BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dioda pada umumnya merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah (rectifier) untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dioda menjadi sangat penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah (DC). Dioda daya mempunyai spesifikasi yang sama dengan dioda biasa pada umumnya, perbedaan yaitu dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun kecepatan penyaklaran pada dioda daya relatif lebih rendah. Melihat karakteristik dioda daya yang mempunyai kapasitas daya yang lebih tinggi dari dioda biasa, maka seringkali doda daya digunakan di dalam rangkaian elektronika sebagai penyearah. Selain sebagai penyearah, dioda daya juga seringkali digunakan sebagai freewheeling (bypass) pada regulator-regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. 1.2. Rumusan Masalah Berdasarkan permasalahan yang terurai diatas maka penulis membuat rumusan masalah sebagai berikut : 1. Apa pengertian dari dioda ? 2. Bagaimana bentuk konstruksi dioda ? 3. Bagaimana prinsip kerja dioda ? 4. Apa saja jenis – jenis dioda ? 5. Bagaimana aplikasi/penerapan dioda ? 6. Bagaimana penerapan diode dalam rangkaian penyearah? 1.3. Tujuan Tujuan dari penulisan makalah ini yaitu untuk mengetahui pengertian dari dioda, bentruk konstruksi dari dioda, prinsip kerja dioda, jenis-jenis dioda, penerapan dioda dan penerapan dioda dalam rangkaian penyearah.
1
BAB II PEMBAHASAN 2.1. Pengertian Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis VACUUM tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (18491945) pada tahun 1904. Dioda daya umumnya digunakan sebagai penyearah arus/tegangan (rectifier) dengan karakteristik puncak tegangannya maksimum dan arus maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari bahan silikon. Dioda daya merupakan salah satu komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah, freewheeling (bypass) pada regulator-regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. Dalam penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan. Dalam berbagai rangkaian elektronika komponen semikonduktor dioda sering kita jumpai jenis dan type yang berbeda beda tergantung dari model dan tujuan penggunaan rangkaian tersebut dibuat. Dioda merupakan komponen semiconductor yang paling sederhana. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. 2.2. Konstruksi Dioda Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik
2
dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron. Konstruksi dioda daya sama dengan dioda-dioda sinyal sambungan PN. Bedanya adalah dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun kecepatan penyaklarannya lebih rendah. Dioda daya merupakan komponen semikonduktor sambungan PN yang mempunyai dua terminal sebagaimana dioda pada umumnya, yaitu terminal anoda (A) dan katoda (K).
Simbol Dioda
Konstruksi Dioda
Sisi Positif (P) disebut Anoda dan sisi Negatif (N) disebut Katoda. Lambang dioda seperti anak panah yang arahnya dari sisi P ke sisi N. Karenanya ini mengingatkan kita pada arus konvensional dimana arus mudah mengalir dari sisi P ke sisi N. 2.3. Prinsip Kerja Dioda Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolakbalik. Arus
atau
tegangan tersebut
harus benar-benar
rata tidak
boleh
berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu. Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus pada satu arah saja, yaitu pada saat dioda memperoleh catu arah/bias maju (forward bias). Karena
di
dalam
dioda
terdapat
junction
(pertemuan)
dimana
daerah
semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu. Pada kondisi ini dioda dikatakan bahwa dioda dalam keadaan konduksi atau menghantar dan mempunyai tahanan dalam dioda relative kecil. Sedangkan bila dioda diberi catu arah/bias mundur (Reverse bias) maka dioda tidak bekerja dan pada kondisi ini dioda mempunyai tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit
3
mengalir. Apabila dioda silicon dialiri arus AC, maka yang mangalir hanya satu arah saja sehingga arus output dioda berupa arus DC. Dari kondisi tersebut maka dioda hanya digunakan pada beberapa pemakaian saja antara lain
sebagai
penyearah
setengah
penyearah
gelombang penuh
(Clipper),
rangkaian
penjepit
(Full
gelombang Wave
(Half
Wave
Rectifier),
Rectifier),
rangkaian
pemotong
maupun
pengganda
tegangan
(Clamper)
(Voltage Multiplier). 2.4. Jenis – Jenis Dioda Ada beberapa jenis dari diode pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti diode Gunn, diode laser dan diode MOSFET.
a.
