KARAKTERISTIK DIODA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1      Latar Belakang

            Dioda adalah suatu komponen elektronik yang dapat melewatkan arus pada satu arah saja. Ada berbagai macam dioda,  yaiutu dioda tabung, dioda sambungan p-n, dioda kontak titik (point contact diode) dan sebagainya. Dalaam hal ini, kita akan membatasi pembahasan pada dioda sambungan p-n, khususnya dioda penyearah, dioda isyarat dan dioda Zener.

Dioda memegang peranan amat penting dalam alat elektronika, diantaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-balik, untuk mengesan gelombang radio, untuk membuta berbagai bentuk gelombang isyarat, untuk mengatur tegangan searah agar tidak berubah dengan beban maupun dengan perubahan tegangan jala-jala (PLN), untuk saklar elektronik, LED, laser semikonduktor, mengesan gelombang mikro dan lain-lain. 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 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.

  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.

1.2    Tujuan

1.             Untuk mengetahui karakteristik dan kurva statik dioda.

2.             Untuk menjelaskan terjadinya bias maju dan bias mundur.

3.             Untuk mengetahui aplikasi dioda.

4.             Untuk melihat sifat dioda sebagai penyearah.

5.             Untuk mengetahui jenis-jenis dari dioda berdasarkan fungsinya.

6.             Untuk mengetahui prinsip-prinsip kerja dioda.

BAB II

DASAR TEORI  

Ada dua cara untuk memahami perilaku perangkat elektrikal. Kita bisa turun ke tingkat molekuler untuk menentukan perangkat fisika. Dari fisika kita dapat membuat model untuk perangkat. Atau, kita dapat menentukan perilaku perangkat dengan mencari eksperimen ketergantungan perangkat saat ini pada tegangan perangkat. Secara umum jika Anda sedang membangun perangkat yang Anda butuhkan untuk mengetahui perangkat fisika sangat baik. Jika Anda menggunakan perangkat dalam sebuah rangkaian namun karakteristik tegangan saat ini adalah semua yang perlu Anda ketahui. Karena kebanyakan dari kita menggunakan perangkat elektronik daripada merakit mereka. Kita akan menggunakan pendekatan arus tegangan.

Dalam hal ini ada dua jenis dioda, yaitu : dioda ideal dan real dioda. Ketika kita mendiskusikan dioda ideal, kita akan mengganti ke sebuah model ideal dari dioda. Kita menggunakan model kira-kira dari I-IV dioda. Jadi, ketika kita menggunakan bentuk “real dioda,” kita mengganti ke sebuah model perbahan dioda, bukan sebuah jenis dioda yang berbeda.

Begitu banyak dioda tersedia karena dioda biasanya digunakan untuk rektifikasi, banyak perusahaan manufaktur menggunakan dioda pula. Dioda alami dibentuk dari tabung hampa. Pada tahun 1940 dan tahun 1950, teknik mesin di Bell Laboratories menemukan bahwa mereka bisa membentuk dioda dari bahan kristal, yang secara umum dibuat dari silikon dan germanium. Banyak dioda modern dibuat dari bahan material semikonduktor silikon. Untuk alasan ini, akan dibatasi pembahasannya dan selanjutnya dua silikon dioda, jenis dioda tambahan, termasuk itu dioda germanium.

Untuk menemukan kurva I-IV untuk sebuah real dioda dan mengukur tegangan dan arus yang dimiliki suatu dioda dengan memasukkan sumber tegangan yang bervariasi. Ketika tegangan dioda adalah negatif, arus dioda adalah negatif pula dan sangat kecil. Arus yang mengalir dalam dioda sering disebut arus bocor. Arus bocor adalah begitu kecil, biasanya diasumsikan bahwa sebuah real dioda tersebut adalah sebuah lintasan terbuka.

