioda-Dioda Zenner dan Led http://sugengriadi87.blogspot.com/2010/10/cara-kerja-dioda-dioda-zennerdan-led,diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Wikipedia,2012. Dioda Zener http://id.wikipedia.org/wiki/Dioda_Zenerled, diakses pada tanggal 3 Maret 2012 pukul 07.00 WIB
Dioda
23
