Karakteristik dan Aplikasi Dioda

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

Diode daya adalah komponen sambungan pn dua terminal dan sambungan pn di bentuk dari penumbuhan pencampuran, difusi dan epiktasial. Teknik kendali modern dalam proses difusi,dan epiktasial mengizinkan karakteristik komponen yang diinginkan menunjukkan  pandangan sebagian dari sebuah sambungan p-n dan symbol diode. Fungsi paling umum dari diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, diode dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan. Ketika potensial anode positif terhadap katode.diode bertindak bias maju dan diode terkonduksi memiliki drop tegangan maju yang relative kecil.dan besarnya tergantung pada proses manufakturnya dan temperature sambungan. Ketika potensial katode positif terhadap anode. Diode dikatakan sebagai bias mundur.    

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda semikonduktor adalah dioda yang terbuat dari semi konduktor type-n dan type-p yabg saling dihubungkan. Dioda ini digunakan sebagai penyearah yang mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah serta memisahkan gelombanga yang bermodulasi. Dioda telah menyearahkan arus ac berarti mengubahnya dari arus bolak-balik  menjadi arus searah. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi p ke sisi n. Karenanya ini mengingatkan kita bahwa arus konvensional mudah mengalir dari sisi p ke sisi n. Sebaliknya jika arus konvensional berusaha mengakir berlawanan arah dengan anak panah, maka dioda dibias reverse. Karena sumber dc mendorong arus konvensional searah dengan anak panah dioda, dioda dibias forward. Makin besar tegangan yang dibberikan, makin besar arus dioda. Dengan mengubah-ubah tegangan yang diberikan, kita dapat mengukur arus dioda dan tegangan dioda.

1.2  Tujuan

1.      Untuk mengetahui dan menjelaskan karakteristik statik dan kurva dioda

2.      Untuk mengetahui konstruksi penyusun dasar dioda

3.      Untuk mengetahui sifat dioda dan prinsip kerja dioda sebagai penyearah

4.      Untuk mengetahui dan menjelaskan terjadinya bias maju dan bias mundur pada dioda

5.      Untuk mengetahui aplikasi dari dioda

6.      Untuk mengetahui dan menjelaskan jenis-jenis dioda

BAB II

LANDASAN TEORI

Sebuah diode daya adalah komponen sambungan pn dua terminal dan sambungan pn di bentuk dari penumbuhan pencampuran, difusi dan epiktasial. Teknik kendali modern dalam proses difusi,dan epiktasial mengizinkan karakteristik komponen yang diinginkan menunjukkan  pandangan sebagian dari sebuah sambunga pn dan symbol diode.

Ketika potensial anode positif terhadap katode.diode bertindak bias maju dan diode terkonduksi memiliki drop tegangan maju yang relative kecil.dan besarnya tergantung pada proses manufakturnya dan temperature sambungan. Ketika potensial katode positif terhadap anode. Diode dikatakan sebagai bias mundur.

Dibawah kondisi tersebut, sebuah arus mundur yang kecil (disebut juga arus bocor ) dalam rentang mikro atau mihamper mengalir dan arus bocor ini akan bertambah secara perlahan sesuai dengan peningkatan tegangan sampai tegangan zener atau avalance tercapai . menunjukkan karakteristik tunak v-i diode. Untuk kebanyakan keperluan praktis. Sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah diode dapat dianggap sebagai sebuah saklar ideal, yang karakteristiknya.

Arus pada diode sambungan bias maju tergantung pada efek bersih pembawa mayoritas dan minoritas. Sekali diode pada mode konduksi maju dan kemudian arus majunya ditunkan menjadi nol ( karena prilaku natural rangkaian diode atau dengan menerapkan tegangan mundur), diode meneruskan konduksi karena pembawa minoritas yang tersisa tersimpan dalam sambungan pn dan material semikonduktornya . pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebut reserve recorvery time ( waktu pemulihan yang balik ) diode menunjukkan dua karakteristik pemulihan balik dari sambungan diode tipe pemulihan lunak ( soft recorvery ) yang paling umum.

