p

Diode Semikonduktor Day a

2-1 PENDAHULUAN

Diode sernikonduklor daya memainkan pcran penting dalam rangkaian clektronika daya. Sebuah diode berperan scba-gai saklar untuk menjaiankan bermacam-macam fungsi, seperti sebagai saklar dalam penyearah, freewheeling dalam

regulator saklar, pengisian balik kapasitor dan transfer energi antarkomponen, isolasi legangan, dan balikan encrgi dari

beban ke sumber daya.

Diode daya dapat diasumsikan sebagai saklar ideal unluk kebanyakan aplikasi tetapi diode dalam prakteknyaberbeda dengan karakteristik ideal dan memiliki batasan yang cukup berarti. Diode daya mi rip dengan diode sinyal

/w-junction. Diode daya memiliki daya yang besar, kemampuan menangani tegangan dan arus yang lebih besar

dibanding diode sinyal. Respons frekuensi (kceepatan pensaklaran) lebih rendah dibanding diode sinyal.

Sebuah diode daya adalah komponen sambungan-/?/i dua terminal dan sebuah sambungan-/?/7 dibenluk dari penumbuh-

an pencampuran, difusi. dan epiktasial. Teknik kendali modern dalam proses difusi dan epiktasial mengizinkan karak-teristik komponen yang diinginkan. Gambar 2-1 menunjukkan pandangan sebagian dari sebuah sambungan-/;/i dan

simbol diode.

Anoda Katode Katode

Hh(a) Sambungan pn (b) Simbol diode

Gambar 2-1 Sambungan pn dan simbol diode

Ketika potensial anode positif terhadap katode, diode bertindak bias maju dan diode terkonduksi. Sebuah diode

teikonduksi memiliki drop tegangan maju yang relatif kccil; dan besarnya tergantung pada proses manut'akturnya dan

leinneratur sambungan. Kelika potensial katode positif terhadap anode, diode dikatakan sebagai bias mundur.

Di bawah kondisi tcrsebut, sebuah arus mundur yang kecil (disebut juga arus hocor) dalam rentang mikro atau mi-

hamper mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan sampai

tegangan /.ener alau avalanche tercapai. Gambar 2-2a menunjukkan karakteristik tunak v-i diode. Untuk kebanyakankeperluan praklis, sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah saklar ideal, yang karakteristiknya ditunjukkan padaGambar 2-2b.

14

Sehingga, untuk VD > 0,1 V, yang merupakan kasus umumnya, lD /f, dan Persamaan (2-1) dapat didekati dalamkesalahan 2,1% dengan:

ID = Is (sVD/nVT _])v ^ {eVo/nVT); (2.3)

Wilayah bias mundur. Dalam wilayah bias mundur, VD< 0. Jika VD negatif dan IV^I VT, dengan muncul untukVD < -0,1, bagian eksponensial pada Persamaan (2-1) menjadi kecil dan bisa diabaikan dan arus diode menjadi:

ID = Is(e-v'>/nVT-l) -/,. (2-4)

yang menunjukkan bahwa arus diode ID pada arah mundur bemilai konstan dan sama dengan 1$.

Wilayah breakdown. Dalam wilayah breakdown, tegangan mundurnya tinggi, biasanya lebih besar dari 1000 V.

Besar tegangan mundur pada suatu nilai tertentu dikenal sebagai tegangan breakdown, VgR. Arus mundur meningkatcepat dengan sebuah perubahan kecil pada tegangan mundur VBR. Operasi pada wilayah breakdown tidak akan meru-sak selama daya disipasi pada tingkat aman yang ditentukan oleh lembaran data pembuatnya. Meskipun begitu, periu

iintuk membatasi arus mundur di wilayah breakdown agar membatasi disipasi daya dalam nilai yang diizinkan.

Tegangan jatuh maju sebuah diode daya adalah VD = 1.2 V pada 1D - 300A. Asumsikan n - 2 dan Vr = 25.8 u.V. Canlahaiusjenuh Is.

