Dioda Semikonduktor

Senin, 23 Mei kemarin saya baru aja beres Ujian Program Latihan Profesi (PLP) di SMKN 2 Cimahi. Alhamdulillah lancar. Dulu waktu saya SMP & SMA namanya PPL. Tapi sama aja lah, intinya latihan atau praktik ngajar buat para mahasiswa jurusan kependidikan. Kebetulan saya ditugasin ngajar Dasar Elektronika. Waw…Kontan saya harus bikin materi ajar, RPP, Job Sheet, dll… Cape juga sih. Tapi ada untungnya juga, Saya jadi kedorong buat bikin materi ajar tadi. Materi ajar yang saya susun tentang Komponen Aktif . Insya Allah semuanya saya posting dan mudah-mudahan bisa bermanfaat. Materinya saya susun dari beberapa sumber di internet. Cuman dulu sumber-sumbernya  tidak terdokumentasikan dengan baik, jadi gak bisa dicantumin satu-satu. Oke deh, cekidot aja gan…

================================================================================

Dioda merupakan jenis Vacuum tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda tabung pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuan dari Inggris yang bernama Sir J.A Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.

Gambar 1. Struktur Dioda Vacuum

Dalam rangkaian elektronika sering dijumpai bahan semikonduktor dioda yang berbeda tipe dan jenisnya tergantung dari tujuan penggunaan rangkaian tersebut.Dalam rangkaian elektronika, dioda merupakan jenis komponen pasif, yang terbuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium. Kata dioda berasal dari pendekatan kata dua elektroda (di=dua) yaitu anoda dan katoda . Anoda digunakan untuk polaritas positip dan katoda sebagai polaritas negatip, didalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana anoda dan katoda bertemu. Untuk mengetahui letak anoda dan katoda biasanya diberi tanda pada ujungnya berupa gelang atau berupa titik yang menandakan letak katoda

Gambar 2. Simbol dan Bentuk Fisik Dioda

A.      Karakteristik dan 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 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 gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).

Pada gambar di atas, 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.

1.  Bias Maju (Forward Bias)

Gambar 3. Struktur Dioda

Gambar ilustrasi di samping menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk  hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N. Jika  menggunakan terminologi arus listrik, maka dapat dikatakan bahwa terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N atau pada kondisi ini dioda bekerja bagai kawat yang tersambung.

Gambar 4. Dioda dengan Bias Maju

Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta di  atas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt di atas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi. Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah di atas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium.

2.  Bias Mundur (Reverse Bias)

Gambar 5. Dioda dengan Bias Mundur

Pada kondisi bias mundur, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Dalam hal ini 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. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar d

an menghalangi terjadinya arus. Pada bias mundur ini dioda bekerja bagaikan kawat yang terputus dan membuat tegangan yang jatuh pada dioda akan sama dengan tegangan supply.

Pada keadaan bias negatif ini, dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Gambar 6. Kurva Karakteristik Dioda

Pada daerah forward bias, sebelum tegangan mencapai 0.7 volt arus masih relatif sangat kecil mendekati 0 Setelah tegangan di atas 0.7 volt, maka arus akan mulai mengalir. Pada reverse bias, kenaikan tegangan belum bisa menaikkan aliran arus (arus mendekati nol) sampai mencapai batas tegangan breakdown (misalnya: tegangan 100 Volt). Pada saat mencapai tegangan breakdown, maka arus secara tiba-tiba akan mengalir dengan sangat besar. Pada kondisi breakdown ini tidak diperkenankan karena bisa merusak dioda itu sendiri.