DIODA

Dioda merupakan komponen elektronika yang dibuat menggunakan bahan semikonduktor jenis N dan P yang dibentuk dalam satu keping semikonduktor kristal tunggal. Semikonduktor jenis N dibentuk dengan cara mendifusikan atom donor (atom bervalensi 5) ke semikonduktor intrinsik. Sedangkan untuk semikonduktor jenis P, dibentuk dari semikonduktor intrinsik yang didoping menggunakan atom bervalensi 3. Dioda disimbolkan seperti gambar berikut:



Simbol Dioda

Secara grafis, kondisi dioda dalam keadaan tidak diberi bias tegangan adalah seperti terlihat pada gambar berikut


Dioda dalam keadaan tanpa bias tegangan

Dalam gambar di atas dapat dilihat bahwa di daerah pengosongan terbentuk pasangan elektron dan hole, karena elektron bebas dari Tipe N tertarik ke daerah Tipe P. Elektron yang pindah ini, meninggalkan hole pada tipe N. Pasangan elektron-hole inilah yang kemudian akan menghalangi perpindahan elektron lebih lanjut dan dikenal sebagai potensial Barrier.

Karena terbentuk oleh dua jenis semikonduktor (N dan P), maka dioda hanya dapat melewatkan arus listrik dalam satu arah saja (ketika bias maju).
Menurut bahan semi konduktor yang digunakan dalam pembuatannya, dioda ada 2 jenis yaitu :
1. Dioda silikon: Dibuat dari bahan silikon (si)
2. Dioda germanium: Dibuat dari bahan germanium (ge)
Jenis-jenis dioda dan penggunaannya :
- Dioda silikon: Banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah arus, pengaman tegangan kejut dsb. Contoh : 1N4001, 1N4007, 1N5404 dsb.
- Dioda zener: Digunakan untuk membatasi/mengatur tegangan. Contoh : zener 6.2 volt, zener 3.2 volt dsb.
- Dioda Bridge: 4 buah dioda yang dirangkai menjadi rangkaian jembatan/bridge. Banyak digunakan pada rangkaian catu daya sebagai penyearah gelombang penuh (full wave rectifier). Contoh : B40C800, kiprox pada kendaraan bermotor dsb.


Forward Bias
Ketika kaki katoda disambungkan dengan kutub negatif batere dan anoda disambungkan dengan kutub positif, maka dikatakan bahwa dioda sedang dibias dengan tegangan maju. Bias maju ini diperlihatkan pada gambar berikut.


Dioda dengan bias tegangan maju


Dalam bias maju, kutub negatif batere akan menolak elekton-elektron bebas yang ada dalam semikonduktor tipe N, jika energi listrik yang digunakan adalah melebihi tegangan barir, maka elektron yang tertolak tersebut akan melintasi daerah deplesi dan bergabung dengan hole yang ada pada tipe P, hal ini terjadi terus menerus selama rangkaian di gambar tersebut adalah tertutup. Kondisi inilah yang menyebabkan adanya arus listrik yang mengalir dalam rangkaian.

Reverse Bias
Sebaliknya jika kaki katoda disambungkan dengan kutub positif batere dan anoda disambungkan dengan kutub negatif batere, maka kondisi ini disebut sebagai bias tegangan balik, seperti terlihat dalam gambar berikut.


Dioda dengan bias tegangan mundur

Ketika dioda dibias mundur, maka tidak ada aliran arus listrik yang melewati dioda. Hal ini dikarenakan elekton bebas yang ada pada tipe N tertarik oleh kutub positif batere dan demikian juga hole pada tipe P berekombinasi dengan elektron dari batere, sehingga lapisan pengosongan menjadi semakin lebar. Dengan semakin lebarnya lapisan pengosongan ini, maka dioda tidak akan mengalirkan arus listrik. Ketika tegangan bias mundur terus diperbesar, maka pada suatu harga tegangan tertentu dioda akan rusak, karena adanya proses avalan yang menyebabkan dioda rusak secara fisik.

A. Garis Beban dan Titik Operasi Dioda
Jika suatu rangkaian dioda yang seri dengan suatu hambatan pembatas (R) dan sumber tegangan (VDD), dianalisa, maka akan didapat persamaan sebagai berikut:



Jika tegangan input dan hambatan pembatas diketahui, maka hanya tegangan dan arus dioda yang tidak diketahui. Persamaan ini menyatakan hubungan yang linear antara tegangan dan arus.

Pada saat Vd sama dengan nol, maka



Titik ini disebut dengan titik jenuh (saturation point) yang terletak pada sumbu tegak arus. Sementara itu, jika Vd sama dengan Vin, maka

ID = 0

Titik ini disebut dengan titik putus (cut off point) yang terletak pada sumbu mendatar. Jika kedua titik ini dihubungkan, atau dengan mengukur titik-titik lain, akan didapatkan sebuah garis yang khas, disebut garis beban (load line).
Apabila grafik garis beban dioda digambarkan pada grafik dioda, maka akan didapatkan grafik seperti pada Gambar 1. Kedua grafik itu memiliki sebuah titik potong, yang disebut dengan titik operasi (operating point), yang menyatakan arus dan tegangan dioda sesuai dengan tegangan input dan tahanannya.



Gambar 1. Load Line dan Operating Point

B. Model Dioda
Dioda dalam prakteknya, seringkali didekati dengan menggunakan pendekatan atau model. Sudah barang tentu, model ini tetap berdasarkan kepada representasi matematika dan grafik dari karakteristik V-I dari dioda itu sendiri. Penyederhanaan model ini, hanya ingin memberikan gambaran global dari cara kerja dioda, namun belum merepresentasikan detil-detil penting dari dioda itu sendiri. Terdapat beberapa model pendekatan dioda, yaitu: Model Dioda Ideal, Model Dioda Offset dan Model Dioda Real. Model Dioda Ideal memiliki karakteristik V-I seperti pada Gambar 2 (a). Pada model ini, suatu dioda berlaku sebagai konduktor yang sempurna (bertegangan nol) bila diberi forward biased dan berlaku sebagai isolatif yang sempurna (berarus nol) bila diberi reverse biased. Dalam istilah rangkaian, dioda berlaku seperti saklar (swithc), bila diberi forward biased ia bertindak sebagai saklar tertutup (ON), dan bertindak seperti saklar terbuka (OFF) bila diberi reverse biased. Model ini sangat ekstrim, sehingga untuk kondisi-kondisi tertentu, diperlukan model yang lebih baik lagi.
Sesungguhnya, diperlukan tegangan offset sekitar 0,7 volt sebelum dioda Silikion menjadi konduktor dengan baik. Gambar 2(b). memperlihatkan karakteristik V-I dioda, dimana tidak ada arus mengalir sampat tegangan dioda mencapai 0,7 volt. Pada titik ini dioda mulai konduksi. Jadi, dioda dianggap seperti sebuah switch yang disarikan dengan sebuah baterai 0.7 volt. Jika tegangan sumber lebih besar dari 0.7 volt, switch menutup dan tegangan dioda adalah 0.7 volt. Namun, jika tegangan sumber kurang dari 0.7 volt maka switch membuka.

Pada model ketiga ini, tahanan dalam dioda, Rf, diperhitungkan. Gambar 2(c)., menunjukkan model dioda real ini. Sehingga, pada saat konduksi, arus menghasilkan tegangan pada Rf, dimana semakin besar arus, semakin besar pula tegangan tersebut. Rangkain ekivalen pada model real dioda ini, adalah seperti sebuah saklar yang diseri dengan baterai 0.7 volt dan tahanan Rf.


Gambar 2. Model Dioda