Post on 21-Dec-2015
description
BAB I
SEMIKONDUKTOR
A. Pendahuluan
Semikonduktor adalah sebuah bahan dengan konduktivitas listrik yang
berada di antara insulator dan konduktor. Semikonduktor disebut juga
sebagai bahan setengah penghantar listrik. Sebuah semikonduktor
bersifat sebagai insulator pada temperatur yang sangat rendah, namun
pada temperatur ruangan besifat sebagai konduktor. Bahan
semikonduksi yang sering digunakan adalah silikon, germanium, dan
gallium arsenide.
Semikonduktor sangat berguna dalam bidang elektronik, karena
konduktansinya yang dapat diubah-ubah dengan menyuntikkan materi
lain (biasa disebut pendonor elektron).
B. Doping Semikonduktor
Gambar 1. Doping Semikonduktor
Salah satu alasan utama kegunaan semikonduktor dalam elektronik
adalah sifat elektroniknya dapat diubah banyak dalam sebuah cara
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 1
terkontrol dengan menambah sejumlah kecil ketidakmurnian.
Ketidakmurnian ini disebut dopan.
Doping sejumlah besar ke semikonduktor dapat meningkatkan
konduktivitasnya dengan faktor lebih besar dari satu milyar.[rujukan?] Dalam
sirkuit terpadu modern, misalnya, polycrystalline silicon didop-berat
seringkali digunakan sebagai pengganti logam.
C. Persiapan bahan semikonduktor
Semikonduktor dengan properti elektronik yang dapat diprediksi dan
handal diperlukan untuk produksi massa. Tingkat kemurnian kimia yang
diperlukan sangat tinggi karena adanya ketidaksempurnaan, bahkan
dalam proporsi sangat kecil dapat memiliki efek besar pada properti dari
material. Kristal dengan tingkat kesempurnaan yang tinggi juga
diperlukan, karena kesalahan dalam struktur kristal (seperti dislokasi,
kembaran, dan retak tumpukan) mengganggu properti semikonduktivitas
dari material. Retakan kristal merupakan penyebab utama rusaknya
perangkat semikonduktor. Semakin besar kristal, semakin sulit mencapai
kesempurnaan yang diperlukan. Proses produksi massa saat ini
menggunakan ingot (bahan dasar) kristal dengan diameter antara empat
hingga dua belas inci (300 mm) yang ditumbuhkan sebagai silinder
kemudian diiris menjadi wafer.
Karena diperlukannya tingkat kemurnian kimia dan kesempurnaan
struktur kristal untuk membuat perangkat semikonduktor, metode khusus
telah dikembangkan untuk memproduksi bahan semikonduktor awal.
Sebuah teknik untuk mencapai kemurnian tinggi termasuk pertumbuhan
kristal menggunakan proses Czochralski. Langkah tambahan yang dapat
digunakan untuk lebih meningkatkan kemurnian dikenal sebagai
perbaikan zona. Dalam perbaikan zona, sebagian dari kristal padat
dicairkan. Impuritas cenderung berkonsentrasi di daerah yang dicairkan,
sedangkan material yang diinginkan mengkristal kembali sehingga
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 2
menghasilkan bahan lebih murni dan kristal dengan lebih sedikit
kesalahan.
Dalam pembuatan perangkat semikonduktor yang melibatkan
heterojunction antara bahan-bahan semikonduktor yang berbeda,
konstanta kisi, yaitu panjang dari struktur kristal yang berulang, penting
untuk menentukan kompatibilitas antar bahan.
D. Dioda Semikonduktor
Gambar 2. Dioda Semikonduktor
Berbagai jenis dioda semikonduktor
Dioda adalah salah satu komponen aktif yang dihasilkan oleh
persambungan atraa bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Komponen
ini memberikan resistansi yang sangat rendah terhadap aliran arus pada
satu arah dan resistansi yang sangat tinggi pada arah yang berlawanan.
Karakteristik ini memungkinkan dioda digunakan dalam aplikasi-aplikasi
yang menuntut rangkaian untuk memberikan tanggapan yang berbeda
sesuai dengan arah arus yang mengalir di dalamnya.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 3
Didalam bidang elektronika, dikenal beberapa jenis dioda dengan aplikasi
yang berbeda-beda yaitu dioda tabung, dioda sambungan p-n, dioda
kotak titik (point-contact diode), zener, thyristor, LED (dioda pemancar
cahaya) dan sebagainya.
Dioda memegang peranan yang amat penting dalam elektronika, di
antaranya adalah untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan
bolak balik, untuk mengesan gelombang radio, untuk membuat 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. Beberapa pengertian dasar daripada
doda sambungan p-n digunakan pada transistor, sehingga apabila kita
menguasai pengertian dasar dari dioda akan mudah pula untuk
memahami sifat transistor.