Dioda biasa Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon
terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan diode penyearah silikon
modern,
digunakan
kuprous
oksida
(kuprox)dan
selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak
lapisan
pertemuan
ditumpuk
untuk
mempertinggi
ketahanan
terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari diode silikon untuk rating arus yang sama. b. Dioda bandangan Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan diode Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai diode Zener, padahal diode ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik 4
yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus pada
terjadinya
bandangan
besar mengalir melewatinya,
yang
menjebol
bendungan.
mengingatkan
Dioda
bandangan
didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan
antara
diode
bandangan
(yang
mempunyai
tegangan
dadal
terbalik diatas 6.2 V) dan diode Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang
mudah
berbeda,
dilihat
diode
adalah
keduanya
bandangan
mempunyai
berkoefisien
koefisien
positif,
suhu
yang
sedangkan
Zener
berkoefisien negatif. c.
Dioda Cat's whisker Ini adalah salah satu jenis diode kontak titik. Dioda cat's whisker
terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor,
biasanya
galena
atau
sepotong
batu
bara[5].
Kawatnya
membentuk anode dan kristalnya membentuk katode. Dioda Cat's whisker juga disebut diode kristal dan digunakan pada penerima radio kristal. d. Dioda arus tetap Ini
sebenarnya
adalah
sebuah
JFET
dengan
kaki
gerbangnya
disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini
mengizinkan
arus
untuk
mengalir
hingga
harga
tertentu,
dan
lalu
menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut. e.
Esaki atau diode terobosan Dioda
operasinya
ini yang
mempunyai
karakteristik
disebabkan
oleh
resistansi quantum
negatif tunneling,
pada
daerah
karenanya
memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif. f.
Dioda Gunn Dioda ini mirip dengan diode terowongan karena dibuat dari bahan
seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.
5
g.
Demodulasi radio Penggunaan
pertama
diode
adalah
demodulasi
dari
isyarat
radio
modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan
isyarat
audio.
Isyarat
audio
diambil
dengan
menggunakan
tapis elektronik sederhana dan dikuatkan. h. Pengubahan daya dibuat dari dioda, dimana diode
digunakan untuk
mengubah arus
bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator
otomotif,
dimana
diode
mengubah
AC
menjadi
DC
dan
memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo DC. 2.5. Aplikasi Dioda Dioda
banyak
diaplikasikan
pada
rangkaian
penyerah
arus
power
suplay atau konverter AC ke DC. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdwon-nya. Aplikasi dioda pada kendaraan banyak digunakan untuk penyearahan arus seperti pada sistem pengisian. Sebagaimana fungsi dioda adalah sebagai penyearah
arus
dari
arus
bolak-balik
menjadi
arus
searah
agar
dapat
dimanfaatkan untuk mengisi baterai dan menyuplai kebutuhan arus pada kendaraan. Fungsi tegangan.
lain dioda ini
Contoh
aplikasinya
pada
kendaraan adalah sebagai
adalah
pada
jenis
relay
anti
shock
diberikan
dioda
dengan tujuan untuk mencegah terjadinya arus balik pada rangkaian. Arus balik listrik ini dapat berasal dari induksi medan magnet yang dihasilkan oleh kumparan relay. Induksi listrik ini biasanya lebih tinggi tegangannya dibandingkan
dengan
tegangan
sumber.
Untuk
mencegah
terjadinya
kerusakan akibat terjadinya tegangan induksi ini maka pada rangkaian relay dipasangkan rangkaian dioda.
