\
MAKALAH
STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR
--.--
iLiH ::ERPUSTAKAAN IKlF PAOANG
2 2 - 2 - j'J;
J
I
I
-
&
-.
_..- .-
.
-- ---. _ __ . _
1Ccc J
-.-
; &,
lKIE?l, SR!
-.-wLL4f:.qIZl-..
!!~~FIKCSI S37. ~ Z Z --..---Oleh: . Drs. HENDQI Dosen PT. E l e k t r o FPTK IKIP P a d a n g (1
Disampaikan P a d a Lokakarya F i s i k a T e k n i k D o s e n - d o s e n F i s i k n FPTK IKIP Padang Pada T a n a g a l 25 J n n u n r i s . d 30 J n n u n r i 1993 d i FPTK IKIP Pudnng
-
-
- -
- -
FAKULTAS PENDlDlKAN TEKNOLOGI D A N KEJURUAN INSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDlDlKAN PADANG
1993
i
. .--
i i !
STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR -
L PENDAHULUAN
S e s u a i dengan perkembangan d a n
kemajuan
teknologi
alat penyearah a r u s l i s t r i k y a i t u dioda semikonduktor . Penggunaan d i o d a semikonduktor i n i l e b i h p r a k t i s j i k a d i b a n d i n g k a n dengan a l a t p e n y e a r a h t a b u n g vacum d i o d a . S e b a g a i bahan pokok d a r i d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i a d a l a h bahan semikonduktor seperti germanium ( G e ) atau silikon (Si). Meskipun banyak bahan semikonduktor elektronika,
para
l a i n n y a yang
ahli
digunakan
Semikonduktor
menemukan
ditemukan,
telah
kurang pra.ktis
telah
adalah
pada
suatu
namun
suatu
bahan
alat-alat
bahan
elektronika.
yang
melewatkan a r u s l i s t r i k j i k a d i b a n d i n g k a n k o n d u k t o r , t e t a p i l e b i h mudah j i k a
tersebut
lebih
sukar
deligan
bahan
dibandingkan
deng3.n
bahan i s o l a t o r .
secara
membahas
S e l a n j u t n y a k i t a akan
s t r u k t u r k r i s t a l semikonduktor murni campuran,
prinsip
kerja
beberapa
rangkaian
dioda
dan
terperinci
semikonduktor
semikonduktor,
penyearah
arus
listrik
dan yang
menggunakan d i o d a s e m i k o n d u k t o r . 11. SEMIKONDUKTOR
A.
Struktur K r i s t a l Semikonduktor M u r n i
Semikonduktor a d a l a h s u a t u jenisnya
mempunyai
harga
isolator, yaitu antara
la-'
bahan
diantara
kebanyakan
bersifat
Atom-atom
ini
tersusun
konduktor
kimia pada
semikonduktor,
yang t e r p e n t i n g adalah s i l i k o n dan semikonduktor
tahanan dan
ohm cm sa.mpa.i l@-6ohm
Dalam s i s t e m b e r k a l a u n s u r - u n s u r
IV
yang
rnempunyai sebagai
cm
golongan
diantaranya
germanium.
Bahan
elektron
valensi.
tetra.hedra1
(susunan
4
kristal
intan)
oleh
memungkinkan u n t u k
adanya
ikatan
valensi
yang
berikatan
dengan
elektron
dari
dimampatkan
maka
atom lainnya. B i l a bahan semikonduktor terjadilah dalamnya
pembentukan terdapat
dimana s e t i a p atom
cm
3
struktur
atom-atom
kristal
yang
kristalnya
( P o l l i n g , 1951).
semikonduktor
ini
yang
sarna,
berjarak
mengandung
4,52.10'~
i ni
Bahan
i n t r i r ~ s i k (murni),
d i
d inamakan
jika
keadaannya
d i t i n j a u secara k i m i a a d a l a h murni d a n p a d a n y a
tidak
t e r d a p a t kerusaka.n susunan k r i s t a l n y a . Susunan
kristal
tetrahedral
d i b a y a n g k a n , namun k a l a u
kita
agak
sukar tiap-tiap
perhatikan
atomnya t e r i k a t o l e h 4 i k a t a n kovalen dengan yang
terdekat.
gambaran yang
Oleh jelas
sebab
itu
tentang
untuk
ikatan
mekanisme h a n t a r a n l i s t r i k y a n g t e r j a d i semikonduktor,
biasanya
dipergunakan
dimensi d a r i susunan k r i s t a l n y a ,
4
atom
mendapatkan
kovalen
serta
dalam
bahan
ganbar
dua
s e p e r t i p a d a g b 1.
