Karakteristik Komponen Dioda

Dioda adalah komponen listrik yang menyalurkan arus listrik hanya dalam satu arah atau berfungsi sebagai katub satu arah. Dioda biasanya dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon, germanium, atau selenium dan dipakai sebagai regulator tegangan, penyearah sinyal, sinyal Osilator dan modular/demodular.

Walaupun alat ini tidak sebanyak pengunaanya dengan Resistor namun setiap Motherboard pasti ada dioda didalamnya. Dalam peralatan komputer, dioda biasanya dipakai untuk memancarkan cahaya dengan melewatkan arus, seperti dalam dioda pemancar cahaya (LED). 0.6

Dioda memiliki dua elektroda yang disebut anoda dan katoda. Kebayakan dioda dibuat dengan bahan semikonduktor seperti silikon, germanium, atau selenium. Beberapa dioda terdiri dari elektroda logam dan ruang evakuasi atau diisi dengan gas elemental murni pada tekanan rendah.

Properti mendasar dari dioda adalah kecenderungannya untuk melakukan arus listrik dalam satu arah. Ketika katoda bermuatan negatif relatif terhadap anoda pada tegangan yang lebih besar dari minimal tertentu yang disebut forward breakover, maka arus operasi seperti penyearah, sakelar dan pembatas.

Dioda silikon bekerja pada tegangan enam persepuluh (0.6 V) untuk perangkat silikon, 0.3 V untuk germanium perangkat, dan 1 V untuk perangkat selenium.

Misalnya dioda : IN 4148, IN4002, IN 4003, dll.

Simbol dioda adalah D, simbol gambarnya :

Sifat Dioda :

Apabila diberi arah maju atau forward (tegangan positif => anoda dan tegangan negatif => katoda) akan menghantarkan arus dan sebaliknya. Apabila diberi arah mundur atau reverse (tegangan positif => katoda dan tegangan negatif => anoda) tidak akan menghantar arus.

Fungsi Dioda :

Sebagai Penyearah.

Sebagai pengaman rangkaian dari kemungkinan terbaliknya polaritas.

Macam-macam Dioda

Umumnya semua dioda memiliki kontruksi dan prinsip kerja yang sama. Semua dioda terbentuk oleh junction PN yang secara fisik dioda dikenali lewat nama elektrodenya yang khas yaitu : anoda dan katoda.

Dioda dibedakan menurut fungsinya, disini dalam refresentasi simbolik digambarkan secara berbeda demikian juga karakteristiknya.

Dioda Schottky

Dioda Schottky juga disebut sebagai dioda pembawa panas adalah dioda semikonduktor dengan drop tegangan maju lebih rendah dari dioda standar dan tindakan sakelar sangat cepat. Ketika arus mengalir melalui dioda ada drop tegangan yang seperti dinyatakan sebelumnya adalah sekitar 0.45 0.7 V untuk dioda normal,

Tapi Dioda Schottky penurunan tegangan antara 0.15 dan 0.45, penurunan tegangan rendah berarti efisiensi rangkaian yang lebih tinggi. Fitur yang paling penting dari Dioda Schottky dibandingkan dengan Dioda PN lain yaitu waktu recovery reverse.

Dioda Schottky bisa terlihat mirip dengan dioda normal dalam desain. Seringkali mereka dalam paket ganda dengan dua dioda katoda umum.

Dioda SMD (Surface Mounted Diode)

LED (Light-Emitting Diode)

Dioda pemancar cahaya, atau yang biasa disebut LED adalah komponen pahlawan tanpa tanda jasa nyata di dunia elektronika. Mereka melakukan puluhan pekerjaan yang berbeda dan banyak ditemukan di semua jenis perangkat termasuk Motherboard komputer.

Misalnya saja, mereka membentuk angka pada jam digital, mengirimkan informasi dari remote kontrol, menyala pada jam tangan dan memberitahu anda ketika peralatan anda diaktifkan. Apabila dikumpulkan bersama-sama, mereka bisa membentuk gambar pada layar televisi jumbo atau menerangi lampu lalu lintas.

Pada dasarnya LED adalah bola lampu hanya kecil yang sesuai dan mudah dimasukkan kedalam rangkaian listrik. Tetapi tidak seperti lampu pijar biasa, mereka tidak mempunyai filamen yang akan memancar keluar, dan mereka tidak menimbulkan panas tinggi.

