DIODA Peralatan elektronik yang mengalirkan arus pada satu arah lebih mudah dari pada arah sebaliknya Operasi dioda

DIODA Pengukuran dengan voltmeter Pengukuran dengan voltmeter 0.7 volt adalah tegangan knee untuk dioda silikon Dibias maju: pada dioda terjadi sedikit tegangan jatuh (voltage dropped) sebesar 0.7 volt, sisa sebanyak 5.3 volt mengalir pada lampu, sehingga lampu menyala Dibias mundur: semua tegangan sumber dijatuhkan pada dioda, sehingga lampu tidak menyala

DIODA Dibuat dari bahan semikonduktor yi: bahan yang bisa bersifat konduktor atau isolator, tapi sama-sama tidak baiknya Bahan yang digunakan adalah: silikon Si (no atom 14) dan germanium Ge (no atom 32), keduanya merupakan atom tetravalent (memiliki 4 elektron valensi) Bahan silikon memiliki elektron bebas lebih sedikit, dan lebih tahan panas daripada bahan germanium. Oleh karena itulah silikon merajai pasaran semikonduktor Proses pembuatan dioda dari bahan semikonduktor membutuhkan pengetahuan tentang mekanika kuantum Ada dua type semikonduktor berdasarkan bahan pengotornya (impurity): 1. Type – n di doping oleh atom pentavalen shg memiliki elektron bebas lebih banyak, shg bersifat negatif 2. Type – p di doping oleh atom trivalen shg memiliki hole/lubang lebih banyak, shg bersifat positif (hole terjadi karena elektron meninggalkan pita valensi –tereksitasi- karena dipengaruhi oleh medan listrik dari luar atom)

DIODA http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_1.html This process of adding impurity atoms to semiconductor atoms (the order of 1 impurity atom per 10 million (or more) atoms of the semiconductor) is called Doping. The most commonly used semiconductor basics material by far is silicon. Silicon has four valence electrons in its outermost shell which it shares with its neighbouring silicon atoms to form full orbital’s of eight electrons. The structure of the bond between the two silicon atoms is such that each atom shares one electron with its neighbour making the bond very stable. As there are very few free electrons available to move around the silicon crystal, crystals of pure silicon (or germanium) are therefore good insulators, or at the very least very high value resistors. Silicon atoms are arranged in a definite symmetrical pattern making them a crystalline solid structure. A crystal of pure silica (silicon dioxide or glass) is generally said to be an intrinsic crystal (it has no impurities) and therefore has no free electrons.

DIODA In order for our silicon crystal to conduct electricity, we need to introduce an impurity atom such as Arsenic, Antimony or Phosphorus into the crystalline structure making it extrinsic (impurities are added). These atoms have five outer electrons in their outermost orbital to share with neighbouring atoms and are commonly called “Pentavalent” impurities. This allows four out of the five orbital electrons to bond with its neighbouring silicon atoms leaving one “free electron” to become mobile when an electrical voltage is applied (electron flow). As each impurity atom “donates” one electron, pentavalent atoms are generally known as “donors”. Antimony (symbol Sb) or Phosphorus (symbol P), are frequently used as a pentavalent additive to the silicon as they have 51 electrons arranged in five shells around their nucleus with the outermost orbital having five electrons. The resulting semiconductor basics material has an excess of current-carrying electrons, each with a negative charge, and is therefore referred to as an N-type material with the electrons called “Majority Carriers” while the resulting holes are called “Minority Carriers”. When stimulated by an external power source, the electrons freed from the silicon atoms by this stimulation are quickly replaced by the free electrons available from the doped Antimony atoms. But this action still leaves an extra electron (the freed electron) floating around the doped crystal making it negatively charged.

DIODA If we go the other way, and introduce a “Trivalent” (3-electron) impurity into the crystalline structure, such as Aluminium, Boron or Indium, which have only three valence electrons available in their outermost orbital, the fourth closed bond cannot be formed. Therefore, a complete connection is not possible, giving the semiconductor material an abundance of positively charged carriers known as holes in the structure of the crystal where electrons are effectively missing. As there is now a hole in the silicon crystal, a neighbouring electron is attracted to it and will try to move into the hole to fill it. However, the electron filling the hole leaves another hole behind it as it moves. This in turn attracts another electron which in turn creates another hole behind it, and so forth giving the appearance that the holes are moving as a positive charge through the crystal structure (conventional current flow). This movement of holes results in a shortage of electrons in the silicon turning the entire doped crystal into a positive pole. As each impurity atom generates a hole, trivalent impurities are generally known as “Acceptors” as they are continually “accepting” extra or free electrons.

DIODA Jika semikonduktor type n dan p disambung, maka yang terjadi adalah di (dua) oda (elektroda) jadinya DIODA disebut juga junction p-n Jika semikonduktor type n dan p disambung, maka yang terjadi adalah di (dua) oda (elektroda) jadinya DIODA Elektron di sisi n mudah untuk berdifusi, difusi elektron ke sisi p menyebabkan pembentukan ion + dan – pada junction. Pasangan ion ini disebut dengan dipole. Elektron yang masuk pada sisi p akan mengisi hole sehingga hole lenyap, sedang sisi n kehilangan elektron sehingga terbentuk muatan positif. Tiap pole punya medan listrik yang akan memaksa elektron kembali ke sisi n. semakin banyak elektron yang hijrah maka semakin besar medan listrik, hingga suatu saat difusi terhenti karena tercapai keseimbangan pada lapisan pengosongan

DIODA http://www.electronics-tutorials.ws/diode/diode_2.html This process continues back and forth until the number of electrons which have crossed the junction have a large enough electrical charge to repel or prevent any more charge carriers from crossing over the junction. Eventually a state of equilibrium (electrically neutral situation) will occur producing a “potential barrier” zone around the area of the junction as the donor atoms repel the holes and the acceptor atoms repel the electrons. Since no free charge carriers can rest in a position where there is a potential barrier, the regions on either sides of the junction no become completely depleted of any more free carriers in comparison to the N and P type materials further away from the junction. This area around the PN Junction is now called the Depletion Layer.

