PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRONIKA KELOMPOK III ELDI NURAHMAN NURUL

PENGERTIAN & KARAKTERISTIK DIODA Dioda adalah komponen aktif semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N. Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik. Dioda berasal dari pendekatan kata dua elektroda yaitu anoda dan katoda. Dioda semikonduktor hanya melewatkan arus searah saja (forward), sehingga banyak digunakan sebagai komponen penyearah arus. Secara sederhana sebuah dioda bisa kita asumsikan sebuah katup, dimana katup tersebut akan terbuka manakala air yang mengalir dari belakang katup menuju kedepan, sedangkan katup akan menutup oleh dorongan aliran air dari depan katup.

SIMBOL UMUM DIODA   Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya terdapat garis yang melintang. Simbol tersebut sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N). FUNGSI DIODA 1. Sebagai penyearah, untuk dioda bridge 2. Sebagai penstabil tegangan (voltage regulator), untuk dioda zener 3. Pengaman / sekering 4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas / membuang level sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu. 5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen DC kepada suatu sinyal AC 6. Sebagai pengganda tegangan. 7. Sebagai indikator, untuk LED (light emiting diode) 8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier 9. Sebagai sensor cahaya, untuk dioda photo 10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), untuk dioda varactor  

JENIS DIODA

KARAKTERISTIK DIODA 1. Bias Maju Dioda Adalah cara pemberian tegangan luar ke terminal diode. Jika anoda dihubungkan dengan kutub positif batere, dan katoda dihubungkan dengan kutub negative batere, maka keadaan diode ini disebut bias maju (forward bias). Aliran arus dari anoda menuju katoda, dan aksinya sama dengan rangkaian tertutup. Pada kondisi bias ini akan terjadi aliran arus dengan ketentuan beda tegangan yang diberikan ke diode dan akan selalu positif. 2. Bias Mundur Dioda

Sebaliknya bila anoda diberi tegangan negative dan katoda diberi tegangan positif, arus yang mengalir jauh lebih kecil dari pada kondisi bias maju. Bias ini dinamakan bias mundur (reverse bias) pada arus maju diperlakukan baterai tegangan yang diberikan dengan tidak terlalu besar maupun tidak ada peningkatan yang cukup significant. Sebagai karakteristik dioda, pada saat reverse, nilai tahanan diode tersebut relative sangat besar dan diode ini tidak dapat menghantarkan arus listrik. Nilai-nilai yang didapat, baik arus maupun tegangan tidak boleh dilampaui karena akan mengakibatkan dioda rusak  

SIFAT VOLT-AMPERE Persambungan p-n, arus I dihubungkan dengan oleh persamaan Nilai positif dari I berarti arus mengalir dari sisi p ke sisi n. Suatu dioda berprategangan maju (forward biased) apabila V positif , yang menunjukkan bahwa sisi p dari persambungan adalah posisi terhadap sisi n. simbol η sama dengan satu untuk germanium dan kira-kira sama dengan dua untuk yang kecil. Simbol VT menyatakan ekivalen tegangan dari temperatur, diberikan dalam persamaan dibawah ini: Pada temperatur kamar (T = 3000K), VT = 0,026 V = 26 Mv

Apabila dioda berprategangan mundur dan adalah beberapa kali VT, yang di berikan. Oleh karena itu I0 disebut arus balik jenuh. Prategangan balik VZ yang menyebabkan arus balik yang besar dan mendadak dikatakan bahwa dioda tersebut berada dalam daerah dadal (breakdown). Tegangan potong masuk atau tegangan ambang Vγ ditunjukkan dalam Gambar 3-7. Di atas Vγ, arus akan naik cepat sekali. Dapat dilihat Vγ kira-kira sama dengan 0,2 V untuk germanium dan 0,6 V untuk silikon. Ketergantungan arus pada tegangan yang lebih kecil pada permukaan menyebabkan penundaan lebih lanjut dari naiknya karakteristik terutama untuk karakteristik silikon.

