Makalah Tipe Dioda.docx

A. Pengertian Diode Diode adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

B. Karakteristik Diode Diode memiliki atribut yang memungkinkan diode untuk melakukan sejumlah fungsi elektronik. Tiga karakteristik penting diode adalah sebagai berikut : 1. Forward Voltage Drop : Forward bias sekitar tujuh volt. 2. Reverse Voltage Drop : Lapisan melemah melebar, umumnya tegangan yang diberikan. 3. Reverse Breakdown Voltage : Reverse voltage drop yang akan memaksa aliran arus dan jika tegangan yang diberikan maksimum maka dapat menghancurkan diode.

C. Pengaplikasian Diode Diode digunakan dalam berbagai aplikasi seperti clipper, rectifier, clamper, comparator, pengali tegangan (voltage multiplier), filter, sampling gates, dsb. 1. Rectification : Diode sebagai penyearah gelombang AC menjadi DC. Beberapa contoh umum dari rangkaian rektifikasi adalah HWR (Half Wave Rectifier) dan FWR (Full Wave Rectifier).

1

2. Clipper : Diode dapat digunakan untuk memangkas sebagian fraksi pulsa tanpa mengubah bentuk fraksi sisa gelombang.

3. Clamper : Sirkuit penjepit membatasi level tegangan untuk melampaui batas dengan mengubah level DC. Puncak ke puncak tidak dipengaruhi oleh penjepitan. Kapasitor, resistor, dan diode semuanya digunakan untuk membuat sirkuit penjepit.

2

D. Tipe-tipe Diode

Diode memiliki beberapa tipe yang konstruksi, karakteristik, serta penggunaannya berbeda-beda. Berikut beberapa tipe diode : 1. P-N Junction Diode 2. Rectifier Diodes 3. Zener Diodes 4. LED (Light Emitting Diodes) 5. Varactor Diodes (Varicap Diodes) 6. Photodiodes 7. Schottky Diodes 8. Tunnel Diodes 9. Laser Diodes 10. Avalanche Diodes (Diode Longsoran) 11. Impatt Diodes (Microwave Diode) 12. Gunn Diodes 13. Vacuum Diodes 14. Crystal Diodes 15. Transient Voltage Suppression Diodes 3

16. Gold Doped Diodes 17. Super Barrier Diodes 18. Point Contact Diodes 19. Peltier Diodes (Thermal Diodes) 20. Silicon Control Rectifier 21. Pin Diodes

1. P-N Junction Diode A. Prinsip Kerja P-N Junction adalah batas pertemuan antara kedua bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n yang ada di dalam sebuah kristal semikonduktor yang merupakan cikal bakal komponen diode, transistor, dan IC. Pada dasarnya P-N Junction merupakan sebuah blok yang ada di dalam komponen tersebut, misalnya sebuah diode disusun oleh P-N tunggal sedangkan transistor ada dua jenis yaitu P-N-P dan N-P-N. P-N Junction terjadi karena elektron bebas pada semikonduktor tipe-n mengisi “hole” pada semikonduktor tipe-p. Area pertemuan ini disebut dengan Depletion Region atau Area Penipisan. Ketika persimpangan P-N terbentuk, beberapa elektron bebas dari area tipe-n yang berhasil mencapai pita konduksi bebas akan menyebar dan mengisi lubang (hole) pada area tipe-p.

Gambar 1.1 Daerah Penipisan (Depletion) pada P-N Junction

4

Gambar 1.2 Prinsip Kerja P-N Junction Semikonduktor Hal ini meninggalkan ion positif pada sisi semikonduktor tipe-n. Kemudian sebuah ruang pengisian muatan terbangun, menciptakan daerah penipisan yang kemudian menghambat transfer elektron lanjut kecuali dibantu dengan meletakkan bias maju di persimpangan yang disebut dengan Forward Biased. Pemberian Bias Terbalik (Reverse Biased) tidak akan memicu pergerakan elektron didalam semikonduktor sehingga membuat komponen semikonduktor hanya bisa dialiri arus satu arah saja. Prinsip dasar P-N Junction ini kemudian diterapkan pada komponen elektronika seperti diode yang bisa berfungsi sebagai penyearah tegangan maupun penahan tegangan arah tertentu. Selain itu penerapan P-N junction juga bisa lebih kompleks lagi pada komponen transistor. Disini dipasang kombinasi tiga bahan semikonduktor, yaitu P-N-P dan N-P-N. Dengan kombinasi ini dapat diperoleh berbagai fungsi seperti penguatan sinyal, pensaklaran elektronis dan sebagainya.

B. Karakteristik Karakteristik dari junction dapat dilihat pada saat pengaplikasian tegangan luar (atau biasa disebut bias) yang dapat dilakukan melalui dua cara, yaitu Forward Bias dan Reverse Bias.

5

Gambar 1.3 Rangkaian Diode Forward Bias dan Reverse Bias 1) Forward Bias (Bias Maju) Pada P-N junction Bias Maju (yang mana tipe P terhubung dengan tegangan positif dan tipe N terhubung dengan tegangan negatif), terminal anoda berperan sebagai terminal positif dan terminal katoda berperan sebagai terminal negatif.

Gambar 1.4 Arus pada Forward Bias Potensial luar dari sumber tegangan memberikan gaya tarik terhadap elektron dan hole, sehingga elektron dan hole pada dipole bergerak mengarah ke sumber tegangan. Akibatnya depletion region menyusut. Hal ini membuka kembali kemungkinan bagi carrier untuk menyeberangi junction dan bergerak mengelilingi rangkaian. Pada rangkaian timbul arus listrik. Hal di atas hanya bisa terjadi jika tegangan luar lebih besar dari potential barrier.

Gambar 1.5 Potential Barrier pada Daerah Penipisan 6

2) Reverse Bias (Bias Mundur) Jika tegangan negatif diaplikasikan ke sisi positif dan tegangan positif ke sisi negatif, dengan tidak ada arus atau arus yang mengalir sangat kecil, konfigurasi ini disebut dengan Reverse Bias atau Bias Mundur.

Gambar 1.6 Arus pada Reverse Bias Potensial luar dari sumber tegangan memberikan gaya tolak terhadap elektron dan hole, sehingga elektron dan hole pada dipole bergerak menjauhi sumber tegangan. Akibatnya depletion region melebar dan potential barrier meningkat. Di sini yang menarik untuk diperhatikan adalah bahwa diode tidak menghasilkan tegangan dengan perubahan tegangan yang diaplikasikan. Arus tetap konstan pada nilai kecil yang dapat diabaikan (dalam kisaran ampli mikro). Bila voltase dinaikkan di atas titik tertentu, maka arus tibatiba meningkat secara mendadak, dan hal ini disebut sebagai “arus balik” dan nilai voltase yang diterapkan tersebut, dimana arus balik melalui diode meningkat tiba-tiba dikenal sebagai “break down voltage“.Jika arus balik ini melebihi nilai maksimumnya, maka diode akan rusak. Dari analisa karakteristik P-N junction bias maju dan bias mundur, dapat disimpulkan bahwa sebuah diode P-N junction menghasilkan arus hanya dalam satu arah yaitu selama bias maju. Selama bias maju terjadi, diode menhasilkan arus seiring dengan kenaikan voltase. Kebalikannya, selama bias mundur, diode tidak menghasilkan arus seiring dengan kenaikan tegangan (break down biasanya mengakibatkan kerusakan diode).

7

Gambar 1.7 Karakteristik P-N Junction Diode

2. Rectifier Diodes Tipe ini memiliki beberapa jenis yaitu HWR (Half Wave Rectifier), FWR (Full Wave Rectifier), dan Center Tap Full Wave Rectifier. 1) Half Wave Rectifier Diode terhubung ke sumber AC yang memberikan input tegangan (V) dan ke inload resistor (RL) membentuk setengah gelombang penyearah. Pada setengah gelombang positif, terjadi forward bias pada diode. Arus akan mengalir apabila tegangan yang diberikan melebihi batas maksimum barrier potential (lebih dari 0.7 Volt). Jika kurang dari itu maka tidak akan ada arus yang mengalir. Pada setengah gelombang negatif terjadi reverse bias yang artinya diode tidak bekerja (off).

