DIODA
5.1 Pendahuluan
Secara mendasar semua material
dapat dikelompokan ke dalam 3 (tiga)
bagian
seperti
yang
terlihat
pada
gambar 5.1 di samping ini, yaitu:
Gambar 5.1. Jenis material.
1.
Konduktor
2.
Isolator
3.
Semikonduktor
Pada
umumnya
konduktor
memiliki tahanan yang bernilai antara
10
7
hingga
10
8
dan
semikonduktor memiliki tahanan yang
bernilai antara 10
3
hingga 3 10 3
serta isolator memiliki tahanan yang
bernilai antara 10 4
hingga 1014
seperti yang terlihat pada gambar 5.2 di
samping
ini.
Nilai
tahanan
pada
konduktor tersebut akan meningkat
Gambar 5.2. Tahanan dari masingmasing jenis material.
sesuai dengan terjadinya peningkatan
temperatur
dan
untuk
isolator
tahanannya cenderung bernilai konstan
terhadap rentang temperatur tertentu,
namun
untuk
tahanannya
dengan
semikonduktor
akan
menurun
terjadinya
nilai
sesuai
peningkatan
temperatur.
Pada
Gambar 5.3. Berbagai jenis dioda.
dasarnya
komponen
semikonduktor yang paling sederhana
125
adalah dioda. Dioda seperti yang terlihat pada gambar 5.3 tersebut awalnya dibuat
dari germanium karena germanium dapat digunakan dengan mudah untuk
memurnikan bahan dasar, namun dioda yang terbuat dari germanium tersebut
menjadi mudah rusak bila suhu meningkat dan akhirnya digunakan silikon
(silicon) sebagai pengganti germanium untuk membuat sebuah dioda. Diodadioda yang terbuat dari silikon tersebut kini dapat diperoleh dengan mudah di
pasaran dan bahkan dioda-dioda yang terbuat dari silikon tersebut telah
menggantikan dioda-dioda yang awalnya terbuat dari germanium.
Pada prinsipnya dioda merupakan sebuah komponen yang terdiri atas 2 (dua)
jenis semikonduktor yang disambung dan sering disebut dengan dioda
persambungan (junction diode). 2 (dua) jenis semikonduktor yang membentuk
dioda tersebut adalah tipe P dan tipe N. Tipe P merupakan jenis semikonduktor
yang memiliki banyak muatan positif dan tipe N merupakan jenis semikonduktor
yang memiliki banyak muatan negatif. Kedua jenis semikonduktor tersebut
dipisahkan oleh sebuah persambungan yang disebut dengan junction. Daerah P
yang memiliki banyak muatan positif tersebut dinyatakan sebagai anoda (anode)
dan daerah N yang memiliki banyak muatan negatif dinyatakan sebagai katoda
(cathode).
5.1.1 Simbol
Secara
sederhana
dioda
yang
umum digunakan (general purpose)
disimbolkan seperti yang terlihat pada
(a)
gambar 5.4 di samping ini. Simbol
dioda tersebut merupakan simbol dioda
yang
umum
penyearah
rangkaian
digunakan
(rectifier
diode)
elektronika
sebagai
pada
yang
membutuhkannya seperti catu daya
(b)
Gambar 5.4. (a) dan (b) Simbol dioda.
(power supply), penapis (filter) dan
sistem kontrol (control system).
126
5.1.2 Konstruksi
Pada prinsipnya sebuah dioda
seperti yang terlihat pada gambar 5.5 di
samping
ini
dibentuk
dari
bahan
semikonduktor yang telah digabung
dengan
Gambar 5.5. Konstruksi diode (diode
construction).
unsur
semikonduktor
lain.
Penggabungan
dengan
unsur
lain
tersebut bertujuan untuk menghasilkan
semikonduktor tipe P dan semikondukt-
or tipe N. Semikonduktor tipe P dan N tersebut akhirnya menjadi semikonduktor
yang tidak murni atau disebut juga dengan impuritas (impurity).
Bahan semikonduktor yang umum digunakan untuk membuat dioda adalah
silikon (silicon). Bahan silikon (silicon) tersebut digabung (doped) dengan unsur
yang memiliki 5 elektron valensi seperti posfor (phosphorus) untuk membentuk
semikonduktor tipe N, (elemen dengan 5 elektron valensi disebut dengan
pentavalent), sedangkan untuk mendapatkan semikonduktor tipe P maka bahan
semikonduktor tersebut digabung (doped) dengan unsur yang memiliki 3 (tiga)
elektron valensi seperti boron (B), (elemen dengan 3 elektron valensi disebut
dengan trivalent).
5.2 Rangkaian Dioda
Pada dasarnya rangkaian dioda
dapat
dikelompokan
ke
dalam
2
(bagian) seperti yang terlihat pada
gambar 5.6 di samping ini, yaitu:
Gambar 5.6. Rangkaian dioda.
1.
Prategangan maju
(forward bias).
2.
Prategangan balik
(reverse bias).
127
5.2.1 Prategangan Maju (Forward Bias)
Pada prinsipnya untuk membuat
rangkaian
sebuah
prategangan
dioda
maju
dibutuhkan
dari
sebuah
sumber tegangan dc (direct current).
Tegangan
dc
tersebut
memiliki
polaritas yang permanen sehingga dapat
disesuaikan dengan daerah P dan
daerah N pada dioda dengan mudah.
Dioda tersebut dihubungkan sesuai
dengan polaritas tegangan dc (direct
current),
yaitu
sisi
positif
pada
tegangan berhubungan dengan daerah P
pada dioda dan sisi negatif pada
Gambar 5.7. Rangkaian prategangan
tegangan berhubungan dengan daerah
maju (forward bias) pada dioda.
N pada dioda. Hubungan antara dioda
dan
tegangan
dc
(direct
current)
tersebut dinyatakan sebagai rangkaian
prategangan maju (forward bias) pada
dioda dan tegangan yang melintasi
dioda dinyatakan sebagai tegangan
maju
(forward
voltage)
serta
disimbolkan dengan VForward .
Rangkaian
prategangan
maju
(forward bias) pada dioda seperti yang
terlihat pada gambar 5.7 tersebut akan
memberikan energi yang cukup besar
Gambar 5.8. Rangkaian prategangan
kepada elektron untuk dapat bergerak
maju (forward bias) membuat dioda
bebas
menjadi konduktif.
melewati
potensial
barrier
(barrier potential) pada daerah kekoso-
128
Gambar 5.9. Tegangan maju (forward voltage) harus melebihi potensial barrier
(barrier potential) sebesar 0,7 volt (silicon) untuk membuat dioda dapat
menghantarkan arus listrik.
ngan (depletion region) hingga menuju daerah P hingga akhirnya elektronelektron tersebut dapat mengisi lubang-lubang (holes) pada daerah P tersebut pada
jalur valensi. Potensial barrier merupakan suatu tahanan internal dari dioda yang
berada di antara semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N (depletion
region). Rangkaian prategangan maju (forward bias) tersebut telah membuat arus
listrik dapat mengalir pada dioda sehingga dioda menjadi konduktif seperti yang
terlihat pada gambar 5.8..