ikatan
kovalent
el'ektron ualensi
atom Silikon
\
--
Gambar 1 . S u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r a . Susunari k r i s t a l t e t r a h e d r a l 0
b . GaniGar d u a d i m e n s i pa.da s u h l ~0 C
Lingkaran dengan
tanda
+4
di
dalannya
rnelukiskan
i o n - i o n s i l i k o n a t a u germanium, y a i t u i n t i - i n t i beserta
elektron-elektronnya,
kecuali
4
atom
elektron
valensinya ( e l e k t r o n yang berada pada o r b i t t e r l u a r ) .
Ikatan kovalen d i l u k i s k a n dengan d u a
g a r is
lengkung
putus-putus dengan dua e l e k t r o n v a l e n s i d i Elektron-elektron
d i dalam i k a t a n kovalen
dalamnya. ini
d i l e p a s k a n d a r i i k a t a n n y a dengan memberikan
dapat
sejumlah
energi tertentu. B.
Tel- j a d i n y a Elektron B e b a s A k i b a t Penyaruh Panas
Pada k r i s t a l semikonduktor murni s e t i a p e l e k t r o n merupakan b a g i a n d a r i i k a t a n k o v a l e n , s e h i n g g a mempunyai tidak
sifat-sifat
mempunyai
bebas).
penghantar
pembawa
listrik,
muatan
Kristal-kristal
itu
listrik
akan
d a r i ikatan kovalennya. Pelepasan energi,
untuk
diperlukan
sebesar
0,75
karena (elektron
mempunyai
hantar, apabila beberapa d a r i elektron mernerlukan
tidak
daya
itu
terlepas
elektron
tersebut
germanium elektron
energi volt
yang
dan
untuk
s i l i k o n s e b e s a r 1,12 e l e k t r o n v o l t ( D e w a r d , 1 9 6 6 ) . Pada suhu t e r t e n t u misalnya suhu ruangan (300'~) akan t e r j a d i g e r a k a n simpang s i u r d a r i e l e k t r o n j a r i n g a n k r i s t a l yangn d i s e b a b k a n o l e h e n e r g i akibatnya ada elektron t e r lepas d a ri
panas,
ikatan
kovalen
dan menjadi e l e k t r o n bebas. Elektron bebas i n i akan t e r t a r i k a t a u t e r t o l a k o l e h dari kristal.
Jika
diberikan
elektron suatu
medan
pada
tidak
dan
inti
listrik
d a r i l u a r , terhadap gerakan e l e k t r o n bebas
itu
terbentuk
elektroda
suatu
gerakan
tetap
ke
p o s i t i f dan mengakibatkan a r u s l i s t r i k e l e k t r o n , dan
elektron
tersebut
a r u s . P a d a gb 2 d a p a t d i l i h a t
arah
dibawa
dinarnakan
terbentuknya
akan oleh
pembawa elektron
bebas akiba.t e n e r g i panas, untuk k r i s t a l s i l i k o n a t a u g e r r n a n i u r ~.
'
'
I
I
I
.
.
'
I
*
elek tron b e b c s
.
'
I
--'a
I
1
I
I
I
I
r
'
I
I
h o l e ( lubacg)
0 1
.
Ga.mbar 2 . E l e k t r o n b e b a s a k i b a t p e n g a r u h p a n a s d i dalam k r i s t a l s i l i k o n a t a u germanium Tempat k o s o n g y a n g d i t i n g g a l k a n o l e h e l e k t r o n d i dalam susunan
kristal,
akibat
elektron
nelepaskan
d i r i d a r i ikatan kovalennya d i s e b u t h o l e a t a u (Yohannes,l975). kristal selalu
Karena
elektron-elektron
berusaha
menyusun
d a l a m p a s a n g a n k o v a l e n , maka
diri
elektron
lubang
d i
dalam
kembali tunggal
d i yang
t e t a p pada atomnya b e r u s a h a u n t u k b e r p a s a n g a n keulbali d e n g a n e l e k t r o n t a r u . Hal i n i d i 1 a k u k a . n mena.rik e l e k t r o n l a i n
dari
pasangan
pengaruh panas d a r i j a r i n g a n k r i s t a l mengeluarkan e l e k t r o n untuk s u a t u
dengan
cara
terdekat
bila
berulang-ulangn
usaha
pemindahan.
