Upload
cynthia-novita-tachibana
View
224
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 1/7
Prinsip Kerja Dioda, Transistor, dan KapasitorHaloo para electrical engineer, jumpa lagi dengan saya yang tak bosan-bosan berbagi ilmu
kepada kalian. Hari ini saya akan berbagi tentang Prinsip Kerja Dioda, Transistor, dan Kapasitor.
Semoga artikel ini dapat bermanfaat. Check this out !
Semikonduktor
Ada 3 jenis bahan berkaitan dengan sifat baik buruknya pengantaran arus listrik yaitu :
1. Konduktor
2. Isolator
3. Semikonduktor
Semikonduktor berada ditengah-tengah Konduktor dan Isolator, dia dapat mengantarkan arus
listrik tetapi tidak sebaik konduktor, yang harus kita ketahui disini adalah bahwa Sifat konduktor
dapat diubah dengan mudah hanya dengan menambahkan atom tambahan (istilahnya diberi
Doping), penambahan sedikit saja dapat mempengaruhi struktur ikatan didalam semikonduktor
dan akibatnya dapat mengubah sifat semikonduktor tersebut. Sifat itu pula lah yang akan menjadi
dasar untuk pembentukan bahan berjenis N dan P.
Silikon dan Germanium merupakan Semikonduktor yang akan dijadikan bahan berjenis P dan
N, Silikon memiliki nomor atom 14 (Si 2|8|4) sedangkan germanium 32 (Ge 2|8|18|4), keduanya
memiliki elektron valensi 4, dibawah ini merupakan gambar ikatan unsur tersebut dalam keadaan
yang stabil.Tetapi jika kita memberikan doping misalnya unsur Phospor(P 2|8|5) memiliki
elektron valensi 5, maka ikatan yang terbentuk tidak stabil atau memiliki sebuah elektron bebas.
Oleh karena itu pada ikatan tersebut memiliki elektron bebas yang lebih sehingga mempengaruhi
sifat unsur tersebut, untuk mengetahui perubahannya kita harus memperhatikan perubahan energi
dari ikatan tersebut sebelum dan sesudah doping diberikan. Gambar dibawah ini merupakan
penggambaran perubahan level energi pada unsur tersebut
Dapat kita lihat bahwa sebelum diberi doping unsur tersebut membutuhkan energi yang cukup
besar untuk mencapai sifat konduksi (elektron dapat lepas dari inti) tetapi setelah diberikannya
doping atau memiliki elektron bebas, pada unsur tersebut didapati donor energy, sehingga energy
yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi konduksi tidak terlalu besar atau dengan kata lain atom
tersebut dapat bersifat konduktor pada suhu yang lebih rendah (suhu kamar) daripada suhu
sebelumnya. inilah yang disebut bahan bertipe N
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 2/7
pada bahan bertipe-N, Elektron merupakan carrier mayoritasnya.
Untuk bahan tipe-P kita hanya perlu mengganti jenis dopingnya, jika pada tipe N doping yang
kita beri memiliki elektron valensi 5 maka pada tipe P doping yang kita beri harus memilki
elektron valensi 3, sehingga pada ikatan tersebut terdapat kekurangan elektron (dengan kata lain
terbentuk Hole)
Definisi Dioda
Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan/disambung, maka akan didapat sambungan
P-N ( p-n junction) yang dikenal sebagai dioda. Pada pembuatannya memang material tipe P dan
tipe N bukan disambung secara harfiah, melainkan dari satu bahan (monolithic) dengan memberi
doping (impurity material ) yang berbeda.
Gb. Simbol Sambungan p-n
Jika diberi tegangan maju ( forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N,
elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.
Gb. Forwad bias
Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron yang
dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih tinggi.
Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasirangkaian penyearah (rectifier ). Dioda, Zener, LED, dan Varactor.
Dioda Bertegangan Tinggi (High Voltage Diodes)
Menyediakan jajaran produk dioda daya yang serbaguna termasuk tipe dioda kaca dengan
keandalan yang tinggi, perangkat pelindung tekanan tegangan ( surge suppression) untuk
melindungi peralatan elektronik (terutama dalam aplikasi otomotif) dan jenis bertegangan tinggi
untuk pengoperasian tampilan pada frekuensi tinggi. Tersedia dalam bentuk axial lead , press-
fit dan paket pemasangan permukaan ( surface mount ).
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 3/7
Prinsip Kerja 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 (biasa disebut anode) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan
terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katode) 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.
Transistor
Komponen ini berfungsi sebagai penguat arus. Karena besar arus yang dikuatkan dapat
diubah ke dalam bentuk tegangan, maka dapat dikatakan juga bahwa transistor dapat menguatkan
tegangan. Selain itu, transistor juga dapat berfungsi sebagai switch elektronik.
Ada dua jenis transistor, yaitu NPN dan PNP. Simbol kedua jenis transistor
tersebut ditunjukan oleh gambar.
Transistor NPN dan PNP
Transistor memiliki tiga kaki yang masing-masing harus dipasang secara tepat. Kesalahan
pemasangan kaki-kaki transistor akan dapat merusakan transistor secara langsung. Perlu dicatat
bahwa pada badan transistor tidak ada label yang menunjukan bahwa kaki transistor tersebut
adalah B, C atau E. Dengan demikian, sebelum memasang sebuah transistor, pastikan dimana
kaki B, C dan E dengan membaca datasheet-nya. Di dalam penggunaannya harus pula
diperhatikan dua rating: daya disipasi kolektor, yaitu VCE x IC, dan breakdown voltage, yaitu
VBE reverse.
Gambar diatas merupakan bahan P-N-P yang disusun sehingga membentuk transistor, bagaimana
arus dapat mengalir dari Emitter menuju Collector?
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 4/7
pada gambar diatas kita memberi tegangan pada kaki emitter dan basis, pada kaki emitter (Tipe-P
kiri) sekarang lebih positif sedangkan pada basis (tipe-N) bersifat negatif, oleh karena itu hole/
mayoritas carrier pada tipe P ditarik ke arah tipe N, dikarenakan tipe kaki basis lebih negatif dan
sebaliknya elektron di tipe-N ditarik kearah tipe P, oleh sebab itu terjadilah aliran arus listrik
yaitu aliran hole dari P ke N (Forward bias), dan jika kita perhatikan daerah deplesi menyempitsehingga mayoritas carrier dapat mengalir dengan mudah
Selanjutnya marilah kita perhatikan gambar disamping ini pada tipe N dan tipe P (kanan) diberi
tegangan sehingga kaki Basis positif sedangkan kaki Collector negatif, keadaan tersebut
menyebabkan mayoritas carrier (elektron) tidak dapat mengalir dikarenakan daerah deplesi yang
melebar sehingga menghalangi carrier mayoritas (elektron) , karena kaki Collector bersifat
negatif maka hole (minoritas carrier) pada tipe N akan ditarik ke daerah P sehingga menyebabkan
aliran minoritas carrier (hole) dari N ke P kanan. Yang menjadi masalah adalah minoritas carrier
pada tipe-N terlalu sedikit untuk menyebabkan aliran kontiniu, untuk itu maka keadaan 1 dan 2
dikombinasikan dan menjadi gambar dibawah ini
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 5/7
Minoritas carrier (hole) pada tipe N disuplai oleh mayoritas carrier (hole) pada tipe P kiri,
sehingga terjadilah aliran arus dari emiiter menuju Collector, tapi perlu kita perhatikan bahwa ada
juga sedikit arus yang mengalir menuju kaki basis yang disebut arus basis.
Oleh karena itu dapat dituliskan
IE=IB+IC
Kapasitor
Meskipun kapasitor bukan termasuk bahan semikonduktor, saya akan tetap menambahkannya
sebagai Penambah wawasan para Electrical Engineer yang setia membaca artikel ini.
Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan listrik. Struktur sebuah
kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik.
Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain.
Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul
pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif
terkumpul pada ujung metal yang satu lagi.
Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutup negatif dan sebaliknya muatan negatif
tidak bisa menuju ke ujung kutup positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-
konduktif.
Muatan elektrik ini “tersimpan” selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam
bebas, fenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan negatif
di awan.
Tipe Kapasitor
Kapasitor terdiri dari beberapa tipe, tergantung dari bahan dielektriknya. Untuk lebih sederhana
dapat dibagi menjadi 3 bagian, yaitu kapasitor electrostatic, electrolytic dan electrochemical.
