transistor dan dioda

37
BAB I TRANSISTOR A. Latar Belakang Pembahasan Transistor Walter H. Brattain dan John Bardeen pada akhir Desember 1947 di Bell Telephone Laboratories berhasil menciptakan suatu komponen yang mempunyai sifat menguatkan yaitu yang disebut dengan Transistor. Keuntungan komponen transistor ini dibanding dengan pendahulunya, yakni tabung hampa, adalah ukuran fisiknya yang sangat kecil dan ringan. Bahkan dengan teknologi sekarang ini ratusan ribu transistor dapat dibuat dalam satu keping silikon. Disamping itu komponen semikonduktor ini membutuhkan sumber daya yang kecil serta serta efesiensi yang tinggi. B. Tujuan Pembahasan Transistor Mahasiswa-mahasiswi jurusan Teknik Informatika untuk meningkatkan pengetahuan mengenai elektronikas semikonduktor dan pengetahuan lebih mendalam tentang kerja transistor, dijabarkan persamaan statik dasar transistror bipolar. Berbagai modus kerja transistor kemudian dipaparkan lebih sederhana. 1

Upload: fredi-ex

Post on 24-Jun-2015

1.226 views

Category:

Documents


10 download

TRANSCRIPT

Page 1: Transistor Dan Dioda

BAB I

TRANSISTOR

A. Latar Belakang Pembahasan Transistor

Walter H. Brattain dan John Bardeen pada akhir Desember 1947 di Bell

Telephone Laboratories berhasil menciptakan suatu komponen yang mempunyai

sifat menguatkan yaitu yang disebut dengan Transistor. Keuntungan komponen

transistor ini dibanding dengan pendahulunya, yakni tabung hampa, adalah ukuran

fisiknya yang sangat kecil dan ringan. Bahkan dengan teknologi sekarang ini

ratusan ribu transistor dapat dibuat dalam satu keping silikon. Disamping itu

komponen semikonduktor ini membutuhkan sumber daya yang kecil serta serta

efesiensi yang tinggi.

B. Tujuan Pembahasan Transistor

Mahasiswa-mahasiswi jurusan Teknik Informatika untuk meningkatkan

pengetahuan mengenai elektronikas semikonduktor dan pengetahuan lebih

mendalam tentang kerja transistor, dijabarkan persamaan statik dasar transistror

bipolar. Berbagai modus kerja transistor kemudian dipaparkan lebih sederhana.

Bentuk fisik Transistor

1

Page 2: Transistor Dan Dioda

C. Konstruksi Transistor Bipolar

Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan

type p dan diapit oleh dua bahan tipe n (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah

bahan tipe n dan diapit oleh dua bahan tipe p (transistor PNP). Sehingga transistor

mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing-masing bahan tersebut.

Struktur dan simbol transistor bipolar dapar dilihat pada gambar. Disamping itu

yang perlu diperhatikan adalah bahwa ukuran basis sangatlah tipis dibanding

emitor dan kolektor. Perbandingan lebar basis ini dengan lebar emitor dan

kolektor kurang lebih adalah 1 : 150. Sehingga ukuran basis yang sangat sempit

ini nanti akan mempengaruhi kerja transistor. Simbol transitor bipolar ditunjukkan

pada gambar 3.1. Pada kaki emitor terdapat tanda panah yang nanti bisa diketahui

bahwa itu merupakan arah arus konvensional. Pada transistor npn tanda panahnya

menuju keluar sedangkan pada transistor pnp tanda panahnya menuju kedalam.

gambar 3.1 Simbol transitor bipolar ditunjukkan pada

Ketiga terminal transistor tersebut dikenal dengan Emitor (E), Basis (B) dan

Kolektor (C). Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping

sangat tinggi. Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang.

Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah. Perlu

diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil

2

Page 3: Transistor Dan Dioda

konduktivitasnya. Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya (elektron untuk

bahan n; dan hole untuk bahan p) adalah sedikit.

