Tugas Mata Kuliah Praktek Elektronika Analalog 1

Disusun oleh :

Nama : Ade Putra

Nim : 061230320935

Kelas : 3EEB

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

TAHUN AJARAN 2012-2013

1

Dioda

Dioda ialah jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Dioda tabung pertama

kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada

tahun 1904. Struktur dan skema dari dioda, plate diletakkan dalam posisi mengelilingi katoda

sedangkan heater disisipkan di dalam katoda. Elektron pada katoda yang dipanaskan oleh heater akan

bergerak dari katoda menuju plate.

Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai

berikut ini yaitu :

1.Dioda diberi tegangan nol

2. Dioda diberi tegangan negative

3. Dioda diberi tegangan positive

Dioda Diberi Tegangan Nol  

Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari

katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada

posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak

mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron

melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.

Dioda Diberi Tegangan Negative

Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan

menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat

2

menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang

mengalir. 

Dioda Diberi Tegangan Positive

Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron

yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru

akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan

positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik

yang akan mengalir.

Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi

tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada

kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan

DC.

A. KARAKTERISTIK DIODA

       Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan

untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-

benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang

dicatu.

     Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian

elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam

rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah

gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper)

maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier). 

     Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti

anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus

konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N.

 

Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain :

Dioda germanium

Dioda silikon

Dioda selenium

Dioda zener

Dioda cahaya (LED)

3

      Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari

penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik. 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.

sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer),

dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak

terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-

elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi 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

menggunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Sebaliknya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias

negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Tentu jawabannya adalah 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.

Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus. Demikianlah

sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju

yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta di atas 0 volt, tetapi memang

tegangan beberapa volt di atas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding

deplesi (depletion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah di

atas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 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.

B. JENIS-JENIS DIODA

Ada berbagai jenis dioda yang dibuat sesuai dengan fungsinya tanpa meninggalkan

karakteristik serta spesifikasinya, seperti dioda penyearah(rectifier), dioda Emisi Cahaya (LED), dioda

Zenner, dioda photo (Photo-Dioda)dan Dioda Varactor.

  

1. DIODA PENYEARAH (RECTIFIER)

4

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.

 

Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya

Gambar 1. dioda penyearah

2. DIODA ZENER 

Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda

ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse  (kuadran III).

Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4 sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt.

Fenomena tegangan breakdown dioda ini menginspirasi pembuatan komponen elektronika

kerabat dioda yang bernama Zener. Tidak ada perbedaan struktur dasar dari Zener dengan dioda.

Dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan

breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada

5

tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada

Zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 2 volt, 5.6 volt dan sebagainya. Fungsi dari komponen ini

biasanya dipakai untuk pengamanan rangkaian setelah tegangan Zener.

Gambar 2. dioda zener

Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang masuk ke rangkaian lain dan beban

akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input tegangan dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus

sehingga arus akan mengalir ke rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau

lebih maka dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui dioda, bukan ke

rangkaian atau beban.

3. DIODA EMISI CAHAYA ( LIGHT EMITTING DIODE ) 

Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid State Lamp yang

merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga dikategorikan pada

keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan elektroda-elektrodanya sama seperti dioda lainnya, yaitu

anoda (+) dan Katoda (-).Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu :

- Sebagai lampu indikator,

- Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu jarak tertentu,

6

- Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,

  bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.

Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida (GaAs) atau

Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan ini

memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya infra-

merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP memancarkan

cahaya merah atau hijau.

Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED mempunyai nilai besaran terbatas dimana tegangan

majunya dibedakan atas jenis warna 

TABEL LED DAN TEGANGANYA

Gambar 3. dioda LED

Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA. Karena dapat mengeluarkan

cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup dengan menggabungkan dengan sumber tegangan dc

kecil saja atau dengan ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan elektrodanya.

7

Warna Tegangan Maju

 Merah 1.8 volt

Orange 2.0 volt

Kuning 2.1 volt

Hijau 2.2 volt

LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi sehingga menghasilkan warna

sebagai berikut:

* Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – merah dan inframerah

* Gallium Aluminium Phosphide – hijau

* Gallium Arsenide/Phosphide (GaAsP) – merah, oranye-merah, oranye, dan kuning

* Gallium Nitride (GaN) – hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru

* Gallium Phosphide (GaP) – merah, kuning, dan hijau

* Zinc Selenide (ZnSe) – biru

* Indium Gallium Nitride (InGaN) – hijau kebiruan dan biru

* Indium Gallium Aluminium Phosphide – oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau

* Silicon Carbide (SiC) – biru

* Diamond (C) – ultraviolet

* Silicon (Si) – biru (dalam pengembangan)

* Sapphire (Al2O3) – biru

LED biru dan putih

LED biru pertama kali dan bisa dikomersialkan menggunakan substrat galium nitrida. LED ini

ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir diNichia Corporation di Jepang.

LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED

merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.

4. DIODA CAHAYA ( PHOTO-DIODE)

Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja yang melewatinya.

Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk dioda cahaya dengan bahan dasar

germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat cahaya dan temperature keliling dapat menaikkan arus

bocor tersebut karena dapat mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat cahaya yang

menyinari semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan dioda cahaya diantaranya

adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch Tape), dimana pita berlubang

tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda cahaya. Jika setiap lubang pita itu melewati antara

tadi, maka cahaya yang memasuki lubang tersebut akan diterima oleh dioda cahaya dan diubah dalam

bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah dalam alat pengukur kuat cahaya (Lux-

Meter), dimana dalam keadaan gelap resistansi dioda cahaya ini tinggi sedangkan jika disinari cahaya

akan berubah rendah. Selain itu banyak juga dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem

pengaman (security) misal dalam penggunaan alarm.