6
2.6. Penerapan Dioda dalam Rangkaian Penyearah Karena sebuah dioda sambungan PN hanya dapat mengalirkan arus listrik dalam satu arah, maka dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah untuk mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Ada dua jenis penyearah yang kita pelajari, yaitu penyearah setengah-gelombang dan penyearah gelombang penuh. a. Penyearah setengah gelombang Rangkaian
penyearah
yang
paling
sederhana
adalah
penyearah
setengah gelombang, terdiri dari sebuah dioda yang dipasang pada sisi sekunder sebuah trafo dan diserikan dengan sebuah beban R, seperti pada gambar penyearah setengah gelombang. Tegangan searah yang dibutuhkan oleh beban, seperti lampu, relay, bateray, dll. Transformator mengubah tegangan bolak balik tertentu menjadi tegangan sesuai untuk disearahkan.
Gambar 2.6. Rangkaian Penyearah setengah gelombang Sumber : analisis 2009 Tegangan
sisi
sekunder
trafo,
merupakan
tegangan
masukan
rangkaian penyearah setengah gelombang. Tegangan masukan ini tegangan
bolak
balik
yang
berbentuk
sinusoida.
Dalam
satu
untuk adalah periode,
polaritas tegangan positif dan negatif berubah secara bergantian. Kita hanya meninjau satu periode gelombang saja, yaitu setengah periode positif dan setengah periode negatif. Dalam setengah periode positif, dioda diberi panjar maju (anoda (A) berhubungan dengan polaritas positif dan katoda (K) berhubungan dengan polaritas negatif), sehingga dioda akan mengalirkan arus melalui beban R. Untuk beban yang dianggap resistif murni R, tegangan keluaran atau ujung-ujung beban sama dengan tegangan masukan. Karena itu, bentuk
teganga
keluaran sama dengan setengah
gelombang
tegangan.
7
Dalam
setengah
periode
negatif
berikutnya,
dioda
diberi
panjar
mundur (anoda (A) berhubungan dengan polaritas negatif dan katoda (K) berhubungan
dengan
polaritas
positif),
sehingga
dioda
tidak
akan
mengalirkan arus melalui beban R. Ini mengakibatkan tegangan keluaran antara ujung-ujung beban sama dengan nol, dan digambarkan dengan garis lurus mendatar seperti pada gambar bawah. Bentuk
gelombang
tegangan
keluaran
pada
rangkaian
penyearah
setengah gelombang ditunjukkan pada gambar bawah. Karena menghasilkan tegangan gelombang
keluaran tegangan
searah
hanya
masukan,
dalam
maka
setengah
penyearah
periode ini
positif
disebut
dari
penyearah
setengah gelombang.
(a)
(b)
(a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah setengah gelombang Sumber : analisis 2009
b. Penyearah Gelombang Penuh Agar dapat mengalirkan arus dalam satu gelombang penuh sehingga tegangan keluaran lebih mudah diratakan dan dapat menghasilkan nilai konstan, kita gunakan penyearah gelombang penuh. Penyearah gelombang-penuh dapat menggunakan empat dioda yang dihubungkan seperti jembatan wheatstone, disebut juga penyearah jembatan, seperti pada gambar rangkaian di bawah ini.
Rangkaian penyearah Gelombang Penuh Penyearah jembatan selalu hanya sepasang dioda yang mengalirkan arus melalui beban R, sedang sepasang dioda lainnya tidak. Dalam rangkaian ini, 8
pasangan dioda adalah D1 dengan D4, dan D2 dengan D3. (secara sederhana pasangan dioda ditunjukkan oleh dioda-dioda yang arah panahnya sejajar). Dalam setengah periode positif, pasangan dioda D2 dan D3 dipanjar maju, sedangkan pasangan dioda D1 dan D4 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan melalui pasangan dioda D2 dan D3 dan beban R dengan arah dari a ke b. Jadi, dalam periode ini, tegangan keluaran sama dengan tegangan masukan. Dalam setengah periode negatif, pasangan dioda D4 dan D1 dipanjar maju sedang pasangan dioda D2 dan D3 dipanjar mundur. Arus listrik akan mengalir dari tegangan masukan melalui pasangan dioda D1 dan D4 dan beban R, dengan arah yang sama dari a ke b, seperti pada gambar. Dapat kita katakan bahwa tegangan masukan yang bernilai negatif dijadikan positif pada keluaran. Selanjutnya, bentuk gelombang tegangan masukan dan tegangan keluaran ditunjukkan pada gambar di bawah.
