Dioda Zener

Dioda Zener
Simbol dioda zener.

Simbol dioda zener.

Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai
alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda
Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir
ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui
batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau
"tegangan Zener".

Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara
berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan
rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda biasa akan
menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas.
Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas
kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar
panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage)
sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda
silikon. Tegangan jatuh ini tergantung
dari jenis dioda yang dipakai.

Sebuah dioda Zener memiliki sifat yang hampir
sama dengan dioda biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat
dengan tengangan rusak yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener.
Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping
berat, yang memungkinkan elektron untuk
tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita
konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan
menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus
listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan
zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan
tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena
arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan
untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi
tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.

Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses
doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang
paling biasa adalah 5% dan 10%.

Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.

Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek
avalanche, seperti di dalam dioda
avalanche. Kedua tipe dioda ini sebenarnya dibentuk melalui
proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe
dioda ini. Dalam dioda silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek zener adalah efek utama dan efek ini
menunjukan koefisiensi
temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche
menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur
positif.

Dalam dioda zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan
dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya.
Sehingga, dioda 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi
temperatur yang sensitif.

Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk
membuat dioda-dioda yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari
5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun
dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur
muncul dengan singkat pula. Sebuah dioda untuk 75 Volt memiliki
koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah dioda 12
Volt.

Semua dioda di atas, tidak perduli berapapun tenganan rusaknya,
biasanya dijual dinamakan dioda Zener.

1. Pemakaian

Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit
elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan.
Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber
tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik,
sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan
mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan
dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui
sebelumnya.


Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai
regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan
parallel, dan regulator
tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber
tegangan tetap.

dioda

2. Dioda
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.

Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar 7 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 sebagi berikut ini yaitu :
- Dioda diberi tegangan nol
- Dioda diberi tegangan negative
- Dioda diberi tegangan positive

Dioda Diberi Tegangan nol

Ketika dioda diberi tengangan 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.

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

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 kenyataanya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.

Plate Characteristic dari Dioda
Karakteristik yang paling penting dari dioda adalah Plate Characteristic, dimana karakteristik ini memberikan koorelasi antara tegangan pada dioda dengan arus yang mengalir pada dioda.

Pada Figure 11 di atas dapat dilihat rangkaian uji (Figure 11.A) untuk mendapatkan karakteristik plate dan contoh karakteristik plate dari dioda(Figure 11.B).
Heater voltage diberikan pada filament untuk memanaskan tabung sampai pada temperatur tertentu yaitu T1, dan kemudian tegangan plate Eb diubah mulai dari 0 sampai pada suatu nilai tertentu yang masih dapat ditangani oleh dioda. Arus Ib yang mengalir pada dioda akan naik bersamaan dengan naiknya tegangan pada plate seperti terlihat pada grafik karakteristik plate, akan tetapi ketika menjangkau harga Eb tertentu maka Ib tidak dapat naik lagi dan tetap konstan walaupun Eb dinaikkan terus. Titik dimana Ib tidak dapat naik lagi walaupun Eb terus dinaikkan dinamakan saturation point.
Jika tegangan filament dinaikkan sehingga suhu dari dioda menjadi naik (T2) dan percobaan serupa seperti diatas dilakukan lagi, akan didapat arus Ib yang lebih besar pada saturation point. Atas dasar situasi ini dapat disimpulkan bahwa temperatur pada dioda dapat berpengaruh dalam menentukan arus maksimum yang dapat mengalir pada dioda.

Resistansi Dioda
Dari karakteristik plate yang telah kita bahas di atas maka, kita dapat melihat bahwa ada kaitan tertentu antara tegangan dan arus yang mengalir pada dioda, berdasarkan atas kenyataan ini maka kita dapat menyimpulkan bahwa sesungguhnya dioda memiliki resistansi dalam ( internal resistance).
Resistansi dalam yang dimiliki oleh dioda adalah tidak sama untuk arus AC maupun DC yang diberikan oleh dioda sehingga dalam kaitan dengan sifat ini maka terdapat dua definisi resistansi internal dioda yaitu DC Plate Resistance dan AC Plate Resistance. DC Plate resistance adalah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda dberikan tegangan DC, sedangkan AC Plate resistance ialah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda diberikan tegangan AC.
Untuk lebih memahami proses perhitungan resistansi dioda dapat anda lihaat gambar 12 berikut ini.

