Dioda

Dioda semi konduktor yang dipakai pada teknik elektronika pada umumnya digunakan untuk menyearahkan arus listrik AC menjadi DC. Dioda dibentuk oleh atom P dan atom N yang digabungkan menjadi satusehingga akan membentuk susunan seperti gambar dibawah ini.

simbol dan gambar dioda

Dari gambar di samping atom P disebut sebagai anoda dan atom N sebagai katoda. Bila anoda diberi muatan positip dan katoda diberi muatan negatip, maka arus akan mengalir (lampu menyala), sebaliknya jika anoda diberi muatan negatip dan katoda diberi muatan positip, maka arus tidak mengalir.
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.
Arah gerakan arus yang mengalir ini dinamai arah gerak maju atau forward direction. Arah gerakan tanpa aliran arus ini dinamai arah gerak tentang atau revers direction.
Pada mulanya dioda terbuat dari germanium,namun karena germanium memiliki kelemahan terhadap suhu maka sekarang diganti denganbahan silicon. Dioda dikemas dengan plastik , logam ataupun gelas. Dioda yang banyak terdapat dipasaran seperti :IN 1028 , IN 1029 , IN 4001 , IN 4002 , IN 4007, IN 5058 , dll.
Beberapa dioda yang ada dipasaran beserta kegunaannya:
- Dioda Detektor
Ciri – cirinya adalah :
• Terbuat dari bahan germanium
• Mendeteksi sinyal – sinyal kecil pada pesawat penerima radio
• Terdapat beberapa tipe seperti : OA 70 , OA 79 , OA 90 , IN 34 , IN 60 , IN 914 , dll.
- Dioda Penyearah / Rectifier

Dioda Penyearah

Ciri – cirinya adalah :
• Mengubah arus bolak – balik (AC) menjadi arus searah (DC).
• Terbuat dari bahan silikon
• Digunakan pada power supply / adaptor
• Tegangan kerjanya antara 25 volt – 50 volt dengan kemampuan arus antara 0,25 ampere sampai 1 ampere
• Dalam memilih dioda ini harus diperhatikan spesifikasi tegangan puncak terbalik dan arus kerja DC rata – ratanya.
Misal pada dioda silicon tipe IN 4003 tertulis 1 A / 50V,artinya bahwa arus kerja DC rata-ratanya 1Adan 50 volt adalah tegangan puncak terbaliknya,yang dikenal PRV atau PIV.
- Dioda zener

Simbol Dioda Zener

Ciri – cirinya adalah :
• Terbuat dari bahan silicon
• Digunakan untuk pensetabil tegangan
• Kemampuan daya berkisar antara 400mW – 50W
• Dipasaran terdapat beberapa ukuran : 2,4V , 2,7V , 3,0V , 3,3V , 3,9V , 4,3V , 4,7V , 6V , 7,5V , 9V , 12V , 15V, dlsb.
• Merupakan dioda yang didoping khusus sehingga ketika mendapat tegangan arah maju akan bertingkah seperti dioda biasa,sedang ketika dikenai tegangan terbalik dioda tidak menghantar kecuali tinggi tegangan mencapai tegangan zener / tembus.

Dioda Zener

- LED (Light Emitting Diode)

Simbol LED

Ciri – cirinya adalah :
• Terbuat dari bahan semikonduktor campuran : galium , phospor , Indium.
• Dapat memancarkan cahaya jika dikenai tegangan listrik.
• Tegangan kerja berkisar antara 1,4 volt – 3 volt.
• Memerlukan arus berkisar antara 30ma – 100ma.
• Sering digunakan pada lampu indikator,lampu kontrol,lampu variasi, dll.
• Intensitas cahaya berbanding langsung dengan arus maju yang mengalir
• Kaki panjang sebagai anode dan kaki pendek sebagai katode.

LED

SIFAT DIODA
a. Bias Maju
Jika anoda dihubungkan dengan kutub positip sumber searah dan katodanya dihubungkan dengan kutub negatipnya seperti terlihat pada gambar, maka rangkaian tersebut dikenal sebagai rangkaian bias maju (Forward -Bias).

