DIODA

Dioda adalah bentuk sederhana dari semikonduktor. Semikonduktor digunakan untuk mengendalikan arah elektron. Dioda mempunyai dua buah terminal yaitu Anoda dan Katoda. Resistansi untuk arah arus dari Anoda ke Katoda sangat kecil, sedangkan untuk arah arus dari Katoda ke Anoda sangat besar. Sehingga dioda dapat digunakan sebagai katup elektron searah. Elektron dapat melewati dioda pada satu arah (Anoda ke Katoda) tetapi tidak pada arah sebaliknya.

Gambar 1. Tanda strip pada badan Dioda menandakan kaki Katoda.

Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar 1 : Simbol dan struktur dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas merdeka. Lalu jika diberi bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.

Gambar 2 : dioda dengan bias maju

Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.

Gambar 3 : dioda dengan bias negatif

Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.

Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Demikianlah sekelumit bagaimana dioda hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.2 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium.

Gambar 4 : grafik arus dioda

Jenis-jenis dioda dan penggunaanya antara lain:

• Zener : Sebagai pembatas dan penentu tegangan. Kamu bisa membuat regulator tegangan yang mudah dan murah dengan menggunakan dioda zener.
  

  Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Sebenarnya tidak ada perbedaan sruktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda. Tetapi dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya.
  

  
  

  

  Gambar 5 : Simbol Zener

  Ini adalah karakteristik zener yang unik. Jika dioda bekerja pada bias maju maka zener biasanya berguna pada bias negatif (reverse bias).
  

  
  

• Light Emiting Diode (LED) : Saat dialiri arus, semua semikonduktor memancarkan sinar infra merah. LED menghasilkan sinar yang dapat dilihat.
  

  LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya.LED merupakan produk temuan lain setelah dioda. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron yang menerjang sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien jika mengeluarkan cahaya. Untuk mendapatkna emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
  

  
  

  

  Gambar 6 : Simbol LED

  
  

  Pada saat ini warna-warna cahaya LED yang banyak ada adalah warna merah, kuning dan hijau.LED berwarna biru sangat langka. Pada dasarnya semua warna bisa dihasilkan, namun akan menjadi sangat mahal dan tidak efisien. Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi empat, bulat dan lonjong.
  

  
  

• Silicon Controlled Rectifier (SCR) : SCR merupakan saklar elektronik yang bisa mengendalikan arus AC atau DC. SCR biasanya dijumpai pada rangkaian dimmer lampu.
  

  Untuk membuat thyristor menjadi ON adalah dengan memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar-4a. Karena letaknya yang dekat dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut pin gate katoda (cathode gate). Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti gambar-4b. SCR dalam banyak literatur disebut Thyristor saja.
  

  
  

  

  Gambar-4 : Struktur SCR

  Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di trigger menjadi ON, yaitu dengan memberi arus gate. Ternyata dengan memberi arus gate I_g
  yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover (V_bo) sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON. Sampai pada suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah membuat SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil sekalipun. Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva tegangan dan arus dari sebuah SCR adalah seperti yang ada pada gambar-5 yang berikut ini.
  

Gambar-5 : Karakteristik kurva I-V SCR

Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu V_GT. Parameter ini adalah tegangan trigger pada gate yang menyebabkab SCR ON. Kalau dilihat dari model thyristor pada gambar-2, tegangan ini adalah tegangan V_be pada transistor Q2. V_GT seperti halnya V_be, besarnya kira-kira 0.7 volt. Seperti contoh rangkaian gambar-8 berikut ini sebuah SCR diketahui memiliki I_GT = 10 mA dan V_GT = 0.7 volt. Maka dapat dihitung tegangan V_in yang diperlukan agar SCR ini ON adalah sebesar :

V_in = V_r + V_GT

V_in = I_GT(R) + V_GT = 4.9 volt

Gambar-8 : Rangkaian SCR

• Rectifier : Rectifier berfungsi sebagai penyearah Arus ( AC ke DC ). Biasanya Rectifier lebih dikenal sebagai Dioda karena penyearah arus ialah fungsi dasar dari dioda, tetapi lebih spesifik lagi merupakan fungsi dari rectifier.
  
• Bridge Rectifier : Terdiri dari empat buah rectifier yang berhubungan satu sama lain ( membentuk formasi kotak ). Bridge rectifier menyearahkan arus ( AC ke DC ) dengan lebih efisien. Lihat gambar 2!
  

Gambar 2. Dioda menyearahkan arus AC ke DC.

Tidak seperti resistor dan kapasitor, dioda tidak mempunyai nilai yang spesifik ( kecuali zener ). Tetapi bukan berarti semua dioda sama. Dioda di nilai dengan dua kriteria yaitu:

• Peak Inverse Voltage ( PIV ) rating. Menunjukkan tegangan kerja maksimum dari dioda tersebut, contohnya jika nilai dari suatu dioda 100V, dioda tersebut tidak bisa digunakan pada tegangan kerja yang lebih dari 100V.
  
• Current rating. Menunjukkan arus maksimum yang dapat melewati suatu dioda.
  

Dioda diidentifikasikan dengan sistem penomoran standard industri. Contohnya dioda rectifier 1N4001 mempunyai nilai 1.0 PIV 50 volt. 1N4002 mempunyai nilai 100 volt, 1N4003 mempunyai nilai 200 volt dan seterusnya. Informasi tentang PIV sebuah dioda bisa kamu lihat di datasheetnya.