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