BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Salah satu komponen lain yang penting dalam elektronika adalah dioda. Dioda adalah merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. Dioda merupakan komponen yang paling sederhana pada kelompok semikonduktor. Kata “dioda” adalah sebuah kata majemuk yang berarti “dua elektroda”, dimana “di” berarti dua dan “oda” yang berarti elektroda. Jadi dioda adalah dua lapisan elektroda N (katoda) dan lapisan P (anoda), dimana N berarti negatif dan P adalah positif. Dioda terbagi menjadi beberapa bagian, salah satu nya adalah dioda zener, germanium dan diode silikon. 1.2 Perumusan Masalah Apa karakteristik dan aplikasi dari dioda zener, dioda germanium dan dioda silikon ? 1.3 Tujuan Penulisan Sesuai dengan permasalahan yang telah dirumuskan, tujuan penulisan makalah yang hendak dicapai adalah untuk mempermudah menambah wawasan dalam piranti elektronika dan juga untuk mengetahui karakteristik dan aplikasi dari dioda zener, dioda germanium dan dioda silikon. 1 BAB II LANDASAN TEORI Diode 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). Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode 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 diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Struktur dari diode tabung hampa 2 Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium. Simbol untuk diode tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah adalah anode, katode dan filamen pemanas 2.1 Sejarah Dioda Karl Ferdinand Braun 3 Walaupun diode kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum diode termionik, diode termionik dan diode kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari diode termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873 Sedangkan prinsip kerja diode 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 diode yang berasal dari di berarti dua, dan ode (dari ὅδος) berarti "jalur". Berbagai diode semikonduktor 4 2.2 Prinsip Kerja Prinsip kerja diode termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307.031), 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. 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. 2.3 Jenis-Jenis Dioda Semikonduktor Ada beberapa jenis dari diode pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti diode Gunn, diode laser dan diode MOSFET. 5 Dioda Dioda Zener Dioda Foto LED Dioda Terobosan Dioda Schottky Dioda Varaktor SCR a. Dioda Biasa Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan diode penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari diode silikon untuk rating arus yang sama. 6 Kemasan diode sejajar dengan simbolnya, pita menunjukkan sisi katode b. Dioda Bandangan Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan diode Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai diode Zener, padahal diode ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara diode bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan diode Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, diode bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif. 7 c. Dioda Cat’s Whisker Ini adalah salah satu jenis diode kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara. Kawatnya membentuk anode dan kristalnya membentuk katode. Dioda Cat's whisker juga disebut diode kristal dan digunakan pada penerima radio kristal. d. Dioda Arus Tetap Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki gerbangnya disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut. e. Esaki atau Dioda Terobosan Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif. f. Dioda Gunn Dioda ini mirip dengan diode terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat. 8 g. Demodulasi Radio Penggunaan pertama diode adalah demodulasi dari isyarat radio modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan. h. Penyearah Arus Penyearah arus dibuat dari diode, dimana diode digunakan untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana diode mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo DC. Beberapa jenis dioda 9 BAB III PEMBAHASAN 3.1 Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Zener Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah. Dioda Zener Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, diode biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju 10 (sesuai dengan arah gambar panah), diode ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai. Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah diode Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah diode Zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan Zener. Sebagai contoh, sebuah diode Zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan aplikasiaplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output. Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%. Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener. 11 Clarence Melvin Zener Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam diode avalanche. Kedua tipe diode ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe diode ini. Dalam diode silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek Zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif. Dalam diode Zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, diode 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif. Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat diode-diode yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt 12 dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah diode untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah diode 12 Volt. Kurva Karakteristik Dioda Zener Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan diode Zener. Kutub Dioda Zener 13 Karakteristik beberapa diode zener Catatan Uz =Tegangan Zener ID(ma) = Arus Dioda Zener ID(ohm) = Tahanan Dalam Zener Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini menandakan 14 bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita dapat menghitung impedansi dengan cara : Dalam rumus, perubahan tegangan zener adalah : Beberapa dioda zener dipasang berderet dan setiap dioda memiliki tegangan tersendiri ( tegangan zener ) . Rumus untuk menyelesaikan rangkaian stabilitas tegangan dengan Dioda Zener adalah sebagai berikut : Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz). 15 Rangkaian Dasar Stabilizer dengan Dioda Zener 3.2 Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Germanium Dioda germanium memiliki arus bocor yang lebih besar daripada dioda silikon. Pada suhu ruang germanium akan memiliki 1000 pembawa minoritas dari silikon. Sehingga dioda silikon lebih banyak disukai. Akan tetapi dioda germanium juga mempunyai kelebihan dari dioda silikon yaitu memiliki tegangan "turn on" yang rendah dan resistansinya lebih rendah. Untuk aplikasi tertentu dioda germanium masih dipakai. Diode Germanium 16 Karakteristik Sambungan pn Hubungan arus dan tegangan pada diode sambungan pn dinyatakan dengan persamaan : I =I0 ( e V/h VT – 1) Dengan Io = Arus balik Jenuh h = 1 untuk germanium dan 2 untuk silikon VT = 1 / 11600 ( kesetaraan volt dalam suhu ) = 0,026 volt pada suhu kamar T = 300 K Karakteristik maju diode pn untuk germanium dan silikon terlihat pada gambar. Terlihat ada tegangan ambang Vf. Dibawah tegangan ambang arus diode sangat kecil. Tegangan ambang besarnya kira-kira 0,2 V untuk Germanium dan 0,6 volt untuk silikon. Prasikap balik yang besar (VZ), terjadi arus balik yang mendadak besar. Didaerah ini diode dikatakan berada didaerah. Pengaruh suhu. Pengaruh suhu terhadap perubahan Io adalah kira-kira 7% / oC. Karena (1,07) 10 = 2, maka arus Io menjadi berlipat dua untuk setiap kenaikan 10 oC. Arsu Io pada suhu T adalah : Io (T) =Io1 x 2 (T-T1)/10 Dengan Io1 : Arus Io pada suhu T1. 17 Kapasitansi Transisi. Prasikap balik mengakibatkan pembawaan mayoritas menjauhi sambungan, maka daerah defleksi menjadi lebar. Dapat dianggap ada pengaruh kapasitansi transisi C Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya : 1. Bentuk fisiknya kecil 2. Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar 3. Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt 4. Tahan terhadap arus besar max 10 ampere 5. Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja. 3.3 Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Silikon Diode Silikon Dioda silikon banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah arus, pengaman tegangan kejut dan sebagainya. Contoh : 1N4001, 1N4007, 1N5404 dan lain-lain. 18 Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (DC) atau mengubah arus AC menjadi DC. Secara umum dioda ini disimbolnya. Simbol dioda silikon Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut : 1. Bentuk fisiknya kecil 2. Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga digunakan sebagai saklar elektronik 3. Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere 4. Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt 19 BAB IV Kesimpulan dan Saran 1.1 Kesimpulan Salah satu komponen lain yang penting dalam elektronika adalah dioda. Dioda adalah merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya : 1. Bentuk fisiknya kecil 2. Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar 3. Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt 4. Tahan terhadap arus besar max 10 ampere 5. Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja. Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut : 1. Bentuk fisiknya kecil 2. Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga digunakan sebagai saklar elektronik 20 3. Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere 4. Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt 1.2 Saran Apabila pembaca hendak menggunakan suatu dioda dalam suatu rangkaian baik itu diode zener, germanium maupun silikon , sebaiknya pembaca melakukan pengecekan terlebih dahulu terhadap dioda tersebut. 21 DAFTAR PUSTAKA Ansori, Insya. 2013. Dioda Dan Prinsip Kerjanya (http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/dioda-dan-prinsip-kerjanya.html) Purnama, Agus. 2012. Dioda Zener (http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/dioda-zener/) Wikipedia. 2013. Diode (http://id.wikipedia.org/wiki/Diode) Dachi, Yardianto. 2013. Mengenal Karakteristik Dan Jenis Dioda (http://adydachi.heck.in/mengenal-karakteristik-dan-jenis-dioda.xhtml) Iqbal, Muhammad. 2010. Komponen Dasar Elektronika Dioda (http://lupa11lagi.blogspot.com/2010/11/komponen-dasar-elektronikadioda.html) (http://duniaelektonika.blogspot.com/2013/01/jenis-jenis-dioda-besertafungsinya.html) (http://on-by.blogspot.com/2013/02/dioda-zener.html) 22