KETERGANTUNGAN KARAKTERISTIK V/I PADA TEMPERATUR Hubungan volt-ampere mengandung temperatur secara implisit dalam dua simbol VT dan I0. perubahan I0 secara teoritis dengan T adalah 8 persen/0C untuk silikon dan 11 persen/0C untuk germanium. Sebab perbedaan ini adalah dalam dioda fisis terdapat komponen dari arus balik jenuh yang disebabkan oleh karena kebocoran dipermukaan yang tidak diperhitungkan. Oleh karena kebocoran ini tidak tergantung dari perubahan temperatur, diharapkan memperoleh kecepatan perubahan yang lebih kecil dari I0 dengan temperatur. Dari data eksperimen di amati bahwa arus balik jenuh naik sekitar 7 persen/0C untuk silikon dan germanium. Oleh karena (1,07)10 ≈ 2,0 kita menarik kesimpulan bahwa arus balik jenuh kira-kira lipat dua setiap kenaikan temperatur 100C. Apabila I0 = I01 pada T = T1, maka pada temperatur T, I0 diberikan oleh I0 (T) = I01 x 2 (T-T1)/10 Apabila temperatur dinaikan pada suatu tegangan tertentu, arus akan naik. Akan tetapi apabila kita menurunkan V, maka I dapat dikembalikan pada harga sebelumnya. Untuk silikon atau germanium (pada temperatur kamar) Diperlukan untuk mempertahankan arus I yang tetap. Perlu juga diperhatikan bahwa turun dengan naiknya T.

TAHANAN DIODA Tahanan statik R dari dioda didefinisikan sebagai perbandingan V/I dari tegangan arus. Di setiap titik dari karakteristik volt-ampere dari dioda tahanan R sama dengan kebalikan dari kemiringan dari garis yang menghubungakn titik operasi dengan pangkal. Tahanan statik akan banyak berubah dengan V dan I, dan tidak merupakan parameter yang berguna. Sifat-sifat penyearah dari satu dioda diberikan dalam lembaran spesifikasi dari pabrik dengan memberikan maksimum tergangan ke depan VF yang diperlukan untuk mencapai arus depan IF dan juga arus balik maksimum IR untuk suatu tegangan balik VR Nilai-nilai khas dari dioda silikon epitaksial planar adalah VF = 0,8 V pada IF = 10 mA (bersesuaian dengan RF = 80 Ω) dan IR = 0,1 μA pada VR = 50 V (bersesuaian dengan RR = 500 M). Karakteristik dioda yang sebagian-sebagian linier. Pendekatan sinyal besar, yang sering kali cukup teliti untuk penyelesaian soal-soal keteknikan, adalah perumusan sebagian-sebagian linier untuk karakteristik dioda semikonduktor ditunjukkan dalam Gambar 3-9. Titik patahnya tidak di pangkal dan oleh karenanya Vγ disebut juga tegangan ambang atau penyimpangan.

Dioda akan bekerja sebagai suatu rangkaian terbuka, bila V < Vγ, Sebaliknya akan berkerja sebagai rangkaian tertutup dan mempunyai kenaikan tahanan r = dV/dI yang tetap, bila V > Vγ. (r juga dinyatakan dengan Rf dan disebut tahanan maju). Pendekatan untuk ayunan arus sampai 50 mA menghasilkan harga-harga sebagai berikut; germanium Vγ = 0,3 V, Rf = 6 Ω: silikon Vγ = 0,65 V, Rf = 5,5 Ω DIODA KAPASITANSI (DIODA VARACTOR) Dalam bagian ini kita akan menjelaskan pengaruh yang terjadi didalam dioda yang mengandung elemen kapasitansi . Nilai kapasitansi ini bergantung pada besar polaritas tegangan yang di terapkan pada dioda dan type sambungan yang dibuat selama proses produksi . Dalam praktek nilai kapasitansi tidak linier namun secara pendekatan ( untuk mempermudah pemahaman ) dapat dianggap sebagai elemen yang linier  BIAS BALIK , KAPASITANSI PERSAMBUNGAN Tujuan Dioda PN diberi bias balik seperti di tunjukkan pada gambar 1 . Bila dioda bekerja dalam cara ini lubang-lubang didalam daerah P dan elektron-elektron dalam daerah N bergerak menjauhi persambungan . Karena itu membentuk daerah penipisan , dimana penumpukan pembawa-pembawa telah di hilangkan . Panjang efektif L dari daerah depletion ( penipisan ) menjadi lebih besar dengan bertambahnya tegangan balik UR , karena medan listrik bertambah sebanding dengan UR.  

