Dioda merupaka komponen elektronika aktif yang
terbuat dari bahan semikonduktor. Bahan semikonduktor bersifat sebagai isolator
pada suhu sekitar 0°C dan pada suhu kamar (±27°C) bersifat sebagai konduktor.
Bahan semikonduktor yang digunakan pada dioda umumnya terbuat dari bahan
silicon dan germanium.
Dioda adalah suatu komponen elektronika yang dapat
melewatkan arus pada satu arah saja. Dioda yang lazim menggunakan sambungan
semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Secara skematis dioda sambungan
P-N dilakukan seperti pada gambar dibawah.
Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan P-N memiliki lapisan deplesi (depletion layer), yaitu lapisan yang
memiliki keseimbangan antara hole dan
elektron atau juga disebut dengan daerah pengosongan. 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 bebas. Lalu
bila dioda diberi bias positif, yaitu memberi tegangan potensial sisi P lebih besar
dari sisi N (bias maju/forward bias),
maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole pada sisi P. Tentu kalau elektron
mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron.
Hal ini disebut aliran hole dari P menuju N, kalau menggunakan terminology arus
listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrk dari sisi P ke sisi N.
Bias Maju (Forward Bias)
Bias Mundur (Reverse Bias)
Sebaliknya apakah yang akan terjadi apabila
polaritas sumber tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N
mendapat polaritas lebih besar dari pada sisi P.
Tentu jawabannya adalah tidak akan terjadi
perpindahan elektron dari N ke P atau aliran hole dari P ke N. kerana baik hole
atau elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (lapisan pengosongan)
semakin besar dan menghalangi terjadinya aliran hole dari P ke N (aliran arus).
Demikianlah prinsip kerja dioda yang hanya dapat
mengalirkan arus satu arah saja yaitu dari P (anoda) ke N (katoda). Dengan
tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta
merta di atas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt baru bisa terjadi
konduksi. Ini disebabkan karena adanya dinding lapisan deplesi. Untuk dioda
dari bahan silicon tegangan konduksi adalah di atas 0,7 Volt, sedangkan untuk dioda
dari bahan germanium tegangan konduksinya adalah di atas 0,3 Volt.
Sebaliknya untuk bias negative dioda tidak dapat
mengalirkan arus, namun memang ada batasnya sampai beberapa puluh bahkan
ratusan Volt. Peristiwa tersbeut disebut breakdown, dimana dioda tidak dapat
lagi menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi. Tegangan yang
mampu melewati rangkaian reverse bias dioda disebut dengan tegangan breakdown.
Dioda dinyatakan dalam ukuran menurut kemampuan
kuat arus yang mampu dialirkan. Semakin besar ukuran fisik dioda, semakin besar
kuat arus yang mampu dialirkan. Ukuran arus tersebut merupakan nilai maksimal
yang tidak boleh dilampaui, apabila dilampaui maka dioda akan mengalami
kerusakan. Khusus bagi dioda dengan kempuan besar biasanya disertai dengan plat
pendingin.
Jenis – Jenis Dioda :
1.
Dioda Penyearah (rectifier)
Ø
Berfungsi untuk
menyearahkan tegangan, dari tegangan AC ke tegangan DC.
Ø
Terbuat dari bahan
silicon.
Ø
Banyak digunakan
pada rangkaian catu daya (adaptor).
Ø
Penentuan kaki
anoda dan katoda dapat dilakukan dengan melihat garis / gelang pada body dioda,
kaki yang dekat dengan gelang adalah kaki katoda.
Ø
Apabila garis sudah
hilang, penentuan kaki dapat dilakukan dengan menggunakan multimeter. Atur
multimeter analog pada fungsi Ohmmeter, hubungkan kedua probe ke kaki dioda.
Tukar probe ke keki sisi lain apabila jarum belum menyimpang. Apabila jarum
multimeter sudah menyimpang maka kaki yang terhubung dengan probe hitam adalah
kaki anoda sedangkan kaki yang terhubung dengan probe merah adalah kaki katoda.
Ø
Perhatikan gambar
di bawah, gember tersebut menunjukkan pengujian dioda yang masih normal. Dioda
dinyatakan rusak apabila pada gambar A dan B jarum multimeter tetap menyimpang.
2.
Dioda Jembatan (Bridge)
Ø
Digunakan untuk
rangkaian penyearah gelombang penuh pada catu daya (adaptor)
Ø
Memiliki empat
kaki, 2 kaki input untuk disambungkan ke sumber tegangan AC, 2 kaki output DC (
+ / - )sebagai hasil penyearahan.