Catatan, sebuah perbedaan utama antara model dioda ideal dan model real dioda untuk V lebih besar dari nol. Dioda ideal menjadi sebuah lintasan pendek sepanjang diperoleh suatu arus dioda yang positif. Real dioda, dengan kata lain, tidak menjadi sebuah lintasan pendek pada kasus ini. Karena tegangan dan arus tidak diketahui, maka persamaan ini tidak dapat digunakan dengan mudah. Dalam faktanya, sebuah analisis yang lebih akurat dari lintasan dioda ada digunakan program komputer. Untungnya, tidak digunakan rumus dioda untuk memperoleh alasan yang akurat dari jawaban lintasan dioda.

Jika dibandingkan kurva real dioda I-IV dengan kurva baterai I-IV, dapat dilihat keneaikan yang mendekati untuk arus positif. Dalam kedua kasus ini, kurva adalah suatu garis yang hampir mendekati vertikal. Dioda berperan sebagai sebuah baterai 0,7V. ini merupakan perbedaan umum dari dioda ideal dan real dioda. Antara real dioda dan dioda ideal memperkirakan lintasan yang terbuka ketika keduanya OFF; dioda ideal adalah sebuah lintasan pendek ketika ON, sedangkan real dioda dapat diperkirakan dengan sebuah baterai 0,7V ketika ON.

Tida seperti baterai biasanya, dioda bukanlah sebuah sumber energi. Dioda merupakan sebuah perangkat yang mana penurunan resistansi karena arus yang melewatinya mengalami penaikan. Tegangan menyimpang pada saat dioda ON. Penggunaan baterai 0,7V untuk membuat tegangan dioda menyala merupak suatu perubahan sederhana dengan model on-off. Biarpun, sebuah model akurat dari real dioda juga termasuk beberapa resistansi.                                                                            (Michael Hassul, 1997)

Tabung sinar katoda merupakan contoh kebaikan dan keuntungan tabung hampa. Dengan konstruksi medan listrik dan magnetik yang saksama, aliran elektron lincah dapat dikendalikan secara tepat dan piranti pengolah informasi serbaguna. Namun, daya besar yang diperlukan untuk emisi termionik dan ukuran besar yang diperlukan untuk operasi praktis merupakan kelemahan piranti ini. Sebaliknya piranti elektronik semikonduktor tidak memerlukan daya seperti untuk katoda dan ukurannya sangat kecil.

Pertama-tama, ditinjau konduksi dalam zat padat di mana gerak elektron dipengaruhi oleh ion-ion tetap konduktor atau oleh atom-atom yangdibubuhkan pada semikonduktor. Konduksi listrik terjadi dalam ruang hampa jika elektron-elektron bebas tersedia untuk membawa muatan di bawah pengaruh medan yang diterapkan.

Dalam zat cair, pembawa muatan adalah ion-ion positif dan negatif di bawah pengaruh medan yang diterapkan. Zat padat beranekaragam jenis dan jumlah pembawa muatannya dan mudahnya gerak pembawa muatan ini dibawa pengaruh medan yang diterapkan dalam kerekayasaan elektronika perhatian tercurah pada berbagai isolator, yang praktis tak mengandung pembawa muatan; konduktor, yang mempunyai sangat banyak pembawa muatan yang lincah, dan semikonduktor, yang mempunyai konduksi di antara isolator dan konduktor.

Berdasarkan pengetahuan mekanisme konduksi, dibahas kerja dioda semikonduktor dan ditumbukkan pengertian kuantitatif perilaku sambungan dioda. Akhirnya diturunkan model rangkaina untuk dioda nyata dan ditinjau beberapa penerapan yang menggambarkan model dioda ideal.

Bersama perubahan potensial sambungan akibat pembiasan maju dan mundur, terjadi perubahan cukup nyata pada lebar daerah peralihan atau pengosongan. Untuk potensial sambungan tertentu, sejumlah tertentu muatan terikat harus dilepas, maka lebar daerah pengosongan dipengaruhi oleh rapat pembubuhannya. Dengan bias maju, daerah pengosongan melebar.

