5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 1/12

 

BAB I 

PENDAHULUAN 

1.1 latar Belakang 

Dioda pada umumnya merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah (rectifier)untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dioda menjadi sangat

penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah (DC).

Dioda daya mempunyai spesifikasi yang sama dengan dioda biasa pada umumnya, perbedaan yaitu

dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal

biasa, namun kecepatan penyaklaran pada dioda daya relatif lebih rendah.

Melihat karakteristik dioda daya yang mempunyai kapasitas daya yang lebih tinggi dari dioda biasa,

maka seringkali doda daya digunakan di dalam rangkaian elektronika sebagai penyearah. Selain sebagai

penyearah, dioda daya juga seringkali digunakan sebagai freewheeling (bypass) pada regulator-

regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. 

1.2 Tujuan 

Adapun tujuan dari penulisan makalah ini adalah untuk mengetahui penerapan dan aplikasi dioda dalam

rangkaian elektronika serta prinsip kerja, karakteristik dan jenis dioda secara umum. 

BAB II 

TEORI DASAR 

2.1 Pengertian 

Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja,

dimana dioda merupakan jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Karena itu, dioda

dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau

tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis VACUUM tube pertama

kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun

1904.

Dioda daya umumnya digunakan sebagai penyearah arus/tegangan (rectifier) dengan karakteristik

puncak tegangannya maksimum dan arus maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari

bahan silikon.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 2/12

 

 

Dioda daya merupakan salah satu komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam rangkaian

elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah, freewheeling (bypass) pada regulator-regulator

penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. Dalam

penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada

perbedaan.

Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering kita jumpai jenis dan type

yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Dioda

merupakan komponen semiconductor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata

yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda.

2.2 Konstruksi dioda 

Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda

sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan

dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole

dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan

dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N

(katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P

dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif 

sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.

Konstruksi dioda daya sama dengan dioda-dioda sinyal sambungan PN. Bedanya adalah dioda daya

mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun

kecepatan penyaklarannya lebih rendah.

Dioda daya merupakan komponen semikonduktor sambungan PN yang mempunyai dua terminal

sebagaimana dioda pada umumnya, yaitu terminal anoda (A) dan katoda (K).

Gambar 2.1. Simbol Dioda

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 3/12

 

Sumber : analisis 2009

Gambar 2.2. Kontruksi Dioda

Sumber : analisis 2009

Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah

yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus

mudah mengalir dari sisi P ke sisi N.

2.3 Prinsip Kerja Dioda 

Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk

mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar

rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda

memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena di dalam dioda terdapat junction (pertemuan)dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Pada kondisi ini dioda

dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam

dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak

bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir.

Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output

dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian

saja antara lain sebagai penyearah setengah gelombang (Half Wave Rectifier), penyearah gelombang

penuh (Full Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun

pengganda tegangan (Voltage Multiplier).

2.4 Karakteristik Dioda

Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 4/12

 

tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan

yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.

Gambar 2.3. Karakteristik dioda (

karakteristik V-I )

Sumber : analisis 2009

Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif 

dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila

tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.

a. Dioda Diberi Tegangan Nol

Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda.

Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang

tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron

melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan

oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.

b. Dioda Diberi Tegangan Negative (Reverse Bias)

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 5/12

 

 

Gambar 2.4. Dioda diberi tegangan/bias negatif 

Sumber : analisis 2009

Dioda diberi tegangan negative dalam hal ini polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias

negatif. Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak

elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat

menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yangmengalir.

Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Sehingga 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. Lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan

menghalangi terjadinya arus.

Jika tegangan mundur melebihi suatu tegangan yang telah ditentukan, yang dikenal dengan tegangan

dadal (breakdown voltage), maka arus arah mundur akan meningkat tajam dengan sedikit perubahan

pada tegangan. Keadaan ini tidak selalu merusak dioda bila masih terjaga pada level aman seperti yangditentukan dalam data sheetnya. Bila tidak, maka dioda akan rusak.

c. Dioda Diberi Tegangan Positive (Forward Bias)

Gambar 2.5. Dioda Diberi tegangan/bias Positif 

Sumber : analisis 2009

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 6/12

 

 

Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron

yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru

akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan

positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik

yang akan mengalir. 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.

Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan

tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik. Pada kenyataannya memang

dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.

d. Rating dioda

Ada dua rating dioda daya yang paling penting untuk diketahui, yaitu tegangan dadal arah mundur

(reverse breakdown voltage), dan arus arah maju maksimumnya (forward current). Harga dioda

meningkat dengan semakin tinggi kedua rating ini. Oleh karena itu, dalam aplikasinya, dioda dioprasikan

mendekati tegangan puncak mundur maksimum dan rating arus majunya.