Gambar 2.1 Forward Bias pada Setengah Gelombang Pertama

8

Gambar 2.2 Reverse Bias pada Setengah Gelombang Kedua

Gambar 2.3 Hasil Gelombang pada HWR 2) Full Wave Rectifier

Gambar 2.4 Prinsip Kerja FWR

9

Tipe ini menggunakan empat diode yang bekerja secara berdampingan. Pada setengah gelombang pertama arus mengalir melalui D1 dan D2 sedangkan D3 dan D4 off. Lalu pada setengah gelombang kedua arus mengalir ke bawah melalui D3 dan D4 sedangkan D1 dan D2 off. Efisiensi dari FWR ini lebih bagus daripada HWR.

Gambar 2.5 Hasil Gelombang FWR 3) Center Tap Full Wave Rectifier

Gambar 2.6 Rangkaian Center Tap Rectifier Rangkaian ini membagi tegangan menjadi 2 sehingga output nya sama dengan dua kali tegangan yang dihasilkan Half Wave Rectifier.

Gambar 2.7 Prinsip kerja Center Tap Rectifier

10

3. Zener Diodes A. Pengertian Diode Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah. Diode yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, diode biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), diode ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai.

Gambar 3.1 Zener Diodes dan Simbolnya

B. Karakteristik Diode khusus seperti diode zener dimaksudkan & diproduksi berfungsi dalam arah yang berlawanan tanpa putus. 1) Diode zener bertindak seperti silikon diode umum, selama bias maju. 2) Kuantitas arus balik yang dapat diubah dapat melalui diode tanpa merusaknya. Vz (voltase zener) atau voltase breakdown melintasi diode menjunjung tinggi relatif stabil. 3) Diode zener rate produsen sesuai dengan nilai tegangan zener dan PD (Disipasi Daya) tertinggi yaitu pada 25ºC. Ini memberikan sinyal IR tertinggi (arus balik), yang dijalankan dengan aman oleh diode.

11

Gambar 3.2 Karakteristik Kerja Zener Diodes

C. Prinsip Kerja Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah diode Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah diode Zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan Zener. Sebagai contoh, sebuah diode Zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan aplikasi-aplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output. Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%.Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener. Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam diode avalanche. Kedua tipe diode ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe diode ini. Dalam diode silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek Zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif. 12

Dalam diode Zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, diode 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif. Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat diodediode yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah diode untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah diode 12 Volt. Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan diode Zener.

Gambar 3.3 Rangkaian Zener Diodes

Gambar 3.4 Grafik Voltase Maksimum dari Zener Diodes 13

Gambar 3.5 Perbedaan Daerah Operasi antara Rectifier dengan Zener Diodes

D. Penggunaan Diode Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah diode Zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya. Sebuah diode Zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel), dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.

4. LED (Light Emitting Diodes) A. Pengertian Diode

pancaran

cahaya (bahasa

Inggris: light-emitting

diode; LED)

adalah

suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju. Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

14

Gambar 4.1 LED dan Simbolnya

B. Teknologi LED Fungsi Fisikal Sebuah LED adalah sejenis diode semikonduktor istimewa. Seperti sebuah diode normal, LED terdiri dari sebuah chip bahan semikonduktor yang diisi penuh, atau di-dop, dengan ketidakmurnian untuk menciptakan sebuah struktur yang disebut p-n junction. Pembawa-muatan

- elektron dan lubang mengalir

ke

junction

dari

elektrode

dengan voltase berbeda. Ketika elektron bertemu dengan lubang, dia jatuh ke tingkat energi yang lebih rendah, dan melepas energi dalam bentuk photon. Emisi Cahaya Panjang gelombang dari cahaya yang dipancarkan, dan oleh karena itu warnanya, tergantung dari selisih pita energi dari bahan yang membentuk p-n junction. Sebuah diode normal, biasanya terbuat dari silikon atau germanium, memancarkan cahaya tampak inframerah dekat, tetapi bahan yang digunakan untuk sebuah LED memiliki selisih pita energi antara cahaya inframerah dekat, tampak, dan ultraungu dekat. Polarisasi Tak seperti lampu pijar dan neon, LED mempunyai kecenderungan polarisasi. Chip LED mempunyai kutub positif dan negatif (p-n) dan hanya akan menyala bila diberikan arus maju. Ini dikarenakan LED terbuat dari bahan semikonduktor yang hanya akan mengizinkan arus listrik mengalir ke satu arah dan tidak ke arah sebaliknya. Bila LED diberikan arus terbalik, hanya akan ada sedikit arus yang melewati chip LED. Ini menyebabkan chip LED tidak akan mengeluarkan emisi cahaya. Chip LED pada umumnya mempunyai tegangan rusak yang relatif rendah. Bila diberikan tegangan beberapa volt ke arah terbalik, biasanya sifat isolator searah LED akan jebol menyebabkan arus dapat mengalir ke arah sebaliknya. 15

Tegangan Maju Karakteristik chip LED pada umumnya adalah sama dengan karakteristik diode yang hanya memerlukan tegangan tertentu untuk dapat beroperasi. Namun bila diberikan tegangan yang terlalu besar, LED akan rusak walaupun tegangan yang diberikan adalah tegangan maju. Tegangan yang diperlukan sebuah diode untuk dapat beroperasi adalah tegangan maju (Vf). Sirkuit LED Sirkuit

LED

dapat

didesain

dengan

cara

menyusun

LED

dalam

posisi seri maupun paralel. Bila disusun secara seri, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah tegangan yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian tadi. Namun bila LED diletakkan dalam keadaan paralel, maka yang perlu diperhatikan adalah jumlah arus yang diperlukan seluruh LED dalam rangkaian ini. Menyusun LED dalam rangkaian seri akan lebih sulit jika warna LED berbeda-beda, karena tiap warna LED yang berlainan mempunyai tegangan maju (Vf) yang berbeda. Perbedaan ini akan menyebabkan bila jumlah tegangan yang diberikan oleh sumber daya listrik tidak cukup untuk membangkitkan chip LED, maka beberapa LED akan tidak menyala. Sebaliknya, bila tegangan yang diberikan terlalu besar akan berakibat kerusakan pada LED yang mempunyai tegangan maju relatif rendah. Pada umumnya, LED yang disusun secara seri harus mempunyai tegangan maju yang sama atau paling tidak tak berbeda jauh supaya rangkaian LED ini dapat bekerja secara baik. Jika LED digunakan untuk indikator pada voltase lebih tinggi dari operasinya, LED dapat dirangkai seri dengan resistor untuk menyesuaikan arus agar tidak melampaui batas arus maksimum LED, kalau arus maksimum terlampaui LED jadi rusak. Substrat LED Pengembangan LED dimulai dengan alat inframerah dan merah dibuat dengan gallium arsenide. Perkembagan dalam ilmu material telah memungkinkan produksi alat dengan panjang gelombang yang lebih pendek, menghasilkan cahaya dengan warna bervariasi. LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi, menghasilkan warna sebagai berikut: 

aluminium gallium arsenide (AlGaAs) - merah dan inframerah



gallium aluminium phosphide – hijau

16



gallium

arsenide/phosphide (GaAsP)

-

merah,

oranye-merah, oranye,

dan kuning 

gallium nitride (GaN) - hijau, hijau murni (atau hijau emerald), dan biru



gallium phosphide (GaP) - merah, kuning, dan hijau



zinc selenide (ZnSe) – biru



indium gallium nitride (InGaN) - hijau kebiruan dan biru



indium gallium aluminium phosphide - oranye-merah, oranye, kuning, dan hijau



silicon carbide (SiC) – biru



diamond (C) – ultraviolet



silicon (Si) - biru (dalam pengembangan)



sapphire (Al2O3) - biru

Gambar 4.2 RGB LED

C. Prinsip Kerja 1) Ketika perangkat bias maju, elektron melintasi persimpangan P-N dari bahan tipen dan bergabung kembali dengan lubang di bahan tipe-p. 2) Karena elektron pada pita konduksi berada pada LED tingkat energi yang lebih tinggi daripada lubang di pita valensi, ketika rekombinasi terjadi, energi dilepaskan dalam bentuk panas dan cahaya. 3) Permukaan terbuka besar pada satu lapisan LED memungkinkan foton untuk dipancarkan sebagai cahaya, disebut electroluminescence.

