BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Dioda
Dioda ialah jenis Vacum Tube 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 2.1 Struktur Dioda Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar di atas. Pada dioda, plate diletakkan plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda sedangkan heater disisipkan 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 tegangan positive
3
Gambar 2.2 Dioda Diberi Tegangan Nol Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada m edan 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.
Gambar 2.3 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
4
elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir.
Gambar 2.4 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 hermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung 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 diode dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi t egangan DC. 2.2 Karateristik Dioda
Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolakbalik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya: penyearah setengah 5
gelombang ( Half-Wave Rectifier ), penyearah gelombang penuh ( Full-Wave Rectifier ), rangkaian pemotong (Clipper ), rangkaian penjepit (Clamper ) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier ).
Gambar 2.5 Simbol Dioda Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari s isi P ke sisi N. Karakteristik dioda dapat ditunjukkan oleh hubungan antara arus yang lewat dengan beda potensian ujung-ujungnya. Karakteristik diode pada umumnya diberikan oleh pabrik, tetapi dapat juga diselidiki sendiri dengan rangkaian seperti gambar 2.6.
Gambar 2.6 Rangkaian untuk menyelidiki karakteristik diode Dengan memvariasi potensio P dan mencatat V dan I kemudian menggambarkan dalam grafik, maka diperoleh kurve karakteristik diode (karakteristik statis). Pada umumnya hasilnya adalah seperti pada gambar 2.7.
6
Gambar 2.7 Kurva Karakteristik Dioda Tampak untuk dioda Ge, arus baru mulai ada pada tegangan 0,3 V sedang untuk dioda Si pada 0,7 V. Tegangan ini sesuai dengan tegangan penghalang pada sambungan P-N, dan disebut tegangan patah atau tegangan lutut ( cut in voltage atau knee voltage). Tampak pula bahwa arus IR = Io dalam orde µA, sedang arus maju IF dalam orde mA. Dari lengkungan kurve yang tidak linier, maka tentu saja tahanan dioda tidak tetap, baik tahanan maju maupun tahanan baliknya. Jika tegangan balik diperbesar maka akan mencapai keadaan arus meningkat secara tajam, yang hanya dapat dibatasi oleh tahanan luar. Tegangan kritis ini disebut tegangan dadal (break down voltage = peak inverse voltage). Kurve karakteristik statik tersebut secara teoritis dapat dibuktikan mempunyai persamaan :
= (
− 1)
= 7
= ℎ = 2,7 = =
=
11600
= ℃
= = 1 = 2 2.3 Jenis - Jenis Dioda
Gambar 2.8 Simbol Dioda 1. Dioda Zener Merupakan dioda sambungan P-N dari Si atau Ge yang mendapatkan pengotongan banyak untuk prasikap balik, yang bekerja didaerah dadal (break down) dimana arus dibatasi oleh tahanan luar dan disipasi daya dari dioda. Tegangan dadal dari dioda zener terjadi karena pemutusan ikatan kovalen oleh medan listrik yang kuat, yang terpasang pada daerah pengosongan, akibat tegangan balik yang dipasang. Ini akan membentuk elektron dan hole yang banyak yang membentuk arus jenuh balik yang disebut arus zener I2 yang harganya hanya dibatasi oleh tahanan luar. Karakteristik dioda zener untuk daerah prasikap maju sama dengan dioda lainnya, sedang untuk daerah prasikap balik seperti ditunjukkan pada gambar 8
V-4. V2 adalah tegangan dadal zener, I2 min adalah arus minimum untuk terjadinya tegangan dadal, dan I 2 mak adalah arus maksimum zener, yang dibatasi oleh disipasi daya. Karena kurve tidak vertikal tepat, maka seharusnya mempunyai tahanan yang disebut impedansi dinamik zener. Tetapi dengan mengidealkan dioda ini, maka dianggap kurve vertikal tepat, sehingga V 2 tepat walau I2 bervariasi.
Gambar 2.9 Kurva Karateristik Dioda Zener Tegangan Zener V 2 dari dioda yang dipasarkan ada ermacam-macam, tetapi berkisar antara 2,4 V – 200 V. Tegangan ini tergantung suhu. Disipasi dayanya diberikan oleh hasil kali V2I2, harga maksimumnya berkisar antara 150 mW – 50 W. Untuk dapat bekerja dalam rangkaian dioda zener harus dipasang pada tegangan balik, dengan tegangan lebih besar sedikit dari V2 dan dalam rangkaian yang arusnya < I2 mak. Secara fisik dioda zener hampir seperti dioda yang lain dan dikenal dengan kode IN seperti IN 750 (untuk daya 10 W), IN 4000 (untuk daya tinggi). Penggunaan dioda zener adalah untuk regulator tegangan, untuk referensi tegangan yang tetap, untuk melindungi alat-alat dari kerusakan akibat kenaikan tegangan. 2. LED (Light Emiting Dioda) LED adalah dioda sambungan semikonduktor P-N yang jika diberi prasikap maju akan mengeluarkan cahaya tampak. Rangkaiannya dapat ditunjukkan pada gambar 2.10.