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (diode termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektrode aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan diode digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (Variable kapacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator pengendali tegangan.Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis diode seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari diode adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, diode dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan. Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Waktu pemulihan balik dinotasikan dengan  dan diukur dari perpotongan initial zero crossing arus diode sampai 25% arus balik puncak. .  berisi dua komponen  dan .  karena pengisian komponen penyimpanan dalam bagian terbesar material  semikonduktor. Rasio  dikenal dengan factor kelunakan (softnes factor), SF . Agar praktis. Konsentrasikan pada waktu pemulihan total dan nilai puncak dari arus mundur puncak .

Arus mundur dapat diekspresikan dalam :

Jika  bisa diabaikan dibandingkan . Yang sering terjadi pada banyak kasus,

Waktu pemulihan mundur , mungkin dapat didefinisikan sebagai interval waktu antara arus  yang melewati nol selam pengalihan dari konduksi maju kekondisi pemblokingan mundur dan momen arus mundur kehilangan 25% nilai puncak mundur  ,  tergantung pada temperature sambungan, tingkat jatuhnya arus jatuh dan arus mundur sbelum komutasi.

Pengisian pemulihan mundur , adalah pembawa pengisian  yang mengalir melalui diode dengan arah berlawanan karena pengambilalihan dari konduksi maju ke kondisi pemblockingan mundur. Nilainya ditentukan dari wilayahnya yang dicakup  oleh arah  dari arus pemulihan mundur.

Secara ideal,sebuah diode harus tidak memilki waktu pemulihan mundur. Namun,biaya pembuatan diode seperti itu akan tinggi . dalam banyak penggunaan, efek dari waktu  pemulihan mundur tidak terlalu penting, sehingga diode dapat digunakan. Tergantung pada karakteristik pemulihan dan teknik pembuatan, diode daya dapat diklasifikasikan dalam tiga kategori. Karakteristik dan batasan praktis  tiap tipelah yang membatasi kegunaannya.

      1.      Dioda standart atau diode serbaguna

      2.      Diode pemulihan cepat

      3.      Diode shchottky

Diode Serbaguna ;

Diode penyearah serbaguna memilki waktu pemulihan mundur yang relative tinggi, biasanya 25 μs, dan digunakan untuk aplikasi kecepatan rendah, yang waktu pemulihannya tidak kritis. Diode ini mencakup tingkat dari kurang dari 1 A sampai beberapa ribu ampere,dengan tingkat tegangan antara 50 V sampai sekitar 5 kV. Diode ini secara umum dibuat dengan fusi, Namun tipe campuran (alloy) dari penyearah yang digunakan untuk suplay daya pengelasan paling efektif  pembiyaannya

dan kasar, dan memiliki tingkat kemampuan sampai 300 A dan 1000 V.

Dioda pemulihan cepat : 

Memiliki waktu pemulihan rendah, normalnya kurang dari 5μs. Digunakan untuk rangkaian converter dc-dc dan dc-ac dengan kecepatan pemulihannya yang sangat penting. Diode ini mencakup tingkat arus mulai kurang dari 1 A sampai ratusan ampere dengan tingkat tegangan mulai dari 50 V sampai 3kV.

Untuk tingkat tegangan diatas 400 V, diode ini dibuat melalui fusi dan waktu pemulihan diatur oleh platina atau emas . untuk tingkat tegangan dibawah 400 V, diode epitaksi lebih cepat disbanding diode fusi. Diode pemulihan cepat mempunyai basis yang tipis,yang menghasilkan waktu pemulihan cepat dalam berbagai ukuran .