17

Gambar 4.3 Gejala Eletroluminescence

Gambar 4.4 Electroluminescence pada LED

D. Penggunaan Penggunaan LED termasuk dalam empat kategori utama : 1) Sinyal visual di mana cahaya masuk kurang lebih langsung dari sumber ke mata manusia, untuk menyampaikan pesan atau makna. 2) Penerangan di mana cahaya dipantulkan dari objek untuk memberikan respons visual dari objek-objek ini. 3) Mengukur dan berinteraksi dengan proses yang tidak melibatkan visi manusia. 4) Sensor cahaya pita sempit tempat LED beroperasi dalam mode bias terbalik dan merespons cahaya datang, alih-alih memancarkan cahaya.

18

Gambar 4.5 Rangkaian dan Grafik Kerja LED

5. Varactor Diodes (Varicap Diodes) A. Pengertian Diode Varactor adalah Diode yang mempunyai sifat kapasitas berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diberikannya. Sesuai dengan sifatnya ini, Diode Varactor juga disebut dengan Diode Kapasitas Variabel atau Varicap Diode (Variable Capacitance Diode). Diode Varactor pada umumnya digunakan pada rangkaian yang berkaitan dengan Frekuensi seperti pada rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscillator), VFO (Variable Frequency Oscillator), RF Filter (Tapis Frekuensi Radio), PLL Oscilator (Phase-Locked Loop Oscillator), Tuner Radio dan Tuner Televisi. Rangkaian-rangkaian Elektronika ini dapat ditemukan pada perangkat-perangkat Elektronika seperti Ponsel, Radio Penerima, Radio Pemancar dan Televisi.

Gambar 5.1 Simbol dan Karakteristik Varactor Diodes Diode Varactor pertama kali dikembangkan oleh Pacific Semiconductor yaitu sebuah anak perusahaan dari Ramo Wooldridge Corporation yang memperoleh hak paten Diode Varaktor pada tahun 1961. 19

Gambar 5.2 Konstruksi Varactor Diodes

B. Prinsip Kerja Diode Varactor pada umumnya terbuat dari bahan Semikonduktor Silikon dengan Sambungan PN yang dirancang khusus untuk memiliki sifat kapasitansi pada rangkaian bias balik (reverse bias) seperti Diode Zener. Dalam penggunaannya, Terminal Katoda Diode Varactor akan dihubungkan ke tegangan positif (+) sedangkan terminal Anoda-nya dihubungkan ke tegangan negatif (-). Jika terjadi perubahan beda potensial diantara terminal Katoda dan Anoda yang melebihi breakdown atau tegangan tembus Diode Varactor, maka daerah deplesi pada sambungan semikonduktor tipe P dan tipe N dalam Diode Varaktor tersebut akan terjadi perubahan lebar. Semakin tinggi tegangan terbalik (Reverse Bias) yang diberikan pada Diode Varaktor, semakin lebar pula daerah deplesi pada sambungan semikonduktor tersebut yang mengakibatkan semakin rendahnya nilai kapasitansi. Sebaliknya, jika Diode Varaktor menerima tegangan terbalik atau reverse bias yang rendah, maka deplesi akan menyempit sehingga nilai kapasitansi menjadi lebih tinggi.

Gambar 5.3 Rangkaian Varactor Diodes

20

Gambar 5.4 Hubungan Reverse Bias dengan Kapasitansi Varactor Diodes

C. Spesifikasi Dalam memilih Diode Varactor (Varikap), beberapa spesifikasi Diode Varactor yang harus diperhatikan adalah : 

Minimum Voltage Breakdown (contoh : 12V, 14V, 25V, 30V)



Power Dissipation (contoh : 225mW, 300mW, 330mW)



Nominal Kapasitansi Diode Varactor (contoh : 2.8pF, 22pF, 33pF, 47pF, 100pF)



Maximum Peak Current (contoh : 4mA, 300mA, 500mA, 1A)

6. Photodiodes A. Pengertian Photodiode atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Diode Foto adalah komponen Elektronika yang dapat mengubah cahaya menjadi arus listrik. Diode Foto merupakan komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan tergolong dalam keluarga Diode. Seperti Diode pada umumnya, Photodiode atau Diode Foto ini memiliki dua kaki terminal yaitu kaki terminal Katoda dan kaki terminal Anoda, namun Diode Foto memiliki Lensa dan Filter Optik yang terpasang dipermukaannya sebagai pendeteksi cahaya. Cahaya yang dapat dideteksi oleh Diode Foto diantaranya seperti Cahaya Matahari, Cahaya Tampak, Sinar Inframerah, Sinar Ultra-violet hingga sinar X. Oleh karena itu, Photodiode atau Diode Foto yang dapat mendeteksi berbagai Cahaya ini telah banyak diaplikasikan ke berbagai perangkat Elektronika dan listrik seperti Penghitung Kendaraan, Sensor Cahaya Kamera, Alat-alat medis, Scanner Barcode dan peralatan keamanan.

21

Gambar 6.1 Photodiodes

Gambar 6.2 Rangkaian Photodiodes

B. Bahan-bahan Semikonduktor pada Photodiodes Bahan Semikonduktor yang biasanya digunakan sebagai bahan dasar Photodiode adalah Silikon (Si), Germanium (Ge), Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP), Indium gallium arsenide (InGaAs). 

Silikon (Si) : Arus Gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 400nm hingga 1000nm (terbaik di jarak 800nm – 900nm)



Germanium (Ge) : Arus Gelap lebih tinggi, berkecepatan rendah, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1600nm (terbaik di jarak 1400nm – 1500nm)



Indium gallium arsenide phosphide (InGaAsP) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 1000nm – 1350nm (terbaik di jarak 1100nm – 1300nm)



Indium gallium arsenide (InGaAs) : Mahal, arus gelap rendah, berkecepatan tinggi, kepekaan (sensitivitas) baik di jarak sekitar 900nm – 1700nm (terbaik di jarak 1300nm – 1600nm) 22

C. Prinsip Kerja Photodiode terdiri dari satu lapisan tipis semikonduktor tipe-N yang memiliki kebanyakan elektron dan satu lapisan tebal semikonduktor tipe-P yang memiliki kebanyakan hole. Lapisan semikonduktor tipe-N adalah Katoda sedangkan lapisan semikonduktor tipe-P adalah Anoda.

Gambar 6.3 Photodiodes sebagai Sensor Saat Photodiode terkena cahaya, Foton yang merupakan partikel terkecil cahaya akan menembus lapisan semikonduktor tipe-N dan memasuki lapisan semikonduktor tipeP. Foton-foton tersebut kemudian akan bertabrakan dengan elektron-elektron yang terikat sehingga elektron tersebut terpisah dari intinya dan menyebabkan terjadinya hole. Elektron terpisah akibat tabrakan dan berada dekat persimpangan PN (PN junction) akan menyeberangi persimpangan tersebut ke wilayah semikonduktor tipe-N. Hasilnya, Elektron akan bertambah di sisi semikonduktor N sedangkan sisi semikonduktor P akan kelebihan Hole. Pemisahan muatan positif dan negatif ini menyebabkan perbedaan potensial pada persimpangan PN. Ketika kita hubungkan sebuah beban ataupun kabel ke Katoda (sisi semikonduktor N) dan Anoda (sisi semikonduktor P), Elektron akan mengalir melalui beban atau kabel tersebut dari Katoda ke Anoda atau biasanya kita sebut sebagai aliran arus listrik.

