A. Pengertian Dioda
Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus dalam satu arah saja. Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus tegangan searah (DC).
B. Prinsip Kerja Dioda
Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (biasa disebut anode) dihubungakan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katode) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus.
Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.
C. Jenis –Jenis Dioda
Pada dasarnya setiap dioda memiliki karakteristik yang
sama tetapi ada beberapa dioda yang memiliki keistimewaan khusus, diantaranya :
A. Dioda Zener
Pada umumnya, operasi dioda pada daerah
reverse biased dibatasi untuk tidak melebihi tegangan balik maksimum yang dibolehkan. Jika tegangan ini terus naik, dapat mencapai tegangan dadal
(breakdown voltage) yang dapat merusakkan dioda. Namun, untuk Dioda Zener, dioda yang telah dirancang khusus, daerah dadal justru menghasilkan fenomena yang berguna. Tegangan dadal
(breakdown voltage) ini memiliki harga dengan jangkauan antara beberapa volt sehingga ratusan volt. Simbol dan grafik V-I dari Dioda Zener ditunjukkan pada Gambar 1.
Berdasarkan Grafik V-I, pada daerah forward biased, Dioda Zener mulai menghantar pada tegangan sekitar 0.7 volt, seperti dioda biasa. Pada daerah reverse biased Dioda Zener hanya mempuyai sedikit arus bocor. Namun, pada daerah breakdown kenaikan arus menghasilkan sedikit kenaikan tegangan. Ini berarti bahwa Dioda Zener mempunyai resistansi yang kecil. Pada daerah ini, Dioda Zener
beroperasi seperti sebuah batere (Vz) dengan tahanan dioda (Rz). Operasi Dioda Zener ini, dimodelkan seperti Gambar 2.
Karena itulah, Dioda Zener disebut sebagai pengatur tegangan (voltage regulator), karena ia mempertahankan tegangan keluaran yang tetap meskipun arus yang melaluinya berubah. Berikut ini digambarkan rangkaian Dioda Zener dengan sebuah sumber (Vs) dan tahanan seri (Rs),
Besar arus yang mengalir dalam rangkaian adalah:
Dari persamaan ini, dapat dilukiskan sebuah Garis Beban
(Load Line). Titik jenuhnya terjadi dengan menetapkan Vz = 0, sehingga arus dioda adalah:
Dengan cara yang sama, titik potongnya didapatkan ketika ditetapkan bahwa Id = 0, sehingga tegangan dioda adalah:
Jika kedua titik ini dihubungkan, maka akan didapat sebuah Garis Beban. Selanjutnya, apabila Garis Beban ini ditumpukkan dengan Grafik V-I DIoda Zener, maka akan didapatkan grafik seperti pada Gambar 4. Perpotongan kedua grafik itu terjadi pada titik operasi (Operating Point), Q.
Jika Sumber Tegangan, Vs, 20 volt, Tahanan Seri, Rs 1 KΩ, Vz = 12 volt, dan Rz = 0Ω, maka arus maksimum dioda adalah 20 mA dan tegangan maksimumnya adalah 20 volt. Namun, apabila Vs diubah menjadi 30 volt, maka arus maksimumnya menjadi 30 mA dan tegangan maksikumnya adalah 30 volt. Tampak bahwa terjadi pula perubahan Titik Operasi, dari Q1 ke Q2. Dapat dilihat bahwa, adanya perubahan arus yang mengalir melalui Dioda Zener, tetapi tegangannya hampir sama. Prinsip inilah yang menjadi gagasan pokok dari Dioda Zener untuk melakukan pengaturan tegangan, tegangan keluarannya hampir selalu tetap meskipun tegangan masuknya telah mengalami perubahan yang besar.
Gambar 5. di bawah ini menunjukkan dioda zener yang digunakan untuk mengatur tegangan lintas resistansi beban. Secara prinsip, dioda zener bekerja pada daerah breakdown dan menjaga tegangan bebannya hampir tetap.
B. LED (Light Emitting Dioda)
Pada dioda yang di-forward biased, elektron bebas melintasi junction dan jatuh ke dalam lubang (hole). Pada saat elektron jatuh dari tingkat energi yang lebih tinggi ke tingkat energi yang lebih rendah, ia akan melepaskan energi. Pada dioda biasa, energi ini dilepaskan dalam bentuk panas. Namun, pada LED, energi ini dilepaskan dalam bentuk pancaran cahaya. Saat ini, LED telah menggantikan fungsi lampu pijar, karena tegangan yang diperlukan rendah, umurnya panjang dan switch mati-hidupnya yang cepat. Simbol dan rangkaian LED dapat dilihat pada gambar 6.