Figure 12.A menampilkan grafik untuk mengukur DC Plate resistance dari dioda dimana DC Plate resistance dari dioda (Rb) ialah Rb= 0A/0B
Figure 12.b menampilkan perhitungan AC Plate resistance dari dioda, karena tegangan AC adalah bersifat dinamik atau berubah ubah nilainya setiap saat maka perhitungan AC Plate resistance harus dilakukakan juga dengan memperhatikan perubahan tegangan dan arus dioda pada beberapa keadaan dalam hal ini ialah selisih perubahan tegangan arus dan tegangan dioda.
AC Plate resistance (rb) berdasarkan Figure 12.B ialah rb= (BC/YZ)

dioda

DIODA 1.1 Karakteristik Dioda

Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang termasuk komponen aktif. Dibawah ini merupakan gambar yang melambangkan dioda penyearah.

P N

Anoda Katoda

Sisi P disebut Anoda dan sisi N disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional mudah mengalir dari sisi P ke sisi N.

Dalam pendekatan dioda ideal, dioda dianggap sebagai sebuah saklar tertutup jika diberi bias forward dan sebagai saklar terbuka jika diberi bias reverse. Artinya secara ideal, dioda berlaku seperti konduktor sempurna (tegangan nol) jika dibias forward dan seperti isolator sempurna (arus nol) saat dibias reverse.

Untuk pendekatan kedua, dibutuhkan tegangan sebesar 0,7 V sebelum dioda silikon konduksi dengan baik. Dioda dapat digambarkan sebagai suatu saklar yang diseri dengan tegangan penghambat 0,7 V. Apabila tegangan sumber lebih besar dari 0,7 V maka saklar akan tertutup. Sebaliknya apabila tegangan sumber lebih kecil dari 0,7 V maka saklar akan terbuka.

Dalam pendekatan ketiga akan diperhitungkan hambatan bulk (RB). Rangkaian ekivalen untuk pendekatan ketiga ini adalah sebuah saklar yang terhubung seri dengan tegangan 0,7 V dan hambatan RB. Saat tegangan dioda lebih besar dari 0,7 V maka dioda akan menghantar dan tegangan akan naik secara linier dengan kenaikan arus. Semakin besar arus, akan semakin besar tegangan dioda karena tegangan ada yang jatuh menyebrangi hambatan bulk.

1.2 Percobaan Karakteristik Dioda

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memahami karakteristik dioda yang berhubungan dengan tegangan dan arus, mengetahui cara mengukur parameter-parameter pada dioda dan mengetahui karakteristik dioda Zener.
Dari tujuan percobaan diatas, maka langkah-langkah yang harus dilakukan adalah sebagai berikut:

• Langkah pertama yaitu merangkai rangkaian seperti pada Gambar 1.4 dimana sumber tegangan diberikan setelah rangkaian selesai disusun.
• Kemudian sumber tegangan di berikan pada rangkaian tersebut. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan searah (DC). Kondisi dioda pada saat itu belum aktif, hal ini disebabkan nilai tegangan sumber yang lebih kecil dari 0,7 V.
• Setelah nilai tegangan sumber dinaikkan, maka akan ada arus yang mengalir melewati dioda.
• Kita dapat mengetahui tegangan pada dioda (VD) dengan melihat Voltmeter, dan arus yang mengalir dengan melihat Amperemeter. Dari kedua nilai ini maka akan didapat nilai resistansi dioda saat konduksi.
• Kemudian percobaan diatas diulang dengan membalik tegangan tegangan bias dioda seperti yang ditunjukkan dalam gambar 1.5.

1.3 Penerapan 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-Wafe Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier).

1.4 Percobaan Penerapan Dioda

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mempelajari bermacam-macam rangkaian dioda dan sifat-sifatnya, membandingkan sinyal input dan output pada rangkaian dioda, mengetahui cara kerja rangkaian-rangkaian dioda, mengetahui perbandingan hasil antara teori dan praktek.

1.4.1 Penyearah Gelombang Penuh (Full-Wave Rectifier)

Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

• Langkah pertama yaitu merangkai rangkaian seperti pada gambar dibawah ini dimana sumber tegangan diberikan setelah rangkaian selesai disusun.

Gambar Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

• Kemudian hubungkan keluaran dari rangkaian tersebut dengan osiloskop.
• Selanjutnya sumber tegangan diberikan pada rangkaian tersebut. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan bolak-balik sinusoida.
• Setelah sumber tegangan diberikan maka akan dapat diketahui bentuk dari sinyal keluaran yang dihasilkan rangkaian penyearah tersebut melalui osiloskop. Seperti yang terlihat pada gambar.