Jika bias mundur diperbesar cukup jauh, kenaikan mendadak arus mundur dapat diamati. Perilaku ini adalah akibat efek Zener atau efek avalans. Pada kedadalan zener, medan listrik pada sambungan menjadi cukup tinggi untuk menarik elektron-elektron langsung dari ikatan kovalennya. Pasangan elektron-lubang yang terjadi kemudian menambahkan kenaikan arus mundur secara tajam. Efek avalans terjadi pada tegangan lebih tinggi daripada tegangan kedadalan zener. Pada tegangan-tegangan tinggi ini, pembawa muatan memperoleh cukup energi diantara tabrakan untuk menyodok elektron-elektron dari ikatan kovalennya; ini juga dapat mencapai energi pengionan dalam suatu proses kumulatif.

Pada jenis dadal yang manapun arus mundur besar dan hampir tak dipengaruhi oleh tegangan. Jika daya didisipasi masih dalam batas kemampuan dioda, tak terjadi kerusakan; penurunan tegangan bias-mundur dibawah V_b akan menurunkan arus menjadi I_s. Dengan mengatur rapat pembubuhan, ada kemungkinan pembuatan dioda zener⁺ dengan tegangan kedadalan dari beberapa volt hingga ratusan volt. Hal ini sangat berharga karena kemampuannya untuk menjaga tegangan hampir tetap dengan arus yang bervariasi besar.

Model listrik suatu piranti sering disebut model rangkaian karena tersusun atas unsur-unsur rangkaian ideal. Model ini diturunkan dari kurva karakteristik piranti sebenarnya dan, jika dibuat secara tepat, dapat dipakai untuk meramalkan perilaku piranti nyata secara tepat dalam praktek penerapannya. Karakteristik dioda yang penting adalah bahwa dioda dapat membedakan tegangan maju dan mundur. Dioda ideal sama sekali tidak menghambat aliran arus pada arah maju dan memberikan hambatan tidak berharga untuk aliran arus pada arah mundur .

Penapis dirancang untuk memperkecil perubahan cepat tegangan bahan akibat perubahan siklis pada tegangan keluaran penyearah. Ada beberapa sebab lain mengapa ada variasi tegangan beban. Jika amplitudo catu daya bergoyang, seperti terjadi dalam praktek, tegangan dc-nya akan brgoyang. Jika arus beban berubah akibat perubahan R_L, tegangan dc-nya juga berubah mengikuti penurunan IR pada trafo, penyearah dan induktor. Penapis tidak akan dapat mencegah jenis variasi ini dan, jika tegangan beban adalah kritis, suatu pengatur tegangan harus dipasang. Dioda Zener cocok untuk menstabilkan tegangan.

Rangkaian pengatur tegangan dioda-Zener tersusun dari satu hambatan R_s seri penurunan tegangan dan satu dioda Zener paralel dengan hambatan beban R_L. Tegangan V₁ merupakan keluaran dc suatu penapis-penyearah. Tugas pengatur mempertahankan V_L lebih kurang tepat dengan perubahan V₁ atau I_L.

Kawat-kawat ke dioda semikonduktor harus mempunyai kontak ohmik agar aliran arus mudah tanpa menimbulkan rintangan potensial tambahan. Aluminium yang bersentuhan dengan silikon bertindak sebagai bahan ketakmurnian tipe-p, dan aliran arus lubang dengan mudah terlaksana melalui rekombinasi dengan elektron-elektron yang dicatu oleh rangkaian luar.

Aluminium yang bersentuhan dengan bahan tipe-n, sebaliknya akan menimbulkan kontak penyearahan bukan kontak ohmik yang diinginkan karenanya. Dalam praktek, kontak bahan dengan tipe-n  dibuat dengan logam  paduan khusus atau suatu lapisan bahan terbubuhi n⁺ dengan konsentrasi tinggi digunakan untuk menimbulkan peralihan potensial rendah antara semikonduktor dengan logam.