.  Karena elektron dan lubang menjauhi sambungan , daerah penipisan yang terbentuk akan bermuatan negatif pada bahan type P sementara daerah penipisan yang terbentuk didalam bahan type N menjadi bermuatan positif. Karena itu persambungan dengan bias balik akan bertingkah seperti kapasitor yang kapasitansinya secara teori berubah berbanding terbalik dengan tegangan UNP dari N ke P. Dalam praktek kapasitansi CR berbanding terbalik dengan pangkat 1/2 atau 1/3 dari UNP , tergantung apakah elemen mempunyai sambungan paduan atau sambungan yang di tumbuhkan . Dalam kecepatan tinggi (  frekuensi tinggi  )  kapasitansi  dioda ini  ebih kecil,   biasanya   kurang dari 5 PF .    Pada arus yang besar dioda ini dapat sebesar 500 PF.  

Varicap atau dioda varactor dibuat khusus untuk beropersi dalam mode bias balik . Dapat dibuat untuk kapasitansi sampai dengan beratus-ratus pico Farrad jika diinginkan. Pemanfaatan dioda seperti ini adalah pada rangkaian Frekuensi Modulasi ( FM ) , dimana dioda yang dibias balik diletakkan secara paralel dengan suatu induktor. Frekuensi resonansi dan rangkaian bertala dapat di rubah dengan cara merubah UR. Maka jika UR adalah suatu sinyal suara, frekuensi resonansi akan sebanding dengan amplitudo sinyal suara , yakni frekuensi akan termodulasi . Banyak sistem FM dibuat dengan prinsip ini. Persamaan yang berhubungan dengan kapasitansi lintas persambungan dioda yang di bias balik oleh tegangan UR adalah :   Dimana  :        CC  =  Kapasitansi dioda                        CO  =  Kapasitansi dioda bila UR  =  0                           n  =  Antara 1/3 s/d ½ Gambar kapasitansi dioda sebagai fungsi dari UR ditunjukkan pada gambar 1(b) . Sifat ketidak linieran dari CR biasanya diabaikan dan suatu nilai konstanta digunakan dalam perhitungan

BIAS MAJU , KAPASITANSI PENYIMPANAN Bila dioda dibias maju lebar daerah penipisan L berkurang dan kapasitansi persambungan bertambah . Namun dalam keadaan bias maju terjadi pengaruh kapasitansi yang lebih besar . Yang di modelkan sebagai suatu elemen penyimpan atau difusi atau kapasitansi . Kita misalkan bahwa  waktu rata-rata  yang  diperlukan  oleh  sebuah   elektron  untuk  berpindah adalah + detik . (+ adalah waktu rata-rata dari elektron yang mengalir pada pita konduksi maupun pada pita valensi) . Maka arus rata-rata yang mengalir adalah   Jika kita mendefinisikan kapasitansi penyimpanan CS sebagai  kita 

temukan dengan mudah bahan : Maka kapasitansi secara langsung sebanding dengan arus dioda maju dan dapat menjadi sangat besar . Misalnya jika t = 1 ns dan ID = 1 mA , maka Cs = 40 PF . Kapasitansi ini yang membatasi kecepatan switching ( pensaklaran ) pada rangkaian-rangkaian logic penggunaan komponen persambungan.    

TERIMA KASIH ATAS PERHATIANYA WASALAMUALAIKUM WR, WB