Dioda

A. Definisi Dioda

Dioda adalah sebuah kata majemuk yang berarti ‘dua elektroda’, dimana ‘di’ berarti dua, dan ‘oda’ berasal dari elektroda. Jadi, dioda adalah kristal yang menggabung separuh semikonduktor type-n dan separuh semikonduktor type-p, atau disebut pula pn junction. Sisi p (Anoda) mempunyai banyak hole (pembawa mayoritas) dan sisi n (Katoda) mempunyai banyak elektron (pembawa mayoritas). Simbol, struktur dioda dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Simbol dan Struktur Dioda

B. Panjar Tegangan Dioda
Pada saat Dioda tidak diberikan panjar tegangan (unbiased), terjadi difusi elektron ke segala arah pada setiap tepi-tepi semikonduktor. Beberapa difusi melewati junction, sehingga akan tercipta ion positif pada daerah n dan ion negatif pada daerah p. Jika ion-ion ini bertambah banyak, maka daerah di sekitar junction akan terjadi kekosongan dari elektron bebas dan hole. Daerah ini disebut dengan depletion region, atau daerah pengosongan. Pada suatu saat, depletion region akan berlaku sebagai penghalang bagi elektron untuk berdifusi lanjut melalui junction. Diperlukan tegangan tertentu agar elektron dapat menembus penghalang tersebut, yang dikenal dengan istilah tegangan offset.

Gambar 2. Struktur Pasangan Elektron-Hole Dioda (a) Kondisi Awal, (b) Kondisi setelah terjadi difusi elektron dan (c) daerah Pengosongan (Depletion Region)

Jika dioda diberi tegangan seperti tampak pada Gambar 3, dimana kutub positif baterai dihubungkan dengan bahan type-p dan kutub negatif baterai dihubungkan dengan bahan type-n, maka rangkaian ini disebut dengan forward biased atau prategangan maju. Bila tegangan ini melebihi tegangan yang diakibatkan oleh daerah pengosongan, maka forward biased dapat menghasilkan arus yang besar.
Kutub negatif dari sumber dapat mendorong elektron pada bahan type-n menuju junction. Elektron ini dapat melewati junction dan jatuh ke dalam hole. Bila ini terjadi, elektron akan dapat terus bergerak melalui hole pada bahan type-p yang ada menuju kutub positif baterai.

Gambar 3. Forward Bias dan Reversed Bias

Sebaliknya, jika sumber tegangan tersebut dibalik polaritasnya, maka rangkain yang tampak pada Gambar 3. itu disebut dengan reverse biased. Hubungan ini memaksa elektron bebas di dalam daerah n berpindah dari junction ke arah terminal positif sumber, sedangkan hole di dalam daerah p juga bergerak menjauhi junction ke arah terminal negatif. Gerakan ini akan membuat lapisan pengosongan semakin besar sehingga beda potensialnya mendekati harga sumber tegangan. Namun pada situasi ini, masih terdapat arus kecil, arus pembawa minoritas, atau disebut arus balik (reverse current), IS. Disamping itu juga terdapat arus bocor permukaan, ISL. Jika keadaan ini terus berlanjut, akan tercapai titik pendobrakan, yang disebut dengan breakdown voltage.

C. Grafik Dioda

Jika sebuah dioda dihubungkan dengan sumber tagangan Vin, dimana tegangan Vin dapat diubah-ubah besarnya, maka akan didapat tegangan (Vd) dan arus (Id) pada dioda yang berbeda-beda pula. Dengan menghubungkan titik-titik tegangan dan arus dioda, (Begitu halnya jika jika dibalik tegangan panjarnya), maka akan didapat grafik dioda seperti pada Gambar 4. Gambar ini menjelaskan karakteristik dioda, yaitu sebagai komponen non-linear. Bila diberikan forward biased dioda menjadi sangat tidak konduk sebelum tegangannya melampaui potensial barier, sehingga arusnya sangat kecil sekali. Ketika tegangannya mendekali potensial barier, pasangan elektron-hole mulai melintasi junction. Di atas 0.7 volt, biasa disebut tegangan lutut (knee voltage), Vg, atau tegangan offset, dioda menjadi sangat konduk dan mengalirkan arus yang besar. Semakin besar tegangannya, arus bertambah dengan sangat cepat pula. Hal ini menunjukkan, bahwa dioda memiliki tahanan tertentu, disebut tahanan bulk (bulk resistance).

