dioda semikonduktor - · pdf filemuatan positif dan negatif ... karakteristik v-a dioda...
Post on 06-Feb-2018
268 Views
Preview:
TRANSCRIPT
DIODA SEMIKONDUKTOR
Prinsip Semikonduktor
PN Junction
Tipe-N: Menambahkan Latice Si dengan atom Gol V, menyediakan
tambahan elektron (sehingga N untuk negatif)
Tipe-P: Menambahakan Latice Si dengan atom Gol III, menyediakan
tambahan hole (sehingga P untuk positif)
Apa yang terjadi ketika tipe-P bertemu tipe-N?
PN Junction
Apa yang terjadi jika Tipe-P bertemu Tipe-N?
Hole terdifusi dari tipe-P ke tipe-N, elektron
terdifusi dari tipe-N ke tipe-P, menghasilkan arus
difusi
Sekali mengalami pertukaran, maka pada saat t
akan kembali (rekombinasi) ke kondisi semula.
Rekombinasi ini menghasillkan medan listrik yang diakibatkan oleh ikatan
muatan positif dan negatif
Wilayah yang mengalami muatan disebut wilayah deplesi
V0 adalah potensial yang muncul karena medan listrik tersebut. Pada suhu kamar:
V0 is 0.5~0.8V.
Catatan: beberapa muatan pembawa dapat dihasilkan oleh energi termal.
PN Junction
Ada 2 mekanisme untuk
menghasillkan arus: Difusi: muatan pembawa
bergerak dari wilayah dengan
konsentrasi tinggi ke wilayah
dengan konsentrasi rendah
Drift: sebagian kecil muatan
pembawa diinduksi oleh medan
listrik
Saat setimbang, arus difusi (ID)
sama dengan arus drift (IS).
PN Junction: Forward Bias
Forward bias: memasang tegangan positif di Tipe-P dan tegangan
negatif di tipe-N
Meningkatkan sebagian besar muatan
pembawa di kedua sisi:
Memperpendek wilayah deplesi V0 lebih rendah arus difusi meningkat
PN Junction: Reserve Bias
Reverse bias: Tegangan negatif dipasang di Tipe-P dan tegangan positif
dipasang di Tipe-N
Meningkatkan potensial di dalam,
meningkatkan ketinggian penghalang.
Menurunkan jumlah muatan pembawa
yang mampu terdifusi
Arus difusi menurun
Arus drift tetap sama
Hampir tidak ada arus yang mengalir. IS,
yaitu arus drift mengalir dari N ke P.
Junction PN: Karakteristik V-A Dioda
Forward bias, junction PN
memiliki tegangan aktif pada
kisaran 0,5 V sampai 0,8 V
Reserve bias, juction PN tidak
memiliki arus yang mengalir
sampai batas titik balik
(breakdown). Titik balik bisa ada
pada jangkauan 1 V sampai 100 V.
Dimana:
VT =kT/q adalah tegangan termal (~25.8mV pada suhu kamar T= 300oK)
k = konstanta Boltzman = 1.38 x 10-23 J/kelvin
T = suhu absolut
q = muatan elektron = 1.602 x 10-19 coulomb
n = konstanta tergantung pada struktur, nilai antara 1 dan 2 (asumsi selalu = 1)
IS = skala arus yang ditentukan oleh ukuran dioda
Junction PN: Persamaan Arus
)1()1( TDD
nVv
snkT
qv
sD eIeIi
T
DV
v
SD eIi
Forward bias:
0 SD Ii
Reverse bias (ketika vD
Juction PN: Pengaruh Suhu vs Garis Lengkung Dioda
Suhu dinaikkan tegangan
berkurang, tetapi arus
penjenuhan bertambah.
E=1.5V
D
100 I
Perhatikan Rangkaian di bawah ini:
20
15
i D (mA)
1.0
10
0.5 1.5 vD(V)
Q
Titik operasi
Garis pengisian
ID=7(mA), VD=0.8(V)
Contoh Kasus
Parameter Dioda
VR Tegangan balik DC maksimum yang dapat melewati dioda
IR Arus maksimum ketika dioda dipasang reverse bias dengan
tegangan DC
IF Rata-rata nilai maksimum arus maju
fM Frekuensi operasi maksimum dari dioda
Beberapa Jenis Dioda
Light Emitting Diodes (LED)
Ketika elektron dan hole
bergabung, mereka
melepaskan energi.