Diode Schottky :

Masalah pengisian penyimpanan sambungan pn dapat dihilangkan ( atau minimalkan ) dalan diode schottky.dengan mengatur “potensial barrier” dengan sebuah kotak antara metal dan semikonduktor. Sebuah lapisan metal didepositkan pada lapisan epitaksi tipis silikon tipe n. potensial barrier mensimulasikan perilaku sambungan pn .aksi penyearah tergantung pada pembawa mayoritas dan sebagai hasilnya tidak ada kelebihan pembawa  minoritas untuk merekombinasi. Efek pemulihan semata-mata karena kapasitansi dari sambungan semikonduktor.

Pengisian pemulihan diode schottky jauh lebih kecil dari pada sebuah diode sambungan pn yang ekuivalen. Jika hanya kapasitansi sambungan, pengisian pemulihan memiliki ketidak tergantungan yang besar dari di/dt mundur. Sebuah diode schottky memilki tegangan yang jatuh maju relative  kecil  .

Arus bocor diode schottky lebih tinggi dari diode sambungan pn. Sebuah diode schottky dengan tegangan konduksi relative kecil memiliki arus bocor, dan sebaliknya. Sebagai hasil, tegangan maksimum yang diizinkan biasanya dibatasi pada 100  V. Tingkat arus diode schottky bervariasi dari 1 sampai 300 A. diode schottky  ideal untuk arus tinggi tegangan rendah catu daya dc. Meskipun begitu, diode tersebut juga digunakan pada catun daya arus kecil untuk meningkatkan efisiensi.schootky penyearah ganda 20 dan 30 A.                                                                           ( Muhammad  H Rashid,1992)

Diode-diode semikonduktor banyak ditemukan dalam berbagai aplikasi bidang rekayasa elektronika damn elektrik.diode secara luas juga dipakai rangkaian elektronika daya ( power electronik ) untuk mengkonversikan daya elektrik.beberapa rangkaian diode yang sering digunakan dalam rangkaian elektronika daya untuk pemrosesan daya. Diperkenalkan pula penggunaan diode untuk konversi ac ke dc. Konversi ac-dc secara umum akan dikenal dengan nama penyearah (rectifiers) .dan diode penyearah menyediakan tegangan keluaran dc yang pasti.agar mudah, diode selalu dianggap ideal.ideal ini berarti waktu reverse recovery  ) dan drop tegangan maju  diabaikan.Bahan aktif dari dioda dimana dioda daya semikonktor terbentuk silikon, bahan semikonduktor, yaitu bahan dapat diklasifikasikan sebagai antara bahan isolasi dan melakukan, ketahanan menurun dengan kenaikan suhu.Silikon merupakan unsur dalam kelompok IV dari tabel periodik, dan memiliki empat elektron di orbit luar struktur atom. Jika elemen dari kelompok V ditambahkan, yaitu unsur yang memiliki lima elektron orbit luar, maka elektron bebas hadir dalam bentuk struktur elektron cristal bebas memungkinkan geatly meningkatkan konduksi, dan sebagai elektron bermuatan negatif seperti material adalah dikenal sebagai N-jenis semikonduktor Jika silikon ditambahkan dan pengotor kelompok elemen dari kelompok III, yaitu, unsur memiliki elektron.maka orbit luar celah atau lubang muncul dalam struktur kristal yang dapat menerima elektron.

Kesenjangan ini dapat dipertimbangkan untuk memberikan bermuatan positif dikenal sebagai lubang, yang akan memungkinkan konduksi sangat meningkat, sehingga bahan yang diolah dikenal sebagai semikonduktor tipe-p.Urutan dooping (pengotor penambahan) merupakan urutan dari 1 bagian 10 atom. Dalam semikonduktor typr n, pembawa mayoritas elektron saat ini mayoritas saat ini elektron minoritas membawa menjadi lubang. Cadangan berlaku untuk tipe p semiconductor.depending pada derajat dooping, konduktivitas n atau p semikonduktor tipe sangat meningkat dibandingkan dengan thr murni silikon.