Gambar 4. Karakteristik Dioda

D. 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. 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.

Gambar 2. Model Dioda

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.

Dioda khusus..

A. Dioda Zener

Dioda Zener adalah dioda yang bekerja pada daerah breakdown atau pada daerah kerja reverse bias. Dioda ini banyak digunakan untuk pembatas tegangan. Pada umumnya, operasi dioda pada daerah reverse biased dibatasi untuk tidak melebihi tegangan balik maksimum yang dibolehkan. Jika tegangan ini terus naik, dapat mencapai tegangan dadal (breakdown voltage) yang dapat merusakkan dioda. Namun, untuk Dioda Zener, dioda yang telah dirancang khusus, daerah dadal justru menghasilkan fenomena yang berguna. Tegangan dadal (breakdown voltage) ini memiliki harga dengan jangkauan antara beberapa volt sehingga ratusan volt.

Simbol dan grafik V-I dari Dioda Zener. Gambar 1. Simbol dan Grafik VI DiodaZenerBerdasarkan Grafik V-I, pada daerah forward biased, Dioda Zener mulai menghantar pada tegangan sekitar 0.7 volt, seperti dioda biasa. Pada daerah reverse biased Dioda Zener hanya mempuyai sedikit arus bocor. Namun, pada daerah breakdown kenaikan arus menghasilkan sedikit kenaikan tegangan. Ini berarti bahwa Dioda Zener mempunyai resistansi yang kecil. Pada daerah ini, Dioda Zener
beroperasi seperti sebuah batere (Vz) dengan tahanan dioda (Rz). Operasi Dioda Zener ini, dimodelkan seperti Gambar 2.

Gambar 2. Rangkaian Model Dioda Zener

Karena itulah, Dioda Zener disebut sebagai pengatur tegangan (voltage regulator), karena ia mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya berubah. Berikut ini digambarkan rangkaian Dioda Zener dengan sebuah sumber (Vs) dan tahanan seri (Rs),

Gambar 3. Rangkaian Dioda Zener

B. LED (Light Emitting Dioda)

Pada dioda yang di-forward biased, elektron bebas melintasi junction dan jatuh ke dalam lubang (hole). Pada saat elektron jatuh dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, ia akan melepaskan energi. Pada dioda biasa, energi ini dilepaskan dalam bentuk panas. Namun, pada LED, energi ini dilepaskan dalam bentuk pancaran cahaya. Saat ini, LED telah menggantikan fungsi lampu pijar, karena tegangan yang diperlukan rendah, umurnya panjang dan switch mati-hidupnya yang cepat. Simbol dan rangkaian LED dapat dilihat gambar

Gambar 6. LED

LED mempunyai penurunan tegangan lazimnya dari 1.5 volt hingga 2.5 volt untuk arus di antara 10 dan 150 mA. Penurunan tegangan yang tepat tergantung dari arus LED, warna dan lain-lain. Pada umumnya, tegangan 2 volt dijadikan tegangan jatuh LED dengan arus 10 sampai 50 mA, karena daerah ini memberikan cahaya yang cukup untuk banyak pemakaian.

C. Dioda Schotky
Dioda Schotky dibuat menggunakan bahan logam seperti emas, perak atau platina pada satu sisi persambungan dan silikon tak murni pada sisi yang lain. Simbol Dioda Schotky tampak pada Gambar 11.

Gambar 11. Simbol Dioda Schotky

Dioda ini dapat beralih ke keadaan putus lebih cepat dari dioda biasa. Oleh karena itu, dioda ini mudah menyearahkan frekuensi di atas 300 MHz. Di sisi lain, dioda Schotky mempunyai tegangan offset yang rendah, yaitu sekitar 0.25 volt.

referensi : http://www.google.co.id/search?hl=id&client=firefox-a&channel=s&rls=org.mozilla:en-US:official&q=apa+pengertian+dioda&start=20&sa=N