J a d i ruangan yangn d i t i n g g a l k a n e l e k t r o n
seolah-olah
mempunyai d a y a t a r i k t e r h a d a p e l e k t r o n y a n g m u a t a n n y a negatif,
maka
mempunyai m u a t a n
ruang
yang
positif.
disebut Jadi
hole
hole
dianggap
a d a l ~ h hasil
n u a t a n p o s i t i f k a r e n a pemindahan e l e k t r o n d a r i i k a t a n kova-len, d a n peranarinya sama d e n g a n p e r a n a n
elektron
dima.na m u a t a n n e g a . t i f n y a d i g a n t i c l e n g a n p o s i t i f .
.
C. P e r n b e n t u k a n S e m i k o n d u k t o r I m p u r i t i
Pada semikonduktor
intrinsik,
b e b a s sama d e n g a n j u m l a h h o l e sedikit
sehingga
Supaya bahan
tahanan
jumlah
dan
jumlahnya
jenisnya
semikonduktor
ini
untuk penghantar a t a u untuk
elektron sangat
sangat
dapat
besar.
dipergunakan
penyusunan
bahan
dasar
p i r a n t i e l e k t r o n i s , diperlukan baha yang kaya
dengan
s a t u j e n i s pembawa m u a t s n y a i t u e l e k t r o n a t a u h o l e . Dengan
memasukkan
atom-atom
b e r v a l e n s i 3 a t a u 5 dengan
asing
yang
yang
sangat
prosentase
k e c i l kepada semikonduktor
murni,
dapat
dihasilkan
semikonduktor e k s t r i n s i k ( t i d a k murni). penting
dalam
pembuatan
Jadi
semikonduktor
yang
impuriti
(campuran) a d a l a h u n s u r tambahan y a n g d a p a t
mengatur
s e n d i r i susunan k r i s t a l semikonduktor. Penambahan atom a s i n g k e p a d a b a h a n s e m i k o n d u k t o r murni
dinamakan
doping.
Prosentase
atau
tingkat
d o p i n g i n i b i a s a n y a s e k i t a r 1 a t o m a s i n g p e r 100 j u t a atom
asli
(Yohannes,l975).
Suatu
contoh
misalnya
dengan doping 1:100 j u t a atom a s i n g ke dalam
kristal
germanium, t a h a n a n j e n i s germanium i n i akan b e r k u r a n g m e n j a d i 1/12 k a l i . J e n i s atom pencampur y a n g Aluminium ( A l ) ,
(B)
Gallium (Ga),
(Polling, 1951).
Dalam
Indium ( I n ) pencampuran
kekurangan s a t u e l e k t r o n dan berusaha elektron
yang
terdekat
3
adalah
dan
Boron
bervalensi
padanya
atom
untuk
untuk
ini
menarik
melengkapi
kekurangannya. O l e h k a r e n a campuran i n i menerima s a t u elektron
dari
bahan
germanium
atau
d i n y a t a k a n s e b a g a i pencampur p e n e r i m a
silikon atau
maka
akseptor
impuriti. J e n i s atom pencampur yang A r s e n i t (As), (Bi)
bervalensi
Antimon (Sb)., P o s p o r
( P o l l i n g , 1951).
Dalam
diri
dari
ikatan
dan
pencampuran
k e l e h i h a n sa.tu e l e k t r o n , e l e k t r o n melepa--.ka.n
(P) ini
atomnya
5
adalah Bismuth
atan
muilah
dan
ini sekali
rr!en.iadi
s i fat
b e b a s . S e h i n g g a irleningkatkan bahan germanium disebut donor
atau
silikon.
impuriti,
penghantar
Atom
karena
dari
pencampur
menyumbangkan
ini satu
e l e k t r o n n y a kepada germanium a t a u s i l i k o n . 1.
Semikonduktor Type P
Bila
suatu
ditambahkan
-atam
kepada
pencampur
semikonduktor
murni
dengan
prosentase doping s e p e r t i d i atas, b e r a r t i lebih
atom asingnya j a u h
a s l i n y a dalam k r i s t a l . atom
asing
jauh
kecil
Karena
terpisah
dari itu
satu
-
3
bervalensi
jumlah
pada
atom
masing-masing
sama
s e h i n g g a masing-masing atom a s i n g i t u
lainnya,
dikeli l i n g i
o l e h 4 atom a s l i , . s e p e r t i p a d a g b 3 . hole
ion nega
G a m b a r 3 . Gambar d u a d i m e n s i Pada gb
3
dapat
dilihat
dikelilingi oleh
4
ikatan
atom
kovalen,
kekurangan
satu
semikonduktor
ba.hwa
atom
asli.
yang
elektron.
atom
pencampur
Untuk
membentuk
3
bervalensi Karena
itu
ini dengan
menambah e n e r g i s e d i k i t s a j a p a d a e l e k t r o n k r i s t a l a s l i , elektron kovalennya
ini
dan
dapat
mengisi
akseptor desertai
dengan
meloncat kekurangan
dari
~ a d a atom
pernbentukan
hole
i k a . t a . n k o v a l e n ya.ng d i t i n g g a 1 k a . n . K a r e n a sat13 e l e k t r o n ,
naka
atom
akseptor
n e g a t i f y a n g terikat d i tempat
ikata.n pada
menerirna
nlenjadi
ion
,
E n e r g i u n t u k membentuk h o l e d a n adalah
energi
besarnya
ionisasi
sekitar
atom
0,01
ion
negatif
akseptor
elektron
yang
volt
untuk elektron
germanium d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,05 v o l t (Kagnov, 1 9 7 0 ) . Jadi tanpa
dengan atom
disertai
semikonduktor
dihasi1ka.n
akseptor
elektron
campuran
yang
hole
bebas,
sehingga
terjadi
dinamakan
P dengan dapat muatan
semikonduktor j e n i s P . Untuk s e m i k o n d u k t o r t y p e ini,
terbentuknya
terhentuknya bergerak.
ion
Jadi
hole
negatif hole
disertai yang
tidak
merupakan
mayor i t a s d a n e l e k t r o n
pembawa
merupakan
pembawa
muatan
minor i t a s . 2.
S e m i k o n d u k t o r Type N
Bila ditambahkan
suatu kepada
atam
pencampur
bervalensi
semikonduktor
murni
dengan
prosentase doping seperti d i a t a s , b e r a r t i atom asingnya j a u h
lebih
a s l i n y a dalam k r i s t a l . atom
asing
jauh
kecil
Karena
terpisah
dari itu
satu
jumlah
pada
atom
masing-rnasing sama
s e h i n g g a rnasing-masing atom a s i n g i t u
lainnya,
dikelilingi
o l e h 4 atom a s l i , s e p e r t i pada g b 4 . 7 el
ekt~on
ion
Ga-mbar 4 . Gambar d u a d i m e n s i t y p e !J
5
semikonduktor
Pada g b
4
dapat
dilihat
bahwa
atom
d i k e l i l i n g i o l e h 4 atom a s l i . Dari
saja
4
v a l e n s i n y a hanya
yang
pencampur
lima
elektron
diperlukan
untuk
m e n g i s i keempat i k a t a n k o v a l e n . Sedangkan e l e k t r o n kelima t e r i k a t n y a kurang e r a t pada atomnya, dengan memberikan e n e r g i pencampur
yang
tersebut,
saja
kecil
kepada
maka
elektron
ini
dibebaskan. Karena t e r j a d i
elektron
bebas,
atom dapat maka
s e m i k o n d u k t o r y a n g d i h a s i l k a n d e n g a n menambah a t o m donor i n i dinamakan semikonduktor j e n i s N membebaskan s a t u
elektron
valensinya
.
Dengan
maka
donor menjadi ion p o s i t i f yang t e r i k a t d i Pada semikonduktor type N , bebas t i d a k
disertai
tetapi terbentuk
ion
tempat.
terbentuknya
dengan
atom
elektron
terbentuknya
positif
yang
hole,
tidak
dapat
bergerak. Energi
untuk
membebaskan
elektron
valensi
atom d o n o r dinamakan e n e r g i
ionisasi
atom
donor
0,el
elektron
volt
untuk
yang b e s a r n y a s e k i t a r
g e r m a n i u m d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,135 v o l t . J a d i dengan e n e r g i
yang
semua
membebaskan
donor
telah
sangat
elektron kecil
ini
kelebihan
e l e k t r o n n y a . Disamping e l e k t r o n b e b a s yang b e r a s a l d a r i atom d o n o r a d a j u g a yang
berasal
dari
atom
a s l i . J a d i e l e k t r o n b e b a s m e r u p a k a n pembawa m u a t a n mayoritas
dan
hole
merupakan
pembawa
muatan
minoritas.
Gandenga.n d a r i
bahan
semikonduktor
type
P
dan
s e m i k o n d u k t o r t y p e N a k a n m e m b e n t u k s u a t u komponen y a n g disebut
dioda.
