Elektronika Teori dan Penerapan Bab 1 (Diode Semikonduktor)

Dioda merupakan komponen elektronika non-linier yang terstruktur dari bahan semikonduktor type P(Positif) yang disambung dengan bahan type N(Negatif). Pada ujung bahan type P(Positif) dijadikan terminal Anoda (A) dan ujung lainnya katoda (K).

 

Gambar. simbol diode

Cara kerja  diode dibedakan menjadi 2 macam yakni bias forward(maju) dan bias reverse(mundur). pada bias maju diode dapat mengalirkan arus listrik sesuai dengan kemampuan maksimal diode itu sendiri dengan konfigurasi tegangan input yang bernilai positif masuk kedalam kanal P dan bernilai ebih besar dari tegangan forward diode Vi>Vf

 

Gambar. Diode diberi bias maju

Sedangkan pada reverse atau bias mundur berkebalikan dengan bias maju yakni tegangan input positif masuk ke dalam kanal N sehingga tidak terdapat arus yang mengalir melalui diode kecuali sangat kecil sekali.

 

Gambar. Diode diberi bias mundur

Pada dasarnya cara kerja komponen benda padat seperti dioda, LED, Transistor Bipolar dan FET serta Op-Amp atau rangkaian terpadu lainnya (solid state) didasarkan atas sifat-sifat semikonduktor. Secara umum semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnit, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitif. Dioda semikonduktor dibentuk dengan cara menyambungkan semikonduktor type P dan type N. Pada saat terjadinya sambungan (junction) P dan N, hole-hole pada bahan P dan elektron-elektron pada bahan N disekitar sambungan cenderung untuk berkombinasi. Hole dan elektron yang berkombinasi ini saling meniadakan, sehingga pada daerah sekitar sambungan ini kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah pengosongan (depletion region).

 

Gambar. Struktur Dioda Semikonduktor (a) pembentukan sambungan; (b)

daerah pengosongan 

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui dioda dengan tegangan VA-K dapat dilihat pada kurva karakteristik dioda.

 

Gambar kurva karakteristik diode

Hubungan arus dioda (ID) dengan tegangan dioda (VD) dapat dinyatakan dalam persamaan matematis yang dikembangkan oleh W. Shockley, yaitu:

dimana:
ID = arus dioda (amper)
Is = arus jenuh mundur (amper)
e = bilangan natural, 2.71828...
VD = beda tegangan pada dioda (volt)
n = konstanta, 1 untuk Ge; dan » 2 untuk Si
VT = tegangan ekivalen temperatur (volt)

Harga Is suatu dioda dipengaruhi oleh temperatur, tingkat doping dan geometri dioda. Dan konstanta n tergantung pada sifat konstruksi dan parameter fisik dioda. Sedangkan harga VT ditentukan dengan persamaan:

dimana:
k = konstanta Boltzmann, 1.381 x 10^-23 J/K
(J/K artinya joule per derajat kelvin)
T = temperatur mutlak (kelvin)
q = muatan sebuah elektron, 1.602 x 10^-19 C

Pada temperatur ruang, 25 degC atau 273 + 25 = 298 K, dapat dihitung besarnya VT = 26 mV. Sebagaimana telah disebutkan bahwa arus jenuh mundur, Is, dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti: doping, persambungan, dan temperatur. Namun karena dalam pemakaian suatu komponen dioda, faktor doping dan persambungan adalah tetap, maka yang perlu mendapat perhatian serius adalah pengaruh temperatur.

Karena kurva karakteristik dioda tidak linier, maka resistansi dioda berbeda-beda antara satu titik operasi ke titik operasi lainnya. Pemberian tegangan dc kepada suatu rangkaian yang ada dioda semikonduktornya akan menentukan titik kerja dioda tersebut pada kurva karakteristik. Apabila tegangan dc yang diberikan tidak berubah maka titik kerja dioda juga tidak berubah. Perbandingan antara tegangan pada titik kerja dengan arus yang mengalir pada dioda disebut dengan Resistansi DC atau Resistansi Statis.

Apabila sinyal sinus diberikan di sekitar titik kerja, maka titik kerja akan berayun ke atas dan ke bawah. Perbandingan antara perubahan tegangan dengan perubahan arus disekitar titik kerja disebut dengan Resistansi AC atau Resistansi Dinamik.


Miftah Nur Hafidz


161020100088