Pada dasarnya ada 2 (dua) syarat yang harus dipenuhi untuk membuat suatu
rangkaian prategangan maju (forward bias) dari sebuah dioda, yaitu:
1.
Polaritas sumber tegangan maju (forward voltage) harus sesuai dengan
daerah dioda.
2.
Nilai tegangan maju (forward voltage) harus lebih besar daripada potensial
barrier (barrier potential) seperti yang terlihat pada gambar 5.9 di atas.
Polaritas sumber tegangan maju (forward voltage) bila tidak sesuai dengan
129
daerah pada dioda, yaitu polaritas tegangan positif berhubungan dengan daerah P
pada dioda serta polaritas tegangan negatif berhubungan dengan daerah N, maka
arus listrik tidak dapat mengalir melintasi dioda tersebut. Polaritas sumber
tegangan maju (forward voltage) yang sudah sesuai dengan daerah dioda tidak
akan berhasil bila nilai tegangan maju (forward voltage) tidak melebihi potensial
barrier (barrier potential, umumnya potensial barrier (barrier potential) tersebut
bernilai 0,7 volt untuk silikon (silicon) dan 0,3 volt untuk germanium.
Peristiwa mengalirnya elektron dari daerah N menuju daerah kekosongan
(depletion
region) serta lubang-lubang (holes) dari daerah P menuju daerah
kekosongan (depletion region) akan menyebabkan daerah kekosongan (depletion
region) tersebut menjadi sempit. Pergerakan eleckron dari daerah N menuju
daerah kekosongan (depletion region) akan membuat ion positif berkurang dan
jumlah ion positif tersebut sesuai dengan jumlah elektron yang bergerak menuju
daerah kekosongan (depletion region), begitu juga lubang-lubang (holes) yang
mengalir dari daerah P menuju daerah kekosongan (depletion region) akan
membuat ion negatif berkurang dan jumlah ion negatif tersebut sesuai dengan
jumlah lubang-lubang (holes) yang bergerak menuju daerah kekosongan
(depletion region). Berkurangnya ion positif dan negatif tersebut akan mengurangi
luas daerah kekosongan (depletion layer) hingga akhirnya daerah kekosongan
(depletion region) menjadi sempit.
5.2.2 Prategangan Balik (Reverse Bias)
Pada
prinsipnya
rangkaian
prategangan balik pada suatu dioda atau
yang disebut juga dengan reverse bias
membuat dioda tersebut menjadi tidak
dapat
menghantarkan
arus
listrik.
Rangkaian prategangan balik (reverse
bias) tersebut disusun dengan arah yang
Gambar 5.10. Rangkaian prategangan
balik (reverse bias) pada dioda.
berlawanan
dengan
rangkaian
prategangan maju (forward bias), yaitu
130
polaritas positif pada tegangan sumber
dihubungkan dengan daerah N pada
dioda serta polaritas negatif pada
tegangan sumber dihubungkan dengan
daerah
P
pada
dioda.
Hubungan
tersebut dinyatakan sebagai rangkaian
prategangan balik (reverse bias) dan
tegangan
(a)
sumber
disebut
dengan
tegangan balik (reverse voltage).
Pada
prategangan
prinsipnya
balik
rangkaian
(reverse
bias)
membuat elektron-elektron yang berada
di daerah N pada dioda akan ditarik
(b)
oleh
muatan
positif
pada
sumber
Gambar 5.11. (a) dan (b). Pada
tegangan balik (reverse voltage) serta
prategangan balik (reverse bias) dioda
lubang-lubang (holes) yang berada di
tidak konduktif.
daerah P pada dioda juga akan ditarik
oleh muatan-muatan negatif pada sum-
Gambar 5.12. Dioda tidak dapat menahan tegangan balik (reverse voltage) bila
sudah mencapai tegangan balik maksimum (breakdown voltage).
131
-ber tegangan balik (reverse voltage). Elektron-elektron dan lubang-lubang (holes)
yang ditarik tersebut membuat daerah di antara daerah N dan daerah P semakin
luas dan daerah tersebut adalah daerah kekosongan (depletion region). Pada
daerah kekosongan (depletion region) terbentuk sebuah medan listrik yang
disebabkan oleh elektron-elektron pada daerah N dan lubang-lubang pada daerah
P yang menjauh dari daerah kekosongan (depletion region) sehingga daerah
kekosongan (depletion layer) dan elektron-elektron pada daerah N serta lubanglubang (holes) pada daerah P membentuk sebuah kapasitor. Medan listrik yang
ditimbulkan tersebut akan membesar hingga bernilai sama dengan tegangan balik
(reverse voltage).
Medan listrik pada daerah kekosongan (depletion region) tersebut masih
dapat dikatakan aman bila tidak melebih tegangan balik maksimum dioda.
Tegangan maksimum dioda tersebut dinyatakan sebagai breakdown voltage. Bila
medan listrik pada daerah kekosongan (depletion region) sudah mencapai
breakdown voltage maka area daerah kekosongan (depletion region) tersebut akan
semakin luas hingga akhirnya menyebabkan dioda tidak dapat digunakan kembali.
5.3 Parameter Dioda
Pada dasarnya dioda memiliki 10
(sepuluh) parameter untuk menjelaskan
karakterisik dioda tersebut seperti yang
terlihat pada gambar 5.13 di samping
ini, yaitu:
1.
Tegangan maju (forward voltage).
2.
Arus maju (forward current).
3.
Tegangan balik (reverse current).
4.
Arus balik (reverse current).
5.
Tegangan kerusakan (breakdown
voltage).
Gambar 5.13. Beberapa parameter pada
dioda.
6.
Pembuangan
daya
(power
dissipation).
132
7.
Temperatur operasi (operating temperature).
8.
Kapasitansi (capacitance).
9.
Waktu pemulihan maju (forward recovery time).
