1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu komponen lain yang penting dalam elektronika adalah dioda.

Dioda adalah merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki

banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing. Dioda

merupakan komponen yang paling sederhana pada kelompok semikonduktor.

Kata “dioda” adalah sebuah kata majemuk yang berarti “dua elektroda”, dimana

“di” berarti dua dan “oda” yang berarti elektroda. Jadi dioda adalah dua lapisan

elektroda N (katoda) dan lapisan P (anoda), dimana N berarti negatif dan P adalah

positif. Dioda terbagi menjadi beberapa bagian, salah satu nya adalah dioda zener,

germanium dan diode silikon.

1.2 Perumusan Masalah

Apa karakteristik dan aplikasi dari dioda zener, dioda germanium dan

dioda silikon ?

1.3 Tujuan Penulisan

Sesuai dengan permasalahan yang telah dirumuskan, tujuan penulisan

makalah yang hendak dicapai adalah untuk mempermudah menambah wawasan

dalam piranti elektronika dan juga untuk mengetahui karakteristik dan aplikasi

dari dioda zener, dioda germanium dan dioda silikon.

2

BAB II

LANDASAN TEORI

Diode adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat

semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi

panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur).

Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode

sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna,

melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang

tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan

serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang

tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Struktur dari diode tabung hampa

3

Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung

hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat

dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Simbol untuk diode tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah

adalah anode, katode dan filamen pemanas

2.1 Sejarah Dioda

Karl Ferdinand Braun

4

Walaupun diode kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum diode

termionik, diode termionik dan diode kristal dikembangkan secara terpisah pada

waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari diode termionik ditemukan oleh

Frederick Guthrie pada tahun 1873 Sedangkan prinsip kerja diode kristal

ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah

(rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah

diode yang berasal dari di berarti dua, dan ode (dari ὅδος) berarti "jalur".

Berbagai diode semikonduktor

5

2.2 Prinsip Kerja

Prinsip kerja diode termionik ditemukan kembali oleh Thomas

Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S.

Patent 307.031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan

penyearah kristal pada tahun 1899. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut

oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.

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 (biasa disebut anode) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan

terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katode) 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.

2.3 Jenis-Jenis Dioda Semikonduktor

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.

6

Dioda Dioda Zener LED

Dioda Foto Dioda Terobosan Dioda Varaktor

Dioda Schottky SCR

a. 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.

7

Kemasan diode sejajar dengan simbolnya, pita menunjukkan sisi katode

b. 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 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.

8

c. 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. Kawatnya

membentuk anode dan kristalnya membentuk katode. Dioda Cat's whisker

juga disebut diode kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.

d. 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.

e. Esaki atau Dioda 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.

f. Dioda Gunn

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.

9

g. 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.

h. Penyearah Arus

Penyearah arus dibuat dari diode, dimana diode digunakan untuk

mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). 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.

Beberapa jenis dioda

10

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Karakteristik Dan Aplikasi 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 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

11

(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.

12

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

13

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.

Kurva Karakteristik Dioda Zener

Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya

ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan diode Zener.

Kutub Dioda Zener

14

Karakteristik beberapa diode zener

Catatan

Uz        =Tegangan Zener

ID(ma)   = Arus Dioda Zener

ID(ohm) = Tahanan Dalam Zener

Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan

tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini menandakan

15

bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita dapat menghitung

impedansi dengan cara :

Dalam rumus, perubahan tegangan zener adalah :

Beberapa  dioda  zener  dipasang  berderet  dan  setiap  dioda  memiliki 

tegangan      tersendiri ( tegangan zener ) . Rumus untuk menyelesaikan rangkaian

stabilitas tegangan dengan Dioda Zener adalah sebagai berikut :

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau

stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan

menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini

dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus

bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi)

harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).