Adapun
proses
t e r j a d i begitu saja tanpa penggs.ndengan
maka
a.da
penggandengan efek.
Setelah
elektron-elektron
s e m i k o n ~ d u i - l , t o rt y p e 11. a.kan
bercIifut.;i
1.:e
bebas
tidak terjadi dari
senil,(~nduktor
t y p e P mengisi h o l e yang t e r d e k a t .
Sedangkan
hole
d i
semikonduktor t y p e P b e r d i f u s i ke semikonduktor t y p e dan d i i s i oleh elektron-elektron b e t a s
yang
N
terdekat.
Proses d i f u s i e l e k t r o n bebas dan hole i n i dapat d i l i h a t p a d a gambar 5 .
hole
;
, ,
daerah
.. ne.ti;&l .
-
\
\
. I.d e p l e t i o n 1
.
.
1
layif
-
\
1
.
.
'
elektron
'daerah . 'netral: 1
0; 0, q o'i-'@00; q: - -@ . :@:@-@ .-O-@-.@
[email protected]@; 0; eta -
a+..@.
Gambar 5 . P r o s e s d i f u s i
. -
-
elektron
dan
hole
pada
a . Semikonduktor t y p e P dan t y p e N
baru
PN j u n c t i o n
s a ja digandengkan b . . E l e k t r o n clan h o l e b e r d i f u s i
c . PN j u n c t i o n d a l a m k e a . d a a n s e i m b a n g \
Proses perpindahan e l e k t r o n i n i hanya dalam waktu s i n g k a t , i o n - i o n n e g a t i f t e t a p t e m p a t d a n m e m b e n t u k l a p i s a n pa.da d a e r a h type P, demikian juga ion-ion p o s i t i f t y p e N . Kedua. 1 a p i s a . n t e r s e b u t d i k e n a l (depletion
1a.yer).
tinggal
Lapisan
d i
semikonduktor
tetap tinggal
t e m p a t d a r ~niernbentuk 1 a . p i s a . n p a d a d a e r a h deplesi
berlangsung
d i
semikonduktor dengan
la-pisan
deplesi
ini
berfungsi elektron
sebagai bebas
rintangan dan
(barrier)
hole
yang
terhadap
akan
berdifusi
(Terman, 1955). Lapisan p o s i t i f pada daerah N dan l a p i s a n pada
daerah
P.
Dua
lapisan
muatan
tersebut
m e m b a n g k i t k a n medan l i s t r i k y a n g n m e m p u n y a i d i f u s i e l e k t r o n bebas ke daerah P dan Keadaan i n i d i s e b u t
keadaan
seimbang pada
PN
daerah type P
netral,
keseimbangan.
(gandengan
daerah
elektron
Dalam
seimbang.
junction
akibatnya
difusi ada
PN )
muatan
keadaan terbentuk
ruang
type
Daerah t y p e P n e t r a l a r t i n y a a d a l a h d a e r a h j u m l a h h o l e sama Daerah
muatan
dengan ruang
N
adalah
jumlah
type
penerima d i i o n i s a s i k a n type
dari
P,
ruang type N dan d a e r a h type N n e t r a l .
muatan
daerah
setelah
akan
arah
semikonduktor type P ke semikonduktor t y p e N ,
ke d a e r a h N akan b e r h e n t i ,
negatif
P
adalah
negatif
daerah
diionisasikan positif.
penerima
.
Daerah
(a.kseptor).
daerah
Daerah
dimana
dimana dimana
muatan
pemberi
N
type
ruang (donor)
netral
adalah
d a e r a h d i m a n a jum1a.h e l e k t r o n s a m a d e n g a n j u m l a h d o n o r . A.
For-ward B i a s
J u n c t i o n d i o d a pada ha.kekatnya a d a l a h gandengan dari
bahan
semikonduktor
Karakteristik
pokok
ada.lah
semikonduktor maksudnya
yang
arus
ya.ng
tertentu jauh lebih
P
type
dan
dimiliki
sifatnya
melewati
besar
dari
type oleh
t idak
dikata.kan
dalam
keadaan
simetri, pada
arah
pa.da
arus
yang
perata
forward
dioda
dioda
arahnya berlawanan. Oleh karena i t u dalam dioda s e r i n g digunakan sebagai
N.
pemakaian
arus.