Snlusi: Gunakan Persamaan (2-1 i, kita dapat incncari arus bocor /( dari:

300 = /,(<? 1.2/(2x25.8 x 10-3) _!)

yang memberikan solusi /v = 2,38371 X 10 s A.

Arus pada diode sambungan bias maju tergantung pada ef'ek bersih pembawa mayoritas dan minoritas. Sekali diode

pada mode konduksi maju dan kemudian arus majunya dilurunkan menjadi no! (karena pcrilaku natural rangkaiandiode atau dengan menerapkun tegangan mundur), diode mencruskan konduksi karena pembawa minoi iias yang ler-

sisa tersimpan dalam sambungan pn dan material semikonduktomya. Pembawa minoritas mcmerlukan waktu yangcukup untuk menyusun utang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebut reverse recovery

time (waktu pemulihan balik) diode. Gambar 2-3 menunjukkan dua karakteristik pemulihan balik dari sambungan

diode. Tipe pemulihan lunak {soft recovery) yang paling umum. Waktu pemuiihan balik dinotasikan dengan tn. dandiukur dari perpotongan initial zero crossing arus diode sampai 25% arus balik puneak, lRR. trr berisi dua komponenta dan t,t. t karena pengisian komponen penyimpan di wilayah deplesi dari sambungan dan merepresentasikan waktu

antara zero crossing dengan arus mundur puneak, IjiR t karena pengisian komponen penyimpan dalam bagian ler-besar material semikonduktor. Rasio t(/tb dikenal dengan faktor kehtnakan (sof'tnes factor), SF. Agar praktis. konsen-

trasikan pada waktu pemulihan total tn. dan nilai puneak dari arus mundur puneak lRR.

<rr = 'a + fb

Arus mundiii" puncak dapat diekspresikan dalam:

d,RR ~ '" dt (2-6)

Ganibar 2-3 Karaklcristik pengisianbalik

(a) Pengisian lunak (b) Pengisian tertunda

TF~ Bab 2 Diode semi:;onduktor daya

If-

0.25lRn

\

*

@*-

-tr, - If-

0

Irr 1I

-*@

' ' Waktu peinulihan mundur f/r, mungkin dapat didefinisikan sebagai interval waktu antara arus yang melewati nol

selama pengalihan dari konduksi maju ke kondisi pemblockingan mundur dan momen arus mundur kehilangan 25%nilai puncak mundur iRR. trr tergantung pada temperatur sambungan, tingkat jatuhnya arus maju, dan arus maju

sebelum koinutasi.

Pengisian peinulihan mundur QRR, adalah pembawa pengisian yang mengalir melalui diode dengan arah berla-wanan karena pengambilalihan dari konduksi maju ke kondisi pemblockingan mundur. Nilainya ditentukan dariwilayah yang dicakup oleh arah dari arus pemulihan mundur.

Pengisian penyiinpan, yang wilayahnya dicakup oleh arah arus pemulihan, didekati dengan:

alau

IRR -20*

Dengan menyelesaikan Persamaan (2-6) dengan Persamaan (2-8) menghasilkan:

, , _2QRR',,',. = -

di/dl

(2-8)

(2-9)

Jika tb bisa diabaikan-dibandingkan t(l, yang sering terjadi pada banyak kasus, trr ~ ta dan Persamaan (2-9) menjadi.

'@. = @

dan

(2-10)

(2-11)

Dapat dinyalakan dari Persamaan (2-10) dan (2-11) bahwa vvaktu pcmulihan mundur tn. dan arus pemulihan mundurpuncak IRR tergantung pada pengisian penyimpan Qlip dan di/dt mundur. Pengisian pcnyimpan tidak tcrgantung pada

arus diode maju I p. Arus puncak p yilihan mundur / ,, pengisian mundur QRR, dan iaktor kelunakan penting diper-hatikan bagi perancang rangkaian, dan parameter ini lerdapat pada lembaran dala komponen diode.