16

Rangkaian Dasar Stabilizer dengan Dioda Zener

3.2 Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Germanium

Dioda germanium memiliki arus bocor yang lebih besar daripada dioda

silikon.  Pada suhu ruang germanium akan memiliki 1000 pembawa minoritas dari

silikon. Sehingga dioda silikon lebih banyak disukai. Akan tetapi dioda

germanium juga mempunyai kelebihan dari dioda silikon yaitu memiliki tegangan

"turn on" yang rendah dan resistansinya lebih rendah. Untuk aplikasi tertentu

dioda germanium masih dipakai.

Diode Germanium

17

Karakteristik Sambungan pn Hubungan arus dan tegangan pada diode

sambungan pn dinyatakan dengan persamaan :

I =I0 ( e V/h VT – 1)

Dengan Io = Arus balik Jenuh

h = 1 untuk germanium dan 2 untuk silikon

VT = 1 / 11600 ( kesetaraan volt dalam suhu )

= 0,026 volt pada suhu kamar T = 300 K

Karakteristik maju diode pn untuk germanium dan silikon terlihat pada

gambar. Terlihat ada tegangan ambang Vf. Dibawah tegangan ambang arus diode

sangat kecil. Tegangan ambang besarnya kira-kira 0,2 V untuk Germanium dan

0,6 volt untuk silikon.

Prasikap balik yang besar (VZ), terjadi arus balik yang mendadak besar.

Didaerah ini diode dikatakan berada didaerah.

Pengaruh suhu. Pengaruh suhu terhadap perubahan Io adalah kira-kira

7% / oC. Karena (1,07) 10 = 2, maka arus Io menjadi berlipat dua untuk setiap

kenaikan 10 oC.

Arsu Io pada suhu T adalah :

Io (T) =Io1 x 2 (T-T1)/10

Dengan Io1 : Arus Io pada suhu T1.

18

Kapasitansi Transisi. Prasikap balik mengakibatkan pembawaan mayoritas

menjauhi sambungan, maka daerah defleksi menjadi lebar. Dapat dianggap ada

pengaruh kapasitansi transisi C

Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya :

1. Bentuk fisiknya kecil

2. Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar

3. Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt

4. Tahan terhadap arus besar max 10 ampere

5. Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja.

3.3 Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Silikon

Diode Silikon

Dioda silikon banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai

penyearah arus, pengaman tegangan kejut dan sebagainya. Contoh : 1N4001,

1N4007, 1N5404 dan lain-lain.

19

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.

Simbol dioda silikon

Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut :

1. Bentuk fisiknya kecil

2. Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga

digunakan sebagai saklar elektronik

3. Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere

4. Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt

20

BAB IV

Kesimpulan dan Saran

1.1 Kesimpulan

Salah satu komponen lain yang penting dalam elektronika adalah dioda.

Dioda adalah merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki

banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing.

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".

Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya :

1. Bentuk fisiknya kecil

2. Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar

3. Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt

4. Tahan terhadap arus besar max 10 ampere

5. Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja.

Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut :

1. Bentuk fisiknya kecil

2. Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga

digunakan sebagai saklar elektronik

21

3. Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere

4. Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt

1.2 Saran

Apabila pembaca hendak menggunakan suatu dioda dalam suatu rangkaian

baik itu diode zener, germanium maupun silikon , sebaiknya pembaca melakukan

pengecekan terlebih dahulu terhadap dioda tersebut.

22

DAFTAR PUSTAKA

Ansori, Insya. 2013. Dioda Dan Prinsip Kerjanya

(http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/dioda-dan-prinsip-kerjanya.html)

Purnama, Agus. 2012. Dioda Zener

(http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/dioda-zener/)

Wikipedia. 2013. Diode

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

Dachi, Yardianto. 2013. Mengenal Karakteristik Dan Jenis Dioda

(http://adydachi.heck.in/mengenal-karakteristik-dan-jenis-dioda.xhtml)

Iqbal, Muhammad. 2010. Komponen Dasar Elektronika Dioda

(http://lupa11lagi.blogspot.com/2010/11/komponen-dasar-elektronika-

dioda.html)

(http://duniaelektonika.blogspot.com/2013/01/jenis-jenis-dioda-beserta-

fungsinya.html)

(http://on-by.blogspot.com/2013/02/dioda-zener.html)