10. Waktu pemulihan balik (reverse recovery time).
5.3.1 Tegangan Maju (Forward Voltage)
Pada prinsipnya tegangan maju atau yang disebut juga dengan forward
voltage merupakan sumber tegangan yang digunakan pada rangkaian prategangan
maju (forward bias) dari sebuah dioda. Tegangan maju (forward voltage) tersebut
merupakan tegangan dc (direct current) yang melintas anoda (anode) dan katoda
(cathode) pada dioda sesuai dengan polaritas tegangan maju (forward voltage)
tersebut. Secara matematis tegangan maju (forward voltage) disimbolkan dengan
VF
5.3.2 Arus Maju (Forward Current)
Pada prinsipnya arus maju atau yang disebut juga dengan forward current
merupakan arus yang mengalir dan melintasi dioda saat dioda tersebut berada di
dalam rangkaian prategangan maju (forward bias). Arus maju (forward current)
tersebut dapat mengalir karena letak polaritas sumber tegangan (forward voltage)
yang sesuai dengan daerah pada dioda, yaitu letak polaritas positif sumber
tegangan (forward voltage) berhubungan dengan daerah P pada dioda serta letak
polaritas negatif sumber tegangan (forward voltage) berhubungan dengan daerah
N pada dioda, sehingga elektron-elektron yang terdapat pada polaritas negatif
sumber tegangan tersebut (forward voltage) mendorong elektron-elektron yang
ada di daerah N pada dioda. Elektron-elektron yang didorong tersebut akhirnya
melintasi dioda dari daerah N menuju daerah kekosongan (depletion region)
hingga akhirnya menuju daerah P dan polaritas positif sumber tegangan (forward
voltage). Peristiwa yang telah diuraikan tersebut berlangsung secara terus menerus
hingga sumber tegangan (forward voltage) menjadi lebih kecil daripada potensial
barrier (barrier potential). Arus maju tersebut merupakan arus searah (direct
133
current) dan secara matematis arus maju (forward current) disimbolkan dengan
IF .
5.3.3 Tegangan Balik (Reverse Voltage)
Pada prinsipnya tegangan balik atau yang disebut juga dengan reverse
voltage merupakan sumber tegangan yang digunakan pada rangkaian prategangan
balik (reverse bias). Tegangan balik (reverse bias) tersebut diletakan berlawanan
dengan tegangan maju (forward voltage), yaitu polaritas positif pada tegangan
balik (reverse voltage) berhubungan dengan daerah N pada dioda serta polaritas
negatif pada tegangan balik (reverse bias) berhubungan dengan daerah P pada
dioda. Hubungan yang terbalik antara dioda dan tegangan balik (reverse voltage)
tersebut membuat elektron-elektron pada polaritas negatif sumber tegangan
(reverse bias) menarik lubang-lubang (holes) pada daerah P dioda serta elektronelektron pada daerah N dioda bergerak menuju polaritas negatif sumber tegangan
(reverse voltage) sehingga daerah kekosongan (depletion region) menjadi
bertambah luas. Arus balik tersebut merupakan aru searah (direct current) dan
secara matematis arus balik (reverse voltage) disimbolkan dengan VR .
5.3.4 Arus Balik (Reverse Current)
Pada prinsipnya arus balik atau yang disebut juga dengan reverse current
merupakan arus yang mengalir dan melintasi dioda saat dioda tersebut berada di
dalam rangkaian prategangan balik (reverse bias). Arus balik (reverse current)
adalah kebocoran arus yang terjadi saat prategangan balik (reverse bias).
Kebocoran tersebut dapat terjadi karena lubang-lubang pada daerah P dioda
menarik sebagian elektron pada daerah N dioda saat daerah kekosongan
(depletion region) melebar. Arus balik tersebut merupakan arus searah (direct
current) dan secara matematis arus balik (reverse current) dapat disimbolkan
dengan I R .
134
5.3.5 Tegangan Kerusakan (Breakdown Voltage)
Pada prinsipnya tegangan kerusakan atau yang disebut juga dengan
breakdown voltage merupakan tegangan balik maksimum yang dapat diterma
sebuah dioda sebelum akhirnya menjadi rusak. Secara matematis tegangan
kerusakan (breakdown voltage) disimbolkan dengan VBR .
5.3.6 Pembuangan Daya (Power Dissipation)
Pada prinsipnya pembuangan daya atau yang disebut juga dengan power
dissipation merupakan daya yang dikeluarkan oleh dioda saat dioda tersebut
berada di dalam rangkaian prategangan maju (forward bias). Pembuangan daya
(power dissipation) tersebut akan semakin besar sesuai dengan peningkatan
tegangan maju (forward voltage) dan arus maju (forward current) pada rangkaian
prategangan maju (forward bias). Secara matematis pembuangan daya (power
dissipation) dapat ditulis sebagai berikut:
P VF
IF
Di mana:
PF = Pembuangan daya / power dissipation Watt
VF = Tegangan maju Volt
I F = Arus maju Ampere
5.3.7
Temperatur Operasi (Operating Temperature)
Pada prinsipnya temperatur operasi atau yang disebut juga dengan operating
temperature merupakan nilai temperatur pada persambungan pn (pn junction).
Secara matematis temperatur operasi (operating tersebut) disimbolkan dengan
TJunction
5.3.8 Kapasitansi (Capacitance)
Pada prinsipnya kapasitansi (capacitance) yang dimaksud di sini adalah
kapasitansi yang terjadi pada dioda saat dioda tersebut berada di dalam rangkaian
prategangan maju (forward bias) dan prategangan balik (reverse bias). Secara
135
matematis kapasitansi yang terdapat pada dioda tersebut disimbolkan dengan C .
5.3.9 Waktu Pemulihan Maju (Forward Recovery Time)
Pada prinsipnya waktu pemulihan maju atau yang disebut juga dengan
forward recovery time merupakan waktu yang dibutuhkan oleh tegangan maju
(forward voltage) maupun arus maju (forward current) untuk membuat dioda
menjadi berkeadaan prategangan maju (forward bias) setelah dirubah dari
prategangan balik (reverse bias). Secara matematis waktu pemulihan maju
(forward recovery time) tersebut disimbolkan dengan t fr .
5.3.10 Waktu Pemulihan Balik (Reverse Recovery Time)
Pada prinsipnya waktu pemulihan balik atau yang disebut juga dengan
reverse recovery time merupakan kebalikan dari waktu pemulihan maju (forward
recovery time), yaitu waktu yang dibutuhkan oleh arus balik (reverse current)
maupun tegangan balik (reverse voltage) untuk membuat dioda menjadi
berkeadaan prategangan balik (reverse bias) setelah dirubah dari prategangan
maju (forward bias). Secara matematis waktu pemulihan balik (reverse recovery
time) tersebut disimbolkan dengan t rr .
