PENDAHULUAN

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.

Dioda

Prinsip Kerja Dioda

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. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang

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

digunakan untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatip. Didalam dioda terdapat

junction (pertemuan) dimana daerah semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n

bertemu.

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

saat dioda memperoleh catu arah maju (forward bias). 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 terbalik (Reverse bias) maka dioda tidak

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

mengalir. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakain saja

antara lain sebagai penyearah gelombang (rectifier), disamping kegunaan-kegunaan lainya

misalnya sebagai Klipper, Clamper , pengganda tegangan dan lain-lain.

Sifat-Sifat Dioda

a. Dioda Silikon:

1. Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0.6 Volt

2. Perlawanan maju cukup kecil

3. Perlawanan terbalik sangat tinggi, dapat mencapai beberapa Mega ohm

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan cukup besar, sampai 1000 A

5. Tegangan terbalik maksimum yang dibolehkan cukup tinggi, dapat mencapai 1000 V

6. Bentuk fisik bulat, warna umumnya hitam pekat

b. Dioda Germanium

1. Menghantar dengan tegangan maju kira-kira 0,2 Volt

2. Perlawanan maju agak besar

3. Perlawanan terbalik kurang tinggi ( kurang dari 1 M ohm)

4. Arus maju maksimum yang dibolehkan kurang besar

5. Tegangan terbalik masimum yang dibolehkan kurang tinggi

6. Bentuk fisik bulat, bening seperti kaca

Karakteristik Dioda

a. Forward Bias

Apabila kutub positif dihubungkan pada tipe P dan kutub negatif pada tipe N,

hubungan ini disebut forward bias Forward bias menghasilkan arus yang besar karena

kutub negatif dari sumber menolak elektron bebas di dalam daerah N ke arah junction

Forward bias menunjukkan bahwa tegangan atau arus yang digunakan menyebabkan

diode ON

b. Reverse Bias

Apabila kutub positif dihubungkan pada tipe N dan kutub negatif pada tipe P

Elektron bebas di dalam daerah N berpindah dari junction ke arah terminal sumber,

hole di daerah P juga bergerak menjauhi junction ke arah terminal negatif

Makin besar reverse ,makin cepatlah elektron bergerak Pada saat menaikkan tegangan

balik, pada suatu saat akan mencapai titik tegangan maksimum, itulah yang disebut

tegangan breakdown diode (biasanya lebih besar dari 50 volt)

Teknik Pembuatan Dioda

Proses pembentukan semikonduktor tipe P dan tipe N

Dengan menambahkan unsur dopan valensi 5 seperti Posphor (P), maka kristal silicon

akan kelebihan satu elektron yang tidak terikat atau merupakan elektron bebas. Karena

terdapat kelebihan elektron yang bermuatan negatif maka atom silicon yang diberikan doping

valensi 5 menjadi semikonduktor ekstrinsik tipe N,

Si Si Si Si

Si

Si

Si Si

P

Si

SiSi

elektron bebas(-)

BSK Murni(Intrinsik)

Unsur DopanValensi 5

SK Tipe N

+4q

+4q +4q

+4q

+5q

Elektronbebas

Gambar 1.1 Pembentukan Semikonduktor tipe N

Dengan memberikan doping unsur valensi 3 seperti Aluminium (Al), maka dalam

struktur tersebut akan kekurangan satu elektron. Kondisi tersebut ekivalen dengan lobang

(hole) yang bermuatan positif. Karena itu semikonduktor yang dihasilkan disebut

semikonduktor ekstrinsik tipe P.

Si Si Si Si

Si

Si

Si Si

Al

Si

SiSi

hole bebas (+)

BSK Murni(Intrinsik)

Unsur DopanValensi 3

SK Tipe P

+4q

+4q +4q

+4q

+3q

Hole bebas

Gambar 1.2 Pembentukan Semikonduktor tipe P

Proses Pembentukan DIODA Persambungan P-N :

Secara visualisasi yang diperbesar, struktur SK tipe P dan tipe N diperlihatkan pada

gambar 1. Proses pembentukan persambungan P – N diperlihatkan seperti pada gambar 2,

dimana SK tipe P dan SK tipe N didekatkan satu sama lain dengan teknik tertentu.

SK tipe P SK tipe N Tipe NTipe P

Gambar 1 Gambar 2

Beberapa elektron dalam sisi tipe N ditarik ke tipe P dan pada saat yang sama hole

dalam jumlah yang sama ditarik ke sisi N. Muatan-muatan tersebut menghasilkan pasangan

elektron – hole yang netral. Namun demikian, efek ini tidak mencakup ion-ion unsur dopan .

Ion-ion tersebut menimbulkan potensial barrier internal VB pada kedua sisi persambungan.

VB mempunyai polaritas yang mencegah lebih banyak elektron bebas atau hole bebas yang

menyeberangi persambungan. Akibatnya VB mempertahankan elektron bebas dalam tipe N

dan hole bebas dalam tipe P, untuk mencegah kedua sisi semikonduktor saling menetralisir.