Gambar Sinyal Keluaran Penyearah Gelombang Penuh

• Dari gambar dapat dilihat keluaran dari rangkaian penyerah gelombang penuh. Pada saat siklus positif, maka arus akan mengalir melewati dioda D1, menuju beban, kemudian melewati dioda D3. Dengan demikian akan dihasilkan nilai keluaran yang berkurang sebesar 1,4 V yang disebabkan oleh adanya 2 dioda yang dilewati. Ketika siklus negatif, arus akan mengalir melewati D2, menuju beban, kemudian melewati dioda D4. Keluaran yang dihasilkan saat siklus negatif akan berada pada nilai positif. Hal ini dikarenakan arus yang mengalir tetap melewati beban pada titik yang sama ketika siklus positif terjadi. Sehingga nilai tegangan keluaran tetap bernilai positif.

1.4.2 Clipper dan Clamper

Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

• Langkah pertama yang dilakukan yaitu merangkai rangkaian seperti pada Gambar 1.9 dimana sumber tegangan diberikan setelah rangkaian selesai disusun.
• Kemudian hubungkan keluaran dari rangkaian tersebut dengan osiloskop.
• Selanjutnya sumber tegangan diberikan pada rangkaian tersebut. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan bolak-balik sinusoida.
• Setelah sumber tegangan diberikan maka akan dapat diketahui bentuk dari sinyal keluaran yang dihasilkan rangkaian penyearah tersebut melalui osiloskop. Seperti yang terlihat pada gambar.
• Dari gambar dapat diketahui keluaran dari rangkaian clipper-clamper. Pada saat siklus negatif, nilai dari tegangan sumber akan tersimpan dalam kapasitor. Ketika siklus positif, nilai dari tegangan sumber akan ditambahkan dengan nilai tegangan yang tersimpan dalam kapasitor ketika siklus negatif sehingga nilainya menjadi dua kali nilai tegangan sumber. Nilai keluaran yang terjadi pada saat siklus negatif merupakan nilai dari tegangan dioda D1, dan pada saat siklus positif tegangan keluaran akan terpotong pada nilai dioda D2 yaitu 0,7 V.

1.4. Pengganda Tegangan

Langkah-langkah yang harus dilakukan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut:

• Langkah pertama yang dilakukan yaitu merangkai rangkaian seperti pada gambar dibawah ini dimana sumber tegangan diberikan setelah rangkaian selesai disusun.

Gambar Rangkaian Pengganda Tegangan

• Kemudian hubungkan keluaran dari rangkaian tersebut dengan osiloskop.
• Selanjutnya sumber tegangan diberikan pada rangkaian tersebut. Sumber tegangan yang digunakan adalah sumber tegangan bolak-balik sinusoida.
• Setelah sumber tegangan diberikan maka akan dapat diketahui bentuk dari sinyal keluaran yang dihasilkan rangkaian penyearah tersebut melalui osiloskop. Seperti yang terlihat pada gambar.

Gambar Sinyal Keluaran Pengganda Tegangan

• Dari gambar dapat diketahui keluaran dari rangkaian pengganda tegangan. Pada saat siklus negatif pertama, nilai dari tegangan sumber akan disimpan dalam kapasitor C1. Ketika siklus positif, maka nilai dari tegangan sumber akan dijumlahkan dengan nilai tegangan yang tersimpan dalam kapasitor C1 ketika siklus negative yang kemudian disimpan kapasitor C2. Dan nilai tegangan keluaran adalah dua kali nilai tegangan sumber. Ketika siklus negatif kedua, maka nilai tegangan keluaran adalah nilai tegangan yang tersimpan dalam kapasitor C2.

dioda

Dioda merupakan piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan bukan berupa garis lurus, hal ini karena adanya potensial penghalang (Potential Barrier).

Ketika tegangan dioda lebih kecil dari tegangan penghambat tersebut maka arus dioda akan kecil, ketika tegangan dioda melebihi potensial penghalang arus dioda akan naik secara cepat



dioda Zenera




dioda tunelowa




dioda wsteczna




dioda pojemnościowa





Fungsi :

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.






Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron






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.






Tegangan Breakdown

Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang 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 0.7 volt. Kira-kira 0.3 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.






grafik arus dioda






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






Hambatan Bulk

Di atas tegangan kaki, arus dioda akan membesar secara cepat, dengan kata lain pertambahan yan kecil pada tegangan dioda akan menyebabkan perubahan yang besar pada arus dioda.