Fungsi Transistor :

1. Penguat Tegangan

2. Penguat Arus

3. Penguat Daya

4. Saklar

5. Sensor Suhu

6. Regulator tegangan

7. Osilator / Pembangkit sinyal

8. Modulator Sinyal

D. Aliran Arus Listrik pada Transistor PNP dan NPN

Pada transistor baik untuk tipe NPN atau PNP anak panah selalu ditempat

emitor artinya anak panah menunjuk arus listrik konvensional dimana arahnya

berlawanan denga arah arus electron

Transistor PNP: Arus listrik yang besar akan mengalir dari emitter ke collector.

Apabila ada arus kecil yang mengalir dari emitter ke base.

Transistor NPN: Arus listrik yang besar akan mengalir dari collector ke emitter,

apabila ada arus kecil yang mengalir dari base ke emitter. Dalam

3

Page 4: Transistor Dan Dioda

hal ini transistor mirip dengan amplifier, yang mengontrol

jumlah arus dari collector ke emitter oleh arus yang mengalir

dari base. Transistor juga mirip dengan fungsi sakelar.

Transistor akan bekerja pada posisi ON, yaitu arus akan

mengalir dari collector ke emitter apabila arus kecil mengalir

dari base. Sedangkan transistor akan berada pada posisi OFF,

apabila tidak ada arus yang mengalir dari base.

E. Prinsip Kerja dari Transistor

a. Cara kerja Transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar

transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect

transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar

dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas

pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT,

arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan

depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi

dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu

jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET).

Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit

dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor

bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan

ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan

tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi

4

Page 5: Transistor Dan Dioda

tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang

lebih lanjut.

Apabila pada terminal transistor tidak diberi tegangan bias dari luar, maka

semua arus akan nol atau tidak ada arus yang mengalir. Sebagai mana terjadi pada

persambungan dioda, maka pada persambungan emiter dan basis (JE) serta pada

persambungan basis dan kolektor (JC) terdapat daerah pengosongan. Tegangan

penghalang (barrier potensial) pada masing-masing persambungan dapat dilihat

pada gambar

Gambar 3.2 Penjelasan kerja berikut ini didasarkan pada transistor jenis PNP

(bila NPN maka semua polaritasnya adalah sebaliknya).

Pada diagram potensial terlihat bahwa terdapat perbedaan potensial antara

kaki emitor dan basis sebesar Vo, juga antara kaki basis dan kolektor. Oleh karena

potensial ini berlawanan dengan muatan pembawa pada masing-masing bahan tipe

P dan N, maka arus rekombinasi hole-elektron tidak akan mengalir. Sehingga

pada saat transistor tidak diberi tegangan bias, maka arus tidak akan mengalir.

Selanjutnya apabila antara terminal emitor dan basis diberi tegangan bias maju

(emitor positip dan basis negatip) serta antara terminal basis dan kolektor diberi

bias mundur (basis positip dan kolektor negatip), maka transistor disebut

mendapat bias aktif (lihat gambar).

5

Page 6: Transistor Dan Dioda

Gambar3.3 Transistor dengan tegangan bias aktif

Setelah transistor diberi tegangan bias aktif, maka daerah pengosongan

pada persambungan emitor-basis menjadi semakin sempit karena mendapatkan

bias maju. Sedangkan daerah pengosongan pada persambungan basis-kolektor

menjadi semakin melebar karena mendapat bias mundur.

Pemberian tegangan bias seperti ini menjadikan kerja transistor berbeda

sama sekali bila dibanding dengan dua dioda yang disusun berbalikan, meskipun

sebenarnya struktur transistor adalah mirip seperti dua dioda yang disusun

berbalikan,

yakni dioda emitor-basis (P-N) dan dioda basis-kolektor (N-P).

Bila mengikuti prinsip kerja dua dioda yang berbalikan, maka dioda

emitorbasis yang mendapat bias maju akan mengalirkan arus dari emitor ke basis

dengan cukup besar. Sedangkan dioda basis-kolektor yang mendapat bias mundur

praktis tidak mengalirkan arus. Dengan demikian terminal emitor dan basis akan

mengalir arus yang besar dan terminal kolektor tidak mengalirkan arus.