Meskipun Potensial Barrier tidak dapat diukur secara langsung, tetapi efeknya dapat

diatasi dengan 0,3 Volt untuk persambungan Ge dan 0,7 Volt untuk persambungan Si.

Potensial barrier untuk Si lebih besar dari Ge karena nomor atom yang lebih rendah sehingga

lebih stabil dalam ikatan kovalen. Potensial barrier dapat diatur dengan memberikan tegangan

dari luar. Pemberian tegangan maju (forward) dapat menghilangkan VB sebagian atau

seluaruhnya. Pemberian tegangan balik (reverse bias) tidak akan menghilangkan VB. VB

dipengaruhi oleh temperature. Baik Si maupun Ge, VB akan turun sebesar 2,5 mV untuk

setiap kenaikan temperature 1o C.

Karena pasangan elekron – hole yang netral, daerah persambungan merupakan daerah

pengosongan (depletion layer) artinya tidak ada pembawa muatan yang bebas. Proses

terbentuknya struktur persambungan P N diperlihatkan pada gambar 1.3 dan kondisi akhir

diperlihatkan pada gambar 1.4.

Medanlistrik

Tipe NTipe PTipe P Tipe N

Gambar 1.3 Proses pembentukan persambungan P – N

Tipe P Tipe N

Lapisan deplesiAnoda

(A)Katoda

(K)

Gambar 1.4 Kondisi akhir terbentuknya persambungan P-N.

Dalam keadaan demikian persambungan PN sudah membentuk dioda PN atau dioda

semikonduktor yang disimbolkan secara umum pada gambar 5.

a. Dioda penyearah b. Dioda Zener, c. Light Emitting

Gambar 1.5 simbol-simbol dioda

Macam – Macam Dioda

a. Dioda Pemancar Cahaya (LED : Light Emitting Diode)

Bila dioda dibias forward, electron pita konduksi melewati junction dan jatuh ke dalam hole.

Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan

energi. Pada dioda Led energi dipancarkan sebagai cahaya, sedangkan pada dioda penyearah

energi ini keluar sebagai panas. Dengan menggunakan bahan dasar pembuatan Led seperti

gallium, arsen dan phosphor pabrik dapat membuat Led dengan memancarkan cahaya warna

merah, kuning, dan infra merah (tak kelihatan).

Led yang menghasilkan pancaran yang kelihatan dapat berguna pada display peralatan, mesin

hitung, jam digital dan lain-lain. Sedangkan Led infra merah dapat digunakan dalam sistim

tanda cahaya pencuri dan lingkup lainnya yang membutuhkan cahaya tak kelihatan.

Keuntungan lampu Led dibandingkan lampu pijar adalah umurnya panjang (± 25 tahun),

tegangannya rendah dan saklar nyala matinya cepat. Gambar

2.1 dibawah ini menjukkan lambang atau simbol dari macam dioda.

Gambar 2.1. (a). LED, (b). Dioda photo, (c). Dioda Varactor

(d). Dioda Schottky, (e). Dioda Step-recovery, (f). Dioda Zener

b. Dioda Photo

Energi thermal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda, makin tinggi suhu makin

besar arus dioda yang terbias reverse. Energi cahaya juga menghasilkan pembawa minoritas.

Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka junction agar terkena sinar, pabrik dapat

membuat dioda photo. Jika cahaya luar mengenai junction dioda photo yang dibias reverse

akan dihasilkan pasangan electron-hole dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya

makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya makin besar arus reverse. Oleh sebab

itu dioda photo merupakan detektor cahaya yang baik sekali. Gambar 1b menunjukkan

lambang atau symbol dari dioda photo

c. Dioda Varactor

Seperti kebanyakan komponen dengan kawat penghubung, dioda mempunyai kapasitansi

bocor yang mempengaruhi kerja pada frekuensi tinggi, kapasitansi luar ini biasanya lebih

kecil dari 1 pF. Yang lebih penting dari kapasitansi luar ini adalah kapasitansi dalam junction

dioda. Kapasitansi dalam ini kita sebut juga kapasitansi peralihan CT. Kata peralihan disini

menyatakan peralihan dari bahan type-p ke type-n. Kapasitansi peralihan dikenal juga sebagai

kapasitansi lapisan pengosongan, kapasitansi barier dan kapasitansi junction. Apakah

kapasitansi peralihan itu?. Perhatikan gambar 2.2 dibawah ini.