23

Gambar 6.4 Grafik Kerja Photodiodes

D. Model Pengoperasian Terdapat dua model pengoperasian pada Photodiode, yaitu dengan model Photovoltaic dan model Photoconductive. 1) Model Photovoltaic Seperti Sel Surya (Solar Sel), Photodiode juga dapat menghasilkan tegangan yang dapat diukur. Namun tegangan dan arus listrik yang dihasilkannya sangat kecil dan tidak cukup untuk menyala sebuah lampu maupun perangkat elektronika. 2) Model Photoconductive Karena tidak dapat menghasilkan arus listrik yang cukup untuk kebutuhan rangkaian elektronika, maka biasanya Photodiode digabungkan dengan sumber tegangan yang dipasangkan secara bias terbalik (reversed biased voltage). Model Photoconductive ini menggunakan Sumber tegangan lain sebagai penggerak beban atau rangkaian Elektronika, sedangkan Photodiode sendiri berfungsi sebagai Saklar (Switch) yang mengalirkan arus listrik ketika dikenakan cahaya.

7. Schottky Diodes A. Pengertian Diode Schottky (diambil dari nama seorang ahli fisika Jerman Walter H. Schottky; juga dikenal sebagai diode pembawa panas) adalah diode semikonduktor dengan tegangan rendah.

24

Gambar 7.1 Simbol Schottky Diodes

B. Konstruksi Diode Schottky adalah tipe khusus dari diode dengan tegangan yang rendah. Ketika arus mengalir melalui diode akan ditahan oleh hambatan internal, yang menyebabkan tegangannya menjadi kecil di terminal diode. Diode normal antara 0.7-1.7 volt, sementara diode Schottky tegangan kira-kira antara 0.15-0.45 volt.

Gambar 7.2 Konstruksi Schottky Diodes Diode Schottky menggunakan simpangan logam semikonduktor sebagai sawar Schottky (dari sebuah simpangan semikonduktor-semikonduktor seperti dalam diode konvensional). Sawar Schottky ini dihasilkan dengan waktu kontak yang sangat cepat dan tegangan yang rendah.

25

Gambar 7.3 Perbandingan Grafik Kerja P-N Junction dan Schottky Diodes Perbedaan yang paling penting antara p-n dan diode Schottky adalah dari membalikkannya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam diode p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari 100 nano-detik untuk diode cepat.

C. Aplikasi 1) Voltage Clamping (Menjepit Tegangan) Sementara diode silikon standar memiliki penurunan tegangan maju sekitar 0,6 V dan diode germanium 0,2 V, penurunan tegangan diode Schottky pada bias maju sekitar 1 mA berada dalam kisaran 0,15 V hingga 0,46 V (lihat 1N5817 dan 1N5711), yang membuatnya berguna dalam aplikasi penjepitan tegangan dan pencegahan saturasi transistor. Ini disebabkan oleh kepadatan arus yang lebih tinggi di diode Schottky. 2) Reverse Current dan Discharge Protection Karena penurunan tegangan maju rendah diode Schottky; lebih sedikit energi yang terbuang sebagai panas, menjadikannya pilihan paling efisien untuk aplikasi yang peka terhadap efisiensi. Sebagai contoh, mereka digunakan dalam sistem photovoltaic (PV) yang berdiri sendiri ("off-grid") untuk mencegah baterai “discharge” dari pemakaian melalui panel surya pada malam hari, yang disebut "blocking diode". Diode ini juga digunakan dalam sistem yang terhubung ke jaringan dengan beberapa string yang terhubung secara paralel, untuk mencegah arus balik mengalir dari string yang berdekatan melalui string yang diarsir jika "bypass diode" gagal. 3) Switched-mode Power Supplies Diode Schottky juga digunakan sebagai penyearah dalam catu daya mode-aktif. Tegangan maju yang rendah dan waktu pemulihan yang cepat menghasilkan peningkatan 26

efisiensi. Diode ini juga dapat digunakan dalam rangkaian catu daya "ATAU" pada produk yang memiliki baterai internal dan input adaptor listrik, atau serupa. Namun, arus bocor balik yang tinggi menimbulkan masalah dalam kasus ini, karena sirkuit pengindera tegangan impedansi tinggi (misalnya, memantau tegangan baterai atau mendeteksi apakah ada adaptor listrik) akan melihat tegangan dari sumber daya lain melalui diode. 4) Sample-and-Hold Circuits Diode Schottky dapat digunakan dalam sampel berbasis diode-jembatan dan menahan sirkuit. Jika dibandingkan dengan jembatan diode berbasis persimpangan p-n biasa, diode Schottky dapat menawarkan keuntungan. Diode Schottky yang condong ke depan tidak memiliki penyimpanan biaya operator minoritas. Ini memungkinkan mereka untuk beralih lebih cepat daripada diode biasa, menghasilkan waktu transisi yang lebih rendah dari sampel ke langkah tahan. Tidak adanya penyimpanan muatan operator minoritas juga menghasilkan langkah penahanan yang lebih rendah atau kesalahan pengambilan sampel, menghasilkan sampel yang lebih akurat pada output.

8. Tunnel Diodes (Diode Terowongan) A. Pengertian Tunnel Diodes (Diode Terowongan) atau Diode Esaki adalah jenis diode semikonduktor yang memiliki hambatan negatif karena efek mekanika kuantum yang disebut tunneling. Itu ditemukan pada Agustus 1957 oleh Leo Esaki, Yuriko Kurose, dan Takashi Suzuki ketika mereka bekerja di Tokyo Tsushin Kogyo, sekarang dikenal sebagai Sony.

27

Gambar 8.1 Simbol Tunnel Diodes Diode terowongan memiliki persimpangan p-n yang sangat didoping dengan lebar sekitar 10 nm (100 Å). Hasil doping berat dalam celah pita rusak, di mana keadaan elektron pita konduksi pada sisi-n lebih atau kurang sejajar dengan keadaan lubang pita valensi pada sisi-p. Mereka biasanya terbuat dari germanium, tetapi juga bisa dibuat dari gallium arsenide dan bahan silikon. Resistansi diferensial negatif pada sebagian rentang operasi memungkinkan mereka berfungsi sebagai osilator dan amplifier, dan dalam switching sirkuit menggunakan histeresis. Mereka juga digunakan sebagai konverter frekuensi dan detektor. Kapasitansinya yang rendah memungkinkan mereka berfungsi pada frekuensi gelombang mikro, di atas kisaran diode dan transistor biasa.

28

Gambar 8.2 Penggunaan Tunnel Diodes pada Perangkat Diode terowongan tidak banyak digunakan karena daya outputnya yang rendah; output RF mereka terbatas hingga beberapa ratus miliwatt karena ayunan tegangan kecil mereka. Namun, dalam beberapa tahun terakhir, perangkat baru yang menggunakan mekanisme tunneling telah dikembangkan. Resonant-Tunneling Diode (RTD) telah mencapai beberapa frekuensi tertinggi dari setiap osilator keadaan padat. Jenis lain dari diode terowongan adalah diode metal–insulator–metal (MIM) tetapi aplikasi yang sekarang tampaknya terbatas pada lingkungan penelitian karena sensitivitas yang melekat. Ada juga diode metal–insulator–insulator–metal

(MIIM)

di

mana

lapisan

isolator

tambahan

memungkinkan "step tunneling" untuk kontrol diode yang tepat.

B. Prinsip Kerja 1) Forward Bias Operation Di bawah operasi bias maju normal, ketika tegangan mulai meningkat, elektron pada terowongan pertama melalui penghalang persimpangan p-n yang sangat sempit dan mengisi keadaan elektron dalam pita konduksi pada sisi-n yang menjadi sejajar dengan keadaan lubang pita valensi kosong pada sisi-p di samping persimpangan pn. Ketika tegangan meningkat lebih lanjut, keadaan ini menjadi semakin tidak selaras, dan akhirnya arus turun. Ini disebut hambatan diferensial negatif karena arus berkurang dengan meningkatnya tegangan. Dengan meningkatnya tegangan, diode mulai beroperasi sebagai diode normal, di mana elektron berjalan dengan konduksi melintasi persimpangan p-n, dan tidak lagi dengan melakukan tunneling melalui penghalang persimpangan p-n. Wilayah operasi yang paling penting untuk diode terowongan adalah wilayah resistan negatif. Grafiknya berbeda dari diode persimpangan p-n normal.