1. Pertemuan p-n
P-n junction terbentuk dengan menggabungkan semikonduktor tipe-N
dan tipe-P bersamaan dalam hubungan yang sangat dekat. Istilah
junction menunjuk ke bagian di mana kedua tipe semikonduktor
tersebut bertemu. Dapat dilihat sebagai perbatasan antara wilayah
antara blok tipe-P dan tipe-N seperti yang diperlihatkan di diagram
bawah:
Gambar 3. Sebuah p-n junction silikon tanpa diberikan voltase.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 4
2. Dioda, Forward Bias dan Reverse Bias
Gambar 4. Dioda, forward bias dan reverse bias
Dioda dikemas didalam sebuah kapsul kecil yang terbuat dari kaca
atau plastik. Kemesan in memiliki dua kawat terminal yang satu
disebut anoda, sedangkan yang lainnya disebut katoda. Biasanya
terdapat sebuah cincin dibadan diode yang mengindikasikan terminal
mana yang merupakan katoda. Sebuah dioda umumnya terbuat dari
bahan silikon. Silikon adalah bahan yang tidak bersifat sebagai
penghantar atau konduktor namun tidak pula sebagai penyekat atau
isolator. Silikon adalah bahan semikonduktor. Hal ini berarti bahwa
sifat-sifat silikon berbeda dengan bahan-bahan konduktor biasa
seperti tembaga atau besi. Sejumlah kecil zat dicampurkan kedalam
silikon untuk memberikan sifat-sifat khusus dioda kebahan ini.
Penysun utama dari dioda adalah bahan sambungan P-N atau
disebut dengan P-N Junction.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 5
Gambar 5. P-N Junction
Forward Biased dan Reverse Biased Dioda
Gambar 6. Forward Biased dan Reverse Biased Dioda
Ketika dioda disambungkan sebagaimana pada gambar A diatas,
dimana kaki anodanya disambungkan ke kutub positif dan katodanya
diambungkan ke kutub negatif baterai, kita mengatakan bahwa dioda
diberikan bias maju atau forward biased. Sebuah dioda hanya akan
menghantarkan arus listrik (menyalakan lampu) apabila diberi bias
maju. Ketika sebuah diode disambungkan dengan polaritas yang
terbaik seperti pada gambar B, dimana kaki katodanya
disambungkan ke kutub positif dan kaki anodanya disambungkan ke
kutub negative, kita mengatakan bahwa diode diberikan bias mundur
atau reverse biased . Sebuah dioda tidak akan menghantarkan arus
listrik (tidak menyalakan lampu) apabila diberi bias mundur.
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
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 6
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.
3. Karakteristik arus–tegangan
Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan
dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan
penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n
di antara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita
konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat
banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi
lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap,
meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor
bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n
menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku
sebagai isolator.
Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh
tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang
bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah
terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada
daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih
banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk di dalam
daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 7
menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap
dalam pertemuan.
4. Beberapa jenis dioda
Ada beberapa jenis dari diode pertemuan yang hanya menekankan
perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat
pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis pertemuan, atau benar-
benar peranti berbeda seperti diode Gunn, diode laser dan diode
MOSFET.
Dioda biasa
Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon
terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum
pengembangan diode penyearah silikon modern, digunakan kuprous
oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi
yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi
(biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan
pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap
tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar
(kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh
lebih besar dari diode silikon untuk rating arus yang sama.
a. Dioda bandangan
Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan
panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N.
Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan diode Zener, dan
kadang-kadang salah disebut sebagai diode Zener, padahal
diode ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu
efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik
yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang
ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir
melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 8
menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal
pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak.
Perbedaan antara diode bandangan (yang mempunyai
tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan diode Zener adalah
panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron,
jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah
dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang
berbeda, diode bandangan berkoefisien positif, sedangkan
Zener berkoefisien negatif.
b. Dioda Cat's whisker
Ini adalah salah satu jenis diode kontak titik. Dioda cat's whisker
terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada
kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu
bara[5]. Kawatnya membentuk anode dan kristalnya membentuk
katode. Dioda Cat's whisker juga disebut diode kristal dan
digunakan pada penerima radio kristal.
c. Dioda arus tetap
Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki gerbangnya
disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti
pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang
membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk
mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk
tidak bertambah lebih lanjut.
d. Esaki atau diode terobosan
Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada
daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling,
karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit
dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan
terhadap radiasi radioaktif.
e. Dioda Gunn
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 9
Dioda ini mirip dengan diode terowongan karena dibuat dari
bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah
resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain
dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan
osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.
5. Demodulasi radio
Penggunaan pertama diode adalah demodulasi dari isyarat radio
modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi
radio, meninggalkan isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan
menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan.