Ø
Dapat dibentuk dari
4 buah dioda penyearah yang dirangkai seperti pada gambar.
Ø
Untuk dioda brigde
dengan kemampuan daya yang besar disertai plat / dudukan pendingin.
3.
Dioda Zener
Dioda Zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdownnya. Apabila sebuah dioda Zener diberikan bias mundur
dengan tegangan kecil, dioda ini akan bereaksi seperti dioda biasa yaitu tidak
menghantarkan arus listrik. Namun apabila diberi bias mundur dengan tegangan
melebihi batas tegangan Zenernya maka dioda akan menghantarkan arus listrik
dari Katoda ke Anoda.
Tegangan Zener dari sebuah ditetapkan pada saat dioda tersebut dibuat.
Tegangan ini biasanya berada dalam kisaran 2,7 V hingga 200 V, dengan toleransi
5 %. Nilai tegangan Zener tertulis pada body dioda Zener. Kemampuan daya yang
dimiliki dioda Zener mulai dari 1/4 Watt sampai 50 Watt. Semakin besar ukuran fisik dioda zener semakin
besar pula kemampuan daya dioda tersebut. Daya dioda Zener adalah perkalian
antara tegangan dan arusnya yaitu:
Pz = V z
x Iz
Selama Pz kurang dari Pz maksimumnya dioda zener tidak akan rusak. Dioda
Zener banyak digunakan sebagai penyetabil tegangan / pembatas tegangan.
4.
Light Emiting Dioda (LED)
Bila dioda di forward
bias, elektron pita konduksi melewati junction
dan jatuh ke dalam hole. Pada saat elektron-elektron
jatuh pada pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan energi. Pada dioda
LED energy ini dipancarkan sebagai cahaya, sedangkan pada dioda penyearah
energy ini keluar sebagai panas. Dengan menggunakan bahan dasar seperti
gallium, arsen, dan phosphor pabrik dapat membuat LED yang dapat memancarkan
cahaya berwarna merah, kuning, hijau, biru, dan infra merah (tidak kelihatan).
LED biasa
digunakan sebagai indicator, peralatan display, jam digital dan lain
sebagainya, sedangkan LED infra merah banyak digunakan pada remote televisi,
peralatan pengamanan dari tindak pencurian. Keuntungan lampu LED dibandingkan
lampu pijar adalah umurnya yang lebih panjang dan tegangannya rendah. LED
umumnya hanya memerlukan 2 volt untuk dapat menyala secara normal. Apabila LED
mendapatkan tegangan yang lebih besar maka LED akan mengalami kerusakan, maka
dalam pemasangannya LED memerlukan resisrtor yang dipasang secara seri sebagai
pembatas arus dan tegangan.
Penentuan kaki LED dapat dilakukan dengan melihat
kakinya, kaki yang panjang adalah kaki Anoda, sedangkan kaki Katoda adalah kaki
yang pendek. Cara lain yaitu sama seperti menentukan kaki pada dioda penyearah.
Atur multimeter analog pada fungsi Ohmmeter, hubungkan kedua probe ke kaki LED.
Tukar probe ke keki sisi lain apabila jarum belum menyimpang. Apabila jarum
multimeter sudah menyimpang atau LED menyala maka kaki yang terhubung dengan
probe hitam adalah kaki anoda sedangkan kaki yang terhubung dengan probe merah
adalah kaki katoda.
Pengujian LED juga mirip dengan pengujian dioda
penyearah, bedanya apabila LED normal saat di uji LED juga akan menyala pada
saat Anoda terhubung dengan probe hitam dan Katoda terhubung dengan probe
merah.
5.
Photo Dioda
Bila diperhatikan, simbol Photo Dioda hampir mirip dengan simbol LED,
bedanya adalah simbol LED memiliki anak panah kea rah luar yang artinya
memancarkan cahaya. Sedangkan pada simbol Photo Dioda memiliki arah anak panah
ke dalam, ini artinya Photo Dioda meneima cahaya dari luar. Nanum pada bentuk
fisik antara LED dan Photo dioda memiliki kesamaan.
Energi Thermal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda, makin tinggi
suhu makin besar arus dioda yang terbias reverse. Energy cahaya juga
menghasilkan pembawa minoritas. Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka
junction agar terkena sinar, pabrik dapat membuat photo dioda. Jika cahaya luar
mengenai junction photo dioda yang di rangkai bias mundur (revesre bias) akan
dihasilkan pasangan elektron-hole dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya
makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya makin besar arus bias mundur
(reverse). Oleh sebab itu Photo dioda
dapat digunakan sebagai sensor cahaya yang baik.