2.5 Jenis-jenis dioda 

Berdasarkan karakteristik dan batasan-batasan dalam penerapannya, dioda diklasifikasikan ke dalam

tiga kelompok, yaitu dioda standard (dioda untuk keperluan umum), dioda berkecepatan tinggi dan

dioda Schottky.

a. Dioda standard

Dioda standar ini merupakan jenis dioda yang digunakan untuk keperluan umum. Dioda ini digunakan

dalam aplikasi-aplikasi kecepatan rendah, seperti penyearah dan konverter dengan frekuensi masukan

sampai 1 kHz. Dioda ini mempunyai rating arus dari 1 sampai ribuan ampere dan tegangan dari 50 V

sampai 5 kV.

b. Dioda kecepatan tinggi

Dioda jenis ini mempunyai kemampuan penyaklaran dengan dengan kecepatan yang lebih tinggi dari

dioda standard. Oleh karena itu, dalam penggunaannya biasa diaplikasikan pada rangkaian DC-chopper

(DC-DC) dan inverter (DC-AC) di mana aspek kecepatan merupakan faktor yang sangat penting. Diode

 jenis ini mempunyai rating arus lebih kecil dari 1 A sampai ratusan ampere, dengan dari 50 V sampai 3

kV.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 7/12

 

c. Dioda Schottky

Dioda Schottky dibangun dengan merekayasa pada sambungan PN sehingga sangat cocok untuk aplikasi-

aplikasi catu daya DC dengan arus tinggi dan tegangan rendah. Rating tegangan dibatasi sampai 100 V

dengan arus dari 1 – 300 A. Walaupun begitu, diode ini juga cocok digunakan untuk catu daya arus

rendah untuk meningkatkan efisiensinya.

2.6 Aplikasi dioda 

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyerah arus power suplay atau konverter AC ke DC.

Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdwon-nya.

Aplikasi dioda pada kendaraan banyak digunakan untuk penyearahan arus seperti pada sistem

pengisian. Sebagaimana fungsi dioda adalah sebagai penyearah arus dari arus bolak-balik menjadi arus

searah agar dapat dimanfaatkan untuk mengisi baterai dan menyuplai kebutuhan arus pada kendaraan.

Fungsi lain dioda ini pada kendaraan adalah sebagai anti shock tegangan. Contoh aplikasinya adalah

pada jenis relay diberikan dioda dengan tujuan untuk mencegah terjadinya arus balik pada rangkaian.

Arus balik listrik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan relay.

Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya dibandingkan dengan tegangan sumber. Untuk

mencegah terjadinya kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini maka pada rangkaian relay

dipasangkan rangkaian dioda.

2.7 Penerapan Dioda Dalam Rangkaian Penyearah 

Karena sebuah dioda sambungan PN hanya dapat mengalirkan arus listrik dalam satu arah, maka dioda

dapat dimanfaatkan sebagai penyearah untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).

Ada dua jenis penyearah yang kita pelajari, yaitu penyearah setengah-gelombang dan penyearah

gelombang penuh.

a. Penyearah setengah gelombang

Rangkaian penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, terdiri dari sebuah

dioda yang dipasang pada sisi sekunder sebuah trafo dan diserikan dengan sebuah beban R, seperti pada

gambar penyearah setengah gelombang. Tegangan searah yang dibutuhkan oleh beban, seperti lampu,

relay, bateray, dll. Transformator mengubah tegangan bolak balik tertentu menjadi tegangan sesuai

untuk disearahkan.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 8/12

 

 

Gambar 2.6. Rangkaian Penyearah setengah

gelombang

Sumber : analisis 2009

Tegangan sisi sekunder trafo, merupakan tegangan masukan untuk rangkaian penyearah setengah

gelombang. Tegangan masukan ini adalah tegangan bolak balik yang berbentuk sinusoida. Dalam satu

periode, polaritas tegangan positif dan negatif berubah secara bergantian. Kita hanya meninjau satu

periode gelombang saja, yaitu setengah periode positif dan setengah periode negatif. Dalam setengah

periode positif, dioda diberi panjar maju (anoda (A) berhubungan dengan polaritas positif dan katoda (K)

berhubungan dengan polaritas negatif), sehingga dioda akan mengalirkan arus melalui beban R. Untuk

beban yang dianggap resistif murni R, tegangan keluaran atau ujung-ujung beban sama dengan

tegangan masukan. Karena itu, bentuk teganga keluaran sama dengan setengah gelombang tegangan.

Dalam setengah periode negatif berikutnya, dioda diberi panjar mundur (anoda (A) berhubungan

dengan polaritas negatif dan katoda (K) berhubungan dengan polaritas positif), sehingga dioda tidak

akan mengalirkan arus melalui beban R. Ini mengakibatkan tegangan keluaran antara ujung-ujung beban

sama dengan nol, dan digambarkan dengan garis lurus mendatar seperti pada gambar bawah.

Bentuk gelombang tegangan keluaran pada rangkaian penyearah setengah gelombang ditunjukkan pada

gambar bawah. Karena menghasilkan tegangan keluaran searah hanya dalam setengah periode positif 

dari gelombang tegangan masukan, maka penyearah ini disebut penyearah setengah gelombang.

