ARTIKEL RANGKAIAN ELEKTRINIKA

(DIODA, LASER, DAN SPEKTRUM CAHAYA)

OLEH

RIZZA ADE FRATAMA

NIM :1241170002

POLITEKNIK NEGERI MALANG

DIODA

Dioda berasal dari kata DI = dua dan ODA = elektroda atau dua elektroda, dimana

elektroda-elektrodanya tersebut adalah ANODA yang berpolaritas positif dan KATHODA yang

berpolaritas negatif.

Simbol Dioda :

Simbol Dioda

Bentuk Fisik Dioda :

Bentuk Fisik Dioda

Ada berbagai jenis dioda yang dibuat sesuai dengan fungsinya tanpa meninggalkan

karakteristik serta spesifikasinya, seperti dioda penyearah (rectifier), dioda Emisi Cahaya

(LED), dioda Zenner, dioda photo (Photo-Dioda) dan Dioda Varactor.

Jenis Dioda

1. DIODA PENYEARAH (RECTIFIER)

Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi

sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengubah

arus ac menjadi dc. Secara umum dioda ini disimbolnya.

Kaki-kaki dioda yaitu kaki katoda ditandai dengan garis pada ujungnya

2. 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.

Simbol Dan Bentuk Fisik Dioda Zener

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.

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.

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.

3. DIODA EMISI CAHAYA ( LIGHT EMITTING DIODE ) 

Dioda emisi cahaya atau dikenal dengan singkatan LED merupakan Solid State Lamp

yang merupakan piranti elektronik gabungan antara elektronik dengan optik, sehingga

dikategorikan pada keluarga “Optoelectronic”. Sedangkan elektroda-elektrodanya sama seperti

dioda lainnya, yaitu anoda (+) dan Katoda (-). Ada tiga kategori umum penggunaan LED, yaitu :

- Sebagai lampu indikator, - Untuk transmisi sinyal cahaya yang dimodulasikan dalam suatu

jarak tertentu, - Sebagai penggandeng rangkaian elektronik yang terisolir secara total. Simbol,

bangun fisiknya dan konstruksinya diperlihatkan pada gambar berikut.

Bahan dasar yang digunakan dalam pembuatan LED adalah bahan Galium Arsenida

(GaAs) atau Galium Arsenida Phospida (GaAsP) atau juga Galium Phospida (GaP), bahan-bahan

ini memancarkan cahaya dengan warna yang berbeda-beda. Bahan GaAs memancarkan cahaya

infra-merah, Bahan GaAsP memancarkan cahaya merah atau kuning, sedangkan bahan GaP

memancarkan cahaya merah atau hijau.

Seperti halnya piranti elektronik lainnya , LED mempunyai nilai besaran terbatas dimana

tegangan majunya dibedakan atas jenis warna 

TABEL WARNA LED DAN TEGANGANNYA

Warna Tegangan Maju

Merah 1.8 volt

Orange 2.0 volt

Kuning 2.1 volt

Hijau 2.2 volt

Sedangkan besar arus maju suatu LED standard adalah sekitar 20 mA. Karena dapat

mengeluarkan cahaya, maka pengujian LED ini mudah, cukup dengan menggabungkan dengan

sumber tegangan dc kecil saja atau dengan ohmmeter dengan polaritas yang sesuai dengan

elektrodanya.\

4. DIODA CAHAYA ( PHOTO-DIODE)

Secara umum dioda-cahaya ini mirip dengan PN-Junction, perbedaannya terletak pada

persambungan yang diberi celah agar cahaya dapat masuk padanya.

Gambar Foto Dioda

Dioda cahaya ini bekerja pada daerah reverse, jadi hanya arus bocor saja yang

melewatinya. Dalam keadaan gelap, arus yang mengalir sekitar 10 A untuk dioda cahaya dengan

bahan dasar germanium dan 1A untuk bahan silikon. Kuat cahaya dan temperature keliling dapat

menaikkan arus bocor tersebut karena dapat mengubah nilai resistansinya dimana semakin kuat

cahaya yang menyinari semakin kecil nilai resistansi dioda cahaya tersebut. Penggunaan dioda

cahaya diantaranya adalah sebagai sensor dalam pembacaan pita data berlubang (Punch Tape),