Jika sebuah diode dalam kondisi bias mundur, arus bocor mengalir karena pembawa minorilas. Kemudian aplikasi

dari legangan maju akan memaksa diode membawa arus ke arah maju. Namum begitu, hal itu memedukan waktu ter-

tentu, yang dikcnal dengan waktu pemulihan maju scbclum semua pembawa mayorkas melalui semua sambungandapat mengkontribusikan pada aliran arus. Jika lingkal kenaikan arus maju tinggi dan arus maju dikonsentrasikan padabagian sambungan yang kecil saja, diode mungkin gaga!. Sehingga waktu pemulihan maju membatasi tingkat kenaikanarus maju dan kecepaian pensaklaran.

Wakiu pemulihan mundur sehuah diode in. = 3s dan lingkat jatuhnya arus diode di/di = 30 A/(.ts. Tcntukan (a) pengisian

penyimpan Qi . dan (b) arus mundur puncak IRR

Solusi:. tn. = 3(js dan di/dt = 30 A/|.is

(a). Dari Persamaan (2-10)

QKK = ~ @ rrr = 0,5 x 30 A/(.is x (3 x 10^")2 =135 uC

(b). Dari Persamaan (2-11)

lm = jlQm % = 4l x.l35/x"i'O"r'x 30 x 10"fl = 90 A

fe

It 2-4 TIPE DIODE DAYA

Secara ideal, sebuah diode liarus tidak memiliki waktu pemulihan mundur. Namun, biaya pembuatan diode seperti itu

akan tinggi. Dalani banyak penggunaan, efek dari waktu pemulihan mundur tidak teiialu penting, sehingga diodemurah dapat digunakan. Tergantung pada karakteristik pemulihan dan teknik pembualan, diode daya dapat di-klasiflkasikan dalam tiga kategori. Karakteristik dan batasan praktis tiap tipelah yang membatasi kegunaannya.

Sub 2-4Tipe Diode Daya TT

1.Dioda standar atau diode serbaguraa.2.Diode-pemulihan cepat.3.Diode Schottky

2-4.1 Diode serbaguna

Diode penyearah serbaguna meinsSa @WtMli ysrsirkaa snuadiir yang relatif tinggi, biasanya 25 us, dan digunakan

untuk aplikasi kecepatan rendah. _.23g w:2fau pesna&foaanya tidak kritis. Diode ini mencakup tingkat arus dan kurangdari I A sampai beberapa nbu drapers. Hangaa ttcgksi legangan antara 50 V sampai sekitar 5 kV. Diode ini secaraumum dibuat dengan difusi S-isv z. ajpe ezsnipiirai (alloy) dari penyearah yang digunakan untuk suplai daya penge-

lasan paling et'ektif pemba> ssrrva, < es kzsar, dan memiliki tingkat kemampuan sampai 300 A dan 1000 V.

2-4.2 Diode pemulihaii cepat

Memiliki wakiu ktormJi^b readah. normalnya kurang dari 5 (.is. Digunakan untuk rangkaian konvertcr dc-dc dan dc-ac. dengan kc ^aon pesmaiihannya yang sangat penting. Diode ini mencakup tingkai arus mulai kurang dari I A sam

pai ratusan ampere, dengan tinskai legangan mulai 50 V sampai 3 kV.

Untuk tingkat legangan di atas 400 V, diode ini dibuat melalui difusi dan waktu pemulihan diatur olch difusi plati-

na a'.au ems I'niuik ungkat tegangan di bawah 400 V, diode epitaksi lebih cepat dibanding diode dilusi. Diode pe-inuii"jn jcpji mempunyai lebar basis yang tipis, yang menghasilkan waklu pemulihan ulang kurang dan 50 ns. Diodepeinulihari ccpai duiam berbagai ukuran ditunjukkan oleh Gambar 2-4.

2-4.3 Diode Schottky

Masalah pengisian penyimpan sambungan pn dapat dihilangkan (atau diminimalkan) dalam diode Schottky. Dengan

mengatur "potensial barrier" dengan sebuah kontak antara metal dan semikonduktor. Scbuah lapisan metal didepo-sitkan pada lapisan epitaksi tipis silikon tipe-/;. Potensial barrier mensimulasikan perilaku sambungan pn. Aksi pe-nyearahan iergantung pada pembawa ma).';i'ns dan scbauai hasilnva tidak ada kelebihan pemb.Twa imnoritas uniuk

merekombinasi. Ftek pemulihan semaia-mata karena kapasiiansi diri sambungan semikonduktor.