Namun yang terjadi pada transistor tidaklah demikian. Hal ini disebabkan karena

dua hal, yaitu: ukuran fisik basis yang sangat sempit (kecil) dan tingkat doping

basis yang sangat rendah. Oleh karena itu konduktivitas basis sangat rendah atau

dengan kata lain jumlah pembawa mayoritasnya (dalam hal ini adalah elektron)

sangatlah sedikit dibanding dengan pembawa mayoritas emitor (dalam hal ini

adalah hole). Sehingga jumlah hole yang berdifusi ke basis sangat sedikit dan

sebagian besar tertarik ke kolektor dimana pada kaki kolektor ini terdapat

tegangan negatip yang relatif besar.

6

Page 7: Transistor Dan Dioda

Gambar 3.4 Diagram potensial pada transistor dengan bias aktif

Tegangan bias maju yang diberikan pada dioda emitor-basis (VEB) akan

mengurangi potensial penghalang Vo, sehingga pembawa muatan mayoritas pada

emitor akan mudah untuk berekombinasi ke basis. Namun karena konduktivitas

basis yang rendah dan tipisnya basis, maka sebagian besar pembawa muatan akan

tertarik ke kolektor. Disamping itu juga dikuatkan oleh adanya beda potensial

pada basiskolektor yang semakin tinggi sebagai akibat penerapan bias mundur

VCB.

Dengan demikian arus dari emitor (IE) sebagian kecil dilewatkan ke basis

(IB) dan sebagian besar lainnya diteruskan kolektor (IC). Sesuai dengan hukum

Kirchhoff maka diperoleh persamaan yang sangat penting yaitu:

IE = IC + IB

Karena besarnya arus IC kira-kira 0,90 sampai 0,998 dari arus IE, maka

dalam praktek umumnya dibuat IE ≅ IC. Disamping ketiga macam arus tersebut

yang pada dasarnya adalah disebabkan karena aliran pembawa mayoritas, di

dalam transistor sebenarnya masih terdapat aliran arus lagi yang relatif sangat

kecil yakni yang disebabkan oleh pembawa minor-itas. Arus ini sering disebut

dengan arus bocor atau ICBO (arus kolektor-basis dengan emitor terbuka).

Namun dalam berbagai analisa praktis arus ini sering diabaikan. Seperti

halnya pada dioda, bahwa dalam persambungan PN yang diberi bias mundur

mengalir arus bocor Is karena pembawa minoritas. Demikian juga dalam

trannsistor dimana persambungan kolektor-basis yang diberi bias mundur VCB

7

Page 8: Transistor Dan Dioda

akan mengalir arus bocor (ICBO). Arus bocor ini sangat peka terhadap temperatur,

yakni akan naik dua kali untuk setiap kenaikan temperatur 10 OC.

Diagram aliran arus IE, IB, IC dan ICBO dalam transistor dapat dilihat

pada gambar 3.5. Dari gambar tersebut terlihat bahwa arus kolektor merupakan

penjumlahan dari arus pembawa mayoritas dan arus pembawa minoritas, yaitu IC

= ICmayoritas+ ICBOminoritas.

Gambar 3.5. Diagram aliran arus dalam transistor

b. Azaz Kerja Transistor

1. Akan mengalir arus pada terminal kolektor dan emiter (Ic) apabila ada arus

yang mengalir pada terminal basis emiter (IB). dalam keadaan ini transmiter

“on”

2. Perbandingan antara Ic dan IB disebut sebagai “Bandingan hantaran maju”

(Forward current ratio) disebut HFE

HFE disebut juga sebagai ‘penguatan’ transistor atau “ ” atau .