bias
Dioda
(mendapat
t e g a n g a n ara.h m a j ~ u )b i l a d a . e r a h P d i h u b u n g k a n d e n g a n k u t u b p o s i t i f s u m b e r tega.nr1ga.n s e a r 3 . h ( b a t e r a i j d a e r a h N d i h u b 1 ~ n g k a . ndengar1 k u t l ~ b n e g a t i f
s e p e r t i p a d a ga.mbar 6 ( P e l - f e r s o n . 1966).
dan
batera.i,
,
Gambar 6 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u
Bila s a k l a r S masih dalarn k e a d a a n t e r b u k a d i d a l a m k r i s t a l n y a h a n y a a d a medan l i s t r i k
maka
e
yang
b e r a s a l d a r i tegangan b a r r i e r dengan a r a h d a r i P
N . Medan l i s t r i k i n i a k a n
mencegah
d a r i d a e r a h N masuk k e d a e r a h P d a r i daerah P
masuk
ke
saklar
ditutup,
tegangan
listrik
E
listrik
e.
yang
hole
N,
sehingga
pada
mengalir.
Bila
sumber
arahnya
Medan
mencegah
yangn
dengan d i o d a . D i dalam k r i s t a l
akan
akan
E
ini
terhubung
terjadi
medan
dengan
medan
berlawanan
listrik
bebas
dan
daerah
r a n g k a i a n i n i belum a d a a r u s
elektron
ke
akan
mendorong
e l e k t r o n d a n h o l e , maka a k a n t e r j a d i a l i r a n e l e k t r o n d a n h o l e . H a l i n i d i s e b a b k a n k a . r e n a rnedan l i s t r i k j a u h l e b i h b e s a r d a r i p a d a medan l i s t r i k demikian a r u s akan mengalir
dalam
e.
E
Dengan
rangkaizn
dioda
i n i d a r i k u r t u b p o s i t i f b a t e r a i ke k u t u b n e g a t i f n y a . B.
Reverse B i a s
D i o d a d i k a . t a k a n menda.pat (reverse bias) bils.
dnerah
tegangan
P
(anoda)
d e n g a n k u t u b n e g a t i f b a t e r a i da.n d a e r a h d i h u b u n g k a n der1ga.n k u t u b
positif
arah
dihubungkan
N
baterai,
t e r l i h a t p a d a gainbar 7 ( P e d e r s o n , 1 9 6 6 ) .
balik
(katoda) seperti
Gambar 7 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k Medan l i s t r i k E y a n g dengan
medan
listrik
ditimbulkan
e
sehingga
a.kan akan
saling
N
memperkuat. Akibatnya e l e k t r o n d a r i d a e r a h dapat
bergerak
menuju
ke
searah
P
daerah
tidak
begitu
pula
h o l e n y a . H a l i n i b e r a r t i bahwa d i o d a t e r s e b u t m e n g a l i r k a n a r u s . Dalam p r a k t e k n y a , r e v e r s e b i a s masih ada sangat
kecil,
ha1
arus
ini
pada
yang
dapat
tidak
rangkaian
mengalir
tetapi
dijelaskan
sebagai
berikut :
Di
dalam
elektron-elektron
struktur
kristal
N
bebas untuk type
d a r i pemberian atom d o n o r ,
dioda
tetapi
hanya
yang
berasal
sebenarnya
daya
hantar i n i ditentukan oleh dua faktor, y a i t u :
1. E l e k t r o n - e l e k t r r o n
bebas
yang
atom d o n o r i n i p e r a n a n n y a
dihasilkan
sangat
oleh
pent ing
untuk
menghan t a r k a n a r u s .
2. Elektron bebas pecahnya
ikatan
dan
hole
yang
kovalen
dihasilkan
akibat
diberikan oleh temperatur ruangan.
oleh
panas
yang
Elektron
dan \
hole
ini
jumlahnya
sedikit
bila
dibandingkan
dengan e l e k t r o n - e l e k t r o n d a r i atom d o n o r Keadaan i n i j u g a b e r l a k u p a d a bahan t y p e demikian pada s a a t
reverse
bias
P.
Dengan
elektron-elektron
y a n g a d a p a d a d a e r a h P o l e h rnedan E d i t a r i k m a s u k k e d a e r a h N d a n s e b a l i k n y a h o l e y a n g a.da a-kan b e r g e r a k m a s u k k e
daerah
P.