5.4 Penyearah (Rectifier)
Pada prinsipnya sebuah dioda
dapat
mengubah
tegangan
ac
(alternating current) menjadi tegangan
dc (direct current). Perubahan tersebut
dapat terjadi pada saat dioda berada
pada
kondisi
prategangan
maju
(forward bias) dan prategangan balik
(reverse bias). Pada prategangan maju
Gambar 5.14. Jenis penyearah
(rectifier)
(forward bias) tersebut dioda dialiri
arus bolak-balik (alternating current)
136
pada fasepositif dan pada prategangan balik (reverse bias) dioda dialiri arus
bolak-balik (alternating current) pada fase negatif. Pada fase positif tersebut
tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan dioda layaknya tegangan
sumber (forward voltage) berhubungan dengan dengan dioda, yaitu polaritas
positif tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah P pada dioda
serta polaritas negatif tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan
daerah N pada dioda. Hubungan antara dioda dengan tegangan ac (alternating
current) fase positif tersebut membentuk sebuah rangkaian prategangan maju
(forward bias) pada dioda sehingga dioda tersebut dapat menghantarkan aliran
arus bolak-balik (alternating current) pada fase positif tersebut. Pada fase negatif
dari tegangan ac (alternating current) tersebut dioda tidak dapat menghantarkan
aliran arus listrik. Hubungan antara dioda dengan tegangan ac (alternating
current) fase negatif tersebut layaknya seperti hubungan antara tegangan sumber
(reverse voltage) dengan dioda, yaitu polaritas positif sumber tegangan ac
(alternating current) berhubungan dengan daerah N pada doda dan polaritas
negatif sumber tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah P
pada dioda. Semua peristiwa yang telah diuraikan tersebut membuat tegangan ac
(alternating current) hanya dapat dihantarkan pada fase positif oleh dioda dan
dioda tidak dapat menghantarkan tegangan ac (alternating current) tersebut untuk
fase negatif sehingga terjadilah suatu proses penyearahan (rectification) dari
tegangan ac (alternating current) menjadi tegangan dc (direct current).
Pada dasarnya penyearah atau yang disebut juga dengan rectifier umum
digunakan pada peralatan elektronika yang membutuhkan tegangan dc (direct
current) dari sumber tegangan ac (alternating current). Penyearah (rectifier)
tersebut dapat ditemukan dengan mudah pada catu daya (power supply) dc (direct
current) yang beroperasi dari sumber tegangan ac (alternating current) yang
tersedia.
Pada prinsipnya penyearah (rectifier) dapat dikelompokan ke dalam 3 (tiga)
bagian seperti yang terlihat pada gambar 5.14, yaitu:
1.
Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier).
2.
Penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier).
137
3.
Penyearah jembatan (bridge rectifier).
5.4.1 Penyearah Setengah Gelombang (Half-Wave Rectifier)
Pada
prinsipnya
penyearah
setengah gelombang atau yang disebut
juga dengan half-wave rectifier seperti
terlihat pada gambar 5.15 di samping
ini
merupakan
(rectifier)
yang
jenis
penyearah
paling
sederhana.
Penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier) tersebut tersusun atas
sebuah dioda seperti terlihat pada
gambar 5.16 di samping ini. Dioda
yang telah dipasang tersebut akan
Gambar 5.15. Prinsip dari sebuah
penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier).
membentuk
sebuah
rangkaian
prategangan maju (forward bias) serta
prategangan
balik
(reverse
bias)
bersama dengan tegangan masukan,
yaitu tegangan ac (alternating current).
Tegangan
tersebut
ac
(alternating
memiliki
current)
polaritas
yang
berbeda sebanyak 50 kali dalam satu
detik atau secara sederhana tegangan ac
Gambar 5.16. Bentuk gelombang dari
(alternating
tegangan keluaran penyearah setengah
frekuensi 50 Hz. Selama 1 detik
gelombang (half-wave rectifier).
tegangan ac (alternating current) akan
current)
memiliki
berhubungan dengan dioda melalui
polaritas yang berbeda, yaitu fase
positif dan fase negatif. Tegangan ac (alternating current) dan dioda membentuk sebuah rangkaian prategangan maju
(forward bias) sehingga dioda dapat menghantar arus listrik melintasinya hingga
138
menuju beban. Tegangan ac (alternating current) tersebut juga akan memberikan
polaritas positif kepada daerah N dioda dan dan memberikan polaritas negatif
kepada daerah P dioda. Hubungan tersebut membentuk sebuah rangkaian pratega-
Gambar 5.17. Gelombang dari tegangan keluaran pada penyearah setengah
gelombang (half-wave rectifier) diperhalus (filtering) menggunakan kapasitor.
-ngan balik (reverse bias) sehingga dioda tidak dapat menghantarkan arus listrik
melintasinya dan menuju beban. Peristiwa yang telah diuraikan tersebut
merupakan proses penyearahan (rectification) dari sebuah penyearah setengah
gelombang (half-wave rectifier). Nama setengah gelombang digunakan pada
penyearah tersebut karena bentuk gelombang dari tegangan yang dihasilkan oleh
penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier) adalah setengah gelombang
dari gelombang tegangan ac (alternating current), yaitu setengah gelombang pada
fase positif. Penyearah setengah gelombang tersebut akan menghasilkan tegangan
dengan frekuensi yang sama dengan tegangan masukan seperti yang terlihat pada
139
gambar 5.17 di atas, yaitu 50 Hz untuk suplai tegangan ac.
5.4.2 Penyearah Gelombang Penuh (Full-Wave Rectifier)
Gambar 5.18. Rangkaian penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier).
Pada prinsipnya penyerah setengah gelombang atau yang disebut juga
dengan full-wave rectifier seperti terlihat pada gambar 5.18 di atas merupakan
sebuah penyearah yang terdiri dari dua dioda. Kedua dioda tersebut membentuk
sebuah rangkaian prategangan maju (forward bias) dan prategangan balik (reverse
bias) pada waktu yang berbeda. Pada saat dioda pertama sedang dalam kondisi
prategangan maju (forward bias) maka dioda kedua sedang dalam kondisi
prategangan balik (reverse bias) serta begitu juga sebaliknya saat dioda pertama
sedang dalam kondisi prategangan balik (reverse bias) maka dioda kedua sedang
dalam kondisi prategangan maju (forward bias). Dioda pertama berada di dalam
rangkaian prategangan maju (forward bias) saat polaritas positif dari tegangan ac
(alternating current) berhubungan dengan daerah P pada dioda dan polaritas
negatif dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah N
dioda, namun hal yang sebaliknya terjadi pada dioda kedua, yaitu polaritas positif
dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah N pada dioda
dan polaritas negatif dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan
daerah P dioda. Peristiwa terjadinya prategangan maju (forward bias) pada dioda
pertama dan prategangan balik (reverse bias) pada dioda kedua membuat seluruh
tegangan ac pada fase tersebut dapat dikeluarkan oleh penyearah gelombang
penuh (full-wave rectifier), namun fase dari tegangan yang dikeluarkan oleh
penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier) tersebut bernilai positif. Dioda
140
pertama berada di dalam rangkaian prategangan balik (reverse bias) saat polaritas
positif dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah N pada
dioda dan polaritas negatif dari tegangan ac (alternating current) berhubungan
dengan daerah P pada dioda, namun hal yang sebaliknya terjadi pada dioda kedua,
yaitu polaritas positif dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan
daerah P pada dioda dan polaritas negatif dari tegangan ac (alternating current)
berhubungan dengan daerah N dari dioda. Peristiwa terjadinya prategangan balik
(reverse bias) pada dioda pertama dan prategangan maju (forward bias) pada
dioda kedua membuat seluruh tegangan ac (alternating current) dapat dikeluarkan
oleh penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier), namun fase tegangan yang
dikeluarkan oleh penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier) adalah selalu
bernilai positif seperti terlihat pada gambar 5.19 sehingga semua fase tegangan
negatif pada tegangan ac (alternating current) diubah menjadi tegangan dc (direct
current). Tegangan ac (alternating current) yang memiliki frekuensi sebesar 50
Hz merupakan tegangan yang terdiri dari fase positif dan fase negatif, namun
tegangan yang dikeluarkan oleh penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier)
selalu bernilai positif maka frekuensi keluaran dari penyearah tersebut merupakan
2 (dua) kali lipat dari tegangan ac (alternating current) yaitu sebesar 100 Hz.