9
Gambar 2.10 Rangkaian LED Jika elektron bebas pada semikonduktor tipe N terletak pada pita energi yang lebih tinggi daripada hole didaerah semikonduktor tipe P maka jika elektron bebas berkombinasi dengan hole perbedaan (kelebihan) energi ini akan diubah menjadi panas atau cahaya. Pada Ge dan Si energi tersebut sebagian besar tidak ada. Tetapi pada Ga As atau Ga P atau Ga As P sebagian besar energi diubah menjadi cahaya. LED tidak akan mengeluarkan cahaya jika dipasang pada prasikap balik. Operasi LED pada arah balik akan menyebabkan LED cepat rusak. Penggunaan LED adalah untuk indikator, memasukkan informasi ke memori komputer optik, untuk penggunaan dalam komunikasi yang menggunakan kabel serat optik dan lainlain. 3. Photodioda Sambungan P-N Merupakan dioda sambungan P-N yang jika dikenai cahaya tahanan baliknya berubah menjadi lebih kecil. Dalam gelap, tahanan baliknya sangat besar sehingga tidak menghantarkan arus listrik. Pemasangan dioda ini harus dalam prasikap balik, seperti ditunjukkan pada gambar 2.11.
10
Gambar 2.11 Rangkain Photo Dioda 4. Dioda Rectifier Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus berlawanan (AC) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki. 5. Dioda Bridge Dioda Bridge pada dasarnya adalah Dioda yang terdiri dari 4 dioda normal yang umumnya digunakan sebagai penyearah gelombang penuh dalam rangkaian Pencatu Daya (Power Supply). Dengan menggunakan Dioda Bridge ini, kita tidak perlu lagi merangkai 4 buah dioda normal menjadi rangkaian penyearah tegangan AC ke tegangan DC karena telah dikemas oleh produsen menjadi 1 komponen saja. Dioda Bridge ini memiliki 4 kaki terminal yaitu 2 kaki terminal Input untuk masukan tegangan/arus bolak-balik (AC) dan 2 kaki terminal untuk Output Positif (+) dan Output Negatif (-). 6. Dioda Laser Dioda Laser atau Laser Diode adalah jenis dioda yang dapat menghasilkan radiasi atau cahaya koheren yang dapat dilihat oleh mata dan spektrum inframerah ketika dialiri arus listrik. Dioda Laser ini sering digunakan pada perangkat audio/video seperti Player DVD dan Blueray, Laser pointer, Scanner Barcode, Alat ukur jarak dan Printer laser. LASER pada dasarnya adalah singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.
11
7. Dioda Schottky Dioda Schottky merupakan jenis dioda dengan tegangan maju yang lebih rendah dari dioda normal pada umumnya. Pada arus rendah, tegangan jatuh bisa berkisar diantara 0,15V hingga 0,4V. tegangan ini lebih rendah dari dioda normal yang terbuat dari silikon yang memerlukan 0,6V. Dioda ini banyak digunakan pada aplikasi rectifier (penyearah), clamping dan juga aplikasi RF 8. Dioda Tunnel Dioda Tunnel atau Dioda Terowongan adalah jenis dioda yang mampu beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi dan dapat berfungsi dengan baik pada gelombang mikro (Microwave). Dioda Tunnel ini biasanya digunakan di rangkaian pendeteksi frekuensi dan konverter. Dioda Tunner disebut juga dengan Dioda Esaki. Nama Esaki diambil dari nama penemu Dioda jenis ini. 9. Dioda Varactor Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesawat penerima radio. 2.4 Fungsi Dioda
Selain untuk menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada aliran tegangan balik, masih banyak lagi fungsi diodalainnya, sebagai berikut : 1. Sebagai penyearah untuk komponen dioda bridge. 2. Sebagai penstabil tegangan pada komponen dioda zener. 3. Sebagai pengaman atau sekering. 4. Sebagai pemangkas atau pembuang level sinyal yang ada di atas atau bawah tegangan tertentu pada rangkaian clipper. 12
5. Sebagai penambah komponen DC didalam sinyal AC pada rangkaian clamper. 6. Sebagai pengganda tegangan. 7. Sebagai indikator untuk rangkaian LED (Light Emiting Diode). 8. Dapat digunakan sebagai sensor panas pada aplikasi rangkaian power amplifier. 9. Sebagai sensor cahaya pada komponen dioda photo. 10. Sebagai rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscilator) pada komponen dioda varactor.
13
