Dioda

Dioda merupakan piranti non-linier karena grafik arus terhadap tegangan bukan berupa garis lurus, hal ini karena adanya potensial penghalang (Potential Barrier).

Ketika tegangan dioda lebih kecil dari tegangan penghambat tersebut maka arus dioda akan kecil, ketika tegangan dioda melebihi potensial penghalang arus dioda akan naik secara cepat.

Fungsi :

Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi adalah semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron.

Perlakuan Dioda

• Bias Maju

Bias positif, dengan arti kata memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N dengan serta merta akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Tentu kalau elektron mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N karena ditinggal elektron. Ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N.   

• Bias Mundur

Polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan  bias negatif (reverse bias). 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.

Tegangan Breakdown

Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi memang tegangan beberapa volt diatas nol baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena  adanya dinding deplesi (deplesion layer). Untuk dioda yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt. Kira-kira 0.3 volt batas minimum untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium. Sebaliknya untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, namun memang ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi. 

Tegangan Kaki (Knee Voltage) adalah Tegangan pada saat arus mulai naik secara cepat pada saat dioda berada pada daerah maju, tegangan ini sama dengan tegangan penghalang.

Apabila tegangan dioda lebih besar dari tegangan kaki maka dioda akan menghantar dengan mudah dan sebaliknya bila tegangan dioda lebih kecil  maka dioda tidak menghantar dengan baik

Di atas tegangan kaki, arus dioda akan membesar secara cepat, dengan kata lain pertambahan yan kecil pada tegangan dioda akan menyebabkan perubahan yang besar pada arus dioda.

Setelah tegangan penghalang terlampaui, yang menghalangi arus adalah hambatan Ohmic daerah P dan N, Jumlah hambatan tersebut dinamakan Hambatan Bulk

Dengan sifat dasar dari Dioda yang menyearahkan arus satu periode saja (lihat gambar di bawah ini) dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah.

Pembahasan singkat mengenai dioda sebagai penyearah dapat disaksikan pada video berikut:

https://www.youtube.com/watch?v=ri7EpWhVY3g&t=102s

• Dioda sebagai Penyearah Setengah Gelombang

Pada saat dioda menghantar, tahanan dinamis dioda ini nilainya sangat kecil. Tahanan beban RL dipasang sebagai beban. Tegangan input Ui adalah tegangan bolak-balik yang akan disearahkan.

Pada saat gelombang sinus bergerak dari 0 derajat sampai dengan 180 derajat, dioda on sehingga arus mengalir dari dioda ke beban RL dan kembali ke sumber (-). Pada saat gelombang sinus bergerak dari 180 derajat sampai dengan 360 derajat, dioda off, sehingga arus tidak mengalir. Dengan demikian pada beban hanya dilewati arus setengah perioda saja (perhatikan warna merah pada gambar).

Umumnya jika diode digunakan sebagai penyearah digunakan transformator terlebih dahulu untuk menurunkan tegangan misalnya dari 220V menjadi 12V. Untuk menyearahkan ½ gelombang cukup di butuhkan 1 Dioda saja.

Tegangan dan arus DC dapat dirumuskan:

• Dioda sebagai Penyearah Gelombang Penuh

Penyearah gelombang penuh bisa dibentuk dengan dua cara, yaitu dengan menggunakan empat buah dioda dan dua buah dioda. Bila dipakai dua buah dioda, maka diperlukan transformator dengan center tap (CT). Cirinya transformator dengan CT adalah mempunyai tegangan yang sama disamping Centre Tapnya, misalnya 24V – 12V – 9V – 6V – CT – 6V – 9V – 12V – 24V, tegangan yang sama berbeda fasa satu dengan yang lainnya sebesar 180 derajat.

 

Selain menggunakan 2 buah dioda, penyerah gelombang penuh juga dapat dibentuk oleh empat buah dioda yang dikenal sebagai penyearah gelombang penuh bentuk jembatan wheatstone.

Pada saat gelombang sinus bergerak dari 0 derajat sampai dengan 180 derajat, dioda D1 dan D3 on, sedangkan dioda D2 dan D4 off, sehingga arus mengalir dari D1 ke beban RL dan dan D3 kemudian kembali ke sumber. Pada saat gelombang sinus bergerak dari 180 derajat sampai dengan 360 derajat, dioda D2 dan D4 on, sedangkan dan dioda D1 dan D3 off, sehingga arus mengalir dari D2 ke beban RL dan D4 kemudian kembali ke sumber. Dengan demikian pada beban dilewati arus dari D1, RL, D3 dan D2,RL,D4, sehingga bentuk output pada beban adalah penyearahan gelombang penuh.

Pada penyerah gelombang penuh, tegangan dan arus DC dapat dirumuskan: