Dioda - D idi S upriyadi

DIODA
Pertemuan ke-VII
Program Studi S1 Informatika
ST3 Telkom Purwokerto
Tujuan Pembelajaran
• Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa
mampu:
• Menjelaskan cara kerja dan karakteristik dioda
• Menjelaskan jenis – jenis dioda dan fungsinya
• Mengenal dan menganalisa rangkaian dioda
Fungsi Dioda
Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu
hanya dapat mengalirkan arus satu arah
saja. Struktur dioda tidak lain adalah
sambungan semikonduktor P dan N. Satu
sisi adalah semikonduktor dengan tipe P
dan satu sisinya yang lain adalah tipe N.
Dengan struktur demikian arus hanya akan
dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.
SIMBOL DAN STRUKTUR DIODA
Menurut bahan semikonduktor
ada 2 jenis dioda
1. Dioda Silikon
2. Dioda Germanium
Gambar
ilustrasi
di
atas
menunjukkan
sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang
disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana
terdapat keseimbangan hole dan elektron
Perlakuan terhadap Dioda
• Kerusakan dioda dapat disebabkan oleh :
– Arus maju yang terlampau besar
– Tegangan terbalik yang terlampau tinggi
• Maka, arus maju maksimum dan tegangan terbalik
maksimum yang direkomendasikan oleh pabrik jangan
sampai terlampaui
• Dioda tidak boleh dihubungkan langsung diantara
terminal – terminal sumber arus karena arus hubung
singkat akan mengalir dan merusak dioda
Perlakuan Dioda
dioda dengan bias maju
dioda dengan bias negatif
Bias Maju
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.
Bias Mundur
Polaritas tegangan dibalik yaitu dengan
memberikan bias negatif (reverse bias).
Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas
tegangan lebih besar dari sisi P.
Sehingga tidak akan terjadi perpindahan
elektron atau aliran hole dari P ke N
maupun sebaliknya. Karena baik hole dan
elektron masing-masing tertarik ke arah
kutup berlawanan.
Lapisan deplesi (depletion layer) semakin
besar dan menghalangi terjadinya arus.
Karakteristik Dioda (I vs V)
pn junction diode I-V characteristics
20
Forward Bias
15
Current
Breakdown Voltage
10
Reverse saturation current
0.7V Switch-on
5
0
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
Applied voltage
Reverse Bias
-5
-10
11
4
I
burnout
breakdown
voltage
VB
ICO
V
Vk
knee voltage
burnout
daerah reverse
daerah forward
Tegangan Breakdown
Dengan tegangan bias maju yang kecil, dioda sudah menjadi
konduktor. Artinya dengan tegangan beberapa volt diatas nol baru
bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding
deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan
Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.6 volt. Dan 0.2 volt
batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium.
Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus,
namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan
ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat
menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.
Tegangan Kaki (Knee Voltage)
Adalah Tegangan pada saat arus mulai
naik secara cepat pada saat dioda berada
pada daerah maju, tegangan ini sama
dengan tegangan penghalang.
Apabila tegangan dioda lebih besar dari
tegangan
kaki
maka
dioda
akan
menghantar
dengan
mudah
dan
sebaliknya bila tegangan dioda lebih kecil
maka dioda tidak menghantar dengan baik
Dioda Ideal
Secara sederhana, dioda akan menghantar
dengan baik pada arah maju dan kurang
baik pada arah balik, Secara ideal, dioda
akan
berperilaku
seperti
penghantar
sempurna artinya dioda akan memiliki
hambatan nol pada saat diberi catu maju
dan hambatan tak terhingga saat dicatu
balik
•
•
•
•
Jenis Dioda dan penggunaannya
Dioda Silikon untuk penyearah arus, pengaman
tegangan kejut. IN4001,IN4007,IN5404
Dioda Zener untuk mengatur tegangan zener 6,2
volt , zener 3,2 volt
Dioda Bridge untuk penyearah gelombang penuh
pada rangkaian catu daya. B40C800, Kiprox pada
kendaraan bermotor
LED (Light Emitting Dioda) sebagai lampu
indikator.*konsumsi arus rendah 5mA,long life
time (1,5 – 3 V)
Rangkaian dioda
Garis beban.
Dari gambar, dengan menggunakan
hukum tegangan Kirchoff (Kirchoff's
Voltage Law / KVL), diperoleh :
v =vi - iRL
dengan RL adalah tahanan beban.
Karena ada dua variabel yang belum
diketahui nilainya, yaitu v dan i,
diperlukan satu petunjuk lagi, yaitu
karakteristik dioda.
Garis Beban melewati titik i = 0. Titik
potong v adalah v =vi
Dan v = 0. Titik potong adalah
i =vi /RL
Zener
Dioda Zener : dioda yang dirancang untuk bekerja dalam
daerah tegangan zener (tegangan rusak). Digunakan untuk
menghasilkan tegangan keluaran yang stabil.
Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener,
melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah
doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata
tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai
Simbol Zener
Karakteristik dioda zener
- Iz
Tegangan maju
Vz
Vz
- Vz
0,1 Iz
Tegangan
Variasi arus operasi
mundur
Dioda zener
Iz
(a)
(b)
(a) Karakteristik I – V dioda zener
(b) Dalam keadaan operasi, dioda zener dapat dilalui arus mulai
dari 0,1 Iz sampai dengan Iz
(batas maksimum arus yang diperkenankan)
Daya maksimum yang diperbolehkan : Pz = Vz Iz
Dioda zener sebagai pemantap tegangan
VR
A
+
i
B
C
iz
Rs
Vin
iL
Vout = Vz
Beban
D
E
F
• Agar arus yang melalui dioda zener tidak melebihi harga Iz
yang diperbolehkan, maka dipasang R seri dengan dioda. Nilai
hambatan R :
VR VAB VA  VB Vin  VZ
RS 



i
i
i
i
i  i z  iL
Contoh soal
A
i
VR
+
RS
B
iL
C
iL
iZ
Vb
RL
VZ
-
D
E
F
VL
Dioda zener memiliki tegangan
rusak = 8,2 V untuk arus
mundur 75 mA < iZ <1A. Jika
diberi sumber tegangan Vb
yang dapat bervariasi + 10%
dari nilai nominal 12 V dan
beban RL sebesar 9 ohm,
hitung RS sehingga tegangan
beban mantap 8,2 V
Jawab:
iL = VL /RL = 8,2/9 = 0,911 A
Vb  VZ
VR
RS 

i
i z  iL
Jadi :
(Vb ) maks  1,1 x 12 V  13,2 V; (iZ ) maks  1 A
(Vb ) min  0,9 x12 V  10,8 V; (iZ ) min  0,75 mA
(Vb ) maks  VZ 13,2 V  8,2 V
RS 

 2,62 
(iZ ) maks  iL
1 A  0,911 A
LED
Simbol LED
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 juga merupakan dioda yang mengubah energi listrik menjadi
energi cahaya yang memiliki jangkauan panjang gelombang mulai 550 nm
(hijau) sampai 1300 nm (inframerah)
Photo Dioda
• dioda yang menyerap cahaya sehingga
meningkatkan konduktivitasnya. Makin kuat
cahaya, maka makin besar arus yang mengalir
pada dioda photo, sehingga dioda ini
digunakan sebagai detektor cahaya. Dioda foto
digunakan sebagai pencacah cepat yang
menghasilkan pulsa arus ketika cahaya diberi
gangguan.