Pengisian pemulihan diode Schottky jauh lebih kecil daripada sebuah diode sambungan pn yang ekuivalen. Jikahanya karena kapasitansi sambungan. pengisian pemulihan memiliki ketidaktergantungan yang besar dari di/dimundur. Sebuah diode Schottky memiliki tegangan jatuh maju yang relatif kecil.

Arus bocor diode Schotlky lebih tinggi dari diode sambungan /;/;. Sebuah diode Schoilky dengan tegangan kon-duksi relatif kecil memiliki arus bocor relalit besar, dan sebaliknya. Sebagai hasil. tegangan maksimum yang diizmkanbiasanya dibatasi pada 100 V. Tingkat aius diode Schotlky bervariasi dari ! sampai 300 A. Diode Schottky ideal unlukarus tinggi tegangan rendah catu daya dc. Meskipun begitu, diode tersebut juga digunakan pada eatu daya arus kecil

untuk meningkatkan etisiensi. Schottky penyearah ganda 20 dan 30A diperlihalkan pada Gambar 2-5.

Gambar 2-4 Diode pemulihan cepat (Dengan kebaikanPowerux. Inc).

Gambar 2-5 Penyearah pusat Schottky ganda 20 dan 30 A.(Dengan kebaikan Internasional Rectifier).

18 Bab 2 Diode semikonduktor daya

r2-5 EFEK WAKTU PEMULIHAN MAJU DAN MUNDUR :;>;;; @@@;@(

Pentinsnya parameter ini dapat dijelaskan dengan Gambar 2-6a. Jika saklar, SW, dinyalakan pada t = 0 dan dibiarkancukup lama, arus tunak /0 = Vf/R akan mengalir melalui beban dan diode bebas Dm akan bias mundur. Jika saklai*

dimalikan pada 1 = ?j, diode Dm akan konduksi dan arus beban akan memutar melalui Dm. Sekarang, jika saklar

dinyalakan kembali pada t - f-,, diode Dm akan bertindak sebagai rangkaian sambung. Tingkat kenaikan arus maju sak

lar (diode Dj) dan lingkat jatuhnya arus maju diode Dm akan sangat tinggi, menuju tak hingga. Menurut Persamaan

(2-11). arus mundur puncak diode Dm dapat menjadi sangat tinggi, dan diode D{ dan Dm mungkin akan rusak. Gambar

2-6/; menunjukkan variasi benluk gelombang untuk arus diode. Masalah ini sccara normal muncul dengan meng-

hubungkan sebuah induktor batasan di/dt, L?, sepcrti pada Gambar 2-7a. Diode praktis membutuhkan waktu nyala ter-

tcntu sebekim keseluruhan wilayah sambungan menjadi konduktif dan di/dt harus dijaga rendah unluk mendapatkan

limit waklu nyala. Waklu ini biasanya disebul waktu pemulihan maju (forward recovery time trj).

Tingkat kenaikan arus melalui diode D( yang harus sama dengan tingkat jatuhnya arus melalui diode Dm, adalah:

di Lv

Jika t adalah waklu pemulihan mundur dari Dlir arus mundur puncak dari Dm adalah:

_ di _tnVs (2-13)

dt L,

dan arus puncak yang melalui induktor Ls menjadi:

',rV,_

(2-12)

(2-13)

'@ = I., + V = '@ +i.-X- (2-14)

'oi

(a) Diagram rangkaian

- t

-*@ t

@ L Mengenai pemulihan waktu Dm

(b) Bentuk gelombang

Gambar 2-6 Rangkaian chopper tanpa batasan induktor di/dt

iiub 2-5 Efek Pemuiihan Maju dan Mundur ~w

Ketika arus induktor menjadi / , diode Dm mati mendadak (asumsikan pemulihan mendadak) dan mematikan jalur alir-

an arus. Karena beban induktif yang tinggi, arus beban tidak dapat berubah secepatnya dari /Q menjadi 1 . Kelebihan

energi disimpan dalam Lv akan menginduksi sebuah tegangan balikyang tinggi melalui Dm, dan ini mungkin merusak

diode D . Kelebihan energi disimpan sebagai sebuah hasil waktu pemulihan mundur didapat dari:

