Rangkaian Elektronika

01 – Dioda Semikonduktor

DiodaDevais semikonduktor yang paling sederhana

Dioda adalah devais semikonduktor yang memiliki dua terminal

Operasi Dasar DiodaDioda menghantarkan arus searah dengan arah yang sama dengan simbol

Namun jika arahnya berlawanan, maka dioda akan berperilaku seperti open circuit

Karakteristik dioda ideal – Area konduksi

• Pada area konduksi, idealnya:– Tegangan pada dioda adalah 0 V.– Arus yang melalui dioda adalah disesuaikan dengan rangkaian.– Tahanan maju (RF) didefinisikan sebagai RF = VF/IF. – Dioda berperilaku seperti short circuit.

Lihat garis vertikal!

Karakteristik dioda ideal – Area non-konduksi

• Pada area non-konduksi, idealnya:– Semua tegangan dapat melalui dioda.– Arus yang melalui dioda adalah 0A.– Tahanan mundur (RR) didefinisikan sebagai RR = VR/IR. – Dioda berperilaku seperti open circuit.

Lihat garis horizontal!

Material Semikonduktor

• Bahan yang digunakan dalam pembuatan divais semikonduktor.– Silikon (Si)– Germanium (Ge)

Doping

• Karakteristik dari Silikon dan Germanium diperbaiki dengan menambahkan material lainnya melalui proses yang dinamakan doping.

• Terdapat dua tipe material tambahan, yaitu:– n-type– p-type

Perbandingan n-type dan p-type

• Material n-type membuat atom Silikon (atau Germanium) menjadi lebih bermuatan negatif.

• Sebaliknya, material p-type membuatnya lebih bermuatan positif.

• Menggabungkan n-type dan p-type akan menghasilkan p-n junction.

pn Junction • Dioda tanpa Bias (The Unbiased dioda)

– Sisi p mempunyai banyak hole dan sisi n banyak elektron pita konduksi.– Tidak ada tegangan luar disebut dioda tanpa bias.

Lapisan pengosongan (The depletion layer)

• Elektron pada sisi n berdifusi ke segala arah.

• Beberapa berdifusi melewati junction.• Elektron yg masuk ke daerah p,

merupakan pembawa minoritas.• Elektron akan jatuh ke dalam hole,

hole lenyap dn elektron pita konduksi menjadi elektron valensi.

• Elektron yg berdifusi melalui junction menciptakan sepasang ion.

• Pasangan ion positif dan negatif disebut dipole.

• Medan antara ion ekivalen dgn perbedaan potensial. Disebut potensial barier.

• Pembentukan sejumlah dipole mengakibatkan daerah dekat junction dikosongkan dari muatan yg bergerak.

• Daerah kosong muatan disebut lapisan pengosongan (depletion layer).

Potensial Barier

• Tiap dipole mempunyai medan listrik.

• Anak panah menunjukkan arah gaya pada muatan positif.

• Kekuatan medan bertambah dengan berpindahnya tiap elektron.

• Beberapa pembawa minoritas bergesar melewati junction. Mengurangi medan yg menerimanya.

• Beberapa pembawa mayoritas berdifusi melewati junction dan mengembalikan medan pada harga semula.

• Potensial barier :• 0,3 V utk dioda germanium• 0,7 V utk dioda silikon

Jenis Dioda

Model Dioda

• Model adalah representasi dari suatu komponen atau rangkaian yang memiliki satu atau lebih Sifat atau karakteristik.

• Tiga model dioda :1. Model Dioda Ideal2. Model dioda Praktek3. Model dioda Lengkap

1. MODEL dioda IDEAL• Model dioda ideal menggambarkan dioda sebagai saklar

sederhana yang dapat tertutup ( Conducting ) ketika dibias forward maupun terbuka ( nonconducting ) ketika dibias reverse. Model ini hanya digunakan untuk menentukan tahap awal troubleshooting (proses mencari kesalahan dalam perangkat elektronik).

Kondisi KarakteristikOPEN *Infinite Resistansi Sehingga Arus nol

*Tegangan penuh pada kaki dioda

CLOSED *Resistansi nol Shg Arus Max*Tegangan nol pada kaki dioda

• Berdasarkan karakteristik sebuah saklar, maka dapat diperoleh :1. Ketika dibias reverse ( Open Switch )– dioda memilki resistansi tak terbatas ( maksimum )– dioda tidak dialiri arus– Sumber Tegangan akan jatuh semua pada terminal dioda

2.Ketika dibias forward ( Closed Switch )– dioda memilki resistansi nol ( minimum )– dioda dialiri arus– Tidak ada Sumber Tegangan jatuh pada terminal dioda

CONT.

2. MODEL DIODA PRAKTEK

• Dalam model dioda ideal banyak karakteristrik-karakteristik dioda yang diabaikan. Contohnya : Tegangan maju. Tegangan maju biasanya diperhatikan dalam analisis matematika dari rangkaian dioda. Pada aplikasi rangkaian yang digunakan diasumsikan dioda yang dipergunakan dioda silikon kalau ingin mengganti dengan dioda germaniun maka tegangan maju tinggal diubah dari 0.7V menjadi 0.3V

3. MODEL dioda LENGKAP

• Merupakan model yang paling akurat.• Menggambarkan karakteristik-karakteristik

operasional dioda. • 2 faktor yang menyebabkan model ini menjadi

semakin akurat adalah Resistansi Bulk.

Kurva Karakteristik Untuk masing-masing Model dioda

IF

VF

IR

VR

IF

VF

IR

VR VK=0.7V

IF

VF

IR

VR VK=0.7V

RB= ΔV / ΔI

Model diodaIDEAL

Model diodaPRAKTEK

Model diodaLENGKAP