DIODA 1. Dibias mundur 2. Dibias maju Arus sulit mengalir pada rangkaian ini. Elektron pada sisi n tertarik oleh kutub positif sumber arus, demikian pula sebaliknya Lapis pengosongan semakin melebar, sehingga elektron sulit mengalir pada kristal p - n Lapis pengosongan seakan-akan semakin melebar 2. Dibias maju Arus mudah mengalir pada rangkaian ini. Pada saat elektron disisi n berdifusi maka ujung kanan kristal akan bersifat positif sedikit Karena muatan positif sedikit, maka menarik elektron dari sumber arus. Elektron berdifusi terus ke sisi p karena sisi p bermuatan positif, elektron tersebut akan bergerak hingga ke ujung sisi p lalu menuju ke kutub positif sumber arus, demikian seterusnya Lapis pengosongan seakan-akan semakin menipis Dioda dapat dikonduksi dengan baik pada saat tegangan >= potensial barier, Si 0.7 V; Ge 0.3 V.

DIODA Kurva dioda 2. Dibias mundur 1. Dibias maju Jika dibias mundur sifat konduksinya jelek, tapi jika sudah melewati tegangan breakdown (BV), maka dengan penambahan tegangan sedikit saja akan secara drastis meningkatkan arus. Jika arus besar maka akan terjadi panas berlebihan pada dioda, sehingga merusak atau memperpendek usia 1. Dibias maju Jika dibias maju sifat konduksi baik, setelah melewati tegangan 0,7 volt (tegangan knee = potensial barrier), maka arus akan naik drastis dengan penambahan tegangan yang kecil

DIODA Reversed Bias

DIODA Forward Bias

DIODA Tegangan AC pada dioda (rectifier) 1. Penyearah setengah gelombang pada ½ perioda positif dioda dibias maju, sedangkan pada ½ perioda negatif dioda dibias mundur, sehingga menghasilkan arus DC berdenyut VRMS = VP/√2 = Vmax/√2 ; VDC = Vmax/π ; π = pi = 3.14; finput = foutput Jika Vmax = 170 V Maka VRMS = 170 V / √2 = 120 V VDC = 170 V / π = 54.1 V

DIODA 2. Penyearah tap tengah VDC = 2VP/π 2. Penyearah tap tengah pada ½ perioda positif dioda atas dibias maju, sedangkan pada ½ perioda negatif dioda bawah dibias maju, sehingga menghasilkan arus DC gelombang penuh

DIODA 3. Penyearah jembatan VDC = 2VP/π 3. Penyearah jembatan pada ½ perioda positif D2, D3 dibias maju; D1, D4 dibias mundur; sedangkan pada ½ perioda negatif D1, D4 dibias maju ; D2, D3 dibias mundur; arus mengalir pada beban dengan arah yang sama, sehingga menghasilkan arus DC gelombang penuh Type dioda penyearah seperti diatas didasarkan atas kapasitas kuat arusnya: 1 A, 2A, 3A, dst.

DIODA 1. Penyearah setengah gelombang (rectifier) Filter input kapasitor 1. Penyearah setengah gelombang ide: mendeteksi puncak gelombang arus DC berdenyut lalu meratakannya

DIODA 2. Penyearah Jembatan

DIODA Type dioda 1. Dioda penyearah 2. LED (light emmiting dioda) Jika dikenai tegangan maka medan listrik dalam dioda akan berubah, sehingga akan mengembalikan elektron dari pita konduksi ke pita valensi dengan mengeluarkan cahaya. bahan: galium, arsen, phosphor 3. Photo dioda merupakan p-n junction yang dirancang untuk beroperasi jika dibias mundur. Jika cahaya dengan panjang gelombang yang benar jatuh pada sambungan photodiode arus mengalir dalam sirkuit internal. Alat ini akan bekerja sebagai generator arus dengan kekuatan sebanding dengan intensitas cahaya. 4. Zener dioda bekerja pada daerah breakdown (dibias mundur), dengan memanfaatkan karakteristik tegangan breakdown (tegangan zener) yang konstan, maka dioda zener digunakan sebagai regulator tegangan

DIODA Regulator Zener Secara ideal dioda zener berlaku seperti sebuah baterei, yang menyebabkan tegangan beban konstan. Jika tegangan catu daya tidak konstan (karena tidak diregulasi) dan lebih besar dari tegangan breakdown, maka zener akan bekerja pada daerah breakdown sehingga tegangan beban tetap konstan Agar arus zener selalu ada untuk semua sumber tegangan dan arus beban maka resistensi pembatas arus maksimum harus diatur

DIODA Contoh: Hitung arus yang mengalir pada resistor pembatas seri, arus beban minimum, arus zener minimum, dan maksimum Hitung pula tegangan beban maksimum, tegangan beban minimum, dan VR (pengaturan tegangan) VR = (VOUT(max) – VOUT(min))/VOUT(min) * 100% Dimana Vout = 25 ± 0.5 Volt