8

Gambar 4. dioda foto.

5. DIODA VARACTOR

Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya mempunyai kapasitas

yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini bekerja didaerah reverse mirip dioda Zener.

Bahan dasar pembuatan dioda varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat kapasitansinya

tergantung pada tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya semakin naik,

kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat penerima radio dan televisi

di bagian pengaturan suara (Audio). 

Gambar 5. dioda varactor

6. DIODA SCHOTTKY (SCR)

            DIODA SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi

sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik

yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate(G).SCR sering disebut

9

Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif

Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

Gambar 6. dioda schottky.

Pada gambar diatas terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang

pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.

C.Aplikasi diode

Aplikasi dioda pada kendaraan banyak digunakan untuk penyearahan arus seperti pada sistem

pengisaian. Fungsi dioda adalah sebagai penyearah arus dari arus bolak-balik menjadi arus searah

agar dapat dimanfaatkan untuk mengisi baterai dan menyuplai kebutuhan arus pada kendaraan.

Fungsi lain dioda ini pada kendaraan adalah sebagai anti shock tegangan. Contoh aplikasinya

adalah pada jenis relay diberikan dioda dengan tujuan untuk mencegah terjadinyaarus balik pada

rangkaian. Arus balik listrik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh

kumparan relay. Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya dibandingkan dengan tegangan

sumber. Untuk mencegah terjadinya kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini maka pada

rangkaian relay dipasangkan rangkaian dioda.

A. Garis Beban dan Titik Operasi Dioda

Jika suatu rangkaian dioda yang seri dengan suatu hambatan pembatas (R) dan sumber

tegangan (VDD), dianalisa, maka akan didapat persamaan sebagai berikut:

10

Jika tegangan input dan hambatan pembatas diketahui, maka hanya tegangan dan arus dioda

yang tidak diketahui. Persamaan ini menyatakan hubungan yang linear antara tegangan dan arus.

Pada saat Vd sama dengan nol, maka :

Titik ini disebut dengan titik jenuh (saturation point) yang terletak pada sumbu tegak arus.

Sementara itu, jika Vd sama dengan Vin, maka :

Titik ini disebut dengan titik putus (cut off point) yang terletak pada sumbu mendatar. Jika

kedua titik ini dihubungkan, atau dengan mengukur titik-titik lain, akan didapatkan sebuah garis yang

khas, disebut garis beban (load line).

Apabila grafik garis beban dioda digambarkan pada grafik dioda, maka akan didapatkan grafik seperti

pada Gambar 1. Kedua grafik itu memiliki sebuah titik potong, yang disebut dengan titik operasi

(operating point), yang menyatakan arus dan tegangan dioda sesuai dengan tegangan input dan

tahanannya.

B. Model Dioda

Dioda dalam prakteknya, seringkali didekati dengan menggunakan pendekatan atau model.

Sudah barang tentu, model ini tetap berdasarkan kepada representasi matematika dan grafik dari

karakteristik V-I dari dioda itu sendiri. Penyederhanaan model ini, hanya ingin memberikan gambaran

global dari cara kerja dioda, namun belum merepresentasikan detil-detil penting dari dioda itu sendiri.

Terdapat beberapa model pendekatan dioda, yaitu: Model Dioda Ideal, Model Dioda Offset dan

Model Dioda Real. Model Dioda Ideal memiliki karakteristik V-I seperti pada Gambar 2 (a). Pada

model ini, suatu dioda berlaku sebagai konduktor yang sempurna (bertegangan nol) bila diberi

forward biased dan berlaku sebagai isolatif yang sempurna (berarus nol) bila diberi reverse biased.

Dalam istilah rangkaian, dioda berlaku seperti saklar (swithc), bila diberi forward biased ia bertindak

sebagai saklar tertutup (ON), dan bertindak seperti saklar terbuka (OFF) bila diberi reverse biased.

11

Model ini sangat ekstrim, sehingga untuk kondisi-kondisi tertentu, diperlukan model yang lebih baik

lagi.

Sesungguhnya, diperlukan tegangan offset sekitar 0,7 volt sebelum dioda Silikion menjadi

konduktor dengan baik. Gambar 2(b). memperlihatkan karakteristik V-I dioda, dimana tidak ada arus

mengalir sampat tegangan dioda mencapai 0,7 volt. Pada titik ini dioda mulai konduksi. Jadi, dioda

dianggap seperti sebuah switch yang disarikan dengan sebuah baterai 0.7 volt. Jika tegangan sumber

lebih besar dari 0.7 volt, switch menutup dan tegangan dioda adalah 0.7 volt. Namun, jika tegangan

sumber kurang dari 0.7 volt maka switch membuka.

Pada model ketiga ini, tahanan dalam dioda, Rf, diperhitungkan. Gambar 2(c)., menunjukkan

model dioda real ini. Sehingga, pada saat konduksi, arus menghasilkan tegangan pada Rf, dimana

semakin besar arus, semakin besar pula tegangan tersebut. Rangkain ekivalen pada model real dioda

ini, adalah seperti sebuah saklar yang diseri dengan baterai 0.7 volt dan tahanan Rf.

Untuk kebanyakan hal praktis, Model Dioda offset seringkali dipergunakan. Namun, jika

diperlukan analisa yang lebih mendalam, Model Dioda Real akan dipakai, sehigga akan didapatkan

analisa yang lebih akurat.

12