29

2) Reverse Bias Operation Ketika digunakan dalam arah sebaliknya, diode terowongan disebut diode balik (atau backward diode) dan dapat bertindak sebagai penyearah cepat dengan tegangan offset nol dan linearitas ekstrim untuk sinyal daya (mereka memiliki karakteristik hukum persegi yang akurat dalam arah sebaliknya). Di bawah bias terbalik, keadaan terisi pada sisi-p menjadi semakin sejajar dengan keadaan kosong di sisi-n, dan elektron sekarang terowongan melalui penghalang persimpangan p-n dalam arah terbalik.

Gambar 8.3 Grafik Kerja Tunnel Diodes

9. Laser Diodes Laser diode, (LD), injection laser diode (ILD), atau diode laser adalah perangkat semikonduktor yang mirip dengan diode pemancar cahaya di mana sinar laser dibuat di persimpangan diode. Laser diode adalah jenis laser yang paling umum diproduksi, dengan berbagai macam kegunaan yang mencakup komunikasi serat optik, pembaca barcode, laser pointer, CD/DVD/Blu-ray disc reading/recording, laser printing, laser scanning, dan penerangan sinar cahaya . Diode laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja diode ini sama seperti diode lainnya yaitu melalui sirkuit dari rangkaian elektronika, yang terdiri dari jenis p dan n. Pada kedua jenis ini sering dihasilkan 2 tegangan, yaitu: 1) Biased Forward, arus dihasilkan searah dengan nilai 0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang di atas ( + ).

30

2) Backforward Biased, ini merupakan tegangan berbalik yang dapat merusak suatu komponen elektronika

Gambar 9.1 Laser Diodes dan Strukturnya

Gambar 9.2 Prinsip Kerja Laser Diodes

10. Avalanche Diodes (Diode Longsoran) A. Pengertian Dalam elektronik, avalanche diode adalah diode (terbuat dari silikon atau semikonduktor lainnya) yang dirancang untuk mengalami kerusakan longsoran pada tegangan balik bias tertentu.

Gambar 10.1 Avalanche Diodes dan Simbolnya 31

B. Prinsip Kerja Persimpangan diode longsoran dirancang untuk mencegah konsentrasi arus dan menghasilkan hot spot, sehingga diode tidak rusak oleh kerusakan. Kerusakan longsoran disebabkan oleh pembawa minoritas yang terakselerasi cukup untuk membuat ionisasi dalam kisi kristal, menghasilkan lebih banyak pembawa yang pada gilirannya menciptakan lebih banyak ionisasi. Karena kerusakan longsoran seragam di seluruh persimpangan, tegangan breakdown hampir konstan dengan perubahan arus bila dibandingkan dengan diode non-longsoran salju.

Gambar 10.2 Konstruksi Avalanche Diodes

Gambar 10.3 Grafik Kerja Avalanche Diodes

32

C. Penggunaan 1) Referensi Tegangan Tegangan setelah kerusakan hanya bervariasi sedikit dengan perubahan arus. Ini membuat avalanche diode bermanfaat sebagai jenis referensi tegangan. Diode referensi tegangan yang diberi nilai lebih dari sekitar 5,5 volt umumnya adalah avalanche diode. 2) Perlindungan Aplikasi yang umum adalah untuk melindungi sirkuit elektronik dari kerusakan tegangan tinggi. Diode longsoran terhubung ke sirkuit sehingga bias terbalik. Dengan kata lain, katodanya positif sehubungan dengan anoda. Dalam konfigurasi ini, diode tidak berfungsi dan tidak mengganggu sirkuit. Jika tegangan meningkat melebihi batas desain, diode mengalami kerusakan longsoran, menyebabkan tegangan berbahaya dilakukan ke ground. Ketika digunakan dengan cara ini, diode ini sering disebut sebagai diode penjepit atau penekan tegangan transien karena mereka memperbaiki atau "menjepit" tegangan maksimum ke tingkat yang telah ditentukan. Avalanche diode biasanya ditentukan untuk peran ini oleh tegangan penjepit mereka VBR dan jumlah maksimum energi transien yang dapat mereka serap, ditentukan oleh energi mana pun (dalam joule) 3) Radio-frequency noise generation Diode longsoran menghasilkan kebisingan frekuensi radio. Mereka umumnya digunakan sebagai sumber kebisingan di peralatan radio dan generator nomor acak perangkat keras. Misalnya, diode ini sering digunakan sebagai sumber RF untuk jembatan antena penganalisa. Diode longsoran juga dapat digunakan sebagai generator white noise. 4) Pembangkitan frekuensi gelombang mikro (Microwave frequency generation) Jika ditempatkan ke dalam rangkaian resonansi, diode longsoran dapat bertindak sebagai perangkat resistansi negatif. Diode IMPATT adalah diode longsoran yang dioptimalkan untuk menghasilkan frekuensi.

11. Impatt Diodes (Microwave Diode) A. Penggunaan IMPact ionization Avalanche Transit Time (IMPATT) diode adalah bentuk diode semikonduktor daya tinggi yang digunakan dalam perangkat elektronik gelombang mikro frekuensi tinggi. Tipe ini memiliki resistensi negatif dan digunakan sebagai osilator untuk menghasilkan gelombang mikro serta amplifier. Beroperasi pada frekuensi antara sekitar 3 dan 100 GHz atau lebih. Keuntungan utama adalah kemampuan daya tingginya; diode IMPATT tunggal dapat menghasilkan output microwave kontinu hingga 3 kilowatt, dan 33

pulsed output (output berdenyut) dari kekuatan yang jauh lebih tinggi. Diode ini digunakan dalam berbagai aplikasi dari sistem radar berdaya rendah hingga proximity alarm. Kelemahan utama menggunakan diode IMPATT adalah tingginya tingkat kebisingan fase yang dihasilkan. Hal ini merupakan hasil dari sifat statistik dari avalanche process (proses longsoran salju). Dalam banyak hal, diode IMPATT adalah diode yang tidak biasa karena mampu memberikan sinyal RF daya tinggi pada frekuensi gelombang mikro menggunakan struktur yang tidak jauh berbeda dari P-N junction dasar. Biasanya alat ini digunakan pada banyak perangkat termasuk : 1) Alarm 2) Detektor dengan teknologi RF 3) Radar

Gambar 11.1 Impatt Diode dan Rangkaiannya

Gambar 11.2 Struktur Impatt Diodes

B. Prinsip Kerja Diode microwave IMPATT bergantung pada efek resistansi negatif yang disebabkan oleh waktu transit operator. Ketika resistansi negatif terjadi, mengurangi tegangan meningkatkan arus dan sebaliknya. Resistansi negatif ini memungkinkan diode untuk bertindak sebagai osilator, menciptakan sinyal pada frekuensi gelombang mikro. 34