Kontak yang menyearahkan antara logam dan semikonduktor berada dengan sambungan pn dalam dua hal. Pertama, dalam seperti dioda Schottky penurunan tegangan maju hanya kira-kira setengah tegangan pada sambungan pn untuk arus yang sama. Kedua, karena dalam dioda Al-n hanya ada pembawa mayoritas, pensakelaran sangat cepat karena tidak perlu menunggu rekombinasi pembawa minoritas terinjeksi. Karakteristik ini menjadikan dioda-dioda Schottky berguna dalam berbagai rangkaian terpadu (IC). Jika dibuat secara tepat, karakteristik dioda dapat dipakai untuk meramalkan perilaku piranti nyata secara tepat dalam praktek penerapannya.

Terjadinya pasangan elektron lubang merupakan proses yang dapat-balik; energi dilepas bila elektron bergabung kembali dengan lubang. Untuk silikon dan germanium, rekombinasi biasanya terjadi pada cacat dalam kristal yang dapat menjebak elektron atau lubang yang bergerak, menyerap energinya, dan menahannya hingga mitra rekombinasi datang. Hanya kadang-kadang pada silikon atau germanium tetapi sering pada senyawa III-V seperti galium arsenida, elektron langsung jatuh ke lubang dan foton energi dibangkitkan. Sambungan galium arsenida yang memberikan kondisi optimum untuk pembangkitan radiasi dalam daerah tampak mata disebut dioda pemancar-cahaya (LED – light-emitting diode). Dengan kondisi khusus, cahaya yang dipancarkan menjadi koheren dan piranti disebut laser sambungan (junction laser).                                                                                       (Ralph J.Smith, 1984)

Bila dioda silikon dialiri arus yang polaritasnya berlawanan maka tegangan terminal dari dioda tidak akan berubah, bila suatu harga yang konstan telah dicapainya, meskipun arus arus yang mengalirinya bertambah besar. Dioda silikon yang dibuat untuk kepentingan tersebut dinamakan dioda Zener. Biasanya arus yang dipergunakan untuknya adalah 10 mA. Tegangan yang tetap bisa didapat di sekitar 5 - 40 V. 

R adalah tahanan untuk mengatur arus I, sehingga arus kerjanya tercapai. Jadi setiap saat bila arus yang memulainya berubah, maka harga R harus pula diatur kembali. Koefisien temperatur dari tegangan terminalnya tergantung dari tegangan terminal itu sendiri. Stabilitas dari tegangan terminal adalah kira-kira 0,005% per tahun. Dioda Zener yang secara mekanis adalah kuat, memungkinkan diambilnya arus dalam batas-batas yang tertentu, sering dipergunakan sebagai pengganti dari sel standar. Akan tetapi harga tegangan terminalnya dari dioda Zener harus ditentukan dengan mempersamakannya dengan sel standar.                                                                                                                      (Osamu Nishino, 2000)

Bentuk dan lambang diode adalah sebagai berikut ini.terminal A adalah anode dan terminal C adalah katode. Diode dapat mengalirkan arus ke arah maju (A) tetapi menghambat arus dalam arah terbalik (B), pekerjaan ini disebut pengarahan /penyearahan .Hubungan antara tegangan maju dna rus maju adlah sebagai berikut .

            Tegangan arus dan dan penahan dalam yang terjadi/dijumpai bila bila dalam suatu hubungan diberikan arah maju yang disebut tegangan maju “(F) berturut-turut tetapi, jika sinyal terlalu besar ,transistor memenuhi daerah jenuh atau putus.akibatnya puncak sinyal positif dan negaitif akan tergantung.pada bebrapa pemakaian ,kita memang memerlukan penguntingan .tetapi pada penguat linear transistor harusnya beroperasi di daerah aktif sepanjang waktu ini berarti selama satu siklus transistor tak pernah memenuhi daerah jenuh atau daerah putus.

Dengan penguat sekutu emitor kita memperolah penguatan tegangan dan penguatan arus yang besar. Sinyal keluar fse 180⁰ dengan sinyal masuk. Bila tegangan diberikan dalam antar balik atau berlawanan maka tidak ada arus yang mengalir .dlam hal ini tegangan arus dan penahan disebut teganga balik (VR) arus balik ( IR)dan penahan balik (rR).

