Pengertian DIODA
Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis VACUUM tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.
Dioda daya umumnya digunakan sebagai penyearah arus/tegangan (rectifier) dengan karakteristik puncak tegangannya maksimum dan arus maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari bahan silikon.
Dioda daya merupakan salah satu komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah, freewheeling (bypass) pada regulator-regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. Dalam penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan.
Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Dioda merupakan komponen semiconductor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.
2.2 Konstruksi dioda
Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.
Konstruksi dioda daya sama dengan dioda-dioda sinyal sambungan PN. Bedanya adalah dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun kecepatan penyaklarannya lebih rendah.
Dioda daya merupakan komponen semikonduktor sambungan PN yang mempunyai dua terminal sebagaimana dioda pada umumnya, yaitu terminal anoda (A) dan katoda (K).
Gambar 2.1. Simbol Dioda
Sumber : analisis 2009
Gambar 2.2. Kontruksi Dioda
Sumber : analisis 2009
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 sisi P ke sisi N.
2.3 Prinsip Kerja Dioda
Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.
Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. 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/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).
2.4 Karakteristik Dioda
Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.
Gambar 2.3. Karakteristik dioda ( karakteristik V-I )
Sumber : analisis 2009
Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.
a. Dioda Diberi Tegangan Nol
Ketika dioda diberi tegangan 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.
b. Dioda Diberi Tegangan Negative (Reverse Bias)
Gambar 2.4. Dioda diberi tegangan/bias negatif
Sumber : analisis 2009
Dioda diberi tegangan negative dalam hal ini polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif. 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.
Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Sehingga tidak akan terjadi 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.
Jika tegangan mundur melebihi suatu tegangan yang telah ditentukan, yang dikenal dengan tegangan dadal (breakdown voltage), maka arus arah mundur akan meningkat tajam dengan sedikit perubahan pada tegangan. Keadaan ini tidak selalu merusak dioda bila masih terjaga pada level aman seperti yang ditentukan dalam data sheetnya. Bila tidak, maka dioda akan rusak.
c. Dioda Diberi Tegangan Positive (Forward Bias)
Gambar 2.5. Dioda Diberi tegangan/bias Positif
Sumber : analisis 2009
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 daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. 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.
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. Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
d. Rating dioda
Ada dua rating dioda daya yang paling penting untuk diketahui, yaitu tegangan dadal arah mundur (reverse breakdown voltage), dan arus arah maju maksimumnya (forward current). Harga dioda meningkat dengan semakin tinggi kedua rating ini. Oleh karena itu, dalam aplikasinya, dioda dioprasikan mendekati tegangan puncak mundur maksimum dan rating arus majunya.
Dioda daya umumnya digunakan sebagai penyearah arus/tegangan (rectifier) dengan karakteristik puncak tegangannya maksimum dan arus maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari bahan silikon.
Dioda daya merupakan salah satu komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah, freewheeling (bypass) pada regulator-regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. Dalam penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan.
Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Dioda merupakan komponen semiconductor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.
2.2 Konstruksi dioda
Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.
Konstruksi dioda daya sama dengan dioda-dioda sinyal sambungan PN. Bedanya adalah dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun kecepatan penyaklarannya lebih rendah.
Dioda daya merupakan komponen semikonduktor sambungan PN yang mempunyai dua terminal sebagaimana dioda pada umumnya, yaitu terminal anoda (A) dan katoda (K).
Gambar 2.1. Simbol DiodaSumber : analisis 2009
Gambar 2.2. Kontruksi Dioda
Sumber : analisis 2009
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 sisi P ke sisi N.
2.3 Prinsip Kerja Dioda
Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.
Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. 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/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).
2.4 Karakteristik Dioda
Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.
Gambar 2.3. Karakteristik dioda ( karakteristik V-I )Sumber : analisis 2009
Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.
a. Dioda Diberi Tegangan Nol
Ketika dioda diberi tegangan 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.
b. Dioda Diberi Tegangan Negative (Reverse Bias)
Gambar 2.4. Dioda diberi tegangan/bias negatifSumber : analisis 2009
Dioda diberi tegangan negative dalam hal ini polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif. 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.
Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Sehingga tidak akan terjadi 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.
Jika tegangan mundur melebihi suatu tegangan yang telah ditentukan, yang dikenal dengan tegangan dadal (breakdown voltage), maka arus arah mundur akan meningkat tajam dengan sedikit perubahan pada tegangan. Keadaan ini tidak selalu merusak dioda bila masih terjaga pada level aman seperti yang ditentukan dalam data sheetnya. Bila tidak, maka dioda akan rusak.
c. Dioda Diberi Tegangan Positive (Forward Bias)
Gambar 2.5. Dioda Diberi tegangan/bias Positif
Sumber : analisis 2009
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 daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. 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.
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. Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.
d. Rating dioda
Ada dua rating dioda daya yang paling penting untuk diketahui, yaitu tegangan dadal arah mundur (reverse breakdown voltage), dan arus arah maju maksimumnya (forward current). Harga dioda meningkat dengan semakin tinggi kedua rating ini. Oleh karena itu, dalam aplikasinya, dioda dioprasikan mendekati tegangan puncak mundur maksimum dan rating arus majunya.
1.jpg)