Diode IMPATT membutuhkan tegangan yang relatif tinggi untuk operasinya. Seringkali ini mungkin setinggi 70 volt atau mungkin lebih. Seiring dengan noise fase, ini dapat membatasi aplikasi di mana diode dapat digunakan. Namun demikian diode IMPATT adalah pilihan yang sangat menarik untuk diode gelombang mikro untuk banyak bidang. Jika sebuah elektron bebas dengan energi yang cukup menghantam atom silikon, ia dapat memutus ikatan kovalen silikon dan membebaskan elektron dari ikatan kovalen. Jika elektron yang dibebaskan memperoleh energi dengan berada di medan listrik dan membebaskan elektron lain dari ikatan kovalen lainnya, maka proses ini dapat mengalir sangat cepat menjadi reaksi berantai yang menghasilkan electron dalam jumlah besar dan aliran arus yang besar. Fenomena ini disebut avalanche breakdown. Pada saat breakdown, n-region dilubangi dan membentuk wilayah longsor pada diode (avalanche region of the diode). Daerah resistivitas tinggi adalah zona drift di mana longsoran elektron yang dihasilkan bergerak ke arah anoda. Dengan peningkatan lebih lanjut dalam t, tegangan AC menjadi negatif, dan medan di daerah longsoran turun di bawah nilai kritisnya. Elektron di daerah longsoran kemudian diinjeksikan ke zona drift yang menginduksi arus di sirkuit eksternal yang memiliki fase berlawanan dengan tegangan AC. Oleh karena itu, medan AC menyerap energi dari elektron yang melayang ketika diperlambat oleh medan yang menurun. Jelas bahwa pergeseran fasa yang ideal antara arus diode dan sinyal AC tercapai jika ketebalan zona drift sedemikian rupa sehingga kumpulan elektron dikumpulkan pada n + - anoda pada saat tegangan AC ke nol. Kondisi ini dicapai dengan membuat panjang daerah drift sama dengan panjang gelombang sinyal. Situasi ini menghasilkan pergeseran fasa tambahan 90 ° antara tegangan AC dan arus diode.

Gambar 11.3 Daerah pada Impatt Diodes

35

Gambar 11.4 Karakteristik Kerja Impatt Diodes

12. Gunn Diodes A. Pengertian Gunn diode, juga dikenal sebagai perangkat elektron yang ditransfer / Transferred Electron Device (TED), adalah bentuk diode, komponen elektronik semikonduktor pasif dua terminal, dengan resistansi negatif, yang digunakan dalam elektronik frekuensi tinggi. Ini didasarkan pada "efek Gunn" yang ditemukan pada tahun 1962 oleh fisikawan J. B. Gunn. Penggunaan terbesarnya adalah osilator elektronik untuk menghasilkan gelombang mikro, dalam aplikasi seperti radar speed gun, pemancar tautan data relai gelombang mikro, dan pembuka pintu otomatis.

Gambar 12.1 Gunn Diode serta Simbolnya

B. Konstruksi Konstruksi internalnya tidak seperti diode lain karena ia hanya terdiri dari bahan semikonduktor ber-N, sedangkan sebagian besar diode terdiri dari daerah ber-P dan N. Oleh karena itu tidak melakukan hanya dalam satu arah dan tidak dapat memperbaiki arus bolakbalik seperti diode lain, itulah sebabnya beberapa sumber tidak menggunakan istilah diode tetapi lebih memilih TED. Dalam gunn diode, ada tiga wilayah: dua di antaranya sangat

36

didoping-N pada setiap terminal, dengan lapisan tipis bahan n-didoping ringan di antaranya.

Gambar 12.2 Konstruksi dan Rangkaian Gunn Diodes

C. Prinsip Kerja Ketika tegangan diterapkan ke perangkat, gradien listrik akan menjadi membesar di lapisan tengah yang tipis. Jika tegangan meningkat, arus melalui lapisan pertama akan meningkat, tetapi akhirnya, pada nilai medan yang lebih tinggi, sifat konduktif lapisan tengah diubah, meningkatkan resistivitasnya, dan menyebabkan arus turun. Ini berarti gunn diode memiliki daerah resistansi diferensial negatif dalam kurva karakteristik teganganarusnya, di mana peningkatan tegangan yang diterapkan, menyebabkan penurunan arus. Properti ini memungkinkannya untuk menguatkan, berfungsi sebagai penguat frekuensi radio, namun menjadi tidak stabil dan terombang-ambing ketika bias dengan tegangan DC.

Gambar 12.3 Grafik Kerja Gunn Diodes

37

D. Penggunaan Karena memiliki kemampuan frekuensi tinggi, gunn diode terutama digunakan pada frekuensi microwave dan di atasnya. Diode ini dapat menghasilkan beberapa daya keluaran tertinggi dari setiap perangkat semikonduktor pada frekuensi ini. Penggunaannya yang paling umum adalah dalam osilator, tetapi tipe ini juga digunakan dalam penguat gelombang mikro untuk memperkuat sinyal. Karena diode adalah perangkat satu port (dua terminal), sirkuit amplifier harus memisahkan sinyal yang diperkuat keluar dari sinyal input yang masuk untuk mencegah kopling. Satu rangkaian yang umum adalah amplifier refleksi yang menggunakan sirkulator untuk memisahkan sinyal. Sebuah tee bias diperlukan untuk mengisolasi arus bias dari osilasi frekuensi tinggi.

13. Vacuum Diodes A. Pengertian Pada tahun 1904, Sir John Ambrose Fleming menemukan tabung vakum pertama yang disebut diode vakum. Ini juga disebut Fleming valve atau tabung termionik. Vacuum diode adalah perangkat elektronik yang memungkinkan arus listrik dalam satu arah (katoda ke anoda) dan memblokir arus listrik ke arah lain (anoda ke katoda). Vakum diode adalah bentuk paling sederhana dari tabung vakum. Terdiri dari dua elektroda, katoda, dan anoda atau pelat. Katoda memancarkan elektron bebas. Karenanya, ini disebut sebagai emitor. Anoda mengumpulkan elektron bebas. Karenanya, disebut sebagai kolektor.

Gambar 13.1 Simbol Vacuum Diodes

B. Prinsip Kerja Jumlah elektron bebas yang dipancarkan oleh katoda tergantung pada dua factor yaitu jumlah panas yang diterapkan dan fungsi kerja. 38

Jika lebih banyak jumlah panas diterapkan, semakin banyak jumlah elektron bebas yang dipancarkan. Demikian pula, jika lebih sedikit jumlah panas yang diterapkan, lebih sedikit jumlah elektron bebas yang dipancarkan. Jumlah minimum energi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron bebas dari logam disebut fungsi kerja. Logam dengan fungsi kerja rendah akan membutuhkan lebih sedikit energi panas untuk memancarkan elektron bebas. Di sisi lain, logam dengan fungsi kerja tinggi akan membutuhkan sejumlah besar energi untuk memancarkan elektron bebas. Oleh karena itu, memilih bahan yang baik akan meningkatkan efisiensi emisi elektron. Pemancar termionik yang paling umum digunakan termasuk katoda berlapis oksida, tungsten, dan tungsten bertori.

Gambar 13.2 Vacuum Diodes pada saat Forward dan Reverse Bias

C. Kesimpulan Oleh karena itu, diode vakum memungkinkan arus listrik dari katoda ke anoda dan tidak memungkinkan arus listrik dari anoda ke katoda. Arah arus listrik satu arah ini memungkinkan diode vakum berfungsi seperti sakelar. Jika anoda atau plat positif terhadap katoda, diode vakum bertindak seperti sakelar tertutup. Di sisi lain, jika anoda negatif terhadap katoda, ia bertindak seperti sakelar terbuka.

14. Crystal Diodes A. Pengertian Suatu bentuk electronic check valve, Diode kristal menggunakan bahan semikonduktor yang memungkinkan elektron lewat dalam satu arah, tetapi mencegahnya mengalir pada arah yang berlawanan. Diode kristal terbuat dari silikon atau germanium yang memiliki area yang didoping dengan pengotor yang membuat area-P dan area-N. 39

Gambar 14.1 Crystal Diodes Terbuat dari Germanium

B. Prinsip Kerja Pengoperasian diode kristal tergantung pada tekanan kontak antara kristal semikonduktor dan titik. Ini terdiri dari dua bagian - kristal persegi panjang kecil dari silikon tipe-N dengan satu bagian, dan kawat berilium-tembaga, perunggu-fosfor dan tungsten yang disebut sebagai kawat kumis kucing yang menekan kristal untuk membentuk bagian lain. Untuk membentuk daerah tipe-P di sekitar kristal, arus besar dilewatkan ke kristal silikon dari kumis kucing selama pembuatan diode kristal atau diode titik kontak. Oleh karena itu, persimpangan PN terbentuk dan berperilaku mirip dengan persimpangan PN normal.