Gambar 5.19. Fase tegangan keluaran dari penyearah gelombang penuh (full-wave
rectifier) selalu bernilai positif.
141
5.4.3 Penyearah Jembatan (Bridge Rectifier)
Pada
prinsipnya
penyearah
jembatan atau yang disebut juga dengan
bridge rectifier seperti yang terlihat
pada gambar 5.20 di samping ini
merupakan penyearah (rectifier) yang
tersusun atas 4 (empat) buah dioda.
Gambar 5.20. Rangkaian penyearah
jembatan (bridge rectifier).
Penyearah jembatan (bridge rectifier)
tersebut memiliki konfigurasi yang
mirip
dengan
rangkaian
jembatan
Wheatsone (Wheatsone bridge) sehingga dinyatakan sebagai penyearah jembatan (bridge rectifier). Dioda-dioda yang
tersusun pada penyearah jembatan (bridge rectifier) tersebut akan mengalami
prategangan maju (forward bias) dan prategangan balik (reverse bias) secara
berpasangan. Dioda pertama bersama dengan dioda kedua akan mengalami
prategangan maju (forward bias) saat dioda ketiga dan dioda keempat mengalami
prategangan balik (reverse bias) serta begitu juga sebaliknya saat dioda pertama
dan dioda kedua mengalami prategangan balik (reverse bias) maka dioda ketiga
dan dioda keempat mengalami prategangan maju (forward bias). Dioda pertama
dan dioda kedua membentuk sebuah rangkaian tertutup bersama dengan tegangan
ac (alternating current) saat dioda pertama dan dioda kedua tersebut mengalami
prategangan maju (forward bias), yaitu polaritas positif dari tegangan ac
(alternating current) berhubungan dengan daerah P pada dioda pertama dan
tegangan ac (alternating current) dihantarkan hingga ke beban dan akhirnya
polaritas positif tegangan ac (alternating current) juga berhubungan dengan
daerah P pada dioda kedua, namun hal sebaliknya terjadi pada dioda ketiga dan
dioda keempat, yaitu polaritas negatif dari tegangan ac (alternating current)
berhubungan dengan daerah P pada dioda ketiga serta polaritas positif dari
tegangan ac (alternating current) berhubugan dengan daerah N pada dioda.
Peristiwa tersebut membuat penyearah jembatan (bridge rectifier) menghasilkan
tegangan yang sama dengan tegangan ac pada fase positif. Dioda ketiga dan dioda
142
keempat membentuk sebuah rangkaian tertutup bersama dengan tegangan ac
(alternating current) saat dioda ketiga dan dioda keempat tersebut mengalami
prategangan maju (forward bias), yaitu polaritas positif dari tegangan ac
(alternating current) berhubungan dengan daerah P pada dioda ketiga dan
tegangan ac (alternating current) dihantarkan menuju beban hingga akhirnya tiba
di daerah P pada dioda
keempat, namun hal sebaliknya terjadi pada dioda
pertama dan dioda kedua, yaitu polaritas positif dari tegangan ac (alternating
current) berhubungan dengan daerah N pada dioda kedua serta polaritas negatif
dari tegangan ac (alternating current) berhubungan dengan daerah P pada dioda
pertama. Peristiwa tersebut membuat penyearah jembatan (bridge rectifier)
menghasilkan tegangan keluaran ac pada fase negatif yang dibalikan menjadi fase
positif. Peristiwa terjadinya prategangan maju (forward bias) dan prategangan
balik (reverse bias) pada keempat dioda tersebut membuat penyearah jembatan
(bridge rectifier) menghasilkan semua tegangan ac yang telah diubah seluruhnya
menjadi fase postif seperti terlihat pada gambar 5.21. Tegangan yang dikeluarkan
oleh penyearah jembatan (bridge rectifier) tersebut memiliki frekuensi 2 (dua)
kali lipat dari frekuensi suplai tegangan ac (alternating current).
Gambar 5.21. Tegangan keluaran pada penyearah jembatan (bridge rectifier)
adalah tegangan ac (alternating current) yang telah diubah ke fase positif.
143
5.4.4 Analisa Ketiga Penyearah
Pada prinsipnya ketiga jenis penyearah (rectifier) yang telah diuraikan
tersebut, yaitu penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier), penyearah
gelombang penuh (full-wave rectifier) dan penyearah jembatan (bridge rectifier)
memiliki kelebihan dan kekurangan, yaitu:
1.
Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier) merupakan jenis
penyearah yang paling murah biayanya daripada penyearah gelombang
penuh (full-wave rectifier) dan penyearah jembatan (bridge rectifier). Biaya
yang murah tersebut disebabkan oleh jumlah dioda yang dibutuhkan untuk
membuat sebuah penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier) hanya
1 (satu) dioda.
2.
Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier) merupakan jenis
penyearah yang mudah perawatannya (maintenance) daripada penyearah
gelombang penuh (full-wave rectifier) dan penyearah jembatan (bridge
rectifier). Perawatan yang mudah tersebut disebabkan oleh jumlah
komponen yang terdapat pada suatu penyearah setengah gelombang (halfwave rectifier) hanya terdiri dari 1 (satu) dioda dan 1 (satu) transformator.
3.
Penyearah jembatan (bridge rectifier) merupakan jenis penyearah yang
memiliki tegangan keluaran yang hampir mendekati tegangan dc (direct
current) stabil daripada penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier)
dan penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier). Tegangan keluaran
yang hampir mendekati tegangan dc (direct current) stabil tersebut
disebabkan oleh penapisan (filtering) yang dilakukan kapasitor terhadap
tegangan keluaran dari penyearah jembatan (bridge rectifier) serta tegangan
keluaran pada penyearah jembatarn (bridge rectifier) memiliki periode
puncak tegangan yang relatif singkat sehingga untuk menapis tegangan
keluaran hanya dibutuhkan tingkat toleransi yang kecil.
4.