Untuk Ic dan IB searah ditulis HFE

Untuk Ic dan IB searah ditulis Hfe

3. Pada transistor daya: hFE = + 25 kali

4. Untuk penguatan frekwensi tinggi hFE = 100 kali

Parameter Transistor

1. Parameter transistor tidaklah sama meskipun dalam dalam tipe yang sama

sekalipun

8

Page 9: Transistor Dan Dioda

2. Tapi dalam prakteknya, parameter dianggap sama (konstan)

3. Konduktansi (daya hantar) ma/V ( miliampere per volt)

Dimana ie : Arus sinyal ac antar kolektor – emiter

Vbe : tegangan sinyal ac antara basis – emiter

4. Dalam rangkaian penguat untuk sinyal kecil, berlaku penguatan tegangan

sebagai berikut;

A = Gm x RL

Dimana RL = Rc // RBb

Parameter lainnya

1. Impedansi masukan (impedansi input)

dimana Vb = tegangan sinyal yang masuk ke basis

ib = arus sinyal pada basis

2. Impedansi keluaran (impedansi output)

a. tanpa isyarat (sinyal) di basis

Ve = tegangan sinyal di kolektor

ic = arus sinyal di kolektor

b. Dengan adanya sinyal di basis

Ic = arus kolektor

F. Transistor Sebagai Penguat Arus

sebagai penguat:

• Transistor bekerja pada mode aktif.

• Transistor berperan sebagai sebuah sumber arus yang dikendalikan oleh

tegangan (VCCS).

9

Page 10: Transistor Dan Dioda

• Perubahan pada tegangan base-emitter,vBE, akan menyebabkan perubahan

pada arus collector, iC.

• Transistor dipakai untuk membuat sebuah penguatan transkonduktansi.

• Penguatan tegangan dapat diperoleh dengan melalukan arus collector ke

sebuah resistansi, RC.

• Agar penguat menjadi penguat linier, transistor harus diberi bias, dan sinyal

akan ditumpangkan pada tegangan bias dan sinyal yang akan diperkuat harus

dijaga tetap kecil

Dengan arus IB yang kecil dapat menghasilkan arus kolektor IC yang besar.

Jika arus basis IB kita anggap sebagai input dan arus kolektor IC sebagai output,

maka transistor dapat kita anggap sebagai penguat arus atau sering kita sebut

penguat arus (current amplimeter) Hfe.

Karena arus IC lebih besar dari arus keluaran IB jadi penguatan arus / Hfe dapat

didefenisikan sebagai perbandingan antara arus keluaran IC dan arus masukan IB

Rumus = karena

Kegunaan lain transistor

1. Saklar elektronik

Gambar transistor ini dapat dianalisa sebagai saklar berikut;

dari gambar analogi saklar tersebut, bila basis diberi sinyal maka saklar akan

terdorong sehingga akan menutup, dengan demikian arus akanmengalir dar C ke E

bila dalam rangkaian digambarkan sebagai berikut;

10

Page 11: Transistor Dan Dioda

Keterangan VR= resistor variable

= Lampu pijar

tegangan positif akan masuk ke transistor yaotu ke kolektor melalui R1 dan ke

basis melalui R2 dan VR (resistor variable) R3 berfungsi sebagai umpan negatif

agar arus mesuk ke basis. Bila VBE telah tercapai, maka transistor akan di ‘on”

sebagai saklar, sehingga arus akan mengalir dari kolektor ke emiter dan lampu

akan menyala.

2. Penguat Sinyal

Penguatan sinyal pada transistor “bila kaki kolektor dan

emiter diberi tegangan dan basis diberi sinyal input maka

transistro akan ‘on’ sehingga arus mengalir dari C ke E. sinyal

basis akan diperkuat oleh arus tersebut yang dapat dideteksi

melalui output pada C dan E.

ICB0 : arus bocor pada transistor yang mengalir dari kolektro

kemudian ke basis, lalu ke netral.

Basis : Kaki transistor untuk memasukkan input sinyal yang akan

diperkuat

Keadaan jenuh : Suatu keadaan dimana apabila sinyal input diperbesar maka

sinyal output tidak akan naik lagi.