Pada kondisi seperti ini arus akan mengalir dari anoda menuju katoda. Tegangan dimana dioda mulai mengalirkan arus disebut sebagai tegangan kerja dioda ( Ud).
 

b. Bias Mundur
Jika kedua elektroda dioda tersebut kita hubungkan secara terbalik (berlawanan polaritas), yaitu anoda dihubungkan dengan sumber negatip sumber searah sedangkan katoda dihubungkan dengan sumber positipnya, maka bias demikian disebut bias mundur (Reverse-Bias) seperti diperlihatkan pada gambar.

Pada saat reverse ini dioda akan mempunyai nilai hambatan yang besar, sehingga arus tidak akan atau sedikit mengalir dalam orde mikroamper. Jika tegangan sumber dinaikkan lebih besar lagi, maka suatu saat tertentu secara tiba-tiba arus akan naik secara linear. Tegangan saat arus mengalir secara linear ini dikenal sebagai tegangan patahan (Breakdown Voltage). Tegangan ini jika terus diperbesar akan mengakibatkan kerusakan pada dioda dan untuk itu tegangan ini dibatasi hingga tegangan nominal yang dikenal dengan nama Peak Inverse Voltage disingkat PIV. Pada forward bias, perbedaan voltage antara katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2V, 0.6V dan sebagainya. Bila dioda diberi reverse bias (yang beda voltagenya tergantung dari tegangan catu) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik. Tegangan terbalik ini tidak boleh melampaui harga tertentu, harga ini disebut breakdown voltage, misalnya dioda type 1N4001 sebasar 50V. Dioda jenis germanium misalnya type 1N4148 atau 1N60 bila diberikan forward bias dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila forward bias dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut. Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk switch.
c. Dioda Sebagai Penyearah Arus (Rectifier)
Berdasarkan sifat-sifat dioda , maka dioda dapat dimanfaatkan sebagai alat penyearah arus bolak-balik (rectifier). Ada dua macam penyearah yang dikenal, yaitu :
1. Penyearah Setengah Gelombang (Half-Wave Rectifier),
2. Penyearah Gelombang Penuh (Full-Wave Rectifier).
1. Penyearah Setengah Gelombang

Rangkaian dasar penyearah setengah gelombang diperlihatkan pada gambar dimana sisi primer transformator tersambung dengan sumber bolak-balik (ac) sedangkan sisi sekunder dihubungkan seri dengan sebuah dioda dan tahanan beban (RL).Jika saklar S ditutup, maka saat t1 – t2 keadaan di titik A misal berpolaritas positip, maka pada setengah periode ini dioda ada dalam kondisi menghantar sehingga arus IRL mengalir. Arus tersebut akan melewati tahanan RL sehingga antara titik C dan D terbangkit tegangan yang sebanding dengan besarnya arus yang mengalir.
2. Penyearah Gelombang Penuh
Ada dua macam penyearah gelombang penuh, yaitu sistem Titik -Tengah (centretap) dan Sistem Jembatan (bridge).
d. Dioda sebagai pelipat tegangan (Voltage Multiplier)
Guna melipat tegangan dari suatu sumber tegangan searah , maka dapat dibuat rangkaian pelipat yang dasarnya adalah merupakan rangkaian penyearah tegangan. Besar tegangan yang dilipatkan dapat diatur mulai dari duakali lipat, tigakali lipat atau seterusnya. Sebagai contoh jika anda menghendaki kelipatan dua dari tegangan output suatu penyearah sebagai berikut :
Jika diketahui tegangan efektiv (rms) suatu sumber ac adalah 4,5 volt, maka tegangan maksimum (Um) adalah 4,5 x ? 2 = 6,3 volt.
Jika tegangan tersebut dilewatkan pada rangkaian pelipat dua, maka tegangan output yang dihasilkan adalah Uo = 2 x 6,3 volt = ? 12,6 volt.
Rangkaian pelipat dua disebut Doubler, pelipat tiga disebut Tripler dan pelipat empat disebut Quadrupler atau secara umum pelipat ini disebut sebagai Multiplier.