DIODA Pertemuan ke-VII Program Studi S1 Informatika ST3 Telkom Purwokerto
Tujuan Pembelajaran • Setelah mengikuti kuliah ini mahasiswa mampu: • Menjelaskan cara kerja dan karakteristik dioda • Menjelaskan jenis – jenis dioda dan fungsinya • Mengenal dan menganalisa rangkaian dioda
Fungsi 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.
SIMBOL DAN STRUKTUR DIODA Menurut bahan semikonduktor ada 2 jenis dioda 1. Dioda Silikon 2. Dioda Germanium
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron
Perlakuan terhadap Dioda • Kerusakan dioda dapat disebabkan oleh : – Arus maju yang terlampau besar – Tegangan terbalik yang terlampau tinggi
• Maka, arus maju maksimum dan tegangan terbalik maksimum yang direkomendasikan oleh pabrik jangan sampai terlampaui • Dioda tidak boleh dihubungkan langsung diantara terminal – terminal sumber arus karena arus hubung singkat akan mengalir dan merusak dioda
Perlakuan Dioda
dioda dengan bias maju
dioda dengan bias negatif
Bias Maju 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 mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.
Bias Mundur Polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Sehingga 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. Lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Karakteristik Dioda (I vs V) pn junction diode I-V characteristics 20
Forward Bias 15
Current
Breakdown Voltage
10
Reverse saturation current
0.7V Switch-on 5
0 -6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3 Applied voltage
Reverse Bias
-5
-10
11
4
I
burnout
breakdown voltage
VB
ICO V
Vk knee voltage burnout daerah reverse
daerah forward
Tegangan Breakdown Dengan tegangan bias maju yang kecil, dioda sudah menjadi konduktor. Artinya dengan tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.6 volt. Dan 0.2 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.
Tegangan Kaki (Knee Voltage) Adalah Tegangan pada saat arus mulai naik secara cepat pada saat dioda berada pada daerah maju, tegangan ini sama dengan tegangan penghalang. Apabila tegangan dioda lebih besar dari tegangan kaki maka dioda akan menghantar dengan mudah dan sebaliknya bila tegangan dioda lebih kecil maka dioda tidak menghantar dengan baik
Dioda Ideal Secara sederhana, dioda akan menghantar dengan baik pada arah maju dan kurang baik pada arah balik, Secara ideal, dioda akan berperilaku seperti penghantar sempurna artinya dioda akan memiliki hambatan nol pada saat diberi catu maju dan hambatan tak terhingga saat dicatu balik
• •
•
•
Jenis Dioda dan penggunaannya Dioda Silikon untuk penyearah arus, pengaman tegangan kejut. IN4001,IN4007,IN5404 Dioda Zener untuk mengatur tegangan zener 6,2 volt , zener 3,2 volt Dioda Bridge untuk penyearah gelombang penuh pada rangkaian catu daya. B40C800, Kiprox pada kendaraan bermotor LED (Light Emitting Dioda) sebagai lampu indikator.*konsumsi arus rendah 5mA,long life time (1,5 – 3 V)
Rangkaian dioda Garis beban.
Dari gambar, dengan menggunakan hukum tegangan Kirchoff (Kirchoff's
Voltage Law / KVL), diperoleh : v =vi - iRL
dengan RL adalah tahanan beban. Karena ada dua variabel yang belum diketahui nilainya, yaitu v dan i,
diperlukan satu petunjuk lagi, yaitu karakteristik dioda.
Garis Beban melewati titik i = 0. Titik potong v adalah v =vi Dan v = 0. Titik potong adalah i =vi /RL
Zener Dioda Zener : dioda yang dirancang untuk bekerja dalam daerah tegangan zener (tegangan rusak). Digunakan untuk menghasilkan tegangan keluaran yang stabil. Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur 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
Simbol Zener
Karakteristik dioda zener - Iz
Tegangan maju
Vz
Vz - Vz
0,1 Iz
Tegangan
Variasi arus operasi
mundur
Dioda zener
Iz
(a)
(b)
(a) Karakteristik I – V dioda zener (b) Dalam keadaan operasi, dioda zener dapat dilalui arus mulai dari 0,1 Iz sampai dengan Iz (batas maksimum arus yang diperkenankan) Daya maksimum yang diperbolehkan : Pz = Vz Iz
Dioda zener sebagai pemantap tegangan VR
A +
i
B
C iz
Rs
Vin
iL Vout = Vz
Beban
D
E
F
• Agar arus yang melalui dioda zener tidak melebihi harga Iz yang diperbolehkan, maka dipasang R seri dengan dioda. Nilai hambatan R :
VR VAB VA VB Vin VZ RS i i i i i i z iL
Contoh soal A
i
VR
+ RS
B
iL
C iL
iZ
Vb
RL
VZ
-
D
E
F
VL
Dioda zener memiliki tegangan rusak = 8,2 V untuk arus mundur 75 mA < iZ <1A. Jika diberi sumber tegangan Vb yang dapat bervariasi + 10% dari nilai nominal 12 V dan beban RL sebesar 9 ohm, hitung RS sehingga tegangan beban mantap 8,2 V
Jawab: iL = VL /RL = 8,2/9 = 0,911 A
Vb VZ VR RS i i z iL Jadi :
(Vb ) maks 1,1 x 12 V 13,2 V; (iZ ) maks 1 A (Vb ) min 0,9 x12 V 10,8 V; (iZ ) min 0,75 mA
(Vb ) maks VZ 13,2 V 8,2 V RS 2,62 (iZ ) maks iL 1 A 0,911 A
LED Simbol LED
LED adalah singkatan dari Light Emiting 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 juga merupakan dioda yang mengubah energi listrik menjadi energi cahaya yang memiliki jangkauan panjang gelombang mulai 550 nm (hijau) sampai 1300 nm (inframerah)
Photo Dioda • dioda yang menyerap cahaya sehingga meningkatkan konduktivitasnya. Makin kuat cahaya, maka makin besar arus yang mengalir pada dioda photo, sehingga dioda ini digunakan sebagai detektor cahaya. Dioda foto digunakan sebagai pencacah cepat yang menghasilkan pulsa arus ketika cahaya diberi gangguan.