G. Karakteristik Transfer Transistor

Transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan

oleh simbol sirkuit pada gambar. Setelah bahan semikonduktor diolah,

terbentuklah bahan semikonduktor jenis p dan n

11

Page 12: Transistor Dan Dioda

Walapun proses pembuatannya sangat banyak, pada dasarnya transistor

merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu PNP dan NPN.

Prinsip kerja kedua tipe ini sama, perbedaan hanyalah keberadaannya dalam

kondisi pancaran DC

Gambar sirkuit untuk simbol transistor (a) PNP, (b) NPN

Gambar dibawah memperlihatkan karakteristik keluaran yang

menghubungkan arus IC dengan tegangan Vce untuk harga arus IB tertentu. Kurva

ini menyajikan hubungan antar arus masukan disatu sisi dan arus serta tegangan

keluaran di sisi lain. Parameter yang sangat penting bagi transistor adalah penguat

arus DC yang dikenal sebagai oenguat arus statis hfe. Ini adalah penguatan

transistor pada keadaan stasioner, yaitu tanpa sinyal masukan, tidak mempunyai

satuan (karena suatu perbandingan.

Transistor NPN kolektor dan emiter merupakan bahan semikonduktor

jenis p. transistor bekerja dalam satu arah, yaitu dari kolektor menuju emitter,

karena kedua terminal tersebut terbuat dari bahan yang sama. Pada dasarnya

transistor dapat dianggap sebagai suatu piranti yang beroperasi karena adanya

arus. Kalau alat mengalir kedalam basis dan melewati sambungan basis emitter,

suatu suplay positif pada kolektor akan menyebabkan arus mengalir antara

kolektor dan emitter. Dua hal yang harus diperhatikan pada arus kolektor ini

adalah: a. untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai pada tingkat arus

kebocoran, yaitu kurang dari 1 mikro ampere dalam kondisi normal (untuk

transistor dengan bahan dasar silikon). B. untuk arus basis tertentu, arus kolektor

yang mengalir akan jauh lebih besar daripada arus basis itu. Arus kolektor

tersebut dicapai dengan Ic = hfe x Ib. 3. Transistor sebagai saklar cara termudah

untuk menggunakan sebuah transistor adalah sebuah saklar, artinya bahwa kita

12

Page 13: Transistor Dan Dioda

mengoperasikan transistor pada salah satu saturasi atau titik sumbat, tetapi tidak di

tempat-tempat sepanjang garis beban. Jika sebuah transistor berada dalam

keadaan saturasi, transistor tersebut seperti sebuah saklar yang tertutup dari

kolektor ke emiter. Jika transistor tersumbat (cutoff), transistor seperti sebuah

saklar yang terbuka.

H. Penguat dalam Keadaan Diam

Ketika pada rangkaian penguat belum diberi sinyal masukan AC, maka

rangkaian penguat disebut berada dalam keadaan diam. Supaya bekerja maka

transistor harus dipanjar dengan tegangan DC.

Cara transistor dalam keadaan diam adalah

1. Matikan sinyal generator untuk sementara.

2. Hidupkan catu dayadaya, minimumkan bias kontrol (p tensiometer 10 k). Baca

harga, VCE dan IC Petakan sebagai titik pada kertas graf karakteristik transistor.

Titik tersebut adalah salah satu titik garis beban.

3. Atur potensiometer 10 k sehingga arus basis sebesar 10 A. Catat harga VCE

dan Ic Harga — harga ini adalah harga titik kerja.

4. Petakan karakteristik Ic/VCE transistor.

5. Variasikan arus basis menjadi 5 A dan 15 A Untuk masing-masing harga

arus basis petakan nilai yang diperoleh. Semua titik-titik ini harus terletak

pada garis lurus (garis beban)

6. Atur arus basis menjadi 10 A kembali. Hidupkan sinyal generator dan atur

untuk menghasilkan sinyal 1 Vp-p pada 1 kHz. Gunakan osiloskop untuk

mengamati bentuk gclombang input dari sinyal generator dan bentuk

gelombang output pada kolektor transistor gambarkan kedua bentuk

gelombang tersebut.

