Dioda : Pengertian, Prinsip Kerja, Fungsi dan Jenis Dioda

Pengertian Dioda

Dioda

Dioda adalah komponen elektronik dua terminal yang hanya mengalirkan arus dalam satu arah (selama dioperasikan dalam level tegangan tertentu). Dioda ideal akan memiliki resistansi nol dalam satu arah, dan resistansi tak terbatas pada arah sebaliknya.

Meskipun pada kenyataannya, dioda tidak dapat mencapai nol atau resistansi tanpa batas. Sebaliknya, dioda akan memiliki resistansi yang dapat diabaikan dalam satu arah (untuk memungkinkan aliran arus), dan resistansi yang sangat tinggi pada arah sebaliknya (untuk mencegah aliran arus). Dioda secara efektif dianalogikan seperti katup untuk rangkaian listrik. Nama diode berasal dari "di-ode" yang berarti perangkat yang memiliki dua elektroda.

Dioda semikonduktor adalah jenis dioda yang paling umum digunakan. Dioda ini mulai menghantarkan listrik ketika terdapat tegangan pada ambang tertentu pada arah maju (Arah resistansi rendah). Dioda dikatakan "bias maju" ketika melakukan arus ke arah tersebut. Ketika dihubungkan dalam suatu sirkuit dalam arah terbalik (Arah resistansi tinggi), dioda dikatakan terbalik bias (reversed bias).

Dioda hanya memblokir arus dalam arah sebaliknya (Ketika bias balik) sementara tegangan balik berada dalam kisaran yang ditentukan. Pada kisaran ini, penghalang terbalik terputus. Tegangan di mana gangguan ini terjadi disebut "tegangan gangguan terbalik". Ketika tegangan rangkaian lebih tinggi dari tegangan breakdown terbalik, dioda mampu menghantarkan listrik ke arah sebaliknya. Inilah sebabnya mengapa pada praktiknya dioda memiliki resistansi tinggi di arah sebaliknya, bukan resistansi tak terbatas.

Prinsip Kerja Dioda

Prinsip kerja dioda tergantung pada interaksi semikonduktor tipe-n dan tipe-p. Semikonduktor tipe-n memiliki banyak elektron bebas dan jumlah lubang yang sedikit. Dengan kata lain dalam semikonduktor tipe-n konsentrasi elektron bebas adalah tinggi dengan lubang yang sangat rendah. Elektron bebas dalam semikonduktor tipe-n disebut dengan pembawa muatan mayor, dan lubang di semikonduktor tipe-n disebut dengan pembawa muatan minor.

Sedangkan pada semikonduktor tipe-p memiliki konsentrasi lubang yang tinggi dan konsentrasi elektron bebas yang rendah. Lubang pada semikonduktor tipe-p adalah pembawa muatan mayor, sedangkan elektron bebas pada semikonduktor tipe-p adalah pembawa muatan minor.

Karakteristik Dioda

1. Unbiased Diode

Unbiased diode

Ketika satu daerah tipe n dan satu daerah tipe p bersentuhan, maka akan terjadi perbedaan konsentrasi, pembawa mayoritas berdifusi dari satu sisi ke sisi lain. Karena konsentrasi lubang yang tinggi di wilayah tipe-p dan rendah di wilayah tipe-n, lubang mulai berdifusi dari wilayah tipe-p ke wilayah tipe-n. Konsentrasi elektron bebas yang tinggi pada tipe-n dan rendah pada wilayah tipe-p sehingga elektron bebas mulai berdifusi dari daerah tipe-n ke tipe-p.

Elektron bebas yang berdifusi ke dalam daerah tipe-p dari daerah tipe-n akan bergabung kembali dengan lubang yang tersedia dan membuat ion negatif yang tidak ditemukan pada daerah tipe-p. Dengan cara yang sama, lubang-lubang yang berdifusi ke dalam wilayah tipe-n dari wilayah tipe-p akan bergabung kembali dengan elektron bebas, sehingga menciptakan ion-ion positif yang tidak ditemukan di wilayah tipe-n.

Dengan cara ini, akan terdapat lapisan ion negatif di sisi tipe-p dan lapisan ion positif di sisi tipe-n akan muncul di sepanjang garis persimpangan kedua jenis semikonduktor tersebut. Lapisan ion positif yang terbuka dan ion negatif yang terbuka membentuk suatu wilayah di tengah dioda di mana tidak ada pembawa muatan yang ada karena semua pembawa muatan dikombinasi ulang pada wilayah ini. Karena kurangnya charge carrier, wilayah ini disebut sebagai wilayah penipisan (depletion region).