dimana pita berlubang tersebut terletak diantara sumber cahaya dan dioda cahaya. Jika setiap

lubang pita itu melewati antara tadi, maka cahaya yang memasuki lubang tersebut akan diterima

oleh dioda cahaya dan diubah dalam bentuk signal listrik. Sedangkan penggunaan lainnya adalah

dalam alat pengukur kuat cahaya (Lux-Meter), dimana dalam keadaan gelap resistansi dioda

cahaya ini tinggi sedangkan jika disinari cahaya akan berubah rendah. Selain itu banyak juga

dioda cahaya ini digunakan sebagai sensor sistem pengaman (security) misal dalam penggunaan

alarm.

5. DIODA VARACTOR

Dioda Varactor disebut juga sebagai dioda kapasitas yang sifatnya mempunyai kapasitas

yang berubah-ubah jika diberikan tegangan. Dioda ini bekerja didaerah reverse mirip dioda

Zener. Bahan dasar pembuatan dioda varactor ini adalah silikon dimana dioda ini sifat

kapasitansinya tergantung pada tegangan yang diberikan padanya. Jika tegangan tegangannya

semakin naik, kapasitasnya akan turun. Dioda varikap banyak digunakan pada pesawat penerima

radio dan televisi di bagian pengaturan suara (Audio). 

Gambar bentuk fisik dan symbol diode varactor

Fungsi Dioda :

1. Penyearah, contoh : dioda bridge

2. Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener

3. Pengaman /sekering

4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal yang ada di atas atau

di bawah level tegangan tertentu.

5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen dc kepada suatu sinyal ac

6. Pengganda tegangan.

7. Sebagai indikator, yaitu LED (light emiting diode)

8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier

9. Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo

10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor

Laser

Laser (singkatan dari  bahasa Inggris: Light Amplification by Stimulated Emission

of Radiation) merupakan mekanisme suatu alat yang memancarkan radiasi elektromagnetik,

biasanya dalam bentuk cahaya yang tidak dapat dilihat maupun dapat lihat dengan mata normal,

melalui proses pancaran terstimulasi. Pancaran laser biasanya tunggal,

memancarkan foton dalam pancaran koheren. Laser juga dapat dikatakan efek dari mekanika

kuantum.

Dalam teknologi laser, cahaya yang koheren menunjukkan suatu sumber cahaya yang

memancarkan panjang gelombang yang diidentifikasi dari frekuensi yang sama, beda fase yang

konstan[1] dan polarisasinya. Selanjutnya untuk menghasilkan sebuah cahayayang koheren dari

medium lasing adalah dengan mengontrol kemurnian, ukuran, dan bentuknya. Keluaran yang

berkelanjutan dari laser dengan amplituda-konstan (dikenal sebagai CW atau gelombang

berkelanjutan), atau detak, adalah dengan menggunakan teknik Q-switching, modelocking,

atau gain-switching.

Dalam operasi detak, dimana sejumlah daya puncak yang lebih tinggi dapat dicapai. Sebuah

medium laser juga dapat berfungsi sebagaipenguat optik ketika di-seed dengan cahaya dari

sumber lainnya. Sinyal yang diperkuat dapat menjadi sangat mirip dengan sinyal input dalam

istilah panjang gelombang, fase, dan polarisasi; Ini tentunya penting dalam telekomunikasi serat

optik.

Sumber cahaya umum, seperti bola lampu incandescent, memancarkan foton hampir ke seluruh

arah, biasanya melewati spektrum elektromagnetik dari panjang gelombang yang luas. Sifat

koheren sulit ditemui pada sumber cahaya atau incoherens; dimana terjadi beda fase yang tidak

tetap antara foton yang dipancarkan oleh sumber cahaya. Secara kontras, laser biasanya

memancarkan foton dalam cahaya yang sempit, terpolarisasi, sinar koheren mendekati

monokromatik, terdiri dari panjang gelombang tunggal atau satu warna.

Beberapa jenis laser, seperti laser dye dan laser vibronik benda-padat (vibronic solid-state

lasers) dapat memproduksi cahaya lewat jangka lebar gelombang; properti ini membuat mereka

cocok untuk penciptaan detak singkat sangat pendek dari cahaya, dalam jangka femtodetik (10 -

15 detik). Banyak teori mekanika kuantum dan termodinamika dapat digunakan kepada aksi laser,

meskipun nyatanya banyak jenis laser ditemukan dengan

cara trial and error.