W =TLv /@+- _[*

(2-15)

(2-16)

Bentuk gelombang untuk variasi arus ditunjukkan pada Gambar 2-lb. Kelebihan energi ini dapat ditransfer dari induk-tor Lv ke kapasitor Cv yang dihubungkan memotong diode D)n. Nilai C? dapat ditentukan dari:

V2CsVl=WR

atau

c\ =@V.2 (2-17)

dengan V adalah tegangan mundur diode yang diizinkan.

Sebuah resistor /?s yang ditunjukkan Gambar 2-la dengan garis putus-putus, dihubungkan secara sen dengan ka-pasitor untuk membuang osilasi transien. Persamaan (2-17) adalah diaproksimasi satu dan tidak masuk perhitungan

el'ek dari Lv dan /?v selama transien untuk transfer energi. Desain nilai Ct dan /?? didiskusikan pada Bagian 15-4.

(a) Diagram rangkaian

*-1

sr

Gambar 2-7 Rangkaian chopper dengan batasan induktor di/ch

bat> 2 Diode semikondektor daya

fe mODE TERSAMBUNG SERI

Dalam banyak aplikasi tegangan tinggi (misal jalur transmisi HVDC), satu diode yang ada secara komersial tidak dapatmemenuhi lingkat tegangan dan diode dihubungkan secara seri untuk meningkatkan kemampuan penahan mundur

(reverse blocking).Dari Gambar 2-8a, secara praktis, karakteristik v-i untuk tipe yang sama berbeda karena toleransi dalam proses

pembuatannya. Gambar 2-1 \ mcnunjukkan dua karakteristik v-i untuk beberapa diode. Dalam kondisi bias maju,kedua diode konduksi dengan nilai arus yang sama, dan drop tegangan maju tiap diode akan kira-kira sama. Meskipunbegilu, dalam kondisi penahan mundur, tiap diode memiliki arus bocor sama, dan sebagai hasil tegangan penahan akan

berbeda cukup berarti.Sebuah solusi sederhana untuk masalah ini, seperti ditunjukkan Gambar 2-9a, adalah untuk memaksa tegangan

bagi yang sama dengan menghubungkan sebuah resistor melalui tiap diode. Karena tegangan bagi yang sama, arusbocor tiap diode akan berbeda, ditunjukkan Gambar 2-9b. Jika arus bocor total harus dibagi dengan sebuah diode dan

resislornya,

Teiapi lR] = ^oi^i dan IR->. ~ ^W^ = ^W^>- Persamaan (2-18) memberikan hubungan antara Rx dan R7 untuk

i.'n-inonn h;i<>i snma sebasai

'-%-'+% (2-19)

(a) Rangkaian diagram (b) Karakteristik v-i

Gambar 2-8 Dua diode terhubung seri dengan bias balik

VD2

(a) Rangkaian diagram (b) Karakteristik v-i

Gambar 2-9 Diode terhubung seri dengan karakteristik pembagian voltase keadaan tunak

*^>ub 2-6 Diode Tersambung Seri TT

||R1I r,

?R2

1I

1j

k'@'.

l 2

l D2

i @ I. I

v.J

jj

1[_

1 +

I

-VDi -

/1

/

i </0

-1.2

Jika resistansi sama, R - R] - R~, dan dua tegangan diode akan berbeda kecil tergantung pada ketidaksamaan kedua

karakteristik v-i. Nilai Vm dan Vm dapat ditentukan dari Persamaan (2-20) dan (2-21):

' D\ @>+*-?

VDI +VD2=V1

(2-20)

(2-21)

Pembagian tegangan di bawah kondisi transien (misal karena beban pensaklaran. aplikasi inisial tegangan masukan) di-selesaikan dengan menghubungkan kapasitor melalui tiap diode, yangditunjukkan Gambar2-10. R membatasi tingkat

kenaikan tegangan penahan.

Pembagilegangankeadaantunak

: R> $D,

* D2

R.

r -*-I PembagiI tegangan

C, ~~. transieriH,

Giimbur 2-10 Diode sori dengnn jaringan pembaei tcgangan dengan kondisi transicn dan kcadaan tunak

Da lam aplikasi day a linggi. diode dihubmigkan secara paralel unluk incningkalkan kcniampuan membawa arus unluk

memenuhi kcbuiulian arus yang diinginkan. Pembagian arus diode dalam keserasian dengan legangan jaluh maju.

Pembagian arus yang sama dapat dicapai dengan menerapkan induktansi yang sama atau dengan menghubungkan resistor pern bag i arus: ditunjukkan pada Ciambar 2-11. Memungkinkan unluk mcminimisasi masalah im dengan memilih

diode dengan legangan jaluh maju yang sama atau diode dengan lipe yang sama. Karena diode dihubungkan seeara

paralel. legangan penahan mundur liap diode akan sama.

Resistor pada Gambar 2-1 \ akan membantu pembagian arus di bawah kondisi tunak. Pembagian arus di bavvah

kondisi dinamik dapat diselesaikan dengan menghubungkan pasangan induktor seperti pada Gambar 2-1 \ . Jika arus

yang melalui 1)^ menmgkat. L di/dt yang melalui Lj meningkat. dan tegangan yang berhubungan polantas lawan di-induksikan melalui induktor L-,. Hasilina jalur impedansi rendah melalui diode D^ dan arus digeser ke I)-,. Induktor

akan memban>;kitkan teganuan paku (spike) dan mungkin mahal dan besar. terutama pada arus tinggi.

=~ Vs

(a) Keadaan lunak (b) Pembagian dinamis

Gambar 2-11 Uiocle terhubung paralel

sr Bab 2 Diode semikonduktor daya

2-8 MODEL DIODE SPICE

Model SPICE sebuah diode ditunjukkan pada Gambar 2-12a. Arus diode lD yang lerganiung paua icgaiigaimya uiwa-kili oleh sebuah sumber arus. /?y adalah resistor sen, dan ini karena resistaiisi semikonduktor. R%, juga dikenal sebagairesistansi besar, tergantung pada dopping. Sinyal kecil dan model statik yang dibangkitkan oleh SPICE ditunjukkan

pada Gambar 2-12i> dan c. C(i adalah fungsi nonlinear tegangan diode vD dan sama dengan Cd = dqJdvD, dengan qd

pengisian lapisan deplesi. SPICES membangkitkan parameter sinya! kecil dari titik operasi.

Dcrn/ntoan mnripl "sPTPP sphnah riinde secara umum:

MODEL DNAME D (P1=V1 P2=V2 P3=V3 PN=VN)

DNAME nama mode! dan dapal diawali dengan karakter apapun; panjang maKsimai o Kamiuei. u aumun mimuui umlu@'-I--" ivi ini i^rcfhiit arlalnh Hiorlp PI. P2. ... dan VI. V2, ... parameter model dan nilainya.

riD

D, $ <==$ VD

(a) Diode (b) Model Spice

AO

VD

;rs

'Id

(c) Model sinyal kecil

oK

(d) Model statis

Gambar 2-12 Model diode Spice dengan diode bias mundur

Sub 2-6 Model Diode SPICE "155"

lya

Contoh 2-3

Dua diode dihubungkan seri, seperti Gambar 2-9a untuk membagi tegangan total VD = 5 kV. Arus bocor mundur keduadiode /v| = 30mA dan /v? = 35 mA. (a) Cari tegangan diode jika tahanan pembagi tegangan sama, R\ = R2 = R = 100 kQ.(b) Cari resistasi pembagi tegangan R{ dan R2 jika tegangan diode sama VDl = VD2 = Vp/2. (c) Gunakan PSPICE untukmengecek hasil pada bagian a. Parameter model PSPICE untuk diode: BV = 3KV dan IS = 30 mA untuk diode )j dan IS

- 35 mA untuk diode Z>2

Solusi: (a). 7vl = 30 mA. 7v2 = 35 mA. dan, fl, = R2 = R = 100 kQ. WD =VD+ Vo, atau Vo, = Vn - VDV Dari

Persamaan (2-19):

substitusi Vm = VD-VDl dan selesaikan untuk tegangan diode >,, didapat:

= V + IOO_kQ(35xlo.,_3Ox lr,) = 2758V

dan VD2 = VD - VO| = 5 kV - 2750 = 2250 V.