Lapisan pengosongan melebar hingga perbedaan potensial sama dengan tegangan riverse

yang diberikan. Makin besar tegangan riverse makin lebar lapisan pengosongan. Karena

lapisan pengosongan hampir tak ada pembawa muatan ia berlaku seperti isolator atau

dielektrik. Dengan demikian kita dapat membayangkan daerah p dan n dipisahkan oleh

lapisan pengosongan seperti kapasitor keeping sejajar dan kapasitor sejajar ini sama dengan

kapasitansi peralihan. Jika dinaikkan teganag riverse membuat lapisan pengosongan menjadi

lebar, sehingga seperti memisahkan keeping sejajar terpisah lebih jauh. Dan sebagai

akibatnya kapasitansi peralihan dari dioda berkurang bila tegangan riverse bertambah. Dioda

silicon yang memanfaatkan efek kapasitansi yang berubah-ubah ini disebut varactor.

Dalam banyak aplikasi menggantikan kapasitor yang ditala secara mekanik, dengan

perkataan lain varaktor yang dipasang parallel dengan inductor merupakan rangkaian tangki

resonansi. Dengan mengubah-ubah tegangan riverse pada varactor kita dapat mengubah

frekuensi resonansi. Pengontrolan secara elektronik pada frekuensi resonansi sangat

bermanfaat dalam penalaan dari jauh.

d. Dioda Schottky

Dioda schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi

junction dan silicon yang di dop (biasanya type-n) pada sisi yang lain. Dioda semacam ini

adalah piranti unipolar karena electron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi

junction. Dan dioda Schottky ini tidak mempunyai lapisan pengosongan atau penyimpanan

muatan, sehingga mengakibatkan ia dapat di switch nyala dan mati lebih cepat dari pada

dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 Mhz dan

jauh diatas kemampuan diode bipolar.

e. Dioda Step-Recovery

Dengan mengurangi tingkat doping dekat junction pabrik dapat membuat dioda step-

recovery piranti yang memanfaatkan penyimpanan muatan. Selama konduksi forward dioda

berlaku seperti diode biasa dan bila dibias riverse dioda ini konduksi sementara lapisan

pengosongan sedang diatur dan kemudian tiba-tiba saja arus riverse menjadi nol. Dalam

keadaan ini seolah-olah dioda tiba-tiba terbuka menjepret (snaps open) seperti saklar, dan

inilah sebabnya kenapa dioda step-recovery sering kali disebut dioda snap.

Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa

yang sangat cepat.Snap-off yang tiba-tiba dapat menghasilkan pensaklaran on-off kurang dari

1 ns. Dioda khusus ini juga digunakan dalam pengali frekuensi.

f. Dioda Zener

Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdown dan menghasilkan tegangan

breakdown kira-kira dari 2 samapai 200 Volt. Dengan memberikan tegangan riverse

melampaui tegangan breakdown zener, piranti berlaku seperti sumber tegangan konstan. Jika

tegangan yang diberikan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan pengosongan

dipercepat hingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan electron dari

orbit luar. Efek zener berbeda-beda, bila dioda di-dop banyak maka lapisan pengosongan

amat sempit. Sehingga medan listrik pada lapisan pengosongan sangat kuat.

Pada gambar 3 menunjukkan kurva tegangan arus dioda zener. Pada dioda zener breakdown

mempunyai knee yang sangat tajam, diikuti dengan kenaikan arus yang hampir vertikal.

Perhatikan bahwa tegangan kira-kira konstan sama dengan Vz pada sebagian besar daerah

breakdown. Lembar data biasanya menentukan nilai VZ pada arus test IZT tertentu diatas

knee ( perhatikan gambar2.3 )

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.

Gambar 2.6. Rangkaian Penyearah setengah gelombangSumber : 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) (b)

(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.

Rangkaian penyearah Gelombang Penuh

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.

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)

(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.

Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh berfilterSumber : analisis 2009

(a) (b)

(a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah berfilterSumber : 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.

Daftar Pustaka

http://rizkyblog.com/komponen-dasar-dioda/

http://id.wikipedia.org/wiki/Diode

http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/08/dioda-adalah-piranti-semikonduktor.html

Makalah Devais ElektronikaDioda

Dosen Pembimbing :Bhudi priyanto Drs, Msi

Oleh: Muchamad Aldi Ananta Nim: 201010130311153kelas: Teknik Elektro 4c

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH MALANG

2011/2012

KATA PENGANTAR

Bismillahirrahmanirrahim

Dengan rahmat dan nikmat dari Allah Swt yang telah dilimpahkan kepada umatnya,

Alhamdulillah saya dapat menyusun makalah yang berisi tentang diode.

Makalah ini disusun sebagai teori mata kuliah yang wajib dipelajari oleh mahasiswa

khususnya jurusan elektro. Tujuan dilakukan pembutan makalah ini supaya mahasiswa bisa

tahu secara nyata teori–teori yang terdapat di dalam matakuliah devais elektronika dan

menambah pengalaman yang lebih banyak.

Akhirnya, penyusun menyadari bahwa makalah ini masih jauh dari kesempurnaan

sehingga perlu untuk ditinjau ulang dan disempurnakan. Untuk itu segala saran yang

konstruktif sangat diharapkan dari para pembaca.Semoga makalah ini bermanfaat pagi adek –

adek tingkat kami.

Malang, 4 Juni 2012

Penyusun