Tugas Pendahuluan

1. Dasar teori

Dioda

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua

(dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda

mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan

kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya.

Dioda varikap (VARIable CAPacitor/kondensator variabel) digunakan

sebagai kondensator terkendali tegangan.

Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali

disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah

untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut

kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut

kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi

elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang

sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada

panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier

kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi

penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak

ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung

hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum

dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Sejarah

Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda

termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah

pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan

oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873 Sedangkan prinsip kerja dioda kristal

ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah

(rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah

dioda yang berasal dari di berarti dua, dan ode (dari ὅδος) berarti "jalur".

Prinsip Kerja

Prinsip kerja dioda termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison

pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent

307031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan

penyearah kristal pada tahun 1899. Penemuan Braun dikembangkan lebih

lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk

detektor radio.

Penerima Radio

Penerima radio pertama yang menggunakan dioda kristal dibuat oleh

Greenleaf Whittier Pickard. Dioda termionik pertama dipatenkan di Inggris

oleh John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan

bekas karyawan Edison) pada 16 November 1904 (diikuti oleh U.S. Patent

803684 pada November 1905). Pickard mendapatkan paten untuk detektor

kristal silikon pada 20 November 1906 (U.S. Patent 836531).

Dioda Termonik

Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang

merupakan susunan elektroda-elektroda di ruang hampa dalam sampul gelas.

Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar.

Dalam dioda katup termionik, arus listrik yang melalui filamen

pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda (Beberapa dioda

menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai

pemanas sekaligus juga sebagai katoda), elektroda internal lainnya dilapisi

dengan campuran barium dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari

logam alkali tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja

yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik

elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektroda logam disebelah

yang disebut anoda diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik

elektron yang terpancar.

Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah

dari permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik.

Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan.

Dalam sebagian besar abad ke-20, dioda katup termionik digunakan

dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya.

Saat ini, dioda katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti

penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan

dan daya tinggi.

Dioda Semikonduktor

P          N

Anoda          Katoda

Sisi P disebut Anoda dan sisi N disebut Katoda. Lambang dioda

seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini

mengingatkan kita pada arus konvensional mudah mengalir dari sisi P ke sisi

N. Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar

tertutup jika diberi bias forward (maju) dan sebagai saklar terbuka jika diberi

bias reverse (balik). Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor

sempurna (tegangan nol) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna

(arus nol) saat dibias reverse.

Untuk pendekatan kedua, dibutuhkan tegangan sebesar 0,7 V sebelum

dioda silikon konduksi dengan baik. Dioda dapat digambarkan sebagai suatu

saklar yang diseri dengan tegangan penghambat 0,7 V. Apabila tegangan

sumber lebih besar dari 0,7 V maka saklar akan tertutup. Sebaliknya apabila

tegangan sumber lebih kecil dari 0,7 V maka saklar akan terbuka.

Dalam pendekatan ketiga akan diperhitungkan hambatan bulk

(RB). Rangkaian ekivalen untuk pendekatan ketiga ini adalah sebuah saklar

yang terhubung seri dengan tegangan 0,7 V dan hambatan RB. Saat tegangan

dioda lebih besar dari 0,7 V maka dioda akan menghantar dan tegangan akan

naik secara linier dengan kenaikan arus. Semakin besar arus, akan semakin

besar tegangan dioda karena tegangan ada yang jatuh menyebrangi hambatan

bulk.

Operasi semua komponen benda padat seperti dioda, LED,

Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya

(solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum

semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara

sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun

isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan

magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif.

Elemen terkecil dari suatu bahan yang masih memiliki sifat-sifat

kimia dan fisika yang sama adalah atom. Suatu atom terdiri atas tiga partikel

dasar, yaitu: neutron, proton, dan elektron. Dalam struktur atom, proton dan

neutron membentuk inti atom yang bermuatan positip dan sedangkan

elektron-elektron yang bermuatan negatip mengelilingi inti. Elektron-elektron

ini tersusun berlapis-lapis. Struktur atom dengan model Bohr dari bahan

semikonduktor yang paling banyak digunakan, silicon dan germanium.

