I.4 Dioda dan Aplikasi dioda Dioda Penyearah Dioda Zener Dioda Cahaya Dioda Foto Dioda Laser Dioda Schottky

Karateristik Arus terhadap Tegangan (I vs V) Dioda Arus pada dioda P-N ditentukan oleh tegangan yang terpasang dan tegangan termal  untuk Ge = 1,5 dan untuk Si = 2, Tegangan termal pada suhu kamar T=300 o K ; VT = 26 mV

Karakteristik dioda penyearah

Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N, elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P. 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. Dengan tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tidak serta merta diatas 0 volt, tetapi tegangan diatas tegangan cut-in/offset (V) baru bisa terjadi konduksi. Ini disebabkan karena  adanya dinding deplesi (deplesion layer).

Resistansi Statik Dioda Resistansi statistik Rf pada suatu titik kerja tertentu, didefinisikan sebagai tegangan dibagi arus dioda.

2. Resistansi dinamik (dRf). Harga resistansi dinamik ini tidak konstan, tetap tergantung pada titik kerja

Konduktansi dinamik dioda : Untuk I >> IO maka

Resistansi dinamik dan statis dioda

Resistansi statik dioda :

Resistansi dinamik dioda :

Kapasitansi Dioda dimana : ε : permitivitas A : luas penampang p-n juntion W : lebar daerah transisi/deplesi

Kapasitansi Difusi (CD) sebesar Ʈ = life time rata-rata pembawa muatan

Model dioda P-N Gambar 1.4.3 Kapasitansi dioda a) Forward bias b) Reverse Bias

Model Sinyal Kecil Dioda VD = tegangan DC vd(t) = sinyal yang berubah terhadap waktu, ditumpangkan pada tegangan DC

Pada saat vd(t) = 0, tegangan dioda = VD dan dioda akan mengalirkan arus dc (ID) sebesar dengan asumsi ID >> IO pada arah maju

Bila sinyal vd(t) ada, maka tegangan total sesaat : VD(t) = VD + vd(t)

Arus dioda sesaat :

Bila amplitudo sinyal vd(t) dijaga agar tetap stabil, sehingga : Persamaan diatas dapat diuraikan dalam suatu deret dan didapatkan rumus pendekatan

pendekatan sinyal kecil

Hambatan sinyal kecil dioda. Nilai rd ini merupakan harga kualitas yang menghubungkan ID dan VD

Dioda Zener Dioda Zener dirancang untuk dapat digunakan bekerja di daerah breakdown (pada saat dioda dicatu mundur)

a. Pelipatan Avalans. Pada saat dioda diberi tegangan balik, pembawa muatan yang ditimbulkan energi panas menurunkan halangan persambungan (junction) dan menerima energi dari potensial yang diberi pembawa tersebut, membentuk ion kristal dan memecahkan ikatan kovalen, maka timbul pasangan e- dan hole yang baru. Tiap-tiap pembawa yang baru, menghasilkan pembawa-pembawa tambahan melalui tumbukan­ tumbukan dan terlepasnya ikatan-ikatan. Proses ini sifatnya kumulatif sehingga disebut pelipatan avalans.

b. Kedadalan Zener Kedadalan dapat terjadi melalui perpecahan ikatan. Karena E yang cukup kuat mengakibatkan e- dapat lepas dari ikatan kovalennya. Pasangan hole e- yang baru timbul memperbesar arus balik menyebabkan kepatahan zener (tidak melibatkan tumbukan pembawa-pembawa dengan ion kristal. Batas arus dioda ditentukan oleh batas disipasi daya. Tegangan harus tetap konstan meskipun terjadi perubahan arus yang ditarik dari perubahan pada catu.

Karakteristik dan simbol dari dioda zener Gambar 1.4.5 Karakteristik dan simbol dioda zener. VZK adalah nilai ambang dioda

VZ adalah tegangan zener/tegangan dadal yang tertentu yang dimiliki dioda zener. Merupakan tegangan jatuh pada zener bila arus nominal IZ yang diperlukan mengalir melaluinya. adalah nilai peningkatan resistansi zener yang ditentukan pada titik operasi VZ, IZ. Jika ideal maka rZ = 0

LED (Light Emitting Diode) LED atau dioda pemancar cahaya pada saat di beri tegangan maju, maka e- bebas yang berkorelasi dengan hole menghasilkan energi panas yang oleh dioda diubah menjadi energi cahaya. Kelebihan LED : tahan lama, tegangan rendah (1 - 2) Volt, waktu switching cepat (orde nano detik) Dengan menggunakan unsur-unsur seperti galium, arsen dan phosfor, LED dapat dibuat untuk memancarkan warna merah, kuning dan infra red. Pada kondisi tertentu cahaya yang dipancarkan koheren, dioda ini disebut dioda laser (injection junction laser) .

Material yang digunakan untuk membuat LED dan warna yang dihasilkannya gallium arsenide/phosphide (GaAsP) - merah, oranye-merah, oranye , dan kuning gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau zinc selenide (ZnSe) - biru indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau silicon carbide (SiC) sebagai substrate - biru diamond (C) - ultraviolet silicon (Si) sebagai substrate - biru (dalam pengembangan) sapphire (Al 2 O 3 ) sebagai substrate - biru

Simbol

Dioda Photo Energi termal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda. Makin tinggi suhunya, makin besar arus dioda yang terbias mundur. Energi cahaya juga dapat menghasilkan pembawa minoritas. Dioda photo dibuat dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka persambungan pada dioda photo yang terbias reverse sehingga menghasilkan pasangan hole-elektron dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya, makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan dan makin besar arus reverse (mundur) dioda. Dioda photo digunakan sebagai detektor cahaya.

Simbol

Dioda Varactor Kapasitansi peralihan dioda akan berkurang bila tegangan mundur bertambah. Dioda silikon yang memanfaatkan efek kapasitansi yang berubah-ubah ini disebut varactor. Dioda ini dapat difungsikan sebagai pengganti kapasitor variabel mekanik. Besarnya kapasitasinya tergantung pad lebar daerah deplesinya yaitu :

Karakteristik kapasitansi dioda varactor

Simbol

Dioda Schottky Dioda Schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi persambungannya dioda dan silikon yang di-dop (biasanya tipe-n) pada sisi lain. Dioda ini dipakai pada rangkaian osilator frekuensi tinggi, sebagai switch frekuensi tinggi

Simbol