Dioda

BAB II

DIODA

1. Pendahuluan

     Dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan arah arus tertentu. Dioda modern memakai piranti  semikonduktor dengan bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya.   

A. Lapisan Pengosongan (depletion layer)

Batas antara bahan tipe p dan bahan tipe n disebut persambungan (junction) seperti gambar 1.3

Gambar 1.3  Gambar Persambungan PN 

 Daerah yang mengandung ion-ion positif dan negatif disebut lapisan pengosongan (depletion layer) karena pada daerah ini mengalami pengosongan dari pembawa-pembawa muatan elektron maupun hole.

Gambar 1.4 Simbol dioda

B. Forward bias

Hubungan forward bias (bias maju) adalah bila kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan positif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan negatif. Arah aliran elektron adalah dari bahan tipe n ( K) ke bahan tipe p (A) dan sebaliknya arah arus dari bahan tipe p (A) ke bahan tipe n (K) seperti gambar 1.5

Gambar 1.5 forward bias diode

C. Reverse Bias

Reverse Bias adalah pemberian sumber tegangan yang terbalik dimana kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan negatif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan positf.

Gambar 1.6  Reverse bias diode

Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju I_F (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar 1.5 dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur I_R (reverse bias ) dari hubungan baterai seperti gambar 1.6 Adapun karakteristik Dioda adalah seperti pada gambar 1.7

Gambar 1.7 Karakteristik Dioda

Dioda aktif apabiladan tidak aktif apabila  V_D < 0 . Rumus umum untuk arus dioda I_D adalah:

dimana,

I_S = arus reverse saturasi

k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si

                                                           T_k = T_C + 273⁰

2. Dioda Zener

Prinsip kerja Dioda Zener adalah saatdimana V_BD disebut juga dengan V_Z maka dioda zener akan aktif dan tegangan tetap sebesar tegangan zener V_Z walaupun V_D diberikan < V_Z seperti gambar 2.1 

Gambar 2.1 Karakteristik Dioda Zener

3.  Aplikasi Dioda
A. Gerbang OR dan AND

1) Gerbang OR

Rangkaian gerbang OR dapat dirancang dengan memakai dioda seperti gambar 3.1 Sesuai dengan tabel kebenaran gerbang OR apabila kedua input berlogika ‘0’ maka output gerbang OR akan berlogika ‘0’ dan apabila salah satu atau kedua input berlogika ‘1’ maka output gerbang OR akan berlogika ‘1’

Gambar 3.1  Rangkaian dan tabel kebenaran gerbang OR

2) Gerbang AND

 Jika V₁ =’1’ dan V₂ = ‘0’ maka dioda D₁ tidak aktif karena kaki Anoda bertegangan 10 Volt dan kaki katoda bertegangan 10 Volt juga. Dioda D₂ aktif sehingga tegangan output V_O = V_i - V_R = V_D2 = 0,7 Volt (berlogika ‘0’).

Gambar 3.2 Rangkaian dan tabel kebenaran gerbang AND

B. Penyearah (rectification)

1) Penyearah setengah gelombang (half-wave rectification)

Adapun rangkaian half-wave rectification dengan gelombang tegangan input V_i berbentuk sinus seperti gambar 3.3. Pada saat tegangan input bertegangan setengah gelombang positif maka dioda aktif atau terjadi short circuit pada dioda jika dimisalkan dioda adalah dioda ideal seperti gambar 3.4.

Gambar 3.3 rangkaian half-wave rectification

Gambar 3.4 Dioda ideal aktif menjadi rangkaian short circuit

2) Penyearah gelombang penuh (full-wave rectification)

a)Bridge network

Gambar 3.5 Rangkaian Bridge Network

b) Centre Tapped Transformer

Pada saat tegangan input V_i bertegangan setengah gelombang positif maka arus dari V_i mengalir ke dioda D₁, terus ke tahanan R dan kembali ke V_i.

Gambar 3.6 Rangkaian Centre Tapped Transformer

3) Clippers

Rangkaian clippers adalah rangkaian pemotong sinyal input Vi dengan memanfaatkan kerja dioda.

a) seri

Gambar 3.7 rangkaian, bentuk gelombang input dan output untuk arah dioda yang berbeda

b) Clipper seri dengan DC

Rangkaian suatu sumber tegangan dc yang diserikan dengan dioda seperti gambar 3.8

Gambar 3.8 rangkaian dan bentuk gelombang  V_i dan V_O dengan seri -V_dc dan +V_dc  

c) Paralel

Gambar  3.9 Rangkaian bentuk gelombang input dan output 

d) Clipper paralel dengan DC

Gambar 3.10 rangkaian dan bentuk gelombang  V_i dan V_O

4) Clamper

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang menarik tegangan (peak to peak) ke atas atau ke bawah dengan memanfaatkan prinsip kerja kapasitor. 

Gambar 3.11  Rangkaian dan bentuk gelombang  Vi dan Vo

5) Dioda Zener

Dioda zener saat ‘on’ bertegangan sebesar Vz dan saat ‘off’ bertegangan sebesar

V_D .

Gambar 3.12 rangkaian ekivalen dioda zener

6) Voltage Multiplier Circuit

Rangkaian pengganda tegangan (Voltage Multiplier Circuit) adalah rangkaian yang dapat melipatgandakan keluaran tegangan outputnya dengan memanfaatkan prinsip kerja kapasitor seperti gambar 3.13.

Gambar 3.13  rangkaian Voltage Multiplier

Referensi :

1.   Boylestad, R. and Nashelsky, L., 1999, “Electronic Devices and Circuit Theory”, Prentice Hall, New Jersey.

2.  Hayt, W. H. and Neudeck, G. W., “Electronic Circuit Analysis and Design”, Houghton Mifflin Company, Boston.

3.  Coughlin, R. F. and Driscoll F. F., 1985, “Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

4.  Paynter, R. T.,1997, ”Introductory Electronic Devices and Circuits”, Prentice Hall, New Jersey.

5. Malvino, 1985, “ Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor: Pangantar Transistor dan Rangkaian Terpadu”, Penerbit Erlangga.

6.  Mike Tooley, 2002, “ Rangkain Elektronika: Prinsip dan Aplikasi”, Penerbit Erlangga

7.  Darwison, 2008, “Diktat Elektronika Analog”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

8.  Darwison, 2011, “Diktat Dasar Elektronika”, Teknik Elektro – Unand, Padang. 

9.  Darwison, 2011, “Panduan Praktikum Dasar Elektronika Digital”, Teknik Elektro – Unand, Padang.

 

4. HTML (Download Disini)

5. Rangkaian (Download Disini)