(a)

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 9/12

 

 

(b)

Gambar 2.7. (a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah setengah gelombang

Sumber : analisis 2009

b. Penyearah Gelombang Penuh

Agar dapat mengalirkan arus dalam satu gelombang penuh sehingga tegangan keluaran lebih mudah

diratakan dan dapat menghasilkan nilai konstan, kita gunakan penyearah gelombang penuh. Penyearah

gelombang-penuh dapat menggunakan empat dioda yang dihubungkan seperti jembatan wheatstone,

disebut juga penyearah jembatan, seperti pada gambar rangkaian di bawah ini.

Gambar 2.8. Rangkaian Penyearah Gelombang

Penuh

Sumber : analisis 2009

Penyearah jembatan selalu hanya sepasang dioda yang mengalirkan arus melalui beban R, sedang

sepasang dioda lainnya tidak. Dalam rangkaian ini, pasangan dioda adalah D1 dengan D4, dan D2 dengan

D3. (secara sederhana pasangan dioda ditunjukkan oleh dioda-dioda yang arah panahnya sejajar).

Dalam setengah periode positif, pasangan dioda D2 dan D3 dipanjar maju, sedangkan pasangan dioda

D1 dan D4 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan melalui pasangan dioda

D2 dan D3 dan beban R dengan arah dari a ke b. Jadi, dalam periode ini, tegangan keluaran sama dengan

tegangan masukan.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 10/12

 

Dalam setengah periode negatif, pasangan dioda D4 dan D1 dipanjar maju sedang pasangan dioda D2

dan D3 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan melalui pasangan dioda D1

dan D4 dan beban R, dengan arah yang sama dari a ke b, seperti pada gambar. Dapat kita katakan

bahwa tegangan masukan yang bernilai negatif dijadikan positif pada keluaran. Selanjutnya, bentuk

gelombang tegangan masukan dan tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar di bawah.

(a)

(b)

Gambar 2.9. (a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah gelombang penuh

Sumber : analisis 2009

Oleh karena itu penyearah jembatan menghasilkan tegangan keluaran searah untuk satu periode

gelombang tegangan masukan yang diberikan padanya, maka penyearah jembatan disebut juga

penyearah gelombang penuh.

c. Prinsip Perataan Penyearah Gelombang Penuh

Tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang maupun penyearah jembatan(gelombang penuh) memiliki riak yang cukup besar (gelombang tegangan tidak rata). Tegangan searah

seperti ini tidak memenuhi syarat untuk diberikan kepada komponen-komponen elektronika yang

terdapat dalam radio, televisi dan komputer, yang membutuhkan tegangan searah yang lebih rata.

Secara sederhana tegangan searah dapat diratakan dengan memasang sebuah kapasitor elektrolit

kapasitas besar, paralel dengan beban R, seperti pada gambar rangkaian sistem perataan di bawah ini.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 11/12

 

 

Gambar 2.10. Rangkaian Penyearah Gelombang

Penuh berfilter

Sumber : analisis 2009

(a)

(b)

Gambar 2.11. (a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah berfilter

Sumber : analisis 2009

Rangkaian system perataan kapasitor ini disebut kapasitor perata atau kapasitor penyimpan (reservoir

circuit). Sewaktu tegangan pada ujung-ujung beban naik terhadap waktu antara A dan B, kapasitor C

dimuati sedemikian rupa sehingga polaritas pelat atasnya positif. Sesaat setelah tegangan keluaran

penyearah antara B dan C berkurang, kapasitas C membuang muatan listriknya melalui beban R. sebagai

hasilnya, tegangan pada ujung-ujung beban tidak pernah mencapai nol, tetapi mengikuti lintasan garis

tebal. Tampak bahwa riak gelombang tegangan menjadi lebih kecil dan tegangan searah yang dihasilkan

pada ujung-ujung beban adalah agak lebih rata.

5/17/2018 Dioda - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/dioda-55b07cc891652 12/12

 

BAB III

PENUTUP

Dalam penerapan dan pengaplikasiannya, dioda daya merupakan salah satu komponen yang sangat

penting di dalam sebuah peralatan elektronika, terutama yang menggunakan tegangan searah sebagai

catu dayanya, karena hampir semua peralatan elektronika menggunakan tegangan searah yang mana

untuk menyearahkan tegangan tersebut umumnya adalah menggunakan dioda daya.

DAFTAR PUSTAKA

http://ariefwahyupurwito.files.wordpress.com/2008/09/dioda11.pdf 

http://cnt121.files.wordpress.com/2007/11/dioda.pdf 

http://yb1zdx.arc.itb.ac.id/data/orari-diklat/pemula/teknik/komponen-elektronik.pdf 

http://one.indoskripsi.com/node/6091

http://www.trensains.com/rectifier.htm

http://125.163.203.113/buku/

TEKNIK%20PEMANFAATAN%20TENAGA%20LISTRIK%202/BAB%204.2.pdf 

http://tugashendra.blogspot.com/2009/04/referensi-dioda-daya.html