13

Page 14: Transistor Dan Dioda

7. Atur potcnsiometer ke posisi minimum dan gambarkan bentuk gelombang

output.

8. Kemudian atur ke posisi maksimum dan catat pula bentuk gelombang output.

BAB II

DIODA

14

Page 15: Transistor Dan Dioda

A. TEORI DASAR

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.

Gambar 3.1 Struktur Dioda

Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar di atas. Pada

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

1. Dioda Diberi Tegangan Nol

15

Page 16: Transistor Dan Dioda

Gambar 3.2. 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.

1. Dioda Diberi Tegangan Negative

Gambar 3.3 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

16

Page 17: Transistor Dan Dioda

elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong

kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir.

3. Dioda Diberi Tegangan Positive

Gambar 3.4 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.

B. FUNGI DIODA

17

Page 18: Transistor Dan 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.

Fungsi lain dari diode diantaranya:

a. Sebagai penyearah contoh pada diode bridge.

b. sebagai penstabil tegangan (voltage regulator.) yaitu pada diode zener.

c. sebagai pengaman/sekering.

d. sebagai rangkain clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal yang

ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.

e. sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen DC kepada

suatu sinyal AC.

f. sebagai pengganda tegangan.

g. sebagai indicator yaitu LED (light emiting diode).

h. sebagai sensor cahaya, yaitu diode photo.

i. sebagai rangkaian VCO (Voltage controlled oscillator), yaitu diode varactor.

C. 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). Di bawah ini merupakan gambar yang

melambangkan dioda penyearah.

18

Page 19: Transistor Dan Dioda

P N

Anoda Katoda

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)

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.

Simbol dan struktur dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi

kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat

19

Page 20: Transistor Dan Dioda

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.

Dioda dengan bias maju

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.

Dioda dengan bias negatif

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.

20

Page 21: Transistor Dan Dioda

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.

grafik arus dioda

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.

D. JENIS-JENIS DIODA

a.Zener

Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan

komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada

perbedaan struktur 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. Jika pada dioda biasanya

baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada

angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz

sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya.

21

Page 22: Transistor Dan Dioda

Simbol Zener

Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju

maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias).

b. Dioda cahaya LED

LED adalah singkatan dari Light Emitting 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 dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan

cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang

dipakai adalah gallium, arsenic dan phosphorus. Jenis doping yang berbeda

menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Simbol LED

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang ada adalah warna merah,

kuning dan hijau. LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna

bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam

memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum

dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-

macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.

LED terbuat dari berbagai material setengah penghantar campuran seperti

misalnya gallium arsenida fosfida (GaAsP), gallium fosfida (GaP), dan gallium

aluminium arsenida (GaAsP). Karakteristiknya yaitu kalau diberi panjaran maju,

pertemuannya mengeluarkan cahaya dan warna cahaya bergantung pada jenis dan

kadar material pertemuan. Ketandasan cahaya berbanding lurus dengan arus maju

yang mengalirinya. Dalam kondisi menghantar, tegangan maju pada LED merah

adalah 1,6 sampai 2,2 volt, LED kuning 2,4 volt, LED hijau 2,7 volt. Sedangkan

22

Page 23: Transistor Dan Dioda

tegangan terbaik maksimum yang dibolehkan pada LED merah adalah 3 volt,

LED kuning 5 volt, LED hijau 5 volt.

LED mengkonsumsi arus sangat kecil, awet dan kecil bentuknya (tidak

makan tempat), selain itu terdapat keistimewaan tersendiri dari LED itu sendiri

yaitu dapat memancarkan cahaya serta tidak memancarkan sinar infra merah

(terkecuali yang memang sengaja dibuat seperti itu).