Setelah tegangan penghalang terlampaui, yang menghalangi arus adalah hambatan Ohmic daerah P dan N, Jumlah hambatan tersebut dinamakan Hambatan Bulk






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






Zener

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






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

Simbol LED
2. Dioda
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.


Struktur dan skema dari dioda dapat dilihat pada gambar 7 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 sebagi berikut ini yaitu :
- Dioda diberi tegangan nol
- Dioda diberi tegangan negative
- Dioda diberi tegangan positive

Dioda Diberi Tegangan nol

Ketika dioda diberi tengangan 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.





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






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 kenyataanya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.

Plate Characteristic dari Dioda
Karakteristik yang paling penting dari dioda adalah Plate Characteristic, dimana karakteristik ini memberikan koorelasi antara tegangan pada dioda dengan arus yang mengalir pada dioda.

Pada Figure 11 di atas dapat dilihat rangkaian uji (Figure 11.A) untuk mendapatkan karakteristik plate dan contoh karakteristik plate dari dioda(Figure 11.B).
Heater voltage diberikan pada filament untuk memanaskan tabung sampai pada temperatur tertentu yaitu T1, dan kemudian tegangan plate Eb diubah mulai dari 0 sampai pada suatu nilai tertentu yang masih dapat ditangani oleh dioda. Arus Ib yang mengalir pada dioda akan naik bersamaan dengan naiknya tegangan pada plate seperti terlihat pada grafik karakteristik plate, akan tetapi ketika menjangkau harga Eb tertentu maka Ib tidak dapat naik lagi dan tetap konstan walaupun Eb dinaikkan terus. Titik dimana Ib tidak dapat naik lagi walaupun Eb terus dinaikkan dinamakan saturation point.
Jika tegangan filament dinaikkan sehingga suhu dari dioda menjadi naik (T2) dan percobaan serupa seperti diatas dilakukan lagi, akan didapat arus Ib yang lebih besar pada saturation point. Atas dasar situasi ini dapat disimpulkan bahwa temperatur pada dioda dapat berpengaruh dalam menentukan arus maksimum yang dapat mengalir pada dioda.

Resistansi Dioda
Dari karakteristik plate yang telah kita bahas di atas maka, kita dapat melihat bahwa ada kaitan tertentu antara tegangan dan arus yang mengalir pada dioda, berdasarkan atas kenyataan ini maka kita dapat menyimpulkan bahwa sesungguhnya dioda memiliki resistansi dalam ( internal resistance).
Resistansi dalam yang dimiliki oleh dioda adalah tidak sama untuk arus AC maupun DC yang diberikan oleh dioda sehingga dalam kaitan dengan sifat ini maka terdapat dua definisi resistansi internal dioda yaitu DC Plate Resistance dan AC Plate Resistance. DC Plate resistance adalah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda dberikan tegangan DC, sedangkan AC Plate resistance ialah resistansi dioda yang diukur ketika pada dioda diberikan tegangan AC.
Untuk lebih memahami proses perhitungan resistansi dioda dapat anda lihaat gambar 12 berikut ini.

Figure 12.A menampilkan grafik untuk mengukur DC Plate resistance dari dioda dimana DC Plate resistance dari dioda (Rb) ialah Rb= 0A/0B
Figure 12.b menampilkan perhitungan AC Plate resistance dari dioda, karena tegangan AC adalah bersifat dinamik atau berubah ubah nilainya setiap saat maka perhitungan AC Plate resistance harus dilakukakan juga dengan memperhatikan perubahan tegangan dan arus dioda pada beberapa keadaan dalam hal ini ialah selisih perubahan tegangan arus dan tegangan dioda.
AC Plate resistance (rb) berdasarkan Figure 12.B ialah rb= (BC/YZ)

DIODA

Dioda, Zener dan LED

by aswan

Dioda termasuk komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor. Beranjak dari penemuan dioda, para ahli menemukan juga komponen turunan lainnya yang unik.

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

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat 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 mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

dioda dengan bias maju

Sebalikya 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 jawabanya 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. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang 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 0.7 volt. Kira-kira 0.2 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.

Zener

Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. 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. 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.



Simbol Zener

Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias).

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 dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Simbol LED

Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak 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.

Aplikasi

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyerah arus (rectifier) power suplai atau konverter AC ke DC. Dipasar banyak ditemukan dioda seperti 1N4001, 1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdwon-nya. Zener banyak digunakan untuk aplikasi regulator tegangan (voltage regulator). Zener yang ada dipasaran tentu saja banyak jenisnya tergantung dari tegangan breakdwon-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