Hubungan Arus Tegangan Pada Dioda

KARAKTERISTIK ARUS-TEGANGAN PADA DIODA

Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n diantara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator. Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk didalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.

      DIODA

Dioda adalah komponen zat padat (solid state) yang paling dasar. Ada banyak tipe dioda menurut karakteristik operasi dan aplikasinya misalnya dioda zener, dioda pemancar cahaya (Light Emitting Diode, LED) dan lain-lain. Dioda adalah devais dua elektroda yang berlaku sebagai konduktor satu arah. Dioda tipe dasar adalah dioda sambungan pn, yang terdiri atas bahan tipe p dan n yang dipisahkan oleh sambungan (junction).

 

 Karakteristik sambungan p-n 

Hubungan arus dan tegangan pada dioda sambungan p-n dinyatakan dengan persamaan:

I = Io (e^V/ηV_T-1)

Dengan Io = arus balik jenuh

              η  = 1 (untuk germanium), merupakan suatu faktor

                  = 2 (untuk silikon)

       VT = T/11600 (kesetaraaan volt dari arus)

             = 0,026 pada suhu kamar T = 300 K

Persamaan diatas adalah relasi Einstein (Widodo,2002:11). 

Bentuk grafik karakteristik volt-ampere yang diberikan oleh persamaan diatas  diperlihatkan pada gambar 4.3a. Untuk V positif yang besar (beberapa kali VT), angka I dalam kurung dapat diabaikan, sehingga arus naik secara eksponensial terhadap tegangan, kecuali si suatu lingkungan yang kecil di titik pangkal. Apabila dioda berprategangan mundur dan /V/ beberapa kali V_T, 1 = -Io (arus balik tetap)  Oleh karena itu Io disebut arus balik jenuh. Bagian lengkungan yang terdiri dari garis patah-patah pada prategangan balik Vz, karakteristik dioda memperlihakan adanya penyimpangan yang menyolok dan mendadak dari persamaan 4.3. Pada tegangan kritis ini arus balik yang besar mengalir dan dikatakan bahwa dioda ini berada dalam daerah dadal (breakdown). Dioda silikon dan germanium mempunyai sejumlah perbedaan yang penting untuk perencanaan rangkaian. Perbedaan karakteristik volt-ampere diperlihatkan pada gambar 4.4 (dengan mengambil contoh dioada germanium 1N270 dan dioda silikon 1N3605). 

 

     

 Suatu ciri yang perlu dicatat pada gambar 4.4, adalah adanya suatu tegangan potong-masuk (cut-in), titik putus (break point) atau ambang (threshold), Vγ. Dibawah tegangan ini, arus sangat kecil. Diatas Vγ arus akan naik sangat cepat. Dari gambar 4.4 terlihat bahwa Vγ kira-kira sama dengan 0,2 V untuk dioda germanum, dan 0,6 V untuk silikon. Referensi lain menggunakan istilah tegangan offset atau tegangan lutut yang besinoarnya sekitar 0,7 V untuk dioda silikon (Malvino,1994:37).

 

Penyearah Setengah Glombang

dioda semi konduktor banyak di gunakan sebagai penyearah. penyearah yang paling sederhana adalah penyearah sebuah dioda.melihat dari namanya maka hanya setengah glombang saja yang akan di searahkan. gambar 28 menunjukan rangkaian penyearah glombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus,Vi=Vm sin ^t(gambar 28(b)) dari persamaan tersebut,Vm merupakan tegangan maksimum. harga Vm ini hanya bisa di ukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada glombangnya. sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah

                    Vm
VEff=Vmrs= . . .=0,707 Vm
                     -2

tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square)adalah tegangan (arus) yang terukur oleh volt meter (ampermeter).karena harga Vm pada umumnya jauh lebih bsar dari pada V- (tegangan cut-in dioda) maka pada pembahasan penyearah ini V- diabaikan prinsip kerja penyearah setengah glombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positif maka dioda dapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (i) pada (c) dari gambar 28

   

  

  

Penyearah Setengah Gelombang 

dioda semi konduktor banyak di gunakan sebagai penyearah.
penyearah yang paling sederhana adalah penyearah sebuah dioda.melihat dari namanya maka hanya setengah glombang saja yang akan di searahkan. gambar 28 menunjukan rangkaian penyearah glombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal ac berbentuk sinus,Vi=Vm sin ^t(gambar 28(b))
dari persamaan tersebut,Vm merupakan tegangan maksimum. harga Vm ini hanya bisa di ukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada glombangnya. sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah
                    Vm
VEff=Vmrs= . . .=0,707 Vm
                     -2
tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square)adalah tegangan (arus) yang terukur oleh volt meter (ampermeter).karena harga Vm pada umumnya jauh lebih bsar dari pada V- (tegangan cut-in dioda) maka pada pembahasan penyearah ini V- diabaikan prinsip kerja penyearah setengah glombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positif maka dioda dapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (i) pada (c) dari gambar 28






untuk penyearah glombang di peroleh
                      Idc .1/2 Im t dt
                      Idc .Im/- - 0,318
tegangan keluaran dc yang berupa turun tegangan dc pada beban adalah :
              Vdc=Idc . RL
apabila harga Rf jauh kecil dari RL, yang berarti Rf bisa di abaikan,maka:
               Vm=Im.RL
sehingga:Vdc .Im.RL/-
              Vdc .Vm/- - 0,318 Vm
apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil untuk memperoleh hasil yang lebih teliti maka tegangan cut in dioda (V-) perlu dipertimbangkan yaitu:
            Vdc .0,318 .Vm & V-
dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah beberapa tegangan maksimum yang harus di tahan oleh dioda ini sering di sebut dengan istilah Piv (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari sekunder trafo berada pada dioda.