(b) /v, = 30 mA. /v? = 35 mA, dan.'/Dj = VD2=V[/Z = 2.5 kV. Dari Persamaan (2-19)

(2-22)

',,vn

@ - '.,2V,,2

dengan mcmberikan rcsistansi Rj untuk sebuah nilai Rt yang diketahui sebagai:

R-, =@Vpi* .

Asuinsikan bahwa Rx @ 100 kQ, kita dapatkan

(2-23)

K, =-2.5kVxl()0kn

= 125kQJ 2.5kV-IOOkQxr35xl(r-i -30xlcri;

(c) Rangkaian diode untuk simulasi SPICE diuinjukkan Gambar 2-13. Daftar file rangkaian sebagai berikut:

Coiuoh 2-3 Rangkaian pcmbagi tegangan diode

OP

END

Hasil dari simulasi PSPICE:

NAME Dl

ID - 3.00E - 02 IDI = -30 mA

VD - 2.7 5E + 03 VD: = -2750 V

REQ 1.00E + 12 RDI = 1 GQ

;Parameter Model Diode

;Parameter Model Diode

;Analisis titik operasi dc

D2

- 3.50E - 02 D2= -30 ltiA

- 2.25E + 03 VD2 = -2250 V

1.00E + 12 Rn, = 1GQ

Bab 2 Diode semikonduktor daya

vs

p.

Rl

R2

Dl

D2

MODEL

MODEL

1

1

2

3

3

0

2

3

0

2

MODI

MOD2

DC

0.01

100K

100K

MODI

MOD2

D (IS=

D (IS=

5KV

30MA BV =

35MA BV =

3KV)

3KV)

R@WW@0.01 Q.

Vs -=r- 5 kv

2

Di A

3 '-

o2i

100 kO

: R2:100kQ

Gambar 2-13 Rangkainn diode untuk simulasi PSPICE pada Contoh 2-3

i @KESIMPULAN

Karakieristik diode praktis berbeda dengan diode ideal. Waktu pemulihan mundur memainkan peran penting, tcrula-ma padr. aplikasi pensaklaran kecepatan tinggi. Diode dapat diklasifikasikan menjadi tiga tipe: (1) Diode umum, (2)Diode pemulihan cepal, dan (3) Diode Schottky. Meskipun diode Schoitky berperilaku sebagai diode sambungan pn.tidak ada sambungan fisik; dan sebagai hasilnya diode Seholtky adalah komponen pembawa mayoritas. Di sisi lain,

diode sambungan pn adalah diode pembawa mayoritas dan minoritas.

Jika diode dihubungkan seeara seri untuk meningkatkan kemampuan tegangan penahan, jaringan pembagi tegang-an di bawah kondisi lunak dan kondisi transien dibuluhkan. Ketika diode dihubungkan seeara paralel untuk mening

katkan kemampuan membawa arus, elemen pembagi arus juga dibutuhkan.

PI; STAR A

i M <s P,hnni F.lprtnmir Drvirps and Circuits. New York: 4. P.W. Tuincnsja. SPICb: A Guide to Circuit Simulation

Holt. Rineliarl and Winston. 1985, p 672.

2.P.R. Gray and R.G. Meyer, Analysis and Design ofAnalog Integrated Circuits, New York: John Wiley &Sons,'inc.. 1984, p.I .

3.M.H. Rashid. SPICE for Circuits and Electronics UsingPSPICE, Englewood Cliffs, N.J.: Prentice Hall, 1990.

and Analysis Using PSPICE, Englewood Cliffs. N.J.:

Prentice Hall. 1992.

