DIODA SEMIKONDUKTOR

A.  Pengertian Dioda

Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.

Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis vacuum tube yang memiliki dua buah elektroda (terminal). Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis vacuum tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.

Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. 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.

      Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.

Gbr. 1 Simbol Dioda

Gbr. 2 Kontruksi Dioda

Gbr. 3 Fisik Dioda

B.  Fungsi Dioda

                Fungsi Dioda Semikonduktor Sebagai Pemotong (clipper). Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian pemotong adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.

Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban.

C. Prinsip Kerja 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 semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).

Untuk dapat memahami bagaimana cara kerja dioda kita dapat meninjau 3 situasi sebagai berikut ini yaitu :

1)  Dioda Diberi Tegangan Nol

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.

2)  Dioda Diberi Tegangan Negatif (Reverse Bias)

 Dioda Diberi Tegangan Negatif

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

3)  Dioda Diberi Tegangan Positif (Forward Bias)

Dioda Diberi Tegangan Positif

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.

D. Macam – Macan Dioda Semikonduktor

a.    Dioda Zener

Dioda zener adalah diode silikon, yang mana didesain khusus untuk menghasilkan karakteristik “breakdown” mundur,. Dioda zener sering digunakan sebagai referensi tegangan.

b.    Dioda Schottky .

Dioda schottky mempunyai karakteristik “fast recovery”, (waktu mengembalikan yang cepat, antara konduksi ke non konduksi). Oleh karena karakteristiknya ini, maka banyak diaplikasikan pada rangkaian daya modus “saklar”. Dioda ini berfungsi untuk membangkitkan drop tegangan maju kira-kira setengahnya diode silikon konvensional, dan waktu kembali balik sangat cepat.

c.    Optoelektronika

Optoelektronika adalah alat yang mempunyai teknologi penggabungan antara optika dan elektronika. Contoh alat optoelektronika antara lain : LED (Light Emitting Dioda), foto dioda, foto optokopler, dan sebagainya.

d.    L E D

LED adalah sejenis dioda, yang akan memancarkan cahaya apabila mendapat arus maju sekitar 5 􀁡 30 mA. Pada umumnya LED terbuat dari bahan gallium pospat dan arsenit pospit. Didalam aplikasinya, LED sering digunakan sebagai alat indikasi status/kondisi tertentu, tampilan “Seven-segment, dan sebagainya.

e.     Fotodioda

Foto dioda adalah jenis foto detektor, yaitu suatu alat optoelektronika yang dapat mengubah cahaya yang datang menjadi besaran listrik. Prinsip kerjanya apabila sejumlah cahaya mengena pada persambungan, maka dapat mengendalikan arus balik di dalam dioda. Di dalam aplikasinya, foto diode sering digunakan untuk elemen sensor/detektor cahaya.

f.      Fototransistor

Fototransistor adalah komponen semikonduktor optoelektronika yang sejenis dengan fotodioda. Perbedaannya adalah terletak pada penguatan arus dc. Jadi, pada fototransistor akan menghasilkan arus dc kali lebih besar dari pada fotodioda.

g.    Optokopler

Optokopler disebut juga optoisolator adalah alat optoelektronika yang mempunyai teknologi penggabungan dua komponen semikonduktor di dalam satu kemasan. Prinsip kerja optokopler adalah apabila cahaya dari LED mengena foto dioda atau foto transistor, maka akan menyebabkan timbulnya arus balik pada sisi fotodioda atau foto transistor tersebut. Arus balik inilah yang menentukan besarnya tegangan keluaran. Jadi apabila tegangan masukan berubah, maka cahaya LED berubah, dan tegangan keluaran juga berubah. Didalam aplikasinya, optokopler sering digunakan sebagai alat penyekat diantara dua-rangkaian untuk keperluan pemakaian tegangan tinggi.

h.     LDR

LDR (Light Dependent Resistor) adalah komponenelektronik seringdigunakansebagai transduser/elemen sensor cahaya. Prinsip kerja LDR apabila cahaya yang datang mengena jendela LDR berubah, maka nilai resistansinya akan berubah pula. LDR disebut juga sel fotokonduktip.

i.      S C R

SCR (Silicon Controlled Rectifier) disebut juga “thyristor”,adalah komponen elektronika tigaterminalyang keluarannya dapatdikontrol berdasarkan waktupenyulutnya. Di dalamaplikasinya, SCR seringdigunakan sebagai alat“Switching” dan pengontrol daya AC.

j.      TRIAC

Triac adalah pengembangan dari SCR, yang mana mempunyai karakteristik dua arah (bidirectional). Triac dapat disulut oleh kedua tegangan positip dan negatip. Aplikasinya, triac sering diguna- kan sebagai pengontrol gelombang penuh.

k.    DIAC

Diac adalah saklar semikonduktor dua-terminal yang sering digunakan berpasangan dengan TRIAC sebagai alat penyulut (trigger).

l.   Dioda Bandangan

Secara listrik mirip dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi, menyebabkan arus besar mengalir, mengingatkan pada terjadinya bandangan. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.

E. Karakteristik Dioda Semikonduktor

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).

Dioda terbagi atas beberapa jenis antara lain :

   Dioda germanium

   Dioda silikon

   Dioda selenium

   Dioda zener

   Dioda cahaya (LED)

Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.

Karakteristik dioda ( karakteristik V-I )

Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.