(a)
(b)
(a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah gelombang penuh Sumber : analisis 2009
Oleh karena itu penyearah jembatan menghasilkan tegangan keluaran searah untuk satu periode gelombang tegangan masukan yang diberikan padanya, maka penyearah jembatan disebut juga penyearah gelombang penuh. c. Prinsip Perataan Penyearah Gelombang Penuh Tegangan searah yang dihasilkan oleh penyearah setengah gelombang maupun penyearah jembatan (gelombang penuh) memiliki riak yang cukup besar (gelombang tegangan tidak rata). Tegangan searah seperti ini tidak memenuhi syarat untuk diberikan kepada komponen-komponen elektronika yang terdapat dalam radio, televisi dan komputer, yang membutuhkan tegangan searah yang lebih rata. Secara sederhana tegangan searah dapat diratakan dengan memasang sebuah kapasitor
9
elektrolit kapasitas besar, paralel dengan beban R, seperti pada gambar rangkaian sistem perataan di bawah ini.
Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh berfilter Sumber : analisis 2009
(a)
(b)
(a) Bentuk sinyal input dan (b) Bentuk sinyal output penyearah berfilter Sumber : analisis 2009
Rangkaian system perataan kapasitor ini disebut kapasitor perata atau kapasitor penyimpan (reservoir circuit). Sewaktu tegangan pada ujung-ujung beban naik terhadap waktu antara A dan B, kapasitor C dimuati sedemikian rupa sehingga polaritas pelat atasnya positif. Sesaat setelah tegangan keluaran penyearah antara B dan C berkurang, kapasitas C membuang muatan listriknya melalui beban R. sebagai hasilnya, tegangan pada ujung-ujung beban tidak pernah mencapai nol, tetapi mengikuti lintasan garis tebal. Tampak bahwa riak gelombang tegangan menjadi lebih kecil dan tegangan searah yang dihasilkan pada ujung-ujung beban adalah agak lebih rata.
10
BAB III PENUTUP 3.1. Kesimpulan Berdasarkan paparan di atas dapat disimpulkan bahwa dioda berfungsi sebagai penyearah (rectifier) untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dioda menjadi sangat penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah (DC). Dioda (rectifier)
daya dengan
umumnya
digunakan
sebagai
penyearah
karakteristik
puncak
tegangannya
arus/tegangan
maksimum
dan
arus
semikonduktor
yang
maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari bahan silikon. Dioda
daya
merupakan
salah
satu
komponen
banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah,
freewheeling
(bypass)
pada
regulator-regulator
penyakelaran,
rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lainlain. Dalam penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan. Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolakbalik. Arus
atau
tegangan tersebut
harus benar-benar
rata tidak
boleh
berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.
11
DAFTAR RUJUKAN Hendra.
2009.
Tugas;
Makalah;
Dioda
Daya;
BAB
I,
(Online),
(http://tugashendra.blogspot.com/2009/04/tugas-makalah-dioda-daya-bab1.html), diakses 04 Maret 2012. Wikipedia. 2012. Diode, (Online), (http://id.wikipedia.org/wiki/Diode), diakses 04 Maret 2012 Ariztik. 2010. Apa itu Dioda (Online), (http://ariztik.wordpress.com/apa-itudioda/), diakses 04 Maret 2012 Smkmuh
3
klaten.
2012.
Prinsip
kerja
Dioda
(Online),
(http://smkmuh3ku.sch.id/?pilih=news&mod=yes&aksi=lihat&id=14), diakses 04 Maret 2012 Aldera.
2008.
Dioda.
(http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/08/dioda-
adalah-piranti-semikonduktor.html). diakses 04 Maret 2012
12