A. Pengertian Dioda

Dioda merupakan komponen semikonduktor 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.

Dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat

semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi

panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

Dioda dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Dioda

sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan

mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan

seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter

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. 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".

A. Fungsi Dioda

Fungsi Dioda adalah untuk menyalurkan arus listrik yang mengalir dalam satu

arah dan menahan arus tersebut dari arah sebaliknya. Dioda juga dapat berfungsi

sebagai penyearah arus, rangkaian catu daya dan juga untuk stabilisator tegangan.

Fungsi dioda sebenarnya tidak menunjukan hidup mati yang sempurna atau bisa di

bilang benar benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada saat panjar

mundur, tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan arus taklinier kompleks

yang tergantung pada teknologi yang kita gunakan dan kondisi penggunaanya.

Berikut fungsi dioda beserta contohnya :

1. Penyearah, contoh : dioda bridge.

2. Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener.

3. Pengaman /sekering.

4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal

yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.

5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen DC kepada

suatu sinyal AC.

6. Pengganda tegangan.

7. Sebagai indikator, yaitu LED (light emiting diode).

8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier.

9. Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo.

10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor.

B. Spesifikasi Dioda

Agar dapat memilih dioda sesuai dengan keperluan, orang harus tahu spesifikasi

yang diberikan oleh pabrik dalam lembar data. Beberapa spesifikasi yang penting

antara lain : tegangan puncak, arus maju rata-rata, arus sentakan maju, tegangan maju

maksimum, tegangan maju, arus balik, disipasi daya dan waktu pulih balik.

Disamping itu dioda harus dicek apakah rusak atau tidak. Cara pengecekan dapat

dengan menggunakan multitester yang selektornya diletakkan pada posisi ohm meter.

Maka pada arah maju (prasikap maju) tahanannya akan kecil, pada umumnya <

100Ω. Sedang pada arah balik (prasikap balik) tahanannya > 5000Ω. Perlu diingat

bahwa colok + pada multitester justru terhubung dengan kutub – baterei, sedang

colok – pada multitester justru terhubung dengan kutub + baterei.

Jika hasil pengukuran menunjukkan :

1. Kedua tahanannya (tahanan maju dan balik) sangat besar, maka dioda

telah putus.

2. Kedua tahanannya sangat kecil, maka dioda terhubung singkat.

3. Pada satu arah (forward bias) tahanannya kecil dan pada arah yang lain

(reverse biased) tahanannya besar, maka dioda baik.

C. Karakteristik Dioda

Karakteristik dioda dapat ditunjukkan oleh hubungan antara arus yang lewat

dengan beda potensian ujung-ujungnya. Karakteristik dioda pada umumnya diberikan

oleh pabrik, tetapi dapat juga diselidiki sendiri dengan rangkaian seperti gambar IV-

6.

Gambar IV-6 Rangkaian untuk menyelidiki karakteristik dioda

Dengan memvariasi potensio P dan mencatat V dan I kemudian menggambarkan

dalam grafik, maka diperoleh kurve karakteristik dioda (karakteristik statis). Pada

umumnya hasilnya adalah seperti pada gambar IV-7.

Gambar IV-7 Karakteristik Dioda

Tampak untuk dioda Ge, arus baru mulai ada pada tegangan 0,3 V sedang untuk

dioda Si pada 0,7 V. Tegangan ini sesuai dengan tegangan penghalang pada

sambungan P-N, dan disebut tegangan patah atau tegangan lutut (cut in voltage atau

knee voltage). Tampak pula bahwa arus IR = Io dalam orde µA, sedang arus maju IF

dalam orde mA. Dari lengkungan kurve yang tidak linier, maka tentu saja tahanan

dioda tidak tetap, baik tahanan maju maupun tahanan baliknya. Jika tegangan balik

diperbesar maka akan mencapai keadaan arus meningkat secara tajam, yang hanya

dapat dibatasi oleh tahanan luar. Tegangan kritis ini disebut tegangan dadal (break

down voltage = peak inverse voltage).

D. Cara Kerja Dioda

Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi

sebagai berikut ini yaitu :

1. 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.

2. Dioda diberi tegangan 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.

3. Dioda diberi tegangan positif

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.

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 (rectifier).

E. Struktur dan Simbol Dioda

Struktur dan Simbol dioda

Gambar ilustrasi di atas 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, Kalau mengunakan terminologi arus listrik,

maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

F. Persamaan Dioda

Pada tegangan maju bukit potensial sambungan p-n berkurang yaitu menjadi Vh

= Vho – V. Di sini Vho adalah tinggi bukit potensial tanpa panjar, dan V adalah beda

tegangan pada diode.

Sesuai dengan statistic Boltzemann, banyakya electron pada bagian p yang

mempunyai energy diatas Vh sebanding dengan e-qV/kT , atau secara matematik np = nn

e-qV/kT

Dengan n adalah rapat electron dari bagian n, q adalah muatan electron, k tetapan

Boltzmann, dan T suhu dalam kelvin.

Begitu juga halnya dengan lubang. Jika rapat lubang pada bagian p adalah pp maka

rapan lubang pn yang dapat berdifusi ke bagian n adalah

Pn = pp e-qv/kT

Arus yang disebabkan difusi pembawa muatan np dan pn disebut arus injeksi. Besar

arus injeksi adalah

II = K ( np + pn ) = K (Nd + Na) e –qV/kT

Nd adalah rapat atom donor, dan Na adalah rapat atom akseptor. Karena Nddan Na

merupakan tetapan arus injeksi II dapatlah ditulis sebagai

II = K’ e –qV/kT

= K’ eiq ( Vho +V)/kT (1.1)

Kita dapat menyatakan tetapan K’ dengan arus penjenuhan Is ,yaitu arus yang

mengalir jika diode diberi tegangan mundur.Kita tahu bahwa tanpa tegangan arus

diode adalah nol,karena pada keadaan ini arus injeksi sama dengan arus penjenuhan,

tetapi berlawanan arah . hal ini berarti

II = (V = 0 ) = - IS = k’ e-qV/kT

Akibatnya persamaan (1.1) dapat ditulis sebagai

II = - Is-qV/kT e-qV/(Vho-V)/kT atau II = Ise-qV/kT (1.2)

Arus total yang mengalir dalam keadaan tegangan maju adalah

I = II + Is = - Is (eqV/kT – 1) (1.3)

Persamaan (1.3) disebut persamaan dioda, dan memberikan bentuk fungsi teoritis

untuk ciri dioda dengan tegangan maju.