Cara pengoperasian LED yaitu :

Selalu diperlukan perlawanan deretan R bagi LED guna membatasi kuat

arus dan dalam arus bolak balik harus ditambahkan dioda penyearah.

c. photodioda

Photodioda adalah dioda yang bekerja berdasarkan intensitas cahaya, dimana jika

photodioda terkena cahaya maka photodioda bekerja seperti dioda pada

umumnya, tetapi jika tidak mendapat cahaya maka photodioda akan berperan

seperti resistor dengan nilai tahanan yang besar sehingga arus listrik tidak dapat

mengalir.

Simbol dan bentuk photodioda hampir sama dengan LED, tetapi pada

simbol photodioda arah dua panahnya menghadap ke dalam. Photodioda banyak

digunakan sebagai sensor cahaya dalam dunia elektronika, karena sifatnya yang

peka terhadap cahaya.

d. Dioda standar

Dioda jenis ini ada dua macam yaitu silikon dan germanium. Dioda silikon

23

Page 24: Transistor Dan Dioda

mempunyai tegangan maju 0.6V sedangkan dioda germanium 0.3V. Dioda jenis

ini mempunyai beberapa batasan tertentu tergantung spesifikasi. Batasan batasan

itu seperti batasan tegangan reverse, frekuensi, arus, dan suhu. Tegangan maju

dari dioda akan turun 0.025V setiap kenaikan 1 derajat dari suhu normal.

Sesuai karakteristiknya dioda ini bisa dipakai untuk fungsi-fungsi sebagai berikut:

Penyearah sinyal AC

Pemotong level

Sensor suhu

Penurun tegangan

Pengaman polaritas terbalik pada dc input

Contoh dioda jenis ini adalah 1N400x (1A), 1N5392 (1.5A), dan 1N4148

(500mA).

e. Dioda varactor

Kelebihan dari dioda ini adalah mampu menghasilkan nilai kapasitansi

tertentu sesuai dengan besar tegangan yang diberikan kepadanya. Dengan dioda

ini maka sistem penalaan digital pada sistem transmisi frekuensi tinggi mengalami

kemajuan pesat, seperti pada radio dan televisi. Contoh sistem penalaan dengan

dioda ini adalah dengan sistem PLL (Phase lock loop), yaitu mengoreksi oscilator

dengan membaca penyimpangan frekuensinya untuk kemudian diolah menjadi

tegangan koreksi untuk oscilator. Dioda varactor dibias reverse.

Simbol- simbol

Dioda

24

Page 25: Transistor Dan Dioda

E. APLIKASI

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier)

power suplai atau konverter AC ke DC. Di pasar banyak ditemukan dioda seperti

1N4001, 1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus

maksimum dan juga tegangan breakdown-nya. Zener banyak digunakan untuk

aplikasi regulator tegangan (voltage regulator).

Zener yang ada dipasaran tentu saja banyak jenisnya tergantung dari

tegangan breakdown-nya. Di dalam datasheet biasanya spesifikasi ini disebut Vz

(zener voltage) lengkap dengan toleransinya, dan juga kemampuan dissipasi daya.

LED array

LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa

memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain.

LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga

LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan

untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.

DAFTAR PUSTAKA

25

Page 26: Transistor Dan Dioda

– Bunch and Hellemans, The Timetables of Technology, Simon and

Schuster, 1993

– Malvino, Albert Paul. 1984. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta; Erlangga

– Millman, Jacob & Cristos C. Jalkias. 1986. Elektronika Terpadu. Jakarta;

Erlangga

– Halliday, David. 1995. Fisika. Erlangga : Jakarta.

– Sutanto. 1994. Rangkaian Elektronika (Analog). Fak.Teknik UI : Jakarta.

– Sutrisno.1986. Elektronika Teori dasar dan penerapannya. ITB : Bandung

– Http:\\.id.wikipedia.org/wiki/transistor” kategori transistor

– Http:\\.id.wikipedia.org/wiki/dioda” kategori dioada

26