  ( Cyril W, Lander,1993 )

Beberapa  Dioda Hubungan p-n khusus :

      1.      Diodah Patah (Breakdown)

Kalau dioda hubungan P-n bekerja dalam daerah garis putus-putus dari karakteristik tegangan balik . Dioda-dioda tersebut di namakan dioda patah (breakdown).Dua mekanisme berikut merupakan penyebab patahan dioda hubungan p-n:

(i)                 Patahan avalans: pada saat catu balik yang di berikan dalam hubungan p-n naik, medan lewat hubungan akan naik pula. Pada suatu harga catu, medan menjadi sedemikian besar sehingga pembawa yang di bangkitkan secara panas pada saat melintas hubungan memperoleh sejumlah energi dari medan. Kemudian pembawa ini dapat melepaskan ikatan kovalen dan membentuk pasangan lobang baru pada saat membentuk ion tidak bergerak. Pembawa baru ini mengambil energi lagi yang cukup dari medan yang di berikan dan membentur ion-ion tidak bergerak lain sambil membagkitkan pasangan elekton lobang berikutnya. Proses ini sifat akumulatif dan menghasilkan avalans (runtuhan) pembawa dalam waktu yang amat singkat. Mekanisme pembangkit pembawa ini dinamakan penggandaan avalans. Hasilnya adalah proses aliran sejumlah besar arus pada suatu harga catu balik,seperti di tunjukkan oleh bagian garis putus-putus dari karakteristik.

(ii)               Patahan Zener : patahan zener terjadi kalau medan catu balik lewat hubungan p-n sedemikian rupa sehingga medan dapat memberikan gaya kuat pada elektronterikat dan melepaskan nya dari ikatan kovalen.jadi, sejumlahbesar pasangan elektron-lobang akan di bangkitkan lewat putus nya langsung iaktan kovalen.pasnagan elektron-lobang demikian memperbesar arus balik. Catatan,bahwa dalam patahan zener pembangkit pembawa tidak disebabkan oleh tumbuhan pembawa dengan ion-ion diam seperti halnya dalam peristiwa penggandaan avalans.

Walaupun ada dua perbedaan mekanisme,dioda-dioda patah biasanya dinamakan diode zener. Karakteristik  zener hamper sejajar dengan  sumbu arus,yang menunjukkan bahwa tegangan lewat diode hampir tetap walaupun arusnya banyak berubah.tegangan lewat diode zener dengan demikian dapat dimamfaatkan sebagai acuan ,dan diode tersebut dapat disebut dengan sebgai diode acuan. Penggunaan khas dari diode zener sebagai diode acuan.

Tegangan V dan resistansi R ditentiukan sedemikian rupa sehingga rus diode berada dalam batas tertentu dan diode bekerja dalam daerah patah.tegangan  lewat resistansi beban  tetap, walaupun catu tegangan V dan resistansi beban  dapat berubah .batas atas arus diode  ditentukan oleh disipasi daya dari diode.

      2.      Dioda terobosan

            Kalau konsentrasi atom-atom pencampur sangat besar ( sekitar  atau    ) baik dalam daerah p atau n, lebar halangan  dari diode hubungan p – n menjadi sangat kecil. Karakteristik volt amper khas dari diode semacam itu  menunjukkan daerah kemiringan negative  ini tidak dapat dijelaskan dengan mekanisme yang telah diberikan . proses mekanika kuantum yang dikenal dengan terobosan ( tunneling ), memberikan penjelasan yang memuaskan tentang karakteristik diatas dinamakn diode terobosan ( tunnel ).

         Kalau cahaya dibiarkan jatuh pada diode hubungan p-n yang dicatu balik, pasangan elekrton lobang tambahan terbentuk baik dalam daerah p maupun n. hal ini mengakibatkan terbentuknya perubahan konsentrasi pembawa mayoritas yang amat kecil dan perubahan konsentrasi minoritas yang amat besar. Tambahan pembawa minoritas ini memperbesar arus balik,karena pembawa-pembawa ini menurunkan potensial halangan .telah ditemukan, bahwa arus lewat diode hamper linear dengan fluks cahaya .