Seperti ditunjukkan pada gambar 1.3 atom silikon mempunyai

elektron yang mengorbit (yang mengelilingi inti) sebanyak 14 dan atom

germanium mempunyai 32 elektron. Pada atom yang seimbang (netral)

jumlah elektron dalam orbit sama dengan jumlah proton dalam inti. Muatan

listrik sebuah elektron adalah: - 1.602-19 C dan muatan sebuah proton adalah:

+ 1.602-19 C.

Elektron yang menempati lapisan terluar disebut sebagai elektron

valensi. Atom silikon dan germanium masing-masing mempunyai empat

elektron valensi. Oleh karena itu baik atom silikon maupun atom germanium

disebut juga dengan atom tetra-valent (bervalensi empat). Empat elektron

valensi tersebut terikat dalam struktur kisi-kisi, sehingga setiap elektron

valensi akan membentuk ikatan kovalen dengan elektron valensi dari atom-

atom yang bersebelahan. Struktur kisi-kisi kristal silicon murni dapat

digambarkan secara dua dimensi guna memudahkan pembahasan.

Meskipun terikat dengan kuat dalam struktur kristal, namun bisa

saja electron valensi tersebut keluar dari ikatan kovalen menuju daerah

konduksi apabila diberikan energi panas. Bila energi panas tersebut cukup

kuat untuk memisahkan elektron dari ikatan kovalen maka elektron tersebut

menjadi bebas atau disebut dengan electron bebas. Pada suhu ruang terdapat

kurang lebih 1.5 x 1010 elektron bebas dalam 1 cm3 bahan silikon murni

(intrinsik) dan 2.5 x 1013 elektron bebas pada germanium. Semakin besar

energi panas yang diberikan semakin banyak jumlah elektron bebas yang

keluar dari ikatan kovalen, dengan kata lain konduktivitas bahan meningkat.

Kristal-kristal Silikon

Ketika atom-atom silikon bergabung. Menjadi satu kesatuan,

mereka membentuk dirinya sendiri menjadi sebuah bentuk yang dinamakan

sebuah kristal. Masing-masing atom silikon membagi elektron-elektronnya

dengan 4 atom yang berdampingan dan mempunyai 8 elektron dalam orbit

valensi. Lingkaran bayangan mewakili inti silikon. Meskipun, inti atom

sebenarnya mempunyai 4 elektron di dalam orbit valensinya, sekarang inti

atom mempunyai delapan.

Ikatan Kovalen

Masing-masing atom yang berdekatan membagi sebuah elektron

dengan atom inti. Dalam hal ini inti atom mempunyai empat elektron

tambahan, memberikan seluruh 8 elektron kedalam orbit valensi. Elektron-

elektron tersebut tidak begitu lama menjadi atom tunggal. Masing-masing inti

atom dan atom yang berdampingan membagi elektron-elektron, hal itu juga

terjadi pada atom-atom silikon yang lain. Dengan kata lain setiap bagian

sebuah kristal silikon mempunyai 4 yang berdampingan.

Penyatuan Valensi

Setiap atom didalam kristal silikon mempunyai 8 elektron didalam orbit

valensinya. 8 elektron tersebut menghasilkan sebuah stabilitas kimia yang

mengakibatkan bahan silikon menjadi padat. Tidak ada seorangpun yang

yakin bagaimana orbit paling luar dari seluruh elemen mempunyai

kecendrungan memiliki 8 elektron. Ketika 8 elektron tidak berada dalam

sebuah elemen, maka menjadi sebuah kecendrungan bagi elemen untuk

mengkominasikan dan membagi elektron-elektron menjadi atom lainnya

sehingga memiliki 8 elektron dalam orbit.