Sinar laser di atas kabut udara dan di kaca mobil

Simbol laser untuk peringatan/pemberitahuan

Sejak diperkenalkannya laser pada tahun 1960, sebagai sebuah penyelesaian suatu masalah[2],

maka dalam perkembangan berikutnya laser telah digunakan secara meluas, dalam bermacam-

macam aplikasi modern, termasuk dalam bidang optik, elektronik, optoelektronik, teknologi

informasi,sains, kedokteran, industri, dan militer. Secara umum, laser dianggap suatu pencapaian

teknologi yang paling berpengaruh dalam abad ke-20.

Umumnya laser beroperasi dalam spektrum tampak pada frekuensi sekitar 1014 Hertz-15 Hertz

atau ratusan ribu kali frekuensi gelombang mikro. Pada awalnya peralatan penghasil sinar laser

masih serba besar dan merepotkan. Selain tidak efisien, ia baru dapat berfungsi pada suhu sangat

rendah. Sinar laser yang dihasilkan belum terpancar

lurus. Pada kondisi cahaya sangat cerah pun,

pancarannya gampang meliuk- liuk mengikuti kepadatan

atmosfer. Waktu itu, sebuah pancaran laser dalam jarak

1 km, bisa tiba di tujuan akhir pada banyak titik dengan

simpangan jarak hingga hitungan meter.

Peragaan peralatan Laser Helium-Neon di Laboratorium Kastler-Brossel dariUniversitas Pierre

and Marie Curie.

Beberapa kelebihan laser diantaranya adalah kekuatan daya keluarannya yang amat tinggi sangat

diminati untuk beberapa applikasinya. Namun demikian laser dengan daya yang rendah

sekalipun (beberapa miliwatt) yang digunakan dalam pemancaran, masih dapat membahayakan

penglihatan manusia, karena pancaran cahaya laser dapat mengakibatkan mata seseorang yang

terkena mengalami kebutaan dalam sesaat atau tetap.

Daftar Kekuatan Laser Dan Kegunaan Laser

Kekuatan Kegunaan / Fungsinya

1-5 mW Laser Penunjuk

5 mW Perangkat CD-ROM

5–10 mW DVD Player Atau Perangkat DVD-ROM

100 mW Kecepatan Tinggi Pembakaran Citra CD-RW

250 mW Pemakai Pembakaran DVD-R 16x

400 mW

Membakar Kotak Perhiasan Dengan Diska Didalamnya Selama 4 Detik[3]

Percetakan DVD Piringan Ganda 24x[4]

1 W Laser Hijau Digunakan Didalam Piringan Holographic Versatile Disc (HVD)

1–20 W Tidak Dijual Umum, Tetapi Ada Dan Digunakan Untuk Mesin Kecil

30–100 W Pembedahan CO2

100–3000

WPembedahan CO2 Dan Laser Ini Digunakan Untuk Pemotongan Di Pabrik

5 kW Daya Pengeluarannya Mencapai 1 Cm/Bar

100 kWDigunakan Dalam Bidang Persenjataan Dan Didistribusikan Oleh Northrop

Grumman

Spektrum 

Spektrum merupakan penamaan untuk warna cahaya berdasarkan urutan-urutan tertentu,

spectrum cahaya didasarkan pada frekuensi dan panjang gelombang cahaya.

Pengamatan tentang spectrum cahaya pertama kali dilakukan oleh Sir Isaac Newton

(1642-1727) dengan cara melewatkan cahaya matahari melalui lubang kecil, kemudian pada

pada arah rambat berkas cahaya diletakkan sebuah prisma segitiga. Setelah diamati ternyata

dinding di belakang prisma tampak bayangan pita warna-warna cahaya seperti pada pelangi. Dari

eksperimen ini Newton menyimpulkan bahwa cahaya putih merupakan gabungan dari warna-

warna cahaya yang saling tumpang tindih. Eksperimen yang dilakukan oleh Newton tersebut

menjadi dasar bagi diciptakannya suatu alat bernama spektroskop. Melalui spektroskop ini