Penyearah jembatan (bridge rectifier) merupakan jenis dioda yang paling
mahal biayanya daripada penyearah setengah gelombang (half-wave
rectifier) dan penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier). Biaya yang
mahal tersebut disebabkan oleh jumlah dioda dan kapasitor yang dibutuhkan
144
lebih banyak daripada jumlah dioda yang dibutuhkan pada penyearah
setengah gelombang (half-wave rectifier) dan penyearah gelombang penuh
(full-wave rectifier). Penyearah jembatan (bridge rectifier) membutuhkan 1
(satu) buah transformator, 4 (empat) buah dioda dan 1 (satu) buah kapasitor.
5.
Penyearah jembatan (bridge rectifier) merupakan jenis penyearah yang
paling sulit perawatannya (maintenance) daripada penyearah setengah
gelombang (half-wave rectifier) dan penyearah gelombang penuh (full-wave
rectifier). Perawatan yang sulit tersebut disebabkan oleh jumlah komponen
yang terdapat pada suatu penyearah jembatan (bridge rectifier) terdiri atas 1
(satu) buah transformator, 4 (empat) buah dioda dan 1 (satu) buah kapasitor.
5.5 Jenis Dioda
Pada prinsipnya pemberian (doped) unsur lain kepada silikon (silicon) akan
membuat satu bahan semikonduktor yang dapat melakukan beberapa hal seperti
mengeluarkan cahaya bila diberikan elektron ataupun menerima gelombang infra
merah.
5.5.1
Dioda Penyearah
Pada dasarnya dioda penyearah
seperti yang terlihat pada gambar
5.22, 5.23 dan 5.24 merupakan jenis
dioda yang umum digunakan pada
elektronika.
Dioda
penyearah
tersebut memiliki 2 (dua) terminal,
yaitu terminal positif yang disebut
dengan anoda (anode) dan terminal
negatif yang disebut dengan katoda
Gambar 5.22. Sebuah dioda penyearah.
(cathode). Dioda penyearah tersebut
hanya dapat menghantarkan arus
listrik pada satu arah, yaitu dari
terminal positif (anode) menuju
145
terminal
negatif
(cathode).
Arus
listrik tersebut dapat dihantarkan oleh
dioda saat dioda tersebut berada di
dalam kondisi prategangan maju
(forward bias), yaitu terminal positif
(anode) dioda berhubungan dengan
polaritas positif sumber tegangan
serta terminal negatif dioda (cathode)
(a)
berhubungan dengan polaritas negatif
sumber tegangan. Aliran arus listrik
tidak dapat dihantarkan oleh dioda
saat terminal positif (anode) dioda
berhubungan dengan polaritas negatif
sumber
tegangan
serta
terminal
negatif (cathode) dioda berhubungan
dengan
(b)
Gambar 5.23. (a) dan (b). Berbagai dioda
penyearah yang digunakan pada daya
tinggi (high power).
polaritas
positif
sumber
tegangan. Pada saat dioda tidak dapat
menghantarkan aliran arus listrik
maka dioda tersebut sedang dalam
kondisi prategangan balik (reverse
bias).
Pada umumnya dioda penyearah
digunakan
pada
rangkaian
elektronika yang dapat mengubah
suplai
tegangan
ac
(alternating
current) menjadi tegangan dc (direct
current)
serta
pada
rangkaian-
rangkaian elektronika yang berfungsi
untuk mencuplik (extract) modulasi
Gambar 5.24. Berbagai dioda penyearah
dari sinyal radio pada sebuah radio
yang digunakan pada otomotif.
penerima. Semua rangkaian electron-
146
ika tersebut memanfaatkan sifat dari dioda penyearah yaitu yang hanya dapat
menghantarkan aliran arus listrik pada satu arah dan tidak untuk arah lainnya.
Rangkaian elektronika yang dapat mengubah suplai tegangan ac (alternating
current) menjadi tegangan dc (direct current) tersebut memanfaatkan dioda untuk
menghantarkan tegangan ac (alternating current) tersebut hanya pada fase
positifnya serta mengubah fase negatif tegangan ac (alternating current) menjadi
fase positif sehingga semua tegangan ac (alternating current) dikeluarkan dalam
satu fase yaitu positif, yaitu tegangan dc (direct current).
5.5.2 Dioda Pembatas Arus (Current Constant Diode)
Pada prinsipnya dioda pembatas atau yang disebut juga dengan current
constant diode merupakan sebuah JFET yang gerbang (gate) dan sumbernya
(source) dihubung singkat. Dioda pembatas arus (current constant diode) tersebut
akan menghantarkan aliran arus listrik hingga ke titik tertentu hingga akhirnya
dioda pembatas arus (current constant diode) tidak dapat menghantarkan aliran
arus listrik kembali.
5.5.3 Dioda Pembatas Tegangan (Zener Diode)
Pada prinsipnya dioda pembatas
tegangan atau yang disebut juga dengan
dioda Zener (Zener diode) seperti yang
Gambar 5.25. Simbol dioda Zener.
terlihat
pada
disimbolkan
gambar
pada
5.26
gambar
dan
5.25
merupakan sebuah dioda persambungan
P-N (pn junction) prategangan balik
(reverse bias) yang dioperasikan pada
daerah
kerusakan
(breakdown).
Pengoperasian dioda Zener yang terjadi
pada daerah kerusakan (breakdown)
tersebut
(a)
disebabkan
oleh
rusaknya
ikatan kovalen pada dioda Zener.
147
Kerusakan
kovalen
tersebut
dapat
terjadi karena kekuatan medan listrik
yang
dibangun
kekosongan
di
dalam
daerah
(depletion
region).
Rusaknya ikatan kovalen pada dioda
Zener tersebut menghasilkan sejumlah
besar elektron-elektron dan lubanglubang (holes) yang merupakan arus
jenuh balik (reverse saturation current)
(b)
dan dinyatakan sebagai arus Zener serta
disimbolkan I Z . Arus Zener pada dioda
Zener tersebut nilainya dibatasi oleh
tahanan luar dari rangkaian.
Karekateristik dioda Zener seperti
yang terlihat pada gambar 5.27 terbagi
(b)
Gambar 5.26. (a), (b) dan (c). Berbagai
macam dioda Zener (Zener diode).
menjadi 2 jenis, yaitu karakteristik
maju
(forward
karakteristik
characteristic).
characteristic)
balik
dan
(reverse
Karakteristik
maju
(forward characteristic) pada dioda
Zener adalah sama dengan dengan
karakteristik
persambungan
maju
P-N
pada
(pn
dioda
junction),
namun pada karakteristik balik (reverse
characteristic)
terdapat
beberapa
parameter yang harus diketahui, yaitu:
1.
VZ = Tegangan kerusakan
(breakdown) Zener.
Gambar 5.27. Karakteristik dari sebuah
dioda Zener (Zener diode)
2.
I Z min = Arus minimum untuk
menahan daerah kerusakan
148
(breakdown).
3.