Bias Maju

Forward bias (bias maju) adalah hubungan yang dihasilkan oleh pusat

sumber negatif dihubungkan dengan bahan tipe-n dan pusat positif

dihubungkan dengan bahan tipe-p.

+ + _ _⊝ ⊝ ⊝ ⊕ ⊕ ⊕+ + _ _⊝ ⊝ ⊝ ⊕ ⊕ ⊕

V

+

_

p n

Dalam gambar, baterai mendorong lubang-lubang dan elektron-

elektron bebas menuju sambungan. Jika tegangan baterai lebih kecil

dibandingkan hambatan potensial, elektron bebas tidak mempunyai cukup

energi untuk melintasi lapisan deplesi (daerah hampa muatan). Ketika mereka

masuk lapisan deplesi, ion-ion tersebut akan mendorongnya kembali menuju

daerah n, oleh karena itu, tidak ada arus yang melintasi dioda.

Ketika sumber tegangan dc lebih besar dibandingkan dengan

hambatan potensial. Baterai mendorong kembali lubang-lubang dan elektron-

elektron bebas menuju ke sambungan. Pada saat tersebut elektron bebas

mempunyai cukup energi untuk melintasi lapisan deplesi dan bergabung

dengan lubang-lubang. Dengan kata lain elektron bebas menjadi sebuah

elektron valensi. Sebagai elektron valensi, elektron tersebut terus berjalan ke

kiri melalui satu lubang selanjutnya ia sampai ke ujung kiri dioda. Ketika

elektron tersebut meninggalkan ujung kiri dioda, lubang baru muncul dan

proses tersebut berulang kembali. Karena terdapat miliaran elektron yang

mengalami perjalanan yang sama, maka arus akan terus-menerus melintasi

dioda.

Sekali potensial (lapisan deplesi) ini terlewati, resistansi dari dioda

turun ke suatu nilai yang amat rendah dan kenaikan yang sangat kecil pada

tegangan catu mengakibatkan suatu arus yang amat besar pada dioda. Dimana

arus mengalir dengan mudah dalam bias maju dioda. Sepanjang penerapan

tegangan lebih besar dibandingkan tegangan potensial, maka akan terjadi arus

kuat secara terus-menerus dalam sirkuit.

Dalam daerah maju, tegangan pada saat arus mulai naik secara cepat

disebut sebagai tegangan kaki (tegangan ambang) dari dioda. Tegangan ini

sama dengan tegangan penghalang. Analisis rangkaian dioda biasanya

menentukan apakah tegangan dioda lebih besar atau lebih kecil dari tegangan

kaki. Apabila lebih besar, maka dioda akan menghantar dengan mudah. Jika

lebih kecil, maka dioda tidak menghantar dengan baik. Tegangan kaki untuk

dioda silikon:

VK ≈ 0,7 V

(Catatan: lambang (≈) artinya mendekati sama dengan)

Untuk itu, kita harus mengatasi terlebih dahulu tegangan ambang 0,7 V

sebelum dioda dapat menghantar. Penting untuk diperhatikan bahwa tegangan

ambang hampir tidak tergantung pada arus, berlawanan dengan tegangan

pada resistor. Jadi, semikonduktor tidak mengikuti hukum Ohm. Untuk

mengukur tegangan ambang dapat digunakan rangkaian pembagi tegangan.

Dioda pembagi tegangan merupakan sumber tegangan yang sangat stabil.

Bias Mundur

Bias mundur (reverse bias) adalah hubungan yang terjadi saat pusat

negatif baterai dihubungkan pada sisi-p dan pusat positif baterai dihubungkan

dengan sisi-n.

Jika panjaran mundur diterapkan ke suatu pertemuan P-N, tegangan

panjaran mundur menambah lapisan deplesi. Akibatnya jumlah pembawa

muatan gerak di dalam daerah hubungan dikosongkan lebih lanjut, sehingga

menambah lebar daerah pengosongan, yang berarti kedua daerah dari dioda

tetap terisolasi satu dengan lainnya.