6. Pengubahan daya
Penyearah dibuat dari dioda, dimana diode digunakan untuk
mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling
banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode
digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah.
Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana diode
mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih
baik dari cincin komutator dari dinamo DC.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 10
BAB II
DIODA ZENER
Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik
mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui
batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini
berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah.
Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara
berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya.
Jika melampaui batas tegangan operasional, diode biasa akan menjadi rusak
karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini
adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus
pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), diode ini akan
memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk
diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai.
A. Simbol Dioda Zener
Gambar 7. Simbol Dioda Zener
B. Karakteristik Dioda Zener
Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode
biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus
yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah diode Zener
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 11
memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan
elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam
pita konduksi material tipe-n. Sebuah diode Zener yang dicatu-balik akan
menunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan
melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada
tegangan Zener. Sebagai contoh, sebuah diode Zener 3.2 Volt akan
menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun,
karena arusnya terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan
untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan
aplikasi-aplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan
rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output.
Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping.
Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa
adalah 5% dan 10%.
Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin
Zener. Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah
efek avalanche, seperti di dalam diode avalanche. Kedua tipe diode ini
sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek
sebenarnya terjadi di kedua tipe diode ini. Dalam diode silikon, sampai
dengan 5.6 Volt, efek Zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan
koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche
menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur
positif.
Dalam diode Zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan
kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga,
diode 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.
Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk
membuat diode-diode yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6
Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 12
munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul
dengan singkat pula.
Sebuah diode untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali
lipatnya koefisien sebuah diode 12 Volt. Semua diode di pasaran dijual
dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya ditulis dipermukaan
kristal diode , biasanya dijual dinamakan diode Zener.
Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi
utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat
disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang
berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah diode
Zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat)
saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya,
tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan
sebelumnya.
C. Regulator Tegangan dengan Mode Zener
Sebuah diode Zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator
tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator
tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber
tegangan tetap.
D. Photo Transistor
Gambar 8. Photo Transistor
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 13
Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang
menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya.
Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan
dengan Dioda Foto. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan
oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan
diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari
Transistor-foto secara umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto.
Diode – diode lainnya
E. Tunnel Diode
Tunnel dioda dapat berpa Dioda Zener,
Gambar 9. Simbol dari dioda zener
Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus
listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan
melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau
"tegangan Zener". Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan
arus listrik ke satu arah.
Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir
secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan
rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, diode biasa akan
menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas.
Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas
kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 14
panah), diode ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar
0.6 Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung
dari jenis diode yang dipakai.
Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode
biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus
yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah diode Zener
memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan
elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam
pita konduksi material tipe-n. Sebuah diode Zener yang dicatu-balik akan
menunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan
melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada
tegangan Zener. Sebagai contoh, sebuah diode Zener 3.2 Volt akan
menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun,
karena arusnya terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan
untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan
aplikasi-aplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan
rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output.
Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping.
Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa
adalah 5% dan 10%.
Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin
Zener. Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah
efek avalanche, seperti di dalam diode avalanche. Kedua tipe diode ini
sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek
sebenarnya terjadi di kedua tipe diode ini. Dalam diode silikon, sampai
dengan 5.6 Volt, efek Zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan
koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche
menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur
positif.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 15
Dalam diode Zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan
kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga,
diode 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.
Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk
membuat diode-diode yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6
Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan
munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul
dengan singkat pula. Sebuah diode untuk 75 Volt memiliki koefisien
panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah diode 12 Volt.
Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase
operasinya ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan
diode Zener.
Pemakaian
Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi
utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat
disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang
berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah diode
Zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat)
saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya,
tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan
sebelumnya.
220px
Sebuah diode Zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator
tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator
tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber
tegangan tetap.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 16
F. Varactor Diode dan jenis diode lainnya
Dioda Silikon Dan Germanium dioda adalah komponen semiconductor
yang paling sederhana, ia terdiri atas dua elektroda yaitu katoda dan
anoda.
Gambar 10. Symbol Dioda dan Zener
Ujung badan dioda biasanya diberi bertanda, berupa gelang atau berupa
titik, yang menandakan letak katoda.
Dioda hanya bisa dialiri arus DC searah saja, pada arah sebaliknya arus
DC tidak akan mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC ialah arus
listrik dari PLN, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus
output dioda berupa arus DC.
Bila anoda diberi potensial positif dan katoda negatif, dikatakan dioda
diberi forward bias dan bila sebaliknya, dikatakan dioda diberi reverse
bias. Pada forward bias, perbedaan voltage antara katoda dan anoda
disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung
dari jenis diodanya,bisa 0.2V, 0.6V dan sebagainya.