Gambar 14.2 Struktur Crystal Diodes Tetapi, karakteristik diode kristal berbeda dari karakteristik diode PN-junction. Dalam kondisi bias maju, resistansi diode kontak titik tinggi dibandingkan dengan diode PNjunction umum. Dalam kondisi bias terbalik, dalam kasus diode kontak titik, aliran arus melalui diode tidak terlepas dari tegangan yang diterapkan pada kristal seperti halnya diode persimpangan. Kapasitansi antara kumis kucing dan kristal kurang dibandingkan dengan kapasitansi diode persimpangan antara kedua sisi diode. Dengan demikian, reaktansi terhadap kapasitansi tinggi dan pada frekuensi tinggi arus kapasitif sangat kecil dalam rangkaian.

40

15. Transient Voltage Suppression Diodes A. Pengertian Diode transient-voltage-suppression (TVS), juga disebut transil atau tirir, adalah komponen elektronik yang digunakan untuk melindungi perangkat elektronik dari lonjakan tegangan yang disebabkan oleh kabel yang tersambung. Ini adalah perangkat penjepit, menekan semua tegangan lebih di atas tegangan tembusnya. Secara otomatis me-reset ketika tegangan lebih hilang, tetapi menyerap lebih banyak transient energy secara internal.

Gambar 15.1 Simbol TVS Diodes

B. Prinsip Kerja Diode transient-voltage-suppression dapat berupa searah atau dua arah. Perangkat searah beroperasi sebagai penyearah dalam arah maju seperti diode longsoran lainnya, tetapi dibuat dan diuji untuk menangani arus puncak yang sangat besar. Diode penekan tegangan transien dua arah dapat diwakili oleh dua diode longsoran yang saling berlawanan secara seri dengan satu sama lain dan terhubung secara paralel dengan rangkaian yang akan dilindungi. Sementara representasi ini akurat secara skematis, perangkat secara fisik sekarang diproduksi sebagai komponen tunggal. Diode penekan tegangan transien dapat merespons tegangan berlebih lebih cepat daripada komponen perlindungan tegangan berlebih umum lainnya seperti varistor atau tabung pengeluaran gas / Gas Discharge Tubes (GDT). Penjepitan yang sebenarnya terjadi kira-kira dalam satu picosecond, tetapi dalam rangkaian praktis induktansi kabel yang 41

mengarah ke perangkat membebankan batas yang lebih tinggi. Hal ini membuat diode penekan tegangan transien berguna untuk perlindungan terhadap transien tegangan yang sangat cepat dan sering merusak. Transien tegangan berlebih cepat ini ada di semua jaringan distribusi dan dapat disebabkan oleh peristiwa internal atau eksternal, seperti petir atau putaran motor.

Gambar 15.2 TVS Diodes dengan Rangkaiannya

16. Gold Doped Diodes Sebagai dopan, emas (atau platinum) bertindak sebagai pusat rekombinasi, yang membantu rekombinasi cepat dari pembawa minoritas. Ini memungkinkan diode untuk beroperasi pada frekuensi sinyal, dengan mengorbankan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi. Diode dop emas lebih cepat daripada diode p-n lainnya (tetapi tidak secepat diode Schottky). Diode ini juga memiliki kebocoran arus balik yang lebih sedikit daripada diode Schottky (tetapi tidak sebagus diode p-n lainnya). Contoh khas adalah 1N914.

Gambar 16.1 Diode dengan Dop Emas

42

17. Super Barrier Diodes Super barrier diode adalah diode penyearah yang menggabungkan penurunan tegangan maju rendah diode Schottky dengan kemampuan penanganan lonjakan dan arus bocor balik yang rendah dari diode sambungan p-n normal.

Gambar 17.1 SBR (Super Barrier Rectifier)

18. Point Contact Diodes A. Konstruksi Diode ini dibentuk oleh kontak substrat semikonduktor tipe-N dan kawat tungsten atau fosfor perunggu (kumis kucing). Semikonduktor yang digunakan dalam konstruksi titik kontak diode dapat berupa silikon atau germanium. Germanium lebih banyak digunakan karena memiliki kemampuan mobilitas pembawa yang lebih tinggi. Dimensi substrat semikonduktor sekitar 1,25 mm persegi dan ketebalannya 0,5 mm. Satu fase substrat semikonduktor disolder ke dasar logam dengan teknik pemanasan frekuensi radio. Luas penampang kawat tungsten atau kumis kucing hanya beberapa meter. Luas ini bergabung dengan semikonduktor tipe-N tetapi fase substrat yang digabung dengan kumis kucing harus berlawanan dengan fase kontak logam. Terminal anoda dan katoda dihubungkan melalui kontak logam.

Gambar 18.1 Struktur Point Contact Diodes 43

B. Prinsip Kerja Ketika bias maju diterapkan ke titik kontak diode arus yang dihasilkan dalam perangkat dilewatkan melalui kumis kucing. Karena ini, kawat tungsten menjadi panas. Karena pemanasan ini, kawat mengalami deformasi. Dengan demikian, celah kecil sengaja dibiarkan untuk ekspansi kawat di bawah arus besar. Ketika kawat menjadi panas, semikonduktor yang bersentuhan dengan kawat juga menjadi panas. Karena ini, ia akan meleleh dan atom dari kumis diteruskan ke kristal semikonduktor. Dengan demikian, kumis bertindak sebagai semikonduktor tipe-P. Oleh karena itu, P-N Junction terbentuk tetapi area persimpangan sangat kecil. Dapat diasumsikan sebagai persimpangan runcing.

Gambar 18.2 Prinsip Kerja Point Contact Diodes Meskipun persimpangan tidak dapat dilihat dengan jelas karena ukuran persimpangan sangat kecil, ini dapat dianggap sebagai persimpangan titik. Seluruh perangkat tertutup kaca atau amplop keramik. Selain itu, struktur pendukung disediakan untuk semikonduktor tipe-N dan kumis kucing untuk memberikan kekuatan mekanis pada perangkat. Kapasitansi persimpangan dan kapasitansi yang tersebar dalam diode ini sangat kecil yaitu sekitar 0,1 hingga 1pF. Ini karena area kontak antara kawat dan media tipe-N sangat kecil. Karena area persimpangan yang kecil, kepadatan pembawa muatan di dekat persimpangan sangat rendah. Dengan demikian, penyimpanan dengan biaya rendah memberikannya kemampuan untuk beralih dengan cepat.

44

Gambar 18.3 Rangkaian Ekuivalen dari Point Contact Diodes

19. Peltier Diodes (Thermal Diodes) A. Pengertian Istilah "diode termal" kadang-kadang digunakan untuk perangkat (mungkin non-listrik) yang memungkinkan panas mengalir secara istimewa dalam satu arah. Atau, istilah tersebut dapat digunakan untuk menggambarkan diode listrik (semikonduktor) sehubungan dengan efek atau fungsi termal. Atau istilah tersebut dapat digunakan untuk menggambarkan kedua situasi, di mana diode listrik digunakan sebagai pompa panas atau pendingin termoelektrik.

Gambar 19.1 Thermal Diode dan Prinsip Kerjanya

B. Prinsip Kerja Ada dua tipe. Satu, menggunakan semikonduktor atau logam yang kurang efisien, yaitu termokopel, bekerja pada prinsip-prinsip efek Peltier-Seebeck. Yang lainnya bergantung pada tabung vakum dan prinsip-prinsip emisi termionik. Diode termal dalam pengertian ini adalah perangkat yang ketahanan termalnya berbeda untuk aliran panas dalam satu arah daripada untuk aliran panas di arah lain. Yaitu, ketika terminal pertama diode termal lebih panas daripada yang kedua, panas akan mengalir 45

dengan mudah dari yang pertama ke yang kedua, tetapi ketika terminal kedua lebih panas dari yang pertama, sedikit panas akan mengalir dari yang kedua ke yang pertama.