Perluasan daerah lapisan deplesi adalah proporsional dengan tegangan

reverse. Karena tegangan reverse meningkat, lapisan deplesi bertambah lebar.

Setelah lapisan deplesi stabil, ada sebuah arus kecil berada pada

reverse bias. Mengulang kembali bahwa energi panas secara terus-menerus

menciptakan sepasang elektron-elektron dan lubang-lubang. Hal ini berarti

bahwa sedikit pembawa minoritas berada pada kedua sisi sambungan.

Sebagian besar bergabung dengan pembawa mayoritas. Tetapi yang berada di

dalam lapisan deplesi berada lebih lama untuk melintasi sambungan. Ketika

hal ini terjadi, sebuah arus yang kecil mengalir dalam rangkaian luar.

Gambar mengilustrasikan gagasan tersebut. Asumsikan bahwa energi

panas menciptakan sebuah elektron bebas dan lubang di dekat sambungan.

Lapisan deplesi mendorong elektron bebas ke kanan dan memaksa satu

elektron meninggalkan ujung kanan kristal. Lubang pada lapisan deplesi

didorong ke kiri. Lubang extra pada sisi p membiarkan satu elektron

memasuki ujung kiri kristal dan jatuh kedalam lubang. Karena energi panas

terus-menerus mengasilkan sepasang elektron lubang di dalam lapisan

deplesi, sebuah arus kecil secara terus-menerus mengalir dalam rangkaian

luar.

+ + _ _⊝ ⊝ ⊝ ⊕ ⊕ ⊕+ + _ _⊝ ⊝ ⊝ ⊕ ⊕ ⊕

V

_

+

p n

Arus reverse disebabkan oleh panas yang menghasilkan minoritas

disebut juga sebagai arus jenuh. Persamaannya, arus jenuh disimbolkan

dengan dengan IS (dimana S adalah saturation). Nama saturation berarti kita

tidak dapat mendapatkan arus pembawa minoritas lebih banyak daripada

diproduksi oleh energi panas. Dengan kata lain, kenaikan tegangan reverse

tidak akan menaikkan jumlah sifat panas yang menciptakan pembawa

minoritas.

Di samping sifat thermal memproduksi arus pembawa minoritas, ada

arus lain yang berada dalam sebuah dioda bias balik yaitu arus permukaan

bocor yang merupakan arus kecil yang mengalir pada permukaan kristal.

Nilai arus bocor dalam dioda sinyal normalnya adalah beberapa puluh atau

ratus nanoamper (1nA = 10-9 A), dan mungkin beberapa miliamper dalam

dioda daya. Arus bocor lebih disebabkan oleh arus intrinsik yang timbul dari

pasangan-pasangan hole-elektron secara termal di dalam daerah

pengosongan. Sebagai tambahan terhadap arus ini, sejumlah kecil arus bocor

disebabkan oleh kebocoran pada permukaan dioda. Nilai arus bocor tetap

cukup konstan sampai tegangan kerja mundur dari dioda.

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 diantara

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 didalam daerah pemiskinan yang memperlambat

penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini

menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.

Jenis-jenis diode

Secara umum, diode yang banyak dijual dipasaran adalah diode kristal, diode

zener, LED (Ligth Emiting Diode), diode kapasiansi variabel dan diode

bridge.

1) Diode Kristal

Diode kristal ini terdiri dari 2 jenis yaitu diode silikon (Si) dan diode

germanium (Ge). Berikut penjelasan dari masing-masing jenis diode tersebut

a. Diode Silikon (Si)

Disamping oksigen, silikon adalah elemen yang banyak dalam

dunia. Satu dari masalah tersebut terselesaikan, keuntungan silikon segera

membuatnya menjadi pilihan semikonduktor. Tanpa itu elektronika

modern, komunikasi dan komputer tidak dapat bekerja.