            Bila sedikti arus dilewatkan pada dioda dalam arah aus sebenarnya tegangan pada dioda menjadi tetap (konstan ) kira-kira 0,6 volt .oleh karena itu dalam rangkaian berikut tegangan yang tetap kira-kira 1,2 volt dicapai antara titik a dan b. Kerusakan dapat diperiksa dengn mengukur nilai penahan nya dalam arah maju dan arah balik /menentang ,batas ukur dari alat pengukuran nya harus la di stel pada x 100 ohm,dan seharusnya dicatat bahwa arus mengalir dari terminal (-) tester malalui kabel tester ke (+) dalam cara pengukuran nilai penahan dalam arah maju menunjukn beberapa kiloohm sampai puluhan kiloohm dan nilai penahan dalam arah balik menunjukkan tak terhinnga ( jarum tidak bergerak ), berarti ioe dalam keadaan baik.

            Jika pemberian tegangan pada arah berlawanan terhadap katoda, sesungguhnya tidak ada arus yang mengalir pada diode.tetapi bila tegangan n balik dinaikkan pada diode tetap pada batas yang konstan tegangn tersebut dikatakan tegangan zener. Tegangan zener berada pada setiap diode untuk menjaga agar tegangan dalam setiap rangkain elektronika konstan dapat digunakan zener diode yang mempunyai tegangan sama dan dipasang secar terbalik terhdap tegangan rangkaian (arah balik).

Rangkaian yang menggunakan satu dioda dan dikenal sebagai penyearah setengah gelombang karena setengah siklus negatif dari sinyal masuk dipotong dan tidak muncul pada sinyal keluaran. Suatu transformator digunakan pada masukan, tugasnya adalah menaikkan atau menurunkan tegangan bolak-balik (ac) utama yang dihubungkan ke kumparan primer. Dari pembahasan sebelumnya diketahui bahwa tegangan keluaran e_o hanya berisi setengah siklus positif, karena dioda menghantar hanya selam interval-interval tertentu.

 Ini tentunya konsisten dengan kenyataan bahwa jika frekuensi f bernilai nol (sehingga menjadi arus dc) tidak terdapat ggl balik dan tidak ada impedansi terhadap aliran muatan. Perhitungan yang teliti (menggunakan kalkulus), begitu juga eksperimen, menunjukkan konstanta kesebandingannya adalah 2 . Dalam proses penyearah setangah gelombang, arus mengalir melewati resistansi beban hanya selama setengah bagian positif dari sinyal masuk. Kalau arus yang telah disearahkan mengalir melewati rsistansi beban menurut arah yang sama selama siklus penuh dari sinyal masuk, penyearah dinamakan pen yearah gelombang penuh.

Disini dioda serupa dan sadapan setengah pada kumparan sekunder transformator digunakan, karena masing-masing setengah dari kumparan sekunder trafo mempunyai jumlah lilitan yang sama, tegangan yang diinduksikan. Kemudian jika tegangan rangkaian berubah-ubah akibat suatu hal akan dikembalikan atau diperbaiki ke tegangan zener.

            Cara pemeriksaan zener diode pada dasarnya sama seperti pemeriksaan dioda biasa. Jika tarap tegangan zener diukura dlam rangkaian, harus sesuai dengan zener apa yang tertera dalam diode tersebut. Varactor (variable kapasitansi diode). Variabel kapasitansi diode disebut juga varicap atau varactor, mempunyai karakteristik dimana nilai kapsitetnya (yang terjadi akibat permberian tegangan balik) sesuai dengan tegangan yang diberikan kepadanya. Apabila suatu tegangan menetang/balik diberikan pada junction dioda, hole (lubang) bergerak menuju daerah p dan electron bergerak menuju daerah N. Jadi, pada junction (batas pertemuan) hanya ada sedikit pembawa arus carrier. Bila tegangan menentang diberikan kepada junction, daerah mana tidak dapat carrier disebut lapisan pengosongan (depletion layer).

