dioda

DIODA

Apa Itu Dioda?

Dioda merupakan salah satu komponen aktif.

Dioda merupakan vacuum tube yang merupakan sambungan dari bahan P dan N. Dimana pada sisi P akan menjadi anoda sedangkan pada sisi N akan menjadi katoda.

Dioda biasanya terbuat dari Germanium (Ge) dan Silikon (Si).

Dioda hanya dapat menghantar arus listrik dan tegangan pada satu arah saja. Sehingga dioda berfungsi untuk menyearahkan arus AC menjadi DC. (Rectifier)

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan bahan P dan N dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron.

Bagaimana Dioda bekerja?

Dioda dengan bias maju dan bias mundur

Bias Maju

Jika Dioda diberi Bias positif (Forward Bias), dengan arti kata memberi tegangan potensial pada sisi P lebih besar dari pada sisi N, sehingga elektron dari sisi N akan bergerak untuk mengisi hole di sisi P.

Jika elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron.

hole mengalir dari P menuju N, dengan mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N

Bias Mundur

Bias Mundur (Reverse Bias) terjadi karena polaritas dibalik. Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Hal ini menyebabkan tidak akan terjadinya perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan.

Lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Cara Bekerja Dioda

1. Dioda tidak akan mengalirkan arus sampai tegangan bias maju mencapai ambang batas tegangan tertentu.

Dengan tegangan bias maju yang kecil, dioda sudah menjadi konduktor. Tetapi tidak serta merta diatas 0 volt, melainkan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Hal Ini disebabkan karena  adanya dinding deplesi (depletion layer).

Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi/halang (barrier voltage) adalah diatas 0.7 volt. Sedangkan untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium kira-kira 0.3 volt batas minimumnya.

2. Tegangan bias mundur yang terlalu tinggi dapat menyebabkan dioda mengalirkan arus ke arah yang salah. Karena tegangan bias mundur ini sangat tinggi, gelombang arus dapat menghancurkan dioda.

Saat tegangan bias negatif, dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun ada batasnya. Setelah beberapa puluh bahkan ratusan volt baru akan terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

3. Jika arus bias maju terlalu besar, chip berbahan semikonduktor pada dioda dapat retak atau meleleh dan hubungan arus dapat terputus. Dan jika chip meleleh, dioda dapat tiba-tiba mengalirkan arus ke dua arah. Dan panas yang dihasilkan dapat menguapkan chip.

Karakteristik arus–tegangan

Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan 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 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.

Tegangan Kaki (Knee Voltage)

Adalah Tegangan pada saat arus mulai naik secara cepat pada saat dioda berada pada daerah maju, tegangan ini sama dengan tegangan penghalang.

Apabila tegangan dioda lebih besar dari tegangan kaki maka dioda akan menghantar dengan mudah dan sebaliknya bila tegangan dioda lebih kecil  maka dioda tidak menghantar dengan baik

Di atas tegangan kaki, arus dioda akan membesar secara cepat, dengan kata lain pertambahan yang kecil pada tegangan dioda akan menyebabkan perubahan yang besar pada arus dioda.

Setelah tegangan penghalang terlampaui, yang menghalangi arus adalah hambatan Ohmic daerah P dan N, jumlah hambatan tersebut dinamakan Hambatan Bulk

Kriteria Dioda

ü  Peak Inverse Voltage ( PIV ) rating

Menunjukkan tegangan kerja maksimum dari dioda tersebut, contohnya jika nilai dari suatu dioda 100V, dioda tersebut tidak bisa digunakan pada tegangan kerja yang lebih dari 100V.

ü  Current rating

Menunjukkan arus maksimum yang dapat melewati suatu dioda.

Jenis-jenis Dioda

1.      Dioda Standar / Rectifier

Dioda ini dapat mengalirkan arus atau tegangan yang besar hanya satu arah.

Dioda ini biasa digunakan untuk menyearahkan arus dan tegangan.

Dioda ini memiliki tegangan maksimal dan arus maksimal

Contoh dioda jenis ini yaitu:

Dioda tipe1N4001, ada 2 jenis yaitu yang berkapasitas 1A/50V dan 1A/100V

Dioda tipe 1N4002

Dioda tipe 1N4007

2.      Bridge Rectifier

Dioda ini terdiri dari empat buah rectifier yang berhubungan satu sama lain (membentuk formasi kotak). Bridge rectifier menyearahkan arus ( AC ke DC ) dengan lebih efisien. Karena dioda ini berfungsi untuk penyearah gelombang penuh pada rangkaian catu daya.