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 6/7
Kapasitor Electrostatic
Kapasitor electrostatic adalah kelompok kapasitor yang dibuat dengan bahan dielektrik dari
keramik, film dan mika. Keramik dan mika adalah bahan yang popular serta murah untuk
membuat kapasitor yang kapasitansinya kecil. Tersedia dari besaran pF sampai beberapa uF, yang
biasanya untuk aplikasi rangkaian yang berkenaan dengan frekuensi tinggi. Termasuk kelompok
bahan dielektrik film adalah bahan-bahan material seperti polyester (polyethylene terephthalateatau dikenal dengan sebutan mylar), polystyrene,polyprophylene, polycarbonate, metalized paper
dan lainnya.
Mylar, MKM, MKT adalah beberapa contoh sebutan merek dagang untuk kapasitor dengan
bahan-bahan dielektrik film. Umumnya kapasitor kelompok ini adalah non-polar.
Kapasitor Electrolytic
Kelompok kapasitor electrolytic terdiri dari kapasitor-kapasitor yang bahan dielektriknya adalah
lapisan metal-oksida.Umumnya kapasitor yang termasuk kelompok ini adalah kapasitor polar
dengantanda + dan – di badannya. Mengapa kapasitor ini dapat memiliki polaritas, adalah karena
proses pembuatannya menggunakan elektrolisa sehingga terbentuk kutup positif anoda dan kutup
negatif katoda.
Telah lama diketahui beberapa metal seperti tantalum, aluminium, magnesium, titanium,
niobium, zirconium dan seng (zinc) permukaannya dapat dioksidasi sehingga membentuk lapisan
metal-oksida . contoh dari kapasitor ini yaitu Elco / kondensator.
Lapisan oksidasi ini terbentuk melalui proses elektrolisa, seperti pada proses penyepuhan emas.
Elektroda metal yang dicelup kedalam larutan electrolit (sodium borate) lalu diberi tegangan
positif (anoda) dan larutan electrolit diberi tegangan negatif (katoda). Oksigen pada larutan
electrolyte terlepas dan mengoksidai permukaan plat metal. Contohnya, jika digunakan
Aluminium, maka akan terbentuk lapisan Aluminium-oksida (Al2O3) pada permukaannya.
Dengan demikian berturut-turut plat metal (anoda), lapisan-metal-oksida dan electrolyte(katoda)
membentuk kapasitor. Dalam hal ini lapisan-metal-oksida sebagai dielektrik. Lapisan metal-
8/12/2019 Prinsip Kerja Dioda
http://slidepdf.com/reader/full/prinsip-kerja-dioda 7/7
oksida ini sangat tipis,sehingga dengan demikian dapat dibuat kapasitor yang kapasitansinya
cukup besar. Karena alasan ekonomis dan praktis, umumnya bahan metal yang banyak digunakan
adalah aluminium dan tantalum. Bahan yang paling banyak dan murah adalah Aluminium. Untuk
mendapatkan permukaan yang luas, bahan plat Aluminium ini biasanya digulung radial. Sehingga
dengan cara itu dapat diperoleh kapasitor yang kapasitansinya besar.
Sebagai contoh 100uF, 470uF, 4700uF dan lain-lain, yang sering juga disebut kapasitor elco.Bahan electrolyte pada kapasitor Tantalum ada yang cair tetapi ada juga yang padat. Disebut
electrolyte padat, tetapi sebenarnya bukan larutan electrolit yang menjadi elektroda negatif-nya,
melainkan bahan lain yaitu manganese-dioksida. Dengan demikian kapasitor jenis ini bisa
memiliki kapasitansi yang besar namun menjadi lebih ramping dan mungil. Selain itu karena
seluruhnya padat, maka waktu kerjanya (lifetime) menjadi lebih tahan lama. Kapasitor tipe ini
juga memiliki arus bocor yang sangat kecil Jadi dapat dipahami mengapa kapasitor Tantalum
menjadi relatif mahal.
Kapasitor Electrochemical
Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk kapasitor jenis ini
adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor yang sangat baik,
karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang sangat kecil. Tipe
kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan kapasitansi yang besar
namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan telepon selular.
Kapasitor Electrochemical Satu jenis kapasitor lain adalah kapasitor electrochemical. Termasuk
kapasitor jenis ini adalah batere dan accu. Pada kenyataanya batere dan accu adalah kapasitor
yang sangat baik, karena memiliki kapasitansi yang besar dan arus bocor (leakage current) yang
sangat kecil. Tipe kapasitor jenis ini juga masih dalam pengembangan untuk mendapatkan
kapasitansi yang besar namun kecil dan ringan, misalnya untuk applikasi mobil elektrik dan
telepon selular.