Mereka hanya menerangi dengan pergerakan elektron dalam bahan semikonduktor, dan mereka bertahan hidup sama dengan transistor standar. Jangka hidup LED dapat melampaui hidup lampu pijar. LED kecil sudah mengganti tabung yang menyala pada LCD HDTV untuk membuat televisi secara dramatis lebis tipis.

Cara mengukurnya juga sangat mudah, tempelkan kakinya pada masing-masing kaki multimeter (posisi 1 ohm) dan lihat apakah jarum bergerak. Jika tidak bergerak coba tukar kakinya dan lihat lagi. Bila jarum masih tetap diam berarti LED rusak.

Tampilan LED pada motherboard bisa dilihat pada gambar dibawah ini:

Dioda Penyearah

Dioda Penyearah ini bekerja berdasarkan efek penyearahan, yaitu akan melewatkan arus pada bias forward dan menahan arus pada bias reverse. Ada 2 tipe penyearah, yaitu :

1. Penyearah setengah gelombang (half wave rectifier)

Vs adalah sumber tegangan bolak-balik (AC) yang mempunyai pola tegangan sinusoidal Vs = Vm Sin w t. Dimana fasa Vs berganti-ganti setiap setengah periode T untuk T/2 yang pertama Vs berfasa positif pada kisaran nilai 0π<wt<π. Dioda on untuk T/2 yang kedua V1 berfasa negatif pada kisaran nilai π<wt<2π.

Dioda off tegangan Vs yang keluar dari R (tegangan jatuh) hanya berlaku yang fasanya posdotof saja dan disebut sebagai besaran DC. Nilai yang terukur bisa dinyatakan DVC = V m / π.

2. Penyearah gelombang penuh (full wave rectifier)

Ada 2 jenis dari penyearah ini yaitu:

a. CT (center tap)

b. Bridge (jembatan)

Tipe Dioda CT

Titik 1 pada trafo CT fasanya berganti-ganti positif dan negatif terhadap titik CT demikian pada titik 2. Fasa titik 1 selalu berlawanan dengan fasa titik 2 pada saat V1 positif terhadap CT V2 negatif dan sebaliknya.

Pada saat V1 positif, dioda 1 on dan dioda 2 off (kenapa?) sebaliknya saat V1 negatif D2 on (kenapa?) relasi V1, V2 terhadap VR digambarkan sebagai berikut : (jawabanya ingat prinsip bias dioda!).

Tegangan yang terukur pada VR dinamakan juga VDC yang dinyatakan VDC=2Vm / π

Jenis Dioda Bridge (jembatan)

Dioda bridge sebagai penyearah gelombang penuh. Dioda adalah salah satu komponen elektronika semikonduktor yang mempunyai 1 buah junction, biasanya disebut sebagai komponen 2 lapis (channel P dan channel N).

Untuk mengkonfigurasikan suatu dioda dibutuhkan suatu bias dioda. Bias dioda adalah pemberian tegangan negatif maka dioda tersebut dalam keadaan forward bias. Pada keadaan bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke dioda atau VA-VK > VJ dan selalu positif.

Sebaliknya jika anoda diberi tegangan negatif dan katoda diberi tegangan positif, arus akan mengalir (IR) jauh lebih kecil dari kondisi forward bias. Bias ini dinamakan bias mundur (VR). gambar dibawah ini merupakan bentuk fisik dari dioda bridge.

Pada saat A positif , titik B negatif. Dioda 21 dan 43 On aliran arus dari A menuju dioda 21 menuju RL menuju dioda 43 dan menuju titik B ( terjadi aliran karena mendapat beda potensial dari titik A dan B dati tinggi ke rendah dan karena prinsip bias dioda ).

Model tegangan di RL mirip dengan tipe CT dan VDC=2Vm / π.

Dioda Zener

Dioda Zener terbuat dari bahan silikon. Biasanya dipakai pada rangkaian power supply dimana fungsinya adalah sebagai penstabil arus. Meskipun arus AC yang diubah ke DC berubah-ubah, tidak akan berpengaruh bila terdapat dioda zener ini.

Adapun sifat Dioda zener adalah sebagai berikut :

• Tegangan yang dicapai maksimal rata-rata 0.7 sampai dengan 12 volt.

• Hanya tahan terhadap arus kecil, maksimal 1 sampai dengan 50 mA.

• Hampir tidak ada tegangan yang hilang bila sudah melewati dioda zener.

• Misalnya dioda Zener : zener 6 volt, zener 12 volt, dll

Pada pengukuran normal tidaknya dioda zener sama dengan pengukuran dioda biasa.