Sebuah atom silikon terisolasi mempunyai 14 proton dan 14

elektron. Orbit yang pertama mengandung 2 elektron dan orbit yang

kedua mempunyai 8 elektron. 4 elektron yang tersisa terdapat dalam orbit

valensi.

Pada saat diode silikon ini dibias maju, agar arus dapat mengalir

maka tegangan harus sebesar 0,7 Volt. Apabila tidak mencapai tegangan

minimal tersebut, arus yang datang dari anoda tidak akan mengalir ke

katoda. Apabila tegangan tersebut sudah mencapai tegangan minimal,

maka arus akan naik dengan cepat seperti yang terlihat pada gambar 1.4

yaitu kurva karakteristik diode silikon ini. Dimana pada kurva terlihat,

saat tegangan mencapai 0,7 Volt, maka arus akan naik dengan cepat.

0,7 V

V(tegangan

I (arus)

b. Diode Germanium (Ge)

Konduktor terbaik (perak, tembaga dan emas) mempunyai satu

elektron valensi dimana insulator terbaik mempunyai delapan elektron

valensi. Sebuah semikonduktor adalah sebuah elemen dengan kemampuan

listrik diantara sebuah konduktor dan insulator. Seperti yang mungkin anda

pikirkan, semikonduktor yang terbaik mempunyai empat elektron valensi.

Germanium adalah contoh dari sebuah semikonduktor. Ia mempunyai

empat elektron dalam orbit valensi. Beberapa tahun yang lalu germanium

adalah satu-satunya bahan yang cocok untuk membuat peralatan

semikonduktor. Tetapi peralatan germanium mempunyai sebuah kekurangan

yang fatal yaitu arus balik yang sangat besar dimana insinyur tidak dapat

mengatasinya. Akhirnya semikonduktor lain dinamakan silikon menjadi

sesuatu yang dipakai dan membuat germanium menjadi usang dalam sebagian

besar pemakian elektronik. Untuk jenis diode germanium (Ge), arus akan

dilewatkan apabila tegangan harus mencapai tegangan 0,3 Volt. Jadi, pada

prinsipnya sama seperti diode silikon, apabila tegangan belum mencapai 0,3

Volt maka arus tidak akan dilewatkan. Jika tegangannya sudah mencapai

tegangan minimal sebesar 0,3 Volt, maka arus sudah dapat dilewatkan.

2) Diode Zener

Diode zener atau juga dikenal sebagai voltage regulation diode

adalah silicon PN junction yang bekerja pada reverse bias yang di daerah

breakdown. Simbol dari suatu zener diode ditunjukkan pada gambar 1.5

dibawah ini. Tegangan zener Vz adalah tegangan reverse di mana terjadi

breakdown. Bila tegangan reverse VD kurang dari VZ tahanan zener diode

di sekitar 1 megaohm atau lebih.

Anoda Katoda

Bila VD naik sedikit saja di atas Vz arus reverse akan naik dengan

cepat, oleh karena itu di dalam permakaian zener diode selalu digunakan suatu

tahanan seri untuk mencegah terjadinva arus yang berlebihan.

Bila tegangan reverse dihubungkan pada PN-junction, lebar depletion

layer akan bertambah karena elektron dan hole tertolak dari junction. Lebar

depletion layer tergantung dari kadar doping, bila digunakan silicon dengan

doping tinggi akan dihasilkan depletion layer yang tipis. Sehingga bila

tegangan reverse dihubungkan akan menimbulkan medan listrik yang kuat

di dalam dioda dan jika tegangan reverse mencapai tegangan zener Vz maka

medan listrik yang dibangkitkan demikian kuatnya sehingga sejunilah besar

elektron akan terlepas dan daya tarik intinya diikuti dengan kenaikan arus

reverse secara mendadak. Peristiwa inilah yang disebut dengan Zener

breakdown.