I Z min = Arus maksimum yang dibatasi oleh pembuangan daya maksimum
Pada umumnya dioda Zener tersedia dengan beragam tegangan operasi, yaitu
dari 2,4 volt hingga 200 volt. Dioda Zener tersebut juga tersedia dengan
kemampuan daya yang beragam, yaitu dari 150 mWatt hingga 50 Watt.
Pada prinsipnya dioda Zener dapat bekerja dengan baik bila kondisi-kondisi
berikut terpenuhi, yaitu:
1.
Dioda Zener dalam kondisi prategangan balik (reverse-biased).
2.
Tegangan sumber pada rangkaian harus lebih besar daripada VZ .
3.
Arus sumber pada rangkaian harus lebih kecil daripada I Z max .
Pada umumnya dioda Zener digunakan sebagai:
1.
Pengatur tegangan (voltage regulators).
2.
Tegangan referensi tetap (fixed reference regulators).
3.
Pemotong puncak (peak clippers).
4.
Pelindung alat ukur terhadap kerusakan yang disebabkan oleh tegangan
berlebihan pada rangkaian.
5.5.4 Dioda Pemancar Cahaya (Light Emitting Diode)
Pada prinsipnya dioda pemancar
cahaya atau yang disebut juga dengan
light emitting diode (LED) seperti yang
terlihat
pada
Gambar 5.28. Simbol dioda pemancar
disimbolkan
cahaya (light emitting diode).
merupakan
gambar
pada
sebuah
5.29
gambar
sumber
dan
5.28
cahaya
semikonduktor. Dioda-dioda pemanar
cahaya (light emitting diode) tersebut umumnya digunakan sebagai lampu
indikator pada berbagai peralatan elektronika hingga sistem penerangan (lighting)
pada suatu ruangan. Dioda pemancar cahaya (light emitting diode) awalnya hanya
dapat memancarkan cahaya merah berintensitas rendah (low- intensity), namun
dioda-dioda pemancar cahaya (light emitting diode) tersebut dapat memancarkan
149
berbagai
cahaya
tampak
(visible),
ultraviolet hingga panjang gelombang
infra merah (infrared) dan semua
pancaran cahaya tersebut memiliki
tingkat kecemerlangan yang tinggi.
Pada prinsipnya dioda pemancar
cahaya (light emitting diode) seperti
(a)
yang terlihat pada gambar 5.30 dapat
memancarkan
cahaya
bila
dioda
pemancar cahaya tersebut berada di
dalam
kondisi
prategangan
maju
(forward bias), yaitu polaritas positif
sumber tegangan berhubungan dengan
daerah positif dioda serta polaritas
negatif sumber tegangan berhubungan
dengan daerah negatif dioda. Pada saat
prategangan
maju
(forward
bias)
tersebut elektron-elektron pada dioda
(b)
Gambar 5.29. (a) dan (b). Berbagai
pemancar cahaya (light emitting diode)
dapat
bergabung
kembali
dengan
macam dioda pemancar cahaya (light
lubang-lubang (holes). Energi yang
emitting diode).
digunakan oleh elektron-elektron untuk
bergabung dengan lubang-lubang (holes) tersebut dilepaskan dalam bentuk
photon-photon dan peristiwa tersebut dinyatakan sebagai elektroluminesens
(electroluminescence) serta warna-warna dari cahaya tersebut sesuai dengan
energi photon yang ditentukan oleh celah energi dari semikonduktor. Peristiwa
elektroluminesens (electroluminescence) tersebut ditemukan pada tahun 1907
oleh seorang ilmuwan Inggris H. J. Round yang bekerja pada Marconi Labs.
Peristiwa elektroluminesens (electroluminescence) tersebut ditemukan dengan
menggunakan sebuah kristal karbit silikon (silicon carbide) dan sebuah
150
pendeteksi kumis kucing (cat’s whisker detector).
Pada umumnya sebuah dioda pemancar cahaya (light emitting diode)
memiliki ukuran yang kecil sehingga membuat dioda-dioda pemancar cahaya
tersebut umum digunakan sebagai komponen-komponen optis terintegrasi yang
berfungsi membentuk pola radiasi di dalam refleksi. Dioda-dioda pemancar
cahaya (light emitting diode) tersebut memiliki beberapa keuntungan seperti
konsumsi energi yang rendah (lower energy consumption), dapat digunakan
sebagai sumber cahaya pijar (incandescent), memiliki waktu pakai yang lama
(longer lifetime), memiliki ketahanan yang baik (improved robustness), memiliki
ukuran yang kecil (smaller size), memiliki pensaklaran yang lebih cepat (faster
switching), memiliki daya tahan yang baik (greater durability) dan tingkat
reliabilitas (reliability) yang tinggi. Keuntungan-keuntungan yang terdapat pada
dioda pemancar cahaya (light emitting diode) tersebut membuat dioda pemancar
cahaya banyak digunakan pada berbagai macam aplikasi seperti untuk penerangan
otomotif, penerangan sistem penerbangan, teknologi komunikasi tingkat lanjut
(advanced communication technology), satuan kendali jarak jauh (remote control
unit) hingga pada rangkaian-rangkaian elektronika yang kompleks.
Gambar 5.30. Konstruksi sebuah dioda pemancar cahaya (light emitting diode).
5.5.5 Fotodioda (Photodiode)
Pada prinsipnya fotodioda atau yang disebut juga dengan photodiode seperti
yang terlihat pada gambar 5.32 dan disimbolkan pada gambar 5.31 merupakan se-
151
mikonduktor yang dapat mendeteksi
cahaya
(photodetector).
Fotodioda
tersebut merupakan jenis dioda yang
tidak diperkirakan karena umumnya
komponen-komponen
Gambar 5.31. Simbol fotodioda
(photodiode).
semikonduktor
dikemas (packaging) di dalam material
yang
menghalangi
cahaya
(light
blocking material) sehingga fotodioda
(photodiode) dikemas di dalam material
yang dapat dilintasi oleh cahaya.
Pada umumnya fotodioda (photodiode)
digunakan pada berbagai aplikasi yang
membuttuhkan detektor cahaya seperti
di dalam aplikasi komunikasi optis
(optical
(a)
ultraviolet
detektor
communication),
hampa
(vacuum
sinar-X
photoconductor,
detektor
UV),
(X-rays),
charge-coupled
device, photomultiplier tubes, pemutar
CD (CD player), detektor asap (smoke
detektor), penerima kendali jarak jauh
(remote control) pada VCRs, pengukur
cahaya kamera (camera light meter),
(b)
computed
tomography
dan
untuk
Gambar 5.32. (a) dan (b). Berbagai
pengukuran intensitas cahaya dengan
macam fotodioda (photodiode).
akurasi yang tinggi pada dunia industri
dan pendidikan. Fotodioda (photodiode)
seperti yang terlihat pada gambar 5.33 dapat mendeteksi cahaya saat sejumlah
energi photon menabrak dioda hingga membangkitkan elektron-elektron bebas
(free electron) dan lubang- lubang (holes). Elektron-elektron bebas (free electron)
dan lubang-lubang (holes) yang telah dibangkitkan tersebut akan membentuk seb-
152
Gambar 5.33. Struktur dari sebuah fotodioda (photodiode).
uah medan listrik pada daerah kekosongan (depletion region) sehingga elektronelektron bebas (free electron) bergerak menjauhi daerah kekosongan menuju
katoda (cathode) dan lubang-lubang (holes) bergerak menjauhi daerah
kekosongan menuju anoda (anode) serta akhirnya arus cahaya (photocurrent)
terbentuk melintasi foto dioda.