Dioda zener pada dasarnya mempunyai karakteristik yang hampir mirip dengan dioda penyearah yaitu mempunyai karakteristik maju (forward) dan mundur (reverse).

Pada dioda zener forward bias nilai Vji≈0 sedangkan pada bias mundur pada saat terjadi gejala yang serupa breakdown pada dioda penyearah, dioda zener akan mengalirkan tanpa kerusakan, tegangan ini disebut tegangan zener.

Sebuah dioda zener yang dirangkai akan mengalirkan pada tegangan zenernya untuk bias reserve lazimnya dalam kemasan ditulis xvy contohnya : x=2, y=3 berarti Vz=2,3V atau 2v3. Daya zener maksimal.

Pada saat VR=Vz, dioda zener akan mengalirkan arus Iz yang disebut arus zener. Besaran Iz harus dibatasi biar tidak keluar disipasi yang berlebihan (power) karena hal ini dapat merusak dioda zener.

Nilai Iz terbesar, tanpa dioda mengalami kerusakan memenuhi relasi Pz=VzIz disebut Pz maksimal dan Iz maksimal. Dalam skema rangkaian untuk membatasi Iz<Izm dipergunakan resistor yang terpasang seri seperti digambarkan sebagai berikut:

Untuk VR < Vz, VD= VR = Terbuka

VR≥Vz, VD=Vz

Iz= VR-Vz / R

R dipilih agar Iz < Izm (Izm-Iz≈15%Izm)

Sebuah dioda zener 5V3 dipasang seri dengan R. Jika Pz=1W. Tentukan nilai VD untuk :

a) V=4V

b) V=6V

c) Berapakah nilai tegangan pada R untuk kondisi a) dan b)

d) Berapakah nilai R, agar dioda tetap aman?

Jawab:

a) V= 4 Volt

V 4V<5V3

Dioda dalam keadaan terbuka. Maka nilai VD sama dengan nilai VR yaitu 4 Volt

b) V= 6 Volt

V>Vz, VD=Vz

6>5V3 maka nilai VD sama dengan Vz yaitu 5V3

c) VR pada tegangan = 4 Volt

P=V . I

1W= 4V . I

I=P / V = 1W / 4V = 0.25A

V= I . R

4 = 0.25A . R

R = 4 / 0.25 = 16 ohm

Iz = VR – Vz / R

VR=(Iz . R)+Vz

= (0.25A . 16Ω)+5V3

= 4 + 5V3 = 9V3

d) VR pada tegangan = 6 Volt

P=V . I

1W= 6V . I

I=P / V = 1W / 6V = 0.16A

V= I . R

6 = 0.16A . R

R = 6 / 0.16 = 37.5 Ω

Iz = VR – Vz / R

VR=(Iz . R)+Vz

= (0.16A . 37.5Ω)+5V3

= 6 + 5V3 = 11V3

e) Nilai R agar dioda dalam kondisi aman

Pz = Vz.Iz

1W = 5V3.Iz

Iz = 1W / 5V3 = 0.18 A

R dipilih agar aman Iz<Izm

0.18<Izm

Iz = VR-Vz / R

0.18 = 11V3 – 5V3 / R

R = 11V3 – 5V3 / 0.18

= 33.3Ω

33.3 Ω < 37.5Ω

11V3 merupakan tegangan VR pada tegangan V = 6 V, karena V > Vz = 6 > 5V3 dan dianggap telah melebihi tegangan zenernya (batas aman), maka digunakan tegangan 11V3 untuk memilih nilai R agar aman !!!!!!!!!!!!

Bias Dioda

Dioda atau Diode yaitu salah satu komponen elektronika semikonduktor yang mempunyai 1 buah junction, biasanya disebut sebagai komponen 2 lapis (channel P dan channel N) dan secara fisik digambarakan :

Bias dioda adalah cara peberian tegangan luar ke terminal dioda. Apabila A diberi tegangan positif dan K diberi tegangan negatif maka bias tersebut dinamakan bias maju (forward bias). Pada keadaan bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke dioda atau VA-VK > Vj dan selalu positif.

Sebaliknya bila A diberi tegangan negatif dan K diberi tegangan positif, arus yang mengalir (IR) jauh lebih kecil pada kondisi forward bias. Bias ini disebut bias mundur (reserve bias) pada arus maju (IF) diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan IF tidak terlalu besar maupun tidak ada peningkatan IR yang cukup signifikan.

Ada 2 macam bias dioda :

1. Bias positif atau bias maju (forward bias)

2. Bias negatif atau bias mundur (reverse bias)

Pada kondisi bias positif, anoda lebih positif dari katoda.

εj = medan listrik yang ada di junction

ε = medan listrik sumber bias dari luar (medan luar)

Apabila ε > εj maka akan terjadi arus difusi didalam dioda untuk lubang (hole) dari P ke N untuk elektron dari N ke P. Arus difusi didalam dioda tersebut diimbangi oleh aliran arus dari kutub positif sumber ke dioda dan berakhir ke kutub negatif sumber.

Disebutkan dioda menghantar pada kondisi tegangan anoda-katoda berkisar Vji yang disebut dengan cut in thereshold untuk Si Vji 0.6 – 0.7v Ge 0.3 – 0.4.

Lazimnya tegangan anoda-katoda sedikit diatas Vji. Pada saat bias positif, dioda bersifat serupa konduktor dengan nilai resistansi yang dinamakan Resistansi Forward (RF). Nilai RF=RP+RN , RP dan RN dinamakan hanbatan bulk.

Karakteristik arus tegangan dioda bisa dilihat melalui 2 pendekatan :

1. Dioda Ideal

2. Dioda Riil

Untuk dioda ideal, didekati melalui pendekatan setengah linier (Piece Wise Linier) ada 3 pendekatan, yang didekati secara grafis :

Disini dioda dibuat sebagai sakelar ideal yaitu sebuah sakelar yang memiliki ciri untuk kondisi tertutup R=0 dan untuk kondisi terbuka R= ~ .

Untuk bias negatif dioda dianggap sebagai isolator dengan nilai resistansi RR >> RF. Pada model ini untuk bias positif sebagai sakelar tertutup (on) dan bias negatif sebagai sakelar terbuka (off), kedua kondisi bias digambarkan pada grafik I/V.

Model kedua yaitu untuk bias positif sebagai sakelar non-ideal pada keadaan tertutup R≠0. Untuk bias negatif sebagai sakelar ideal. Kedua bias tersebut digambarkan sebagai berikut :

Untuk model ketiga bias positif sebagai sakelar non-ideal yang tertutup terhubung seri dengan sumber tegangan Vji. Untuk bias negatif sebagai sakelar ideal terbuka dengan grafik sebagai berikut :

Dioda Rill model dioda rill, didekati oleh pendekatan ke-3 dari dioda ideal dengan pendekatan tambahan, pada bias negatif nilai RR≠~ sehingga terjadi arus reverse yang disebut arus bocor atau arus saturasi.

Biasanya dalam orde nanoampere. Ditulis sebagai IB atau IS, arus IS, dipandang sebagai gerakan pembawa minoritas nilai IS berubah terhadap suhu atau IS = aT3. Untuk bias positif terjadi hubungan eksponensial antara tegangan dan arus. ID ≈ e V/VT, VT=tegangan panas = k.T/g. Grafik karakteristik dioda rill digambarkan sebagai berikut :

Pada nilai VR = VBVO, terjadi peningkatan Is yang besar sekali. Arus dioda pada kondisi rill, umumnya dinyatakan sebagai berikut : ID=IS (eV/VT – 1).

Catatan :

Carier yaitu partikel bermuatan yang akan menentukan sifat hantaran suatu semi-konduktor.

Dioda (dua elektroda)

Kasus diatas :

Sebuah dioda disambungkan seri dengan resistansi R=60 ohm dan sumber E=12 volt sistem dioda D, R dan E membentuk sebuah loop tertutup, jika dioda terbuat dari bahan Semi-Konduktor Silikon, carilah arus didalam rangkaian untuk kondisi berikut ini :

a. dioda dianggap ideal

b. dioda dianggap riil (dengan anggapan resistansi forward 1 ohm)

Jawab :

a) Pendekatan dioda ideal dianggap sebagai sakelar tertutup maka rangkaian diatas dapat dituliskan sebagai berikut :

Jadi besar arus I yang mengalir di rangkaian :

VaUE=Va

VR-E=0

VR=E

Dimana : VR=I.R

IR-E=0

IR=E

I=E/R = 12v/60ohm=0.2A

b) Pendekatan dioda riil

untuk Si Vji= 0.7

RF=1Ω

Va+VR+VjiDE=Va

I.R+0.7+I.RF-E=0

IR+IRF =E-0.7

I(R+RF) =12-0.7

I(60+1) =12-0.7

I =11.3 / 61 (Ampere)