Jadi zener diode sebenarnya adalah PN junction dengan doping

tinggi hingga menghasilkan depletion layer tipis; biasanya zener breakdown

terjadi di bawah tegangan 5 volt dan masih tergantung pada temperatur. Di

bawah pengaruh medan listrik yang kuat, atom-atom lebih mudah

melepaskan elektronnya menjadi ion-ion bila temperatumya naik. Jadi Vz

turun bila temperatur zener diode naik.

PN junction diode yang dibuat dengan doping rendah depletion

layernya lebih lebar. Medan listrik harus lebih kuat untuk menghasilkan

zener breakdown. Tetapi sebelum zener breakdown terjadi elektron-elektron

minority carriers sudah akan memperoleh tenaga kinetik demikian besarnya

hingga pada saat menabrak atom akan menimbulkan ionisasi yang

menimbulkan elektron baru. Elektron-elektron baru akan ikut bergerak

akibatnya tabrakan akan berlangsung secara berantai sehingga makin banyak

elektron yang dihasilkan dan arus reverse naik dengan cepat. Peristiwa

semacam ini disebut avalanche breakdown. Bila temperatur dioda naik laju

gerakan elektron dalam depletion layer menurun sehingga diperlukan

tegangan yang lebih besar untuk memberikan kecepatan yang cukup bagi

elektron-elektron.

Jadi kita mengenal zener breakdown yaitu ionisasi karena kekuatan

medan listrik dan avalanche breakdown yaitu ionisasi karena tabrakan.

Yang pertama terjadi pada bahan dengan tahanan jenis rendah (doping

tinggi) yang dipisahkan oleh depletion layer tipis yaitu untuk Vz di bawah 5

volt. Yang kedua terjadi pada bahan dengan tahanan jenis tinggi (doping

rendah) yang dipisahkan oleh depletion layer lebar untuk Vz di atas 5 volt.

Meskipun demikian dalam prakteknya kedua type di atas tetap dinamakan

zener diode. Karena alasan inilah maka zener diode dibuat dari silikon.

Data-data zener diode yang perlu diketahui adalah:

1. Tegangan zener Vz terletak antara 3,3 Volt sampai 200 Volt. Tiap

zener mempunyai Vz.tertentu dengan toleransi 5 sampai 10 persen.

2. Arus zener Iz ialah arus yang mengalir pada saat breakdown. Iz minimum

adalah besarnya Iz tepat pada knee. Iz maksimum adalah arus yang tidak

boleh dilampaui, karena dapat menimbulkan panas yang berlebihan.

Misalkan sebuah zener diode dengan: Vz = 5,8 volt, Iz min = 1 mA dan Iz

mak = 50 mA pada temperatur 40° C.

3. Tahanan zener rz ialah suatu nilai yang menunjukkan perbandingan

perubahan tegangan zener (Vz) terhadap perubahan arus zener (I z).

rZ =

ΔVZΔ IZ

Tahanan zener minimum sekitar 10 ohm bila VZ nya sekitar 6 volt.

Tahanan ini akan naik bila Vz lebih atau kurang dari 6 volt. Hubungan antara VZ

dan rZ ini dapat dilihat pada gambar 1.6 dibawah.

Oleh karena itu penggunaan zener sebagai s tabilisator Vz yang terbaik

adalah sekitar 6 volt. Bila tegangan yang akan distabilkan lebih dari 6

volt dapat digunakan bcberapa zener yang dihubungkan seri.

a. Karakteristik maju dioda Zener

Vz (volt)2010

100

200

Rz (ohm)

b. Karakteristik balik dioda Zener

3) LED (Ligth Emiting Diode)

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan

komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk

temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi

belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga

melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar

lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya

pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan

phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang

berbeda pula. Berikut simbol LED dalam skema rangkaian.

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah,

kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua

warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien.

Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus

Anoda Katoda

maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga

bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

4) Diode kapasiansi variabel

Dioda Kapasiansi Variabel yang disebut juga dioda varicap atau dioda

varactor. Sifat dioda ini ialah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan

berperan sebagai kondensator.Kapasitansinya tergantung pada tegangan yang

masuk. Dioda jenis ini banyak digunakan pada modulator FM dan juga pada

VCO suatu PLL (Phase Lock Loop). Berikut adalah simbol diode varicap

dalam skema rangkaian.

5) Diode Bridge

Untuk membuat penyearah pada power supply, di pasaran banyak

terjual dioda bridge.Dioda ini adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi

suatu bridge dan dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran

terjual berbagai bentuk dioda bridge dengan berbagai macam kapasitasnya.

Ukuran dioda bridge yang utama adalah voltage dan ampere maksimumnya.

Anoda Katoda

Penyearah Setengah Gelombang

a. Penyearah Setengah Gelombang dengan Kapasitor

Untuk mendapatkan suatu tegangan DC yang baik dimana bentuk tegangan

hasil penyearahan adalah mendekati garis lurus maka tegangan keluaran dari

suatu rangkaian penyearah seperti terlihat pada gambar 1.12 dihubungkan

dengan suatu kapasitor secara paralel terhadap beban seperti pada gambar

1.13 dimana arus dari keluaran rangkaian penyearah selain akan melewati

beban juga akan mengisi kapasitor sehingga pada saat tegangan hasil

penyearahan mengalami penurunan maka kapasitor akan membuang

muatannya kebeban dan tegangan beban akan tertahan sebelum mencapai nol.

Hal ini dapat dijelaskan pada gambar berikut: Hasil penyearahan yang tidak

ideal akan mengakibatkan adanya ripple seperti terlihat pada gambar diatas

dimana tegangan ripple yang dihasilkan dapat ditentukan oleh persamaan

berikut : Ripple (peak to peak) = Idc . (T / C) Dimana Idc dalam hal ini

adalah tegangan keluaran dibagi dengan R beban. T adalah periode tegangan

ripple (detik) dan C adalah nilai kapasitor (Farad) yang digunakan.

b. Penyearah Setengah Gelombang dengan bridge dioda

Penyearah Gelombang Penuh

2. Gambar rangkaian

A. Dioda Varaktor

a)

Pada rangkaian di atas, diode varaktor digunakan untuk pembangkit

frekuensi.

b)

Pada rangkaian di atas, diode varaktor digunakan untuk mengontrol

oscillator.

B. Dioda Zener

a) Pengujian dioda zener membutuhkan catu daya dc variabel.

Rangkaian seperti pada gambar di bawah ini :

Pada sirkuit di atas, catu daya variabel digunakan untuk mengatur

tegangan input ke nilai yang cocok untuk dioda zener sedang diuji.

Resistor R1 membatasi arus yang melalui dioda. Dengan zener dioda

terhubung seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas tidak ada arus

akan mengalir sampai tegangan pada dioda sama dengan tegangan

zener. Jika dioda terhubung dalam arah yang berlawanan, arus akan

mengalir pada tegangan rendah, biasanya kurang dari 1 volt. Aliran

arus listrik pada tegangan rendah di kedua arah menunjukkan bahwa

dioda zener rusak.

b)

Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik.

Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat

disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang

berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda

zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat)

saat tegangan mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya,

tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui

sebelumnya.

Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator

tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator

tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber

tegangan tetap.

Sumber :

1. irianto.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/4630/bab2.pdf

2. http://elka.ub.ac.id/praktikum/de/de.php?page=1

3. id.wikipedia.org/wiki/Dioda

4. http://tk.unikom.ac.id/tk-files/download/modul%20praktikum%20eldas/

modul%20IV.pdf

5. http://ilmu-elektronika.co.cc/index.php/komponen-elektronika/dioda.html

6. http://sunny.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/2537/BAGIAN+3.pdf