Pada umumnya fotodioda (photodiode) dikemas secara tersendiri (diskrit)
maupun tersusun secara linear (linear array) bahkan tersusun menjadi 2 (dua)
dimensi secara linear (two-dimentional array). Fotodioda (photodiode) dikemas
dengan sebuah jendela maupun hubungan serat optik (optical fiber connection)
untuk menghantarkan cahaya hingga mencapai bagian sensitif dari fotodioda
(photodiode).
Pada prinsipnya material-material yang digunakan untuk membuat fotodioda
(photodiode) sangat mempengaruhi karakteristiknya. Karakteristik tersebut
menjelaskan intensitas energi photon yang dibutuhkan untuk membangkitkan
elektron-elektron bebas (free electron) dan lubang-lubang (holes) hingga akhirnya
terbentuk sebuah arus cahaya (photocurrent) yang melintasi fotodioda
(photodiode) tersebut. Material-material yang umum digunakan untuk
153
menghasilkan sebuah fotodioda (photodiode) adalah seperti yang terlihat pada
tabel 5.1, yaitu:
1.
Silikon (silicon).
2.
Germanium.
3.
Indium gallium arsenide.
4.
Lead(II) sulfide.
Pada umumnya fotodioda (photodiode) yang terbuat dari silicon (silicon)
menghasilkan sebuah fotodioda yang rendah terhadap derau (noise) daripada
fotodioda yang dibuat dengan menggunakan germanium, namun fotodioda yang
terbuat dari germanium tersebut harus digunakan untuk penggunaan panjang
gelombang yang lebih panjang daripada 1 m (mikro meter).
Tabel 5.1. Perbandingan material pembentuk fotodioda (photodiode) dengan
panjang gelombang elektromagnetik yang dihasikannya.
5.5.6 Dioda Schottky (Schottky Diode)
Pada prinsipnya dioda Schotkky
atau yang disebut juga dengan Schottky
diode seperti yang terlihat pada gambar
Gambar 5.34. Simbol dioda Schottky
5.35 dan disimbolkan pada gambar 5.34
(Schottky diode).
merupakan jenis dioda yang tidak
memiliki daerah kekosongan (depletion
region). Daerah kekosongan (depletion region) tidak ada karena dioda Schottky
154
hanya memiliki 1 (satu) pembawa
mayoritas (majority carriers), yaitu
elektron.
Dioda
Schottky
tersebut
terdiri atas 2 (dua) daerah yaitu daerah
semikonduktor
dan
daerah
logam
(metal). Daerah semikonduktor pada
dioda Schottky tersebut merupakan
(a)
daerah semikonduktor tipe N yang
memiliki pembawa mayoritas (majority
carriers)
berupa
elektron-elektron
bebas (free electron), sedangkan daerah
logam pada dioda Schottky terdiri atas
logam seperti emas, perak, platinum
dan tungsten. Kedua daerah pada dioda
Schottky
tersebut
membuat
persambungan (junction) antara daerah
semikonduktor dan daerah logam tidak
(b)
Gambar 5.35. (a) dan (b). Berbagai
macam dioda Schottky (Schottky
diode).
memiliki lapisan kekosongan (depletion
layer)
memiliki
sehingga
daerah
dioda
Schottky
persambungan
(junction region) yang lebih teratur
(more
uniform)
daripada
dioda
persambungan (junction diode) biasa.
Pada prinsipnya ketika dioda Schottky tidak sedang digunakan, maka
elektron-elektron bebas (free electron) yang terdapat pada sisi N (daerah
semikonduktor) memiliki energi yang lebih rendah daripada elektron-elektron
yang terdapat pada daerah logam sehingga elektron-elektron bebas (free electron)
pada sisi N (daerah semikonduktor) tersebut tidak dapat melewati tahanan
persambungan (junction barrier atau Schottky barrier) untuk berpindah ke daerah
logam. Peristiwa yang telah diuraikan tersebut tidak terjadi pada saat dioda
Schottky berada pada prategangan maju (forward bias). Pada saat dioda Schottky
155
sedang berkondisi prategangan maju (forward bias), maka elektron-elektron bebas
(free electron) pada sisi N (daerah semikonduktor) mendapatkan energi yang
cukup besar untuk melintasi persambungan (junction) dan memasuki daerah
logam. Energi yang dimiliki oleh elektron-elektron bebas (free electron) tersebut
bernilai cukup besar sehingga sering disebut sebagai pembawa-pembawa panas
(hot carriers) serta membuat dioda Schottky sering disebut sebagai dioda
pembawa panas (hot carrier diode).
Pada dasarnya dioda Schottky memiliki 2 (dua) keistimewaan (feature) dari
dioda persambungan (junction diode) biasa, yaitu:
1.
Dioda Schottky merupakan jenis dioda 1 (satu) kutub (unipolar) yang
disebabkan oleh jumah jenis pembawa mayoritas (majority carrier) yang
dimiliki oleh dioda Schottky hanya 1 (satu) jenis, yaitu elektron-elektron
bebas (free electron) yang terletak pada kedua sisi dioda Schottky (daerah
semikonduktor dan daerah logam). Hal tersebut tidak terjadi pada dioda
persambungan (junction diode) biasa, karena dioda persambungan memiliki
2 (dua) jenis mayoritas yaitu elektron-elektron bebas pada sisi N dan lubanglubang (holes) pada sisi P.
2.
Dioda Schottky tidak memiliki lapisan kekosongan (depletion layer) pada
daerah persambungan (junction). Tidak adanya lapisan kekosongan
(depletion layer) pada dioda Schottky tersebut disebabkan dioda Schottky
tersebut hanya memiliki 1 (satu) jenis pembawa mayoritas sehingga dioda
dapat berpisah (switch off) lebih cepat daripada dioda 2 (dua) kutub (bipolar
diode). Dioda Schottky tersebut juga sangat baik bila digunakan untuk
menyearahkan sinyal frekuensi di atas 300 MHz.
Pada umumnya dioda Schottky digunakan pada aplikasi pensaklaran catu
daya (power supply) yang beroperasi pada frekuensi 20 GHz. Dioda Schottky juga
umum digunakan pada aplikasi-aplikasi yang membutuhkan derau (noise) yang
sangat kecil seperti pad penerima komunikasi (communication receiver) dan
satuan radar.
156