         Diode yang dirancang untuk bekerja dengan prinsip ini dinamakan diode foto.dioda semacam ini digunakan dalam deteksi cahaya, dalam penyambung bekerja dengan cahaya , pembacaan kartu lobang computer, pita-pita dan sebagainya.

      3.      Dioda pemancar cahaya ( LED =  Light Emitting Diode )

         Tidak seperti halnya pembangkitan pasang electron lobang yang memerlukan energy , maka rekombinasi satu electron dengan satu lobang sebaliknya mengeluarkan energy. Dalam hal semikonduktor tertentu, seperti GAas , kalau electron dari pita hantaran turun kedalam pita valensi, energy yang dikeluarkan .muncul dalam bentuk radiasi infra merah. Dalam hal aloi semikonduktor gallium arsenit fosfit.radiasi yang dipancarkan berwarna merah.                                                                              ( D. Chattopadhay,1989)

 

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1      Peralatan dan Komponen

            3.1.1        Peralatan dan Fungsi

1.      Multimeter digital (2 buah)

Fungsi :

-           untuk mengukur tegangan masuk (v_dd).

-          Untuk mengukur tegangan keluaran (V_ab dan V_bc).

2.      Protoboard

            Fungsi : sebagai tempat untuk merangkai rangkaian sementara.

3.      Jack banana

Fungsi : untuk menghubungkan peralatan dengan peralatan.

4.      PSA Adjust

Fungsi : sebagai sumber tegangan DC.

5.      Penjepit Buaya

Fungsi : untuk menghubungkan rangkaian dengan komponen.

6.      Kabel penghubung

Fungsi : untuk menghubungkan peralatan dengan peralatan.

           3.1.2        Komponen dan Fungsi

1.      Dioda IN4007

Fungsi : untuk penyearah tegangan DC.

2.      Resistor 1 kΩ

Fungsi : untuk menghambat tegangan dan arus.

3.2 Prosedur Percobaan

           1.      Dipersiapkan peralatan dan komponen yang akan digunakan.

           2.      Digambar rangkaian seperti gambar dibawah ini:

           3.      Dirangkai komponen yang sudah dipersiapkan sesuai dengan rangkaian diatas pada protoboard.

           4.      Dihubungkan kutub positif PSA adjust pada anoda dioda dan negatif pada ground.

           5.      Dihubungkan kutub positif multimeter pada anoda dioda dan negatif ke ground.

          6. Setelah diamati gambar di atas, dihubungkan kutub positif multimeter pada titik a dan kutub negatifnya   pada titik b.

           7.      Dihidupkan PSA dan multimeter.

           8.      Divariasikan tegangan PSA dari 0, 0.5 V sampai 6 V dengan interval 0,5 V.

           9.      Dilihat hasil pengukuran pada multimeter (V_ab).

         10.      Dicatar hasilnya pada tabel pengukuran.

          11.      Setelah diamati gambar di atas, dihubungkan kutub positif multimeter dititik b dan negatif dititik c.

          12.      Diulang percobaan diatas pada no.8.

          13.      Dilihat hasil pengukuran pada multimeter (V_bc).

          14.      Dicatat hasilnya pada tabel pengukuran.

          15.      Dinolkan semua tegangan PSA atau posisi normal (default).

          16.      Dimatikan/ di-offkan semua peralatan yang digunakan.

          17.      disimpan peralatan dan komponen yang telah digunakan.

Gambar Percobaan

DAFTAR PUSTAKA

  

        Chattopadhday,D.1989.Dasar Elektronika.UI Press.Jakarta.

Halaman 40 -61

        Rashid,M H.1992.Elektronika Daya.PT Prenhallindo.Jakarta.

Halaman 14-27

        Cyril W, Lander.1993.Power Electronics.Third Edition.Mc Graw Hill.London.

Halaman 1-5