Muhammad Fikri-1610953025: Dioda

1.DIODA

Tahun 1883, secara tidak sengaja Edison telah membuat dioda pertama melalui pengujian bola lampunya. Bila salah satu elektroda diberi tegangan positif terhadap kawat (filamen) maka ada arus mengalir antara dua kawat dan bila diberi tegangan negatif maka tidak ada arus mengalir. Kata “dioda” adalah di = dua dan ode = elektroda

Jadi dioda adalah piranti dua terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor dengan arah arus tertentu.

Dioda-dioda semula berupa piranti-piranti tabung hampa dengan filamen panas (disebut katoda) yang memancarkan elektron-elektron bebas dan suatu pelat positif (disebut anoda) yang mengumpulkan elektron-elektron tersebut.

Didalam dioda, akan terlihat bahwa dioda merupakan bahan semikonduktor yang tergabung atas bahan bertipe P dan bahan bertipe N. Secara singkat, bahan bertipe N merupakan bahan yang memiliki kelebihan elektron sedangkan bahan bertipe P kekurangan elektron

2.1 Lambang dan bentuk dioda

A.Lapisan Pengosongan

2.2 Lapisan pengosongan pada dioda

Pada dioda terdapat sebuah lapisan pengosongan yang biasa disebut depletion layer. Yang mana dapat pula disebut sebagai junction. Junction sendiri merupakan batas antara bahan bertipe P dan bahan bertipe N

B.Forward Bias

2.3 Forward bias

Merupakan sebuah kondisi dimana dioda dapat mengalirkan arus. Kondisi ini terjadi jika hanya jika arus masuk melalui kaki anoda

C.Reverse Bias

2.4 Reverse Bias

Merupakan sebuah kondisi dimana elektron-elektron pada dioda menumpuk pada depletion layer. Kondisi ini terjadi jika arus masuk melalui katoda. Proses yang terjadi didalam depletion layer akan menghasilkan tumpukan energi oleh elektron. Yang mana apabila telah melebihi ambang batas maka dioda akan rusak atau terbakar akibat energi yang dilepaskan oleh elektron tersebut.

D.Karakteristik Dioda

Karakteristik dioda secara umum akan aktif apabila dalam kondisi forward bias dan akan off apabila dalam kondisi reverse bias. Yang mana forward bias hanya akan terjadi apabila Tegangan pada Dioda (Vd) lebih besar dari pada Tegangan Forward Bias(Vf). Untuk bahan silikon, Vf bernilai 0,7 Volt sedangkan germanium 0,3 Volt

Gambar 2.5 Grafik karakteristik dioda

Sedangkan untuk mengetahui arus yang mengalir pada dioda dapat diselesaikan dengan

dimana,

I_S = arus reverse saturasi

k = 11.600/ɳ dengan ɳ=1 untuk Ge dan ɳ=2 untuk Si

T_k = T_C + 273⁰

2.DIODA ZENER

Dioda zener merupakan dioda yang aktif ketika memanfaatkan kondisi dari reverse bias

Gambar 2.6 Grafik karakteristik dioda zener

3.APLIKASI DIODA

Terdapat beberapa aplikasi dari dioda. Dioda dapat dimanfaatkan dalam gerbang logika, atau pengatur dari bentuk output dari arus

3.1 Gerbang OR

Jika kita merancang sebuah rangkai seperti pada gambar 2.7

gambar 2.7 Rangkaian OR

Apabila pada V1 dan V2 diberikan input 0, yang mana keadaan itu terpenuhi apabila tegangan kurang dari 1, maka output yang dihasilkan adalah 0. Namun, apabila salah satu atau keduanya dari V1 dan V2 diberi input 1, yang mana keadaan itu terpenuhi apabila tegangan lebih dari 1, maka output akan bernilai 1

Pada rangkaian diatas, tegangan yang diberikan pada V1 adalah sebesar 10 Volt, sedangkan pada V2 adalah 0 Volt. Kemudian kedua dioda terhubung oleh sebuah tahanan sebesar 1000 Ohm. Maka hasil dari tabel kebenaran akan berlogika 1. Untuk membuktikannya, pada V output dapat diberi sebuah LED. Apabila menyala, maka dapat dikatakan rangkaian tersebut beroutput logika 1.

Sedangkan apabila kita mencari nilai tegangan pada output, kita dapat menyelesaikannya dengan rumus KVL. Dimana

Voutput = Vhambatan = V1-VDioda

dengan Vdioda silikon adalah 0,7 Volt

Maka Voutput =10 - 0,7 = 9,3 V

3.2 Gerbang AND

Jika kita merancang rangkaian seperti pada gambar 2.8

gambar 2.8 Gerbang AND

Hal yang sama dapat diterapkan seperti pada gerbang OR. Hanya saja, output akan bernilai 1 jika hanya jika V1 dan V2 berniilai input 1

Pada gambar 2.8, V1 bernilai 10 Volt, sedangkan V2 bernilai 0 Volt. Dihubungkan dengan sebuah hambatan 1000 Ohm dan sumber DC 10 Volt. V1 tidak aktif yang disebabkan saling meniadakan tegangan. Hal ini terjadi karena mendapat sebuah tegangan masukan dari V input sebesar 10 Volt. Sedangkan pada V2, akan aktif. Maka apabila kita hitung dengan rumus KVL

V output = V input - V hambatan = V dioda2 = 0,7 Volt

3.3 Reftification (Penyearah)

Salah satu aplikasi yang dapat dilakukan dengan menggunakan dioda adalah menyearahkan gelombang input AC sehingga menjadi DC.

3.3.1. Penyearah setengah gelombang

Penyearah setengah gelombang merupakan penyearah dengan input AC yang mana hanya setengah gelombang pertama yang akan menjadi Output. Sedangkan setengah gelombang selanjutnya seakan-akan dipotong. Untuk rangkaiannya, dapat dilihat seperti pada gambar 2.9 dan 2.10 Hasil simulasi pada software multisim dapat dilihat pada gambar 2.11

gambar 2.9 Rangkaian sederhana penyearah setengah gelombang

gambar 2.10 Rangkaian sederhana penyearah setengah gelombang beserta grafik

gambar 2.11 Simulasi rangkaian, input dan output

3.3.2 Penyearah Gelombang Penuh

Dioda dapat menyearahkan gelombang AC menjadi untaian gelombang penuh arus DC. Jika pada rangkaian penyearah setengah penuh akan terdapat jeda akibat setengah gelombang lain, maka pada penyearah gelombang penuh tidak memiliki jeda karena setengah gelombang lain akan mengisi kekosongan pada setengah gelombang lainnya. Terdapat 2 cara, yaitu:

A.Center Tapped Transformer

Rangkaian dapat dilihat pada gambar 2.12, sedangkan hasil gelombang dapat dilihat pada gambar 2.13. Untuk simulasi dapat dilihat pada gambar 2.14

gambar 2.13 Rangkaian Center Tapped

gambar 2.14 Grafik hasil penyearah gelombang penuh

gambar 2.15 Simulasi rangkaian di software multisim

B.Sistem Bridge Network

Untuk rangkaian, dapat dilihat pada gambar 2.16, sedamgkan simulasi pada gambar 2.17. Untuk hasil grafik, akan menghasilkan grafik sama seperti pada gambar 2.14