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 yaituhanya dapat mengalirkan arus satu arahsaja. Struktur dioda tidak lain adalahsambungan semikonduktor P dan N. Satusisi adalah semikonduktor dengan tipe Pdan satu sisinya yang lain adalah tipe N.Dengan struktur demikian arus hanya akandapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

SIMBOL DAN STRUKTUR DIODA

Menurut bahan semikonduktorada 2 jenis dioda1. Dioda Silikon2. Dioda Germanium

Gambar ilustrasi di atas menunjukkansambungan PN dengan sedikit porsi kecil yangdisebut lapisan deplesi (depletion layer), dimanaterdapat 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 terbalikmaksimum yang direkomendasikan oleh pabrik jangansampai terlampaui

• Dioda tidak boleh dihubungkan langsung diantaraterminal – terminal sumber arus karena arus hubungsingkat akan mengalir dan merusak dioda

Perlakuan Dioda

dioda dengan bias maju dioda dengan bias negatif

Bias Maju

Bias positif, dengan arti kata memberitegangan potensial sisi P lebih besar darisisi N, maka elektron dari sisi N denganserta merta akan tergerak untuk mengisihole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisihole disisi P, maka akan terbentuk holepada sisi N karena ditinggal elektron. Inidisebut aliran hole dari P menuju N, Kalaumengunakan terminologi arus listrik, makadikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P kesisi N.

Bias Mundur

Polaritas tegangan dibalik yaitu denganmemberikan bias negatif (reverse bias).Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritastegangan lebih besar dari sisi P.

Sehingga tidak akan terjadi perpindahanelektron atau aliran hole dari P ke Nmaupun sebaliknya. Karena baik hole danelektron masing-masing tertarik ke arahkutup berlawanan.

Lapisan deplesi (depletion layer) semakinbesar dan menghalangi terjadinya arus.

11

pn junction diode I-V characteristics

-10

-5

0

5

10

15

20

-6 -5 -4 -3 -2 -1 0 1 2 3 4

Applied voltageC

urre

nt

Karakteristik Dioda (I vs V)

Forward Bias

Reverse Bias

Breakdown Voltage

Reverse saturation current 0.7V Switch-on

Vk

I

VV

B

breakdown

voltage

daerah forwarddaerah reverse

ICO

burnout

burnout

knee voltage

Tegangan Breakdown

Dengan tegangan bias maju yang kecil, dioda sudah menjadikonduktor. Artinya dengan tegangan beberapa volt diatas nol barubisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dindingdeplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahanSilikon tegangan konduksi adalah diatas 0.6 volt. Dan 0.2 voltbatas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium.

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus,namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkanratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapatmenahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Tegangan Kaki (Knee Voltage)

Adalah Tegangan pada saat arus mulainaik secara cepat pada saat dioda beradapada daerah maju, tegangan ini samadengan tegangan penghalang.

Apabila tegangan dioda lebih besar daritegangan kaki maka dioda akanmenghantar dengan mudah dansebaliknya bila tegangan dioda lebih kecilmaka dioda tidak menghantar dengan baik

Dioda Ideal

Secara sederhana, dioda akan menghantardengan baik pada arah maju dan kurangbaik pada arah balik, Secara ideal, diodaakan berperilaku seperti penghantarsempurna artinya dioda akan memilikihambatan nol pada saat diberi catu majudan hambatan tak terhingga saat dicatubalik

Jenis Dioda dan penggunaannya

• Dioda Silikon untuk penyearah arus, pengamantegangan kejut. IN4001,IN4007,IN5404

• Dioda Zener untuk mengatur tegangan zener 6,2volt , zener 3,2 volt

• Dioda Bridge untuk penyearah gelombang penuhpada rangkaian catu daya. B40C800, Kiprox padakendaraan bermotor

• LED (Light Emitting Dioda) sebagai lampuindikator.*konsumsi arus rendah 5mA,long lifetime (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. Titikpotong v adalah v =vi

Dan v = 0. Titik potong adalahi =vi /RL

Zener

Dioda Zener : dioda yang dirancang untuk bekerja dalamdaerah tegangan zener (tegangan rusak). Digunakan untukmenghasilkan tegangan keluaran yang stabil.

Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener,melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlahdoping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyatategangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai

Simbol Zener

Karakteristik dioda zener

(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

- Iz

- Vz0,1 Iz

Iz

Vz

Vz

Tegangan maju

Tegangan

mundur

(a) (b)

Variasi arus operasi

Dioda zener

Dioda zener sebagai pemantap tegangan

• Agar arus yang melalui dioda zener tidak melebihi harga Iz

yang diperbolehkan, maka dipasang R seri dengan dioda. Nilai hambatan R :

VRA

D

B C

E F

Beban

Rs

i iz iL

Vin Vout = Vz

Lz

ZinBAABRS

iii

i

VV

i

VV

i

V

i

VR

+

-

Contoh soal

A B C

D E

Jawab:

iL = VL /RL = 8,2/9 = 0,911 A

Jadi :

F

VLVZVb

VR

iL

iLi

RSiZ

+

-

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

RL

Lz

ZbRS

ii

VV

i

VR

mA 75,0)( V; 10,8V 129,0 )(

A 1)( V; 13,2V 12 1,1)(

min min

maksmaks

Zb

Zb

ixV

ixV

62,2

A 911,0A 1

V 2,8V 2,13

)(

)(

maks

maks

LZ

ZbS

ii

VVR

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yangdapat mengeluarkan emisi cahaya.

LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga samadengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjangsambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energicahaya. LED juga merupakan dioda yang mengubah energi listrik menjadienergi cahaya yang memiliki jangkauan panjang gelombang mulai 550 nm(hijau) sampai 1300 nm (inframerah)

Simbol LED

LED

Photo Dioda

• dioda yang menyerap cahaya sehinggameningkatkan konduktivitasnya. Makin kuatcahaya, maka makin besar arus yang mengalirpada dioda photo, sehingga dioda inidigunakan sebagai detektor cahaya. Dioda fotodigunakan sebagai pencacah cepat yangmenghasilkan pulsa arus ketika cahaya diberigangguan.