LED mempunyai penurunan tegangan lazimnya dari 1.5 volt hingga 2.5 volt untuk arus di antara 10 dan 150 mA. Penurunan tegangan yang tepat tergantung dari arus LED, warna dan lain-lain. Pada umumnya, tegangan 2 volt dijadikan tegangan jatuh LED dengan arus 10 sampai 50 mA, karena daerah ini memberikan cahaya yang cukup untuk banyak pemakaian.
Pemakaian LED juga umum dalam bentuk gabungan 7 buah LED, yang disebut dengan Seven Segment, a, b, c, d, e, f, dan g. Setiap segmen dapat menampilkan alfanumerik 0 hingga 9, dan huruf A hingga F. Untuk dapat menampilkan alfanumerik yang diinginkan, maka kombinasi masukan bagia setiap LED harus ditentukan terlebih dahulu. Gambar 7 adalah diagram skematik dari Seven Segment.
Pada aplikasi digital rangkaian LED dan Seven Segment, posisi sumber arus atau ground amat menentukan. Bila sumber arus dihubungkan dengan kaki anoda LED, maka rangkaian dikenal dengan istilah common anode (Anoda Sekutu). Pada rangkaian seperti ini, LED akan menyala jika diberikan masukan ‘0’ (atau 0 volt) ke kaki katoda LED dan tidak akan menyala jika diberikan masukan ‘1’ (atau 5 volt). Sebaliknya, bila ground dihuhubungkan dengan kaki katoda LED maka rangkaian ini disebut dengan common cathode (Katoda Sekutu). Sehingga, LED hanya akan menyala jika berikan masukan ‘1’ ke kaki anoda LED, dan sebaliknya. Hal ini diperlihatkan pada Gambar 8.
Pada kedua rangkaian diatas, dipergunakan tahanan (resistor) untuk membatasi arus yang masuk ke dalam masing-masing LED, demi menjaga life time (masa hidup) dari LED tersebut.
D. Fotodioda
Fotodioda adalah satu alat yang dibuat untuk berfungsi paling baik berdasarkan kepekaannya terhadap cahaya. Pada dioda ini, sebuah jendela memungkinkan cahaya untuk masuk melalui pembungkus dan mengenai persambungan. Cahaya yang dating menghasilkan electron bebas dan hole. Makin kuat cayahanya, makin banyak pula jumlah pasangan
electron-hole ini dan makin besar pula arus baliknya. Gambar 9 menunjukkan simbol dan rangkaian fotodioda. Panah yang ke dalam melambangkan cahaya yang dating. Sumber dan tahanan seri memberi prategangan balik pada fotodioda. Bila cahaya makin cerah, arus balik naik.
Fotodioda adalah salah satu contoh fotodetektor, yaitu sebuah alat optoelektronik yang dapat mengubah cahaya menjadi besaran listrik.
E. Optocoupler
Optocoupler menggabungkan LED dengan fotodioda dalam satu kemasan. Sebuah optocoupler mempunyai LED pada sisi masukan dan fotodioda pada sisi keluaran. Tegangan sumber V1 dan tahanan seri R1, menghasilkan arus melalui LED dan memancarkan cahaya tertentu. Kemudian, cahaya dari LED tersebut mengenai fotodioda, dan ini menyebabkan timbulnya arus balik I2. Tegangan keluaran tergantung pada arus balik I2. Bila tengangan masukan V1 berubah, jumlah cayahanya juga berubah. Ini berarti bahwa tegangan keluar berubah sejalan dengan tegangan masuk. Itulah sebabnya, gabungan LED dan fotodioda ini disebut dengan optocouler. Rangkain skematik optocoupler tampak pada Gambar 10.
F. Dioda Schotky
Dioda Schotky dibuat menggunakan bahan logam seperti emas, perak atau platina pada satu sisi persambungan dan silikon tak murni pada sisi yang lain. Simbol Dioda Schotky tampak pada Gambar 11.
Dioda ini dapat beralih ke keadaan putus lebih cepat dari dioda biasa. Oleh karena itu, dioda ini mudah menyearahkan frekuensi di atas 300 MHz. Di sisi lain, dioda Schotky mempunyai tegangan offset yang rendah, yaitu sekitar 0.25 volt.
Referensi by :
www.one.indoskripsi.com
www.firdaus.unhalu.ac.id