(Drs. Daryanto 2010) 

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Komponen

       3.1.1 Peralatan

1. Multimeter (2buah)

Fungsi : Untuk mengukur tegangan U_in dan U_out (V_ab, V_bc, dan V_in)

2. Protoboard

Fungsi : Sebagai tempat merangkai rangkaian

3. PSA Udjust

Fungsi : sebagai sumber tegangan DC

4. PSA Simetri

Fungsi : sebagai sumber tegangan 5V

5. Kabel penghubung

Fungsi : sebagai suatu penghubung dengan penghubung yang lain

6. Penjepit buaya

Fungsi : sebagai alat yang digunakan untuk menghantar arus listrik

7. Jack Banana

Fungsi : untuk menghubungkan alat dengan komponen

3.1.2 Komponen dan Fungsi

1. Dioda IN 4007

Fungsi : untuk penyearah tegangan dan pada LED sebagai penghambat tegangan

2. Resistor 1μ, 4 μ7, 10 μ, dan 100K

Fungsi : untuk menghambat arus dan tegangan yang mengalir

3.2  Prosedur Percobaan

3.2.1 Mencari nilai V_ab, dan V_bc dari dioda

1. Dirangkai komponen pada protoboard

2. Dihubungkan kutub(+) pada multimeter V_ab pada dioda

3. Dihubungkan kutub (-) pada multimeter V_ab pada titik 0

4. Dihubungkan kutub(+) pada PSA Adjust ke dioda

5. Dihubungkan kutub(-) pada PSA Adjust ke groud

6. Dihubungkan kutub(+) pada multimeter V_dd ke titik A

7. Dihubungkan kutub(-) pada multimeter V_dd ke titik C

8. Dipasang dioda silikon pada V_dd, berkisar antara 0V sampai 6V dengan interval 0,5V.

9. Digunakan multimeter untuk mengukur V_ab dan V_bc untuk setiap kenaikan V_dd

10. Diukur tegangan pada resistor untuk menghitung arus dioda (V_bc/R₁)

11. Diulangi percobaan untuk mengukur tegangan dioda dan resistor untuk menghitung arus dioda (V_ab/R₁).

3.2.2 Mencari keadaan lampu pada resistor dan dioda

1. Dirangkai peralatan pada protoboard

2. Dihubungkan kutub positif kedioda

3. Dihubungkan kutub negatif ke multimeter

4. Dihubungkan kutub positif multimeter ke resistor

5. Dihubungkan kutub negatif multimeter ke LED

6. Dihubungkan kutub positif PSA ke LED

7. Dirangkai dioda silikon, LED dan resistor 1K ke protoboard dengan seri

8. Dihidupkan PSA simetris dengan tegangan masuk 5V

9. Dilihat V_out pada multimeter

10. Dilihat keadaan LED

11. Dicatat hasilnya

12. Diulangi percobaan untuk resistor 4K7, 10K, dan 100K.

BAB V

GAMBAR PERCOBAAN

1.      Untuk mengukur tegangan V_ab

 

2.      Untuk mengukur tegangan V_bc

3.      Untuk mengukur tegangan V_ac

DAFTAR PUSTAKA

[1]Drs.Daryanto. 2010. PENGETAHUAN PRAKTIS TEKNIK RADIO. Jakarta : Bumi Aksara

             Halaman :17,25-28

[2]Hassul, M.1997. ELECTRONIC DEVICES AND CIRCUITS. Prentice-Hall International, Inc.

             Page : 48-51

[3]Nishino,O.2000. PENGUKURAN ALAT-ALAT UNTUK LISTRIK. Jakarta : PT PRADNYA 

            PARAMITA

            Halaman : 152

[4]Smith, J.Ralph.1984. Rangkaian,Piranti,dan Sistem. Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga

            Halaman : 270-271 & 279-280 & 285-290