 

Karakteristik Maju Pada Dioda.

Apabila pada kutub2 elektroda suatu dioda dikoneksikan dengan sumber-arus dimana kutub positif sumber-arus berkoneksi dengan material P ( anoda ) yaitu terminal A dan Kutub negatif sumber-arus berkoneksi dengan material N ( katoda ) yaitu terminal B maka arus dapat mengalir kuat lewat dioda,ini berarti dioda diberi tegangan-panjar-maju ( forward-bias) atau tegangan-muka maju disebut juga bias-positif.

  

Tegangan pada tegangan–muka maju.

Pada percobaan diatas ( gambar melihat tingkah dioda dipanjar-maju ) bila dioda diberi tegangan–panjar maju melalui resistor maka dioda akan mengalirkan arus,besarnya arus yang mengalir pada dioda bergantung pada tegangan-jepit. Tegangan-jepit itu terbagi antara Resistor dan dioda Dimana :

-         -    kecil saja. Pada dioda tegangan jepit itu hanya

-         -    Pada resistor tegangan jepit itu besar.

Pada posisi tegangan jepit maksimum pembagian tegangan pada Resistor dan Dioda ialah R= 8,4 Volt dan D= 0,6 volt Dikarenakan sebagian besar tegangan jepit praktis seluruhnya pada resistor dan pada dioda hanya kecil saja,dioda bertingkah seperti Hubungan-singkat.

 Bentuk grafik karakteristik maju.

   

Hubungan kuat arus yang mengalir pada dioda dengan tegangan-panjar-maju dioda disebut karakteristik maju dioda. Pada karakteristik maju dioda,tegangan pada dioda dianggap tegangan positif dan arus yang mengalir juga dianggap Positif maka grafik karakteristik maju dioda pada Kuadran I pada sumbu koordinat kartesius. Dimana untuk tegangan pada arah horizontal yaitu sumbu X(= X1). Dimana untuk kuat-Arus pada arah Vertikal yaitu sumbu Y(= Y1). Besarnya tegangan jepit dan kuat arus maksimum yang dikenakan pada suatu dioda berdasarkan ketentuan pabrik pembuatnya,dimana hal itu di lukiskan pada grafik karakteristik maju dioda itu.

Karakteristik Terbalik Pada Dioda.

Pada percobaan diatas bila dioda diberi tegangan–panjar maju melalui resistor maka dioda akan mengalirkan arus,besarnya arus yang mengalir pada dioda bergantung pada tegangan-jepit. Tegangan-jepit itu terbagi antara Resistor dan dioda. Namun apabila suatu dioda dikoneksikan dengan sumber-arus dimana kutub positif sumber-arus berkoneksi dengan material N ( katoda ) dan Kutub negatif sumber-arus berkoneksi dengan material P ( anoda ) maka arus tidak dapat mengalir lewat dioda berarti dioda diberi tegangan-panjar-terbalik ( reverse-bias ) atau tegangan-muka terbalik dan disebut juga bias-negatif.

   

Pembagian Tegangan pada tegangan–panjar terbalik.

Pada percobaan diatas ( gambar melihat tingkah dioda dipanjar-terbalik ) bila dioda diberi tegangan–panjar terbalik melalui resistor maka dioda tidak mengalirkan arus.
Tegangan-jepit itu terbagi antara Resistor dan dioda Dimana :

-          - Pada dioda tegangan jepit itu besar.

-          - Pada resistor tegangan jepit itu hanya kecil saja.

Pada posisi tegangan jepit maksimum pembagian tegangan pada Resistor dan Dioda ialah D= 68,9 Volt dan R= 0,1 volt Dikarenakan sebagian besar tegangan jepit praktis seluruhnya pada dioda dan pada resistor hanya kecil saja,dioda bertingkah seperti putus-an.

 

PERLAWANAN PADA DIODA

   

Bila dioda di beri tegangan–panjar maju maka arus mengalir dengan dari arah anoda ke katoda. Besarnya arus yang mengalir berdasarkan hukum ohm ialah hasil bagi antara tegangan dengan hambatan itu. Ini berarti dioda mempunyai nilai hambatan tersendiri,besarnya hambatan pada dioda tergantung pada tegangan yang ada pada dioda. Bila dioda di beri tegangan-panjar–maju maka arus mengalir dengan kuat dari arah anoda ke katoda ini berarti dari arah anoda ke katoda hambatannya kecil. Bila dioda di beri tegangan-panjar–terbalik maka arus mengalir dengan sangat kecil ( lemah ) dari arah katoda ke anoda ini berarti dari arah katoda ke anoda hambatannya sangat besar. Bentuk perlawanan dioda pada grafik VI ( forward atau reverse bias ) tidak linier.