Joseph von Fraunhofer (1787-1826) mengamati beberapa objek panas bersinar dan mandapati

beberapa garis spectrum tertentu yang ada pada spectrum cahaya matahari tidak terdapat pada

sumber panas lain selain cahaya matahari. Percobaan yang serupa dilakukan oleh Gustav Robert

Kirchhof (1824-1887) dan Robert Wilhem Bunsen (1811-1899) pada cahaya yang dipancarkan

nayala api yang ke dalamnya dimasukkan senyawa berbagai logam. Dari percobaan ini mereka

menemukan bahwa setiap unsur logam menghasilkan garis spectrum warna tertentu sebagai cirri

khas dari setiap logam. Garis-garis spectrum yang merupakan cirri khas dari setiap unsur ini

tersusun dalam deretan yang makin lama makin mengumpul rapat pada daerah panjang

gelombang pendek, daerah ungu.

Dari pengamatan-pengamatan yang dilakukan, memunculkan fakta bahwa susunan

spectrum garis cahaya yang berwarna-warni ini mengesankan bahwa frekuensi cahaya masing-

masing garis spectrum berhubungan langsung dengan frekuensi. Selanjutnya pengamatan pada

gas hydrogen menghasilkan empat garis spectrum dalam daerah cahaya tampak. Garis-garis

spectrum ini membentuk suatu deretan yang berturut-turut diberi nama Hα, Hβ, Hγ, dan Hδ

dengan masing-masing memiliki panjang gelombang tertentu. Dari data penjang gelombang ini

Johann Jakob Balmer (1825-1898) menyusun persamaan sederhana;

Dengan n adalah bilangan bulat 3, 4, 5, dan 6. untuk n=3 diperoleh λα, untuk n=4; λβ,

n=5;λγ, dan n=6; λδ. Dan L = 3645,6 x 10-10. kemudian pada tahun 1900 Johannes Rydberg

(1854-1919) merumuskan persamaan yang lebih sederhana;

Dimana m = 1, 2, 3, 4,….., dan seterusnya. Bilangan bulat n harus lebih besar daripada

m, sedangkan R = 4/L selanjutnya dinyatakan sebagai konstanta Rydberg. Untuk m = 2, dengan

n = 3, 4, 5, 6 dinyatakan sebagai spectrum Balmer yang merupakan spectrum cahaya tampak.

Untuk m = 1, dengan n = 2, 3, dan seterusnya dinamakan deret Lyman yang berada pada daerah

Ultraviolet. Dan untuk m = 3, dengan n = 4, 5 dan seterusnya dinamakan deret Paschen yang

berada pada daerah inframerah.

Selanjutnya Lorentz menemukan bahwa pancaran cahaya oleh suatu unsur zat bersumber

dari getaran electron di dalam atom unsur pemancarnya. Begitu pula dengan benda yang

dipanaskan akan meradiasikan cahaya (energi elektromagnetik) karena partikel (electron)

bermuatan bergetar dalam benda. Cara radiasi benda panas yang bergantung pada suhunya

dikenal sebagai hubungan benda hitam (Black-Body Relationship). Joseph Stefan dan Ludwig

Boltzman mengemukakan: “Energi radiasi elektromagnetik total per detik yang dipancarkan

benda hitam adalah berbanding lurus dengan pangkat empat suhu mutlaknya”.

Ditemukannya teori kuantum radiasi oleh planck, kenyataan bahwa cahaya sebagai

pertikel oleh Einstein, dan ditemukannya model atom Bohr yang berupa miniatur alam semesta

merubah cara pandang dan berpikir dari yang semula menggunakan teori elektromagnetik

Maxwell-Lorentz menjadi konsep teori kuantum. Bohr mengemukakan bahwa: (1) Terdapat orbit

electron yang stabil tertentu pada electron. Dimana di sana electron samasekali tidak

memancarkan radiasi elektromagnetik. (2) bila electron berpindah dari satu orbit stabil dengan

enrgi E1 ke orbit stabil lain dengan energi E2 yang berjari-jari lebih kecil, maka electron tersebut

akan memancarkan gelombang elektromagnetik dengan frekuensi f berbanding lurus dengan

selisih energi kedua orbit

Dengan demikian diketahui bagaimana sebenarnya asal mula pembentukan spectrum

cahaya yang dipancarkan berbagai unsur.