. : i e l a s l a h rnengapa. p a d a s a a t r e v e r s e
di
Dengan Gia.s
daerah
N
demikian masih
ada
a r u s yang s a n g a t k e c i l yang mengalir
da.n
arus
ini
akan naik b i l a temperatur dioda n a i k . C. K a r a k t e r i s t i k D i o d a
Karakteristik dioda biasanya dibedakan atas dua karakteristik
yaitu
karakteristik
k a r a k t e r i s t i k r e v e r s e . Untuk dioda
menun j u k k a n
yang
bermacam-macam
tegangan
membuat
forwrd
karakteristik
besarnya yang
dan
arus
pada
diberikan
adalah
s e p e r t i p a d a gambar 8.
I
Reverse bias
I I (PA)
Gambar 8 . K a r a k t e r i s t i k d i o d a U n t u k membuat k a r a k t e r i s t i k
dioda
perlu
kita
lakukan dua k a l i percobaan, y a i t u bagian forward dan bagian
reverse.
Karakteristik
forward
dilakuka-n dengan mengatur tegangan yang
masuk
pada
kita
ukur
d i o d a . Dari t i a p - t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n arus
yang
mengalir .
reversenya k i t a p o l a r i t a s yang
harus
Untuk dan
yang l e b i h b e s a r d a r i tegangan Arus yangn m e n g a l i r p a d a s e t i a p diukur
dengan
mendapatkan
memberikan
terbalik,
dapat
tegangan
diperlukan pada
bagian dengan tegangan
forward
pemberian
mikroan~peremeter karena
tegangan arus
s a n g a t k e c i l . S e l a n j u t n y a kedua h a s i l percobaan disatukan
dalarn
sa.tu
grafik,
sehingga
kurva k a r a k t e r i s t i k dioda t e r s e b u t .
bias. ini ini
diperoleh
IV. RANGKAIAN PENYEARAH ARUS
Sebagaimana y a n g t e l a h k i t a u r a i k a n d i a t a s , bahwa d i o d a mempunyai s i f a t h a n y a d a p a t m e l e w a t k a n a r u s
bila
mendapat tegangnan a r a h maju, dan b e r s i f a t menahan b i l a mendapat
tegangan
arah
balik.
Sehubungan
s i f a t n y a i n i maka d i o d a d a p a t
digunakan
a r u s atau untuk
arus
menyearahkan
dengan
untuk
perata
bolak
balik
(AC)
mengetahui
bahwa
arus
b o l a k b a l i k merupakan s u a t u gelombang s i n u s i o d a l ,
yang
m e n j a d i a r u s s e a r a h (DC) mana d a l a m s e t i a p
. Kita
setengah
perioda,
selalu
berganti
a r a h (arah p o s i t i f dan arah n e g a t i f ) . Selanjutnya a k a n membahas
beberapa
rangkaian
penyearah
kita
arus
AC
m e n j a d i DC, y a n g l a b i h d i k e n a l d e n g a n p o w e r s u p p l y a t a u adaptor. A.
Penyearah Setengah Gelombang
Dioda d a p a t digunakan
untuk
b o l a k b a l i k (AC). P a d a s a a t m e n d a p a t maju,
dioda
bersifat
menghantar
mendapat tegangan a r a h b a l i k
dioda
penyearah
arus
tegangan
arah
dan
pada
saat
bersifat
tidak
menghan t a r a t a u m e n a h a n .
GamGar 9 . R a n g a k a i a n p e n y e a r a h setengah g e lornbang
Gambar 9 a d a l a h p e n y e a r a h
setengah
gelombang.
T e g a n g a n o u p t u d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a setiap setengah perioda, b e r g a n t i a r a h
positif
n e g a t i f . Pada saat setengah p e r i o d a pertama, positif
dan
B
negatif,
berarti
dioda
dan
titik A mendapat
tegangan a r a h maju. Arus m e l a l u i t a h a n a n R d a r i t i t k
C ke D . Pada saat s e t e n g a h p e r i o d a negatif
dan
B
positif,
tegangan a r a h b a l i k , dioda
berarti bersifat
A
kedua,
titik
dioda
mendapat
menahan,
arus
t i d a k ada. Demikianlah s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p setengah perioda, sehingga pada a r u s yanng m e l a l u i
R
hanya
rangkaian
ada
pada
tersebut
saat
dioda
mendapat tegangan a r a h maju. Arus m e l a l u i
R
setiap
s e t e n g a h p e r i o d a dengan a r a h
C
ke
dari
titik
D.
T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t d i h i t u n g dengan rumus;
B.