C. Penggunaan Perangkat sensor yang tertanam pada mikroprosesor yang digunakan untuk memantau suhu dadu prosesor juga dikenal sebagai "diode termal".Aplikasi diode termal ini didasarkan pada properti diode listrik untuk mengubah tegangan secara linear sesuai dengan suhu. Dengan meningkatnya suhu, tegangan maju diode menurun. Mikroprosesor yang memiliki clock rate tinggi menghadapi beban panas yang tinggi. Untuk memantau batas suhu digunakan diode termal. Diode ini biasanya ditempatkan di bagian inti prosesor di mana suhu tertinggi dijumpai. Tegangan yang dikembangkan melintang bervariasi dengan suhu diode. Semua CPU Intel modern memiliki diode termal on-chip. Diode di CPU memberikan bacaan suhu CPU paling relevan. Diode silikon memiliki ketergantungan suhu -2mV per derajat Celcius. Dengan demikian kita dapat menentukan suhu persimpangan dengan melewatkan arus melalui diode dan kemudian mengukur tegangan yang dikembangkan melintasinya. Selain prosesor, teknologi yang sama banyak digunakan di IC sensor suhu khusus.

20. Silicon Control Rectifier (SCR) A. Pengertian Silicon Controlled Rectifier atau sering disingkat dengan SCR adalah Diode yang memiliki fungsi sebagai pengendali. Berbeda dengan Diode pada umumnya yang hanya mempunyai 2 kaki terminal, SCR adalah diode yang memiliki 3 kaki Terminal. Kaki Terminal ke-3 pada SCR tersebut dinamai dengan Terminal “Gate” atau “Gerbang” yang berfungsi sebagai pengendali (Control), sedangkan kaki lainnya sama seperti Diode pada umumnya yaitu Terminal “Anoda” dan Terminal “Katoda”. Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan salah satu dari anggota kelompok komponen Thyristor. Silicon Controlled Rectifier (SCR) atau Thrystor pertama kali diperkenalkan secara komersial pada tahun 1956. SCR memiliki kemampuan untuk mengendalikan Tegangan dan daya yang relatif tinggi dalam suatu perangkat kecil. Oleh karena itu SCR atau Thyristor sering difungsikan sebagai Saklar (Switch) ataupun Pengendali (Controller) dalam Rangkaian Elektronika yang menggunakan Tegangan / Arus menengah-tinggi (Medium-High Power). Beberapa aplikasi SCR di rangkaian elektronika diantaranya seperi rangkaian Lampu Dimmer, rangkaian Logika, rangkaian osilator, rangkaian chopper, 46

rangkaian pengendali kecepatan motor, rangkaian inverter, rangkaian timer dan lain sebagainya. Pada dasarnya SCR atau Thyristor terdiri dari 4 lapis Semikonduktor yaitu PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) atau sering disebut dengan PNPN Trioda. Terminal “Gate” yang berfungsi sebagai pengendali terletak di lapisan bahan tipe-P yang berdekatan dengan Kaki Terminal “Katoda”. Cara kerja sebuah SCR hampir sama dengan sambungan dua buah bipolar transistor (bipolar junction transistor).

Gambar 20.1 SCR dan Strukturnya

B. Prinsip Kerja Pada prinsipnya, cara kerja SCR sama seperti diode normal, namun SCR memerlukan tegangan positif pada kaki “Gate (Gerbang)” untuk dapat mengaktifkannya. Pada saat kaki Gate diberikan tegangan positif sebagai pemicu (trigger), SCR akan menghantarkan arus listrik dari Anoda (A) ke Katoda (K). Sekali SCR mencapai keadaan “ON” maka selamanya akan ON meskipun tegangan positif yang berfungsi sebagai pemicu (trigger) tersebut dilepaskan. Untuk membuat SCR menjadi kondisi “OFF”, arus maju Anoda-Katoda harus diturunkan hingga berada pada titik Ih (Holding Current) SCR. Besarnya arus Holding atau Ih sebuah SCR dapat dilihat dari datasheet SCR itu sendiri. Karena masing-masing jenis SCR memiliki arus Holding yang berbeda-beda. Namun, pada dasarnya untuk mengembalikan SCR ke kondisi “OFF”, kita hanya perlu menurunkan tegangan maju Anoda-Katoda ke titik Nol.

21. Pin Diodes A. Pengertian PIN diode adalah diode dengan luas, sedikit didoping dekat dengan area semikonduktor yang melekat di tengah semikonduktor tipe-n dan area semikonduktor tipe-p. 47

Area tipe-n dan tipe-p biasanya didoping karena diode ini digunakan untuk kontak ohmik. Area inheren yang luas merumuskan diode PIN penyearah rendah (tujuan umum diode). PIN diode berguna sebagai sakelar RF, attenuator, fotodetektor, pemindah fasa, dan perangkat listrik bertegangan tinggi.

Gambar 21.1 Struktur Pin Diodes

B. Prinsip Kerja Diode PIN beroperasi di bawah apa yang dikenal sebagai injeksi tingkat tinggi. Dengan kata lain, wilayah "i" intrinsik dibanjiri dengan pembawa muatan dari wilayah "p" dan "n". Fungsinya bisa disamakan dengan mengisi ember air dengan lubang di sampingnya. Setelah air mencapai tingkat lubang, air akan mulai mengalir keluar. Demikian pula, diode akan menghantarkan arus begitu elektron dan lubang yang banjir mencapai titik kesetimbangan, di mana jumlah elektron sama dengan jumlah lubang di wilayah intrinsik. Ketika diode bias maju, konsentrasi pembawa yang diinjeksikan biasanya beberapa urutan besarnya lebih tinggi dari konsentrasi pembawa intrinsik. Karena injeksi tingkat tinggi ini, yang pada gilirannya disebabkan oleh proses penipisan, medan listrik meluas sangat dalam (hampir seluruh panjang) ke wilayah tersebut. Medan listrik ini membantu mempercepat transportasi pembawa muatan dari daerah P ke daerah N, yang menghasilkan pengoperasian diode yang lebih cepat, menjadikannya alat yang cocok untuk operasi frekuensi tinggi.

48

Daftar Pustaka

https://www.instructables.com/id/Types-of-Diodes/ https://id.wikipedia.org/wiki/Diode https://id.wikipedia.org/wiki/Diode_Zener https://id.wikipedia.org/wiki/Diode_pancaran_cahaya https://en.wikipedia.org/wiki/Schottky_diode https://en.wikipedia.org/wiki/Tunnel_diode https://teknikelektronika.com/prinsip-kerja-pengertian-diode-varactor-varicap/ https://teknikelektronika.com/pengertian-photodiode-diode-foto-prinsip-kerja-photodiode/ https://en.wikipedia.org/wiki/IMPATT_diode https://en.wikipedia.org/wiki/PIN_diode https://en.wikipedia.org/wiki/Thermal_diode https://en.wikipedia.org/wiki/Transient-voltage-suppression_diode http://en.termwiki.com/EN/crystal_diode_%E2%82%81 https://www.elprocus.com/crystal-diode-circuit-working-with-applications/ https://electronicscoach.com/point-contact-diode.html https://www.physics-and-radio-electronics.com/electronic-devices-and-circuits/vacuumtubes/vacuumdiode.html https://en.wikipedia.org/wiki/Gunn_diode https://en.wikipedia.org/wiki/Avalanche_diode https://en.wikipedia.org/wiki/Laser_diode https://id.wikipedia.org/wiki/Diode_laser http://www.electronicshub.org/basics-and-types-of-diodes/ http://eon.sdsu.edu/~johnston/ME204/Lecture_Notes/Diodes%20and%20Rectifiers.pdf https://learnsolarblog.wordpress.com/2017/09/11/p-n-junction-semikonduktor/ https://teknikelektronika.com/pengertian-scr-silicon-controllled-rectifier-prinsip-kerja-scr/

49