Setelah pembentukan wilayah penipisan (depletion region), tidak ada lagi difusi pembawa muatan dari satu sisi ke sisi lain dalam dioda. Hal tersebut terjadi karena medan listrik yang muncul pada seluruh wilayah penipisan akan mencegah migrasi pembawa muatan lebih lanjut dari satu sisi ke sisi lainnya. Potensi lapisan ion positif yang terbuka di sisi tipe-n akan mencabut lubang di sisi tipe-p dan potensi lapisan ion negatif yang tidak terbuka di sisi tipe-p akan mencabut elektron bebas pada sisi tipe-n, penghalang potensial dibuat di persimpangan untuk mencegah difusi pembawa muatan lebih lanjut.

2. Forward Biased Diode

Forward biased diode

Forward Biased Diode terjadi Ketika terminal positif suatu sumber terhubung ke sisi tipe-p dan terminal negatif sumber terhubung ke sisi tipe-n dari dioda dan tegangan sumber ditingkatkan secara perlahan dari nol.

Pada awalnya, tidak ada arus yang mengalir melalui dioda meskipun terdapat medan listrik eksternal, tetapi muatan pembawa mayoritas tidak mendapatkan pengaruh yang cukup dari medan eksternal untuk melintasi wilayah penipisan (depletion region). Daerah penipisan (depletion region) bertindak sebagai penghalang potensial terhadap pembawa muatan mayoritas. Potensi penghalang ini disebut forward barrier potensial.

Pembawa muatan mayoritas mulai melintasi penghalang potensial ketika nilai tegangan yang diterapkan secara eksternal pada persimpangan lebih dari potensi penghalang. Untuk dioda silikon, potensial penghalang ke depan adalah 0,7 volt dan untuk dioda germanium adalah 0,3 volt. Ketika tegangan maju yang diterapkan secara eksternal melintasi dioda menjadi lebih dari potensi penghalang ke depan, pembawa muatan mayoritas bebas mulai melintasi penghalang dan berkontribusi pada arus dioda maju. Pada kondisi tersebut, dioda sebagai jalur hubung singkat dan arus maju hanaya dibatasi oleh resistor yang terhubung secara eksternal ke dioda.

3. Reverse Biased Diode

Reverse biased diode

Reverse Biased Diode terjadi ketika terminal negatif dari sumber tegangan dihubungkan pada sisi tipe-p dan terminal positif dari sumber tegangan dihubungkan pada sisi tipe-n dari dioda. Pada kondisi tersebut, karena tarikan elektrostatik dari potensi negatif dari sumber, lubang-lubang di daerah tipe-p akan bergeser lebih jauh dari persimpangan sehingga meninggalkan ion negatif yang lebih terbuka di persimpangan. Dengan cara yang sama, elektron bebas di daerah tipe-n akan bergeser lebih jauh dari persimpangan menuju terminal positif dari sumber tegangan sehingga meninggalkan lebih banyak ion positif di persimpangan dan wilayah penipisan menjadi lebih luas. Kondisi dioda ini disebut kondisi bias terbalik. Pada kondisi itu, tidak ada pembawa mayoritas yang melintasi persimpangan saat menjauh dari persimpangan. Dengan cara ini, sebuah dioda memblokir aliran arus ketika ia dibiaskan secara terbalik.

Selalu ada beberapa elektron bebas di semikonduktor tipe-p dan beberapa lubang di semikonduktor tipe-n. Pembawa muatan berlawanan ini dalam semikonduktor disebut pembawa muatan minoritas. Dalam kondisi bias terbalik, lubang-lubang tersebut menemukan diri mereka di sisi tipe-n akan dengan mudah melintasi wilayah penipisan bias karena bidang di seluruh wilayah penipisan, tetapi justru membantu pembawa muatan minoritas untuk melintasi wilayah penipisan. Akibatnya, ada arus kecil yang mengalir melalui dioda dari sisi positif ke sisi negatif. Amplitudo dari arus ini sangat kecil karena jumlah pembawa muatan minoritas dalam dioda sangat kecil. Arus ini disebut arus saturasi terbalik.

Simbol Dioda

Symbol dioda

Panah menunjuk ke arah aliran arus konvensional dalam kondisi bias maju. Itu berarti anoda terhubung ke sisi p dan katoda terhubung ke sisi n.

Jenis-Jenis Dioda

Berikut ini merupakan beberapa jenis dioda anatar alin sebagai berikut :

Dioda zener

Dioda persimpangan P-N (P-N Junction diode)

Tunnel diode

Dioda varactor

Dioda Schottky

Fotodioda

PIN diode

Dioda laser

Avalanche diode

Light emiting diode (LED)

Referensi : https://www.electrical4u.com

Share :