Bila dioda diberi reverse bias (yang beda voltagenya tergantumg dari
tegangan catu) tegangan tersebut disebut tegangan terbalik. Tegangan
terbalik ini tidak boleh melampaui harga tertentu, harga ini disebut
breakdown voltage, misalnya dioda type 1N4001 sebesar 50V.
Dioda jenis germanium misalnya type 1N4148 atau 1N60 bila diberikan forward bias dapat meneruskan getaran frekuensi radio dan bila forward
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 17
bias dihilangkan, akan memblok getaran frekuensi radio tersebut. Adanya sifat ini, dioda jenis tersebut digunakan untuk switch.
G. LED
Suatu jenis dioda yang lain adalah Light Emiting Diode (LED) yang dapat mengeluarkan cahaya bila diberikan forward bias. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai indikator dan display. Misalnya dapat digunakan untuk seven segmen (display angka).
Gambar 11 Light Emiting Diode
H. Photodioda
Photodioda atau dioda foto mempunyai sifat yang berkebalikan dengan
LED yaitu akan menghasilkan arus listrik bila terkena cahaya. Besarnya
arus listrik tergantung dari besarnya cahaya yang masuk.
I. Dioda Varactor
DIoda kapasisansi Variabel yang disebut juga dioda varicap atau dioda
varactor. Sifat diode ini ialah bila dipasangkan menurut arah terbalik akan
berperan sebagai kondensator. Kapasitansinya tergantung pada
tegangan yang masuk. Diada jenis ini banyak digunakan pada modulator
FM dan juga pada VCO suatu PLL (Phase Lock Loop).
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 18
Gambar 12. Diode Varactor
J. Dioda Bridge
Dioda bridge adalah dioda silicon yang dirangkai menjadi suatu bridge dan
dikemas menjadi satu kesatuan komponen. Di pasaran terjual berbagai
bentuk dioda bridge dengan berbagai macam kapasitasnya. Ukuran dioda
bridge yang utama adalah voltage dan ampere maksimumnya. Dioda
bridge digunakan sebagai penyearah pada power supply.
Gambar 13. Diode Bridge
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 19
Fungsi dioda dalam rangkaian elektronik secara umum antara lain:
Pengaman
Penyearah
Voltage regulator
Modulator
Pengendali frekuensi
Indikator
Switch
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 20
BAB III
THYRISTOR, TRIAC DAN DIAC
A. Pendahuluan
Pada prinsipnya thyristor atau disebut juga dengan istilah SCR (Silicon
Controlled Rectifier) adalah suatu dioda yang dapat menghantar bila
diberikan arus gerbang (arus kemudi). Arus Gerbang ini hanya diberikan
sekejap saja sudah cukup dan thyristor akan terus menghantar walaupun
arus gerbang sudah tidak ada. Ini berbeda dengan transistor yang harus
diberi arus basis terus menerus.
Gambar 14. Thrystor, Diac dan Triac
Triac adalah thyristor yang bekerja untuk AC sedangkan diac akan menahan
arus kearah dua belah fihak, tetapi setelah tegangan melampaui suatu harga
tertentu, ia akan menghantar secara penuh.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 21
B. Cara menguji Dioda Dengan Multimeter Analog
Forward Bias
Jika jarum ohmmeter menunjukkan angka atau hambatan tertentu
menunjukkan dioda dalam kondisi baik
Jika hambatannya 0 Ω menandakan dioda dalam kondisi short/ bocor
Jika hambatannya ∞ menandakan dioda dalam kondisi open/ putus
Reverse Bias
Jika jarum ohmmeter menunjukkan hambatan ∞ menandakan dioda dalam
kondisi baik
Jika hambatannya 0 Ω menandakan dioda dalam kondisi short/ bocor
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 22
Contoh aplikasi dioda
Penyearah arus dan pelipat tegangan
Cara kerja :
Pada saat phase mengayun + , D1 menghantar dan mengisi C1 hingga
setinggi Vmax. Pada saat phase mengayun –, C1 berhubungan seri
dengan sumber tegangan yang berphase + sehingga akan tertampung
tegangan setinggi 2x Vmax. Tegangan tersebut kemudian di searahkan
oleh D2 dan di filter oleh C2 maka pada output C2 akan timbul tegangan
2x Vmax.
Voltage Regulator
Dioda yang berfungsi sebagai voltage regulator adalah dioda zener. Pada
rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 23
tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout=Vz. Namun
rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.
Dioda sebagai pengaman (protector) dari kebalikan polaritas
Pada gambar diatas diode di fungsikan sebagai pengaman kebalikan
polaritas karena jika polaritas dari power supply terbalik, arus tidak mengalir
pada pesawat elektronika tersebut sehingga kerukan dapat dihindari.
Revision : 00 Date : Sept 6th 2013 Page : 24