DIODA

Dioda

Tahun 1883, secara tidak sengaja Edison telah membuat dioda pertama melalui pengujian bola lampunya. Bila salah satu elektroda diberi tegangan positif terhadap kawat (filamen) maka ada arus mengalir antara dua kawat dan bila diberi tegangan negatif maka tidak ada arus mengalir. Kata “dioda” adalah        di = dua dan ode = elektroda

Jadi dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan arah arus tertentu.

Dioda-dioda semula berupa piranti-piranti tagung hampa dengan filamen panas (disebut katoda) yang memancarkan elektron-elektron bebas dan suatu pelat positif (disebut anoda) yang mengumpulkan elektron-elektron tersebut.

Dioda modern memakai piranti  semikonduktor dengan bahan tipe n yang menyediakan elektron-elektron bebas dan bahan tipe p yang mengumpulkannya.  

Bahan tipe n adalah terbentuknya elektron bebas tidak disertai terbentuknya hole tetapi terbentuk ion positif yang tidak dapat bergerak seperti gambar 15. Dimana, tanda - adalah elektron-elektron bebas sebagai pembawa-pembawa mayoritas (majority carriers), tanda – adalah hole-hole sebagai pembawa-pembawa minoritas (minority carriers) dan tanda plus dilingkari adalah ion-ion donor atau ion-ion positif. Dan sebaliknya bahan tipe p adalah terbentuknya hole disertai terbentuknya ion negatif yang tidak dapat bergerak seperti gambar 16. Dimana, tanda + adalah hole-hole (pembawa-pembawa mayoritas) dan tanda minus dilingkari adalah ion-ion akseptor atau ion-ion negatif.

Gambar 15  Semikonduktor Tipe n

Gambar 16  Semikonduktor Tipe p

A.  Lapisan Pengosongan (depletion layer)

Batas antara bahan tipe p dan bahan tipe n disebut persambungan (junction) seperti gambar 17.

Gambar 17  Gambar Persambungan PN

Secara difusi bila suatu elektron memasuki daerah p maka elektron ini sebagai pembawa minoritas. Dengan dikelilingi oleh lubang-lubang yang berjumlah banyak, pembawa minoritas akan masuk ke salah satu lubang, lubang bersangkutan akan lenyap dan elektron bebas menjadi elektron valensi. Daerah yang mengandung ion-ion positif dan negatif disebut lapisan pengosongan (depletion layer) karena pada daerah ini mengalami pengosongan dari pembawa-pembawa muatan elektron maupun hole. Hubungan pn ini yang disebut dioda dengan kaki yang bertanda positif  (A) disebut anoda dan kaki yang bertanda negatif  (K) disebut katoda. Adapun simbol dioda adalah seperti pada gambar 18.

Gambar 18 Simbol dioda

B.  Forward bias

Hubungan forward bias (bias maju) adalah bila kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan positif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan negatif. Elektron-elektron bebas di bahan n bergerak menuju ke persambungan yang meninggalkan ion-ion positif di sebelah kanan kristal. Ion-ion positif ini kemudian akan menarik elektron-elektron bebas dari baterai (sumber tegangan) lewat kawat rangkaian. Jadi, arah aliran elektron adalah dari bahan tipe n ( K) ke bahan tipe p (A) dan sebaliknya arah arus dari bahan tipe p (A) ke bahan tipe n (K) seperti gambar 19.

Gambar 19 forward bias diode

C.  Reverse Bias

Reverse Bias adalah pemberian sumber tegangan yang terbalik dimana kaki Anoda (bahan tipe p) dihubungkan ke sumber tegangan negatif dan kaki Katoda (bahan tipe n) dihubungkan ke sumber tegangan positf. Pembawa-pembawa mayoritas tidak dapat menyeberangi persambungan dan  elektron-elektron bebas tidak mempunyai energi yang cukup besar untuk menyeberangi persambungan sehingga tidak ada aliran arus dari katoda ke Anoda seperti gambar 20.

Gambar 20  Reverse bias diode

Dioda disebut aktif atau ‘on’ apabila mendapat arus maju I_F (forward bias) dari hubungan baterai seperti gambar 19 dan dioda disebut tidak aktif atau ‘off’ apabila mendapat arus mundur I_R (reverse bias ) dari hubungan baterai seperti gambar 20. Adapun karakteristik Dioda adalah seperti pada gambar 21.

Gambar 21 Karakteristik Dioda

Dioda aktif apabila  VD >= VF

, untuk bahan semikonduktor Silikon V_F = 0,7 Volt dan untuk bahan semikonduktor Germanium V_F = 0,3 Volt.   Dioda tidak aktif apabila  V_D < 0 maka untuk semikonduktor Silikon I_D = 0 mA dan untuk semikonduktor Germanium I_D =I_R.       Pada saat arus reverse bias maksimum atau sama dengan V_BD (Breakdown Voltage) maka arus tak terhingga atau dioda dapat menjadi rusak.

Rumus umum untuk arus dioda I_D adalah:

                                                      

dimana,

          I_S = arus reverse saturasi

          k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si

          T_k = T_C + 273⁰

Dioda Zener

          Prinsip kerja Dioda Zener adalah sama dengan kondisi arus reverse dioda dimana pada saat   VD <= VBD dimana V_BD disebut juga dengan V_Z maka dioda zener akan aktif dan teganan tetap sebesar tegangan zener V_Z walaupun V_D diberikan < V_Z seperti gambar 30. 

Gambar 30 Karakteristik Dioda Zener