Contoh dioda jenis ini yaitu B40C800, Kiprox pada kendaraan bermotor

Penyearah Dioda

Dioda silikon (standar) dan bridge rectifier digunakan untuk menyearahkan arus AC menjadi arus DC. Ada dua macam penyearah dioda yaitu:

1.      penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier)

Saat digunakan sebagai penyearah setengah gelombang, dioda menyearahkan tegangan AC yang berbentuk gelombang sinus menjadi tegangan DC hanya selama siklus positif tegangan AC saja.
Sedangkan pada saat siklus negatifnya, dioda mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga tegangan beban (output) menjadi nol.

2.      penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier)

Penyearah gelombang penuh model jembatan memerlukan empat  buah dioda. Dua dioda akan berkondusi saat isyarat positif dan dua dioda akan berkonduksi saat isyarat negatif.

Untuk model  penyearah jembatan ini kita tidak memerlukan transformator yang memiliki center-tap.

3.      Dioda Zener

Dioda Zener (voltage regulation diode) berfungsi untuk menstabilkan tegangan ouput catu daya DC walaupun tegangan input berubah-ubah atau arus output berubah-ubah besarnya. (sebagai pembatas tegangan)

Bahan untuk dioda ini dicampur dengan phosphor dan boron yang lebih banyak sehingga elektron bebas dan hole pada bahan ini akan lebih banyak yang memungkinkan arus listrik (pada arah terbalik) mengalir tanpa merusak dioda zener.

Tipe dari dioda zener dibedakan oleh tegangan pembatasnya seperti zener 3,6 volt.

Dioda zener luas penggunannya, dioda ini bekerjaq pada daerah brakdown. Kadang disebut dioda breakdown, dioda ini adalah tulang punggung regulator tegangan. menunjukkan lambang dioda zener.

4.      Light Emitting Diode (LED)

LED merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya monokromatik. LED akan menyala jika diberi arus DC arah forward atau arus AC yang sesuai dengan tegangan kerjanya (misal 3 volt). Untuk mendapatkan emisi cahaya, doping yang dipakai adalah gallium, arsenic dan phosphorus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula. (warna merah, kuning, hijau dan biru (namun sangat langka)).

Pada dioda dibias forward, elektron pita konduksi melewati junction dan jatuh kedalam hole (gambar 3-4b). Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan energi. Pada dioda penyearah, energi ini keluar sebagai panas, tetapi pada LED energi dipancarkan dalam bentuk cahaya.

Bahan2 LED biasany dari gallium, arsen, phosphor, dan lain. LED biasa digunakan sebagai jam digital, msei hitung, lampu dan lain-lain.LED infra merah biasanya digunakan dalam sistem tanda bahaya dan ruang lingkun lain yang membutuhkan pancaran cahaya yang tak kelihatan.

Keuntungan LED daripada lampu pijar adalah umurnya lebih panjang, tegangannya rendah, dan saklar on off nya cepat. Gambar 4-16a menunjukkan lambang LED.

Cara pemasangan LED

Selalu diperlukan perlawanan deretan R bagi LED guna membatasi kuat arus dan dalam arus bolak balik harus ditambahkan dioda penyearah.

5.      Dioda Foto

Dioda Foto merupakan komponen elektronik yang termasuk jenis optik. Fungsi dioda foto digunakan pada alat remote Control dan sebagai detektor.

Dioda Foto akan mengalirkan arus jika permukaannya dikenai sinar, besarnya arus yang mengalir semakin besar jika sinar yang mengenainya semakin kuat.

Energi thermal menghasilkan pembawa minorittas dalam dioda. Makin tinngi suhu, makin besar arus dioda yang terbias reverse. Enegri cahaya juga menghasilkan pembawa minoritas. Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka junction agar terkena sinar. Jika cahaya luar mengenai junction dioda photo yang dibias reverse, akan dihasilkan pasangan elektron-hole dalam lapisang pengosongan. Makin kuat cahaya, makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya dan makin besar arus reverse. Karenanya dioda photo merupakan detector cahaya yang baik sekali. Gambar 4-16b adalah gambar dioda photo.

6.      Dioda Schottky / SCR (Silicon Controlled Rectifier)

SCR disebut juga Thyristor dan dipakai sebagai pengatur daya dan saklar. Penggunaan SCR sangat menguntungkan dibandingkan dengan saklar mekanik sebab tak ada kontak-kontak yang aus karena terbakar, tidak menjangkitkan busur api dan memerlukan sedikit komponen-komponen tambahan. SCR dapat dipakai untuk mengatur daya yang besar-besar sepertin mesin-mesin listrik, sedangkan SCR itu sendiri memerlukan daya yang kecil saja.

Cara Memeriksa Kondisi Dioda

1.      Memeriksa kondisi dioda menggunakan multimeter sama dengan menggunakan ohmmeter

2.      Hubungkan kabel positif multimeter ke pin kutub positif dioda ( bagian anoda) dan kabel negatif multimeter ke pin kutub negatif dioda ( bagian anoda ). Jika jarum meter tidak bergerak, dioda dalam kondisi baik, namun jika jarum meter bergerak, dioda dalam kondisi tidak baik atau rusak.

3.      Hubungkan kabel positif multimeter ke pin kutub negatif dioda ( bagian Katoda ) dan kabel negatif meter ke pin kutub positif dioda ( bagian anoda ). Jika jarum meter bergerak, dioda dalam kondisi baik. Namun jika jarum meter tidak bergerak, dioda dalam kondisi yang tidak baik atau rusak .

4.      Pengecekan kondisi dioda zener, fotodioda, atau LED juga seperti mengecek dioda biasa.

5.      Selain menggunakan ohmmeter, pengecekan kondisi dioda juga dapat dilakukan dengan menggunakan rangkaian elaktronika sederhana.

Contoh Soal

Sebuah rangkain penyearah setengah gelombang seperti tampak pada gambar 3 berikut, tentukan nilai tegangan dc dari beban resistor tersebut kemudian bandingkan dengan nilai yang tampak pad multimeter.

Jawab :

Dari gambar nampak bahwa tegangan sumber ac memiliki nilai 10V rms , untuk memulai perhitungan maka harus dicari nilai tegangan puncak  V_p tegangan ac tersebut dengan rumus :

V_rms = 0,707 V_p atau 

1. Untuk dioda ideal :

V_p(out) = V_p(in) = 14,1 V  ; sehingga nilai V_dc = 0,318 V_p = 0,318 x 14,1 = 4,49 V

2. Untuk dioda dengan pendekatan ke-2 :

V_p(out) = V_p(in) – 0,7 V = 14,1 – 0,7 = 13,4 V ; sehingga V_dc = 0,318 V_p = 0,318 x 13,4 = 4,27 V

tugas siapa itu ?

Cerita Ini adalah tentang empat orang yang bernama SEMUA ORANG, SESEORANG, SIAPA SAJA, dan TAK SEORANG PUN. Ada tugas yang penting untuk dikerjakan dan SEMUA ORANG diminta melakukannya. SEMUA ORANG yakin bahwa SESEORANG akan melakukannya.SIAPA SAJA bisa melakukannya, tetapi TAK SEORANG PUN yang melakukannya. SESEORANG menjadi marah tentang itu, sebab ini tugas SEMUA ORANG SEMUA ORANG menganggap bahwa SIAPA SAJA dapat melakukannya, tetapi TAK SEORANG PUN yang menyadari bahwa SEMUA ORANG tidak akan melakukannya. Akhirnya SEMUA ORANG menyalahkan SESEORANG ketika TAK SEORANG PUN melakukan apa yang bisa dilakukan oleh SIAPA SAJA . Tugas siapakah itu ? (dikutip dari Dr. Hisham Yahya Altalib dari bukunya Panduan Latihan Bagi Gerakan Islam, 1999)Disinilah kita belajar untuk tidak egois, belajar berkomunikasi, bekerjasama dan belajar mengenal orang lain yang sifatnya berbeda-beda. Nikmatilah saat-saat kebersamaan dengan sahabat-sahabat kita, karena hal itu akan menambah pengetahuan kita dengan belajar dan mengenal banyak hal .