6.
Dioda
Schottky
Dioda jenis ini menggunakan logam emas, perak, atau platina pada salah
satu sisi junction (biasanya pada tipe-N) yang di dop ke sisi lain. Dioda
semacam ini adalah piranti unipolar (tidak berpolaritas) karena electron
bebas merupakan pembawa mayoritas pada
kedua sisi junction. Dioda Schottky tidak memiliki lapisan pengosongan atau
penyimpanan muatan, sehingga ia dapat di switch (nyala-mati) lebiih cepat
daripada dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyerahkan tegangan
diatas frequensi 300MHz, jauh diatas kemampuan dioda bipolar (dioda penyearah).
Rangkaian – Rangkaian Dioda:
1.
Rangakaian Penyearah Setengah Gelombang
Rangkaian penyearah adalah rangkaian yang mampu mengkonversikan
tegangan AC menjadi tegangan DC. Rangkaian Penyearah Setengah Gelombang adalah
rangkaian penyearah yang hanya menghasilkan arus output dari setengah siklus
arus input. Rangkaiannya terdiri dari sebuah diode penyearah saja.
Pada rangkaian dibawah, diperlihatkan kondisi pada kondisi setangah
siklus positif fase memiliki tegangan lebih tinggi (+) dari netral (-) sehingga dioda mendapat
bias maju (forward bias) sehingga
dapat menghantarkan arus. Arus mengalir melewati dioda ke beban dan kembali
menuju trafo melewati jalur 0 volt.
Sementara itu dioda tidak menghantarkan arus listrik selama setengah
siklus negatif AC yaitu fase memiliki tegangan lebih rendah (-) dari netral (+), sebagaimana diperlihatkan gambar dibawah:
Bentuk gelombang arus yang melewati beban dapat dilihat pada gambar
dibawah. Meskipun terlihat naik turun, tegangan tetap bernilai positif.
Tegangan semacam ini setara dengan tegangan DC.
Dengan membandingkan grafik tegangan input AC dan tegangan output DC
kita dapat mengetahui bahwa:
Ø
Tidak terdapat
output selama setengah siklus negatif. Setengah dari daya input terbuang
sia-sia.
Ø Amplitudo (tinggi
gelombang) / tegangan output lebih kecil dibandingkan dengan amplitudo input.
Hal ini disebabkan oleh timbulnya tegangan maju (tegangan konduksi) pada diode.
2.
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh
Sesuai dengan namanya, rangkaian penyearah
gelombang penuh akan menghasilkan gelombang secara penuh baik pada setengah siklus
positif atau pada setengah siklus negatif. Rangkaian dibawah ini menyearahkan
tegangan AC menggunakan sebuah rangkaian dioda jembatan (bridge) yang terdiri dari 4 buah dioda.
Selama setenga
siklus positif, dioda D1 dan diode D2 mendapat bias maju, sehingga keduanya
menghantarkan arus. Diode D3 dan diode D4 mendapatkan bias mundur, sehingga
tidak menhantarkan arus. Arus mengalir melewati beban sebagaimana diperlihatkan
gambar berikut ini:
Selama setengah siklus negatif, diode D1 dan diode D2 mendapat bias
mundur sehingga keduanya tidak mengalirkan arus. Diode D3 dan D4 memperoleh
bias maju sehingga menghantarkan arus.
Kesimpulan yang dapat kita peroleh adalah bahwa arus terus mengalir
melewati beban, pada arah yang sama sebagaimana sebelumnya. Grafik-grafik
tegangan input dan tegangan output adalah sebagai berikut:
Rangkaian penyearah tetap menghasilkan output selama berlangsungnya
kedua siklus setengah gelombang, sehingga rangkaian ini efisien 100 %.
Rangkaian
Penyearah Gelombang Penuh juga dapat dibuat menggunakan 2 buah diode saja,
tetapi menggunakan transformator tipe center tap (CT). Trafo CT memiliki 2 buah fase dan sebuah terminal CT sebagai 0 atau netral. setiap fase memiliki sudut yang berbeda 180°. Perbedaan sudut fase inilah yang dimanfaatkan untuk mendapatkan hasil penyearahan gelombang penuh. Apabila diperhatikan rangkaian penyearah gelombang penuh menggunakan trafo CT sebenarnya sama dengan 2 buah rangkaian penyarah setengah gelombang.