Energi yang dilepaskan
sering menjadi panas pada
latice, tapi pada beberapa
bahan ia menjadi cahaya.
Pada LED, dibungkus
dengan gelembung plastik,
agar lebih efektif
meradiasikan cahaya ke
segala arah.
5.2 Diodes and Diode Circuits
Ch5 Diodes and Diodes Circuits
Td
TdTD
TdD
Vv
D
VvVV
S
VvV
SD
eI
eeI
eIti
/
//
/)()(
Diode Models--The Small-Signal Model
Some circuit applications bias the diode
at a DC point (VD) and superimpose a
small signal (vd(t)) on top of it. Together,
the signal is vD(t), consisting of both DC
and AC components
Graphically, can show that there is a
translation of voltage to current (id(t))
Can model the diode at this bias
point as a resistor with resistance as
the inverse of the tangent of the i-v
curve at that point
Jika vd(t) cukup kecil kita peroleh grafik
arus secara eksponensial, dan kita peroleh
pendekatan sinyal kecil (small-signal
approximation) (valid untuk vd < 10mV)
Sehingga, hambatan untuk rangkaian ini
adalah:
dD
T
dDD iI
V
vIti )1()(
D
Td
I
Vr
d
T
Dd v
V
Ii
Model Rangkaian:
Model Sinyal Kecil
Penyearah Dioda
+ +
-
vi vo vo
-
+
R D
t
t
Von
vi
vo
Jika vi > Von , D on vo vi
vi < Von D off vo = 0
Rangkaian Multi Dioda
R
+5V
V2
V1 Vo D1
D2
V1(V)
V2(V)
Vo(V)
Logic
output
0
0
0.7
0
5
0
0.7
0
0
5
0.7
0
5
5
5
1
Rangkaian Penyearah (AC ke DC)
Salah satu aplikasi dioda adalah komponen penting dalam
rangkaian penyearah. Dioda digunakan untuk mengubah
sinyal AC menjadi DC.
Penyearah Setengah Gelombang Sederhana
Penyearah Gelombang Penuh
Untuk menghasilkan gelombang penuh, sinyal input menggunakan transformer
(tap terpusat) untuk menghasilkan gelombang 2 puncak per periode
Rangkaian Penyearah Penyearah Jembatan
Rangkaian ini mirip seperti Wheatstone. Ia tidak membutuhkan tap terpusat
(center tap). Hanya membutuhkan 2 tambahan dioda dan tegangan yang muncul
memiliki 2 puncak per periode.
DIODA ZENER
Reverse Bias: Model Linear
z
zz
I
Vr
+
-
D2
VZ
rZ
D1
perfect
Simbol Diode Zener:
(VBR)
Aplikasi Diode Zener
1.0k +
10V
-
Umpamakan Imin= 4mA, Imax=40mA, rz=0,
Berapa input tegangan minimal dan
maksimal untuk arus ini?
Solusi:
Untuk arus zener minimum, tegangan pada
hambatan 1 K adalah
VR = IminR = 4(V)
Karena VR = Vin - Vz Vin = VR + Vz=14(V)
Untuk arus zener minimum, tegangan pada
hambatan 1 K adalah
VR = ImaxR = 40(V)
Karenanya, Vin = VR + Vz = 50(V)
km
R
mIdan
mk
I
kmA
VRIV
R
R
BRzDD
L
6646.3)A(61.1
1.612
)A(61.1
)A(61.010
1.6
)V(1.661.01
Kasus Lain
Jika pada rangkaian di bawah ini, arus ID ditentukan sebesar -1 mA, berapa
nilai R?
iV oVSi
VL=20V
Kasus Lain
Pada rangkaian diberikan sumber tegangan Vi dan grafik sumber tegangan seperti
pada gambar di bawah ini.
t
60V
-60V
Vi(t)
iV oV
0.7V
20V
Tentukan Vo!
Saat Vi > 0, rangkaian ekuivalen:
Vo=20V iV oV
0.7V
20V
Saat Vi < 0, rangkaian ekuivalen:
Vo=0V
Dioda Zener dapat digunakan
sebagai regulator tegangan.
Karenanya:
t
60V
-60V
Vi(t)
20V
Vo
SEKIAN
top related