R a n g k a i a n P e n y e a r a h G e l o m b a n g Penuh
GarnGar 1 m . R a n g k a i a n p e n y e a . r a h gelomba.rrg ~ e n u h
Gambar 10
adalah
penyearah
gelombang
penuh.
T e g a n g a n o u p u t d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a s e t i a p setengah perioda, berganti arah
positif
dan
n e g a t i f . Pada saat s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A p o s i t i f dan B n e g a t i f ,
berarti
Dl
dioda
mendapat
tegangan a r a h maju. Arus melalui tahanan R d a r i t i t k C ke D .
Dioda
D
mendapat tegangan a r a h b a l i k , dioda i n i tidak 2 rnelewatkan a r u s (menahan). Pada s a a t setengah perioda
kedua,
titik
A
negatif
dan
B
positif,
b e r a r t i d i o d a Dlmendapat
tegangan a r a h b a l i k ,
b e r s i f a t rnenahan. D i o d a D
2 mendapat
rnaju, a r u s m e n g a l i r d e n g a n
arah
dari
dioda.
tegangan titik
arah
C
ke
d .Dernikianlah s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p s e t e n g a h perioda, sehingga pada rangkaian t e r s e b u t s e l a l u ada arus melalui R
d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e D.
Tegangan dan
arus
DC
yang
dihasilkan
dapat
d i h i t u n g dengan rumus;
C.
Penyearah G e l ombang Penuh Dengar> K a p a s i t o r Penyari ng
I
Garnbar 11. R a n g k a i a n p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h dengan k a p a s i t o r penyaring
Kerja dioda sebagai penyaring atau perata s e a r a h d a p a t d i a m a t i p a d a r a n g k a i a n g b 1. D l adalah dioda sebagai
penyearah
arus
Kapasitor C pada rangkaian t e r s e b u t
dan
D2 balik.
bolak akan
meratakan
a r u s o u t p u t yang d i h a s i l k a n , karena k a p a s i t o r menyimpan d a n m e m b e r i k a n a r u s . searah
naik
mengisi
mencapai
(menyimpan
s e a r a h t u r u n maka (mengsosongkan) searah naik
maksimum,
arus)
dan
kapasitor secara
kembali,
maka
akan
kapasitor tegangan
memberikan sampai
seterusnya.
dapat
tegangan
kemudian
lambat dan
saat
Pada
arus
arus
tegangnan Demikianlah
k e r j a k a p a s i t o r s e o l a h - o l a h k a p a s i t o r mempertahankan searah
tegangan
pada
daerah
maksimum
sehingga
t e r b e n t u k gelombang r i p p l e ( k e r u t ) . Besar tegangan kapasitor,
semakin
ripple besar
ditentukan nilai
semakin k e c i l tegangan r i p p l e .
Pada
oleh
nilai
kapasitor
akan
alat
penyedia
d a y a d i u s a h a k a n a g a r t e g a n g a n r i p p l e s e k e c i l mungkin s e h i n g g a tegangan r a t a - r a t a n y a (VDC)
setara
t e g a n n g a n DC b a t r a i . Faktor r i p p l e d a p a t d i h i t u n g dengan rumus, r =
r rms x ieox 'DC
Tegangnan e f e k t i f r i p p l e a d a l a h ,
vr
v
- 'r maks - r p p rms. 3 2-/3
Tegangan r a t a - r a t a n y a ,
dengan
DAFTAR PUSTAKA
Deward H e n d r i k , L a z a r u s D a v i d ( 1 9 6 6 ) ; Modern London, A d d i s o n W e s l e y , P u b l i s h i n g Company. Kagnov I ( 1 9 7 0 ) ; Publisher.
Electron&
in I n d u s t r v ,
Elektronk,
Moscow,
0.Pederson Donald, I .S t u d e r J a c k , R.Whinnery J o h n Introrli~ction E l e c t r o n i c S v s t e r n C i r c i l i t and N e w Y o r k , Mc . G r a w - H i l l Book Company. P o l l i n g C & T j o k r o d o n o e r d j o R.Harsono Anoraa.nik LL B, S e m a r a n g , Mahameru.
(1951);
Peac
(1966);
Device,
Lhu K a n i a
Terman FE ( 1 9 5 5 ) ; E l e c t r o n i r , % R a d i o Enainerina, Company L t d .
Kogakusha
Y o h a n n e s H R ( 1 9 7 5 ) ; h q a r -W R l e k t r n n i k , B a g i a n T e k n i k L i s t r i k , F a k u l t a s T e k n i k U n i v e r s i t a s G a d j a h Mada.