5. PSPICE Manual. Irvine, Calif.: MicroSim Corporation,

1992.

PERTANYAAN

2-1. Apa lipe dari diode daya?

2-2. Apa yang dimaksud dengan arus bocor diode?

2-3. Apa yang dimaksud dengan waklu pemulihan mundur

diode?

2-4. Apa yang dimaksud dengan arus pemulihan mundur

diode?

2-5. Apa yang dimaksud dengan faktor kelunakan diode?

2-6. Apa saja tipe pemulihan diode?

2-7. Apa yang menyehabkan waktu pemulihan mundur

diode sambungan /?/;?

2-8. Apa pengaruh waktu pemulihan mundur?

2-9. Mengapa peiiu memakai diode pemulihan cepat untuk

aplikasi pensaklaran kecepatan tinggi.

2-10. Apa yang dimaksud dengan waktu pemulihan maju?

2-11. Apa perbedaan utama antara diode sambungan pn

dengan diode Schottky?

2-12. Apa batasan diode Schottky?

2-13. Termasuk jenis waktu pemulihan inundur apakah

diode serbaguna itu?

2-14. Jenis umum waktu pemulihan mundur apa unluk

diode pemulihan cepat?

2-15. Apa masalah dalam koneksi diode seri, dan apa solusi

yang mungkin?

2-16. Apa masalah dalam koneksi diode paralel, dan apa

solusi yang mungkin?

2-17. Jika dua diode dihubung seri dengan pembagianlegangan sama, kenapa arus bocor diode berbeda?

Kesimpulan 25

MASALAH

2-1. Waktu pemulihan mundur sebiiah diode trr = 5s, dantingkat jatuhnya arus diode di/dt - 80 u./s. Jika faktorkdunakan SF = 0.5, lentukan (a) Pengisian pcnyim-panan QRR dan (a) arus puncak mLiiidur IRR

2-2. Nilai terukur sebuah diode pada temperaiur 25"C adalali

Vf) - 1.0 V pada II) = 50 A= 1,5 V pada /n = 60()A

Tcntukan (a) koelisien cmisi n. dan (b) arus bocor l%

2-3. Dua diode lerhubung sen dan tegangan yang inelalui ti-ap-tiap diode diatur sama yaitu dengan menghubungkanresitor pembagian tegangan. seperti VD] = VD1 = 2000 Vdan W| = 100 kQ. Karakteristik diode v-i diperlihatkanpada Gambar P2-3. Tentukan arus besar untuk tiap-tiap

diode dan ketahanan R-, terhadap diode D-,

Gambar P2-3

2-4. Dua diode dihuhuniikan sccara paralul clan teyangan drop

di muka liap-li.ip iliodc 1,5 V. Karakicrisiik tluvlc v-i di-diode clan resisiansuna r = 2.5 V. Teniukan nilai resullansi R^ dan ft-, jika arus Jibayi sama unluk liap diode.

pci lihalkan pada Gamlw P2o. Tentukan ams liiaju me- _-.6- Dua j io(jc Jihubmigkan seri scpcili dipL'rlihalkan padalului liap-tiap diode

2-5. l")ua diode ilihuhungkan secara paralcl scpcrli diperlihal-kan pada (iamhar 2-1 la.ilcngan tahanan pcmbagiaii ic-gangan. Karaklcn.slik v-i dipcrhhaikan pada Gam barP2-3. Aius loial Ir = 200 A Tcgangan yang melalui

ilioilu adaiah W, = ft,Gambar 2-()a. ReMsiariM melahu diode adalah R\ = R@ 10 kQ. I'cyanyan masLikaii ilc adalah 5kV ams bo-coniya /v) = 25 niA dan /^ = 40 mA. 'Icniukan Icyanan yang mclalni diode.

Bab 2 Diode semikonduktor daya26

2200

//

2000 1600 1200

/

150-

100-

800 400200

@ /

7/051.0

5mA

10mA

@15mA

20mA

@25mA

@30mA

-t .....4@ y2 3