Dioda

 

Sebuah dioda dibuat dari silikon. Silikon adalah bahan yang tidak bersifat sebagai penghantar (konduktor) namun tidak pula sebagai penyekat (isolator). Silikon adalah bahan semikonduktor. Hal ini berarti bahwa sifat-sifat silikon berbeda dengan bahan-bahan konduktor biasa, seperti misalnya tembaga. Sejumlah kecil zat dicampurkan kedalam silikon untuk memberikan sifat-sifat khusus dioda ke bahan ini. Didalam topik ini kita akan mencoba mengetahui sifat-sifat tersebut. Dioda dikemas didalam sebuah kapsul kecil yang terbuat dari kaca atau plastik. Kemasan ini memiliki dua kawat terminal. Yang satu disebut Anoda, sedangkan yang lainnya disebut dengan Katoda. 

Biasanya terdapat sebuah cincin dibadan dioda yang mengindikasikan teminal mana yang merupakan katoda.

Konduksi melalui sebuah dioda

Dioda memiliki cara kerja yaitu bahwa sebuah dioda menghantarkan arus listrik hanya ke satu arah. dan konduksi terjadi dari anoda ke katoda.

Sebagaimana yang akan kita ketahui nanti, sifat-sifat ini sangatlah bermanfaat. Ketika sebuah dioda disambungkan sebagaimana pada gambar disamping, dimana kaki anodanya disambungkan ke kutub positif baterai, kita mengatakan bahwa dioda diberikan bias maju. Sebuah dioda hanya akan menghantarkan arus listrik apabila diberi bias maju. Ketika sebuah dioda disambungkan dengan polaritas yang sebaliknya, dimana kaki katodanya disambungkan ke kutub positif, kita akan mengatakan bahwa dioda diberikan bias mundur. Sebuah dioda tidak akan menghantarkan arus listrik apabila diberi bias mundur.

Jatuh tegangan

Pada sebuah rangkaian pembagi tegangan, tegangan output yang dihasilkan sebanding dengan (dan hanya sebagian dari) tegangan input yang diberikan. Nilai tahanan kedua resistor didalam rangkaian menentukan nilai perbandingan itu. Kita akan melihat apa yang terjadi apabila salah satu resistor digantikan dengan sebuah dioda. Dioda disambungkan secara bias maju sehingga arus dapat mengalir melewatinya.

Hasil dari percobaan ini memperlihatkan bahwa sebuah dioda tidak berfungsi sebagaimana layaknya sebuah resistor. Hukum Ohm tidak berlaku pada piranti dioda. Tegangan output (yaitu, tegangan pada dioda) hanya sedikit berubah ketika tegangan input diubah-ubah. Tegangan pada dioda bertahan relatif tetap, pada level yang sangat mendekati 0,7 V. Kita dapat merangkumkan hasil dari percobaan diatas dengan mengatakan bahwa :

Sebuah dioda yang diberi bias maju memiliki jatuh tegangan sekitar 0,7. Jatuh tegangan ini disebut sebagai jatuh tegangan maju.

Pengujian dioda

Peralatan :

• Sejumlah dioda dengan jenis yang berbeda-beda.
• Sebuah multimeter yang memiliki fungsi pengujian dioda.

Langkah :

• Atrulah kenop pemilih pada multimeter untuk memilih fungsi pengujian dioda.
• Sentuhkan kedua probe uji multimeter ke dioda, dengan probe negatif (hitam) disambungkan ke katoda dan probe positif (merah) ke anoda.
• Dengan sebuah dioda yang masih baik, pembacaan pengukuran adalah 0,7V (700 mV). Dioda-dioda yang berbeda akan memberikan hasil yang sedikit berbeda, sehingga pembacaan yang diperlihatkan dapat berkisar antara 400mV hingga 900 mV. Nilai-nilai pengukuran yang berada dilaur kisaran ini mengindikasikan bahwa dioda yang bersangkutan rusak.
• Baliklah polaritas sambungan dioda. Pembacaan yang dihasilkan haruslah setera dengan nilai ‘nol’ (tergantung pada meteran yang digunakan), yang mengindikasikan bahwa dioda tidak menghantarkan arus listrik ketika diberi bias mundur.

Dioda penyearah

Salah satu penggunaan terpenting dioda didasarkan pada kemampuan dioda untuk menghantarkan arus hanya ke satu arah. Perhatikan apa yang terjadi pada rangkaian dibawah ini:

arus listrik diberikan ke rangkaian adalah arus bolak-balik yang dihasilkan oleh transformator. Pada diagram dibawah, sebuah papan disambungkan ke rangkaian diatas. Diagram memperlihatkan jalur yang dilalui arus AC selama setengah-siklus positifnya. Dioda diberi bias maju sehingga dapat menghantarkan arus. Arus mengalir melewati dioda ke beban dan kembali menuju trafo melewati jalur 0 V. 

Dioda, tidak menghantarkan arus listrik selama setengah-siklus negatif AC sebagimana diperlihatkan dibawah ini:

Bentuk gelombang arus yang melewati beban di-plot pada gambar disamping. meskipun terlihat naik-turun (berbentuk seperti pulsa), tegangan tetap bernilai positif. tegangan semacam ini setara dengan tegangan DC. 

Dengan membandingkan grafik tegangan input AC dengan tegangan output DC kita dapat mengetahui bahwa:

Tidak terdapat output selama setengah-siklus negatif. Setengah dari daya input terbuang secar sia-sia.

Amplitudo output lebih kecil dibandingkan dengan amplitudo input. Hal ini disebabkan oleh timbulnya jatuh tegangan maju pada dioda.

Sebuah rangkaian yang mampu mengkonversikan tegangan AC menjadi tegangan DC disebut rangkaian penyearah (rectifier). Karena rangkaian penyearah yang kita bahas disini hanya menghasilkan arus output dari setengah-siklus positif input, kita menyebutnya sebagai rangkaian penyearah setengah gelombang.

Rangkaian setengah penyearah gelombang

Rangkaian dibawah ini menyearahkan tegangan AC dengan menggunakan sebuah jembatan (bridge) yang terdiri dari 4 buah dioda:

Selama setengah-siklus positif, dioda D1 dan dioda D2 diberi bias maju sehingga keduanya menghantarkan arus. Dioda D3 dan D4 diberi bias mundur dan oleh karenanya, tidak menghantarkan arus. Arus mengalir melalui beban sebagaimana diperlihatkan pada diagram berikutnya.

Selama setengah-siklus negatif, dioda D1 dan dioda D2 diberi bias mundur sehingga keduanya tidak menghantarka. Dioda D3 dan dioda D4 memperoleh bias maju dan menghantarkan arus listrik.

Kesimpulan yang dapat kita peroleh adalah bahwa arus terus mengalir melewati beban, pada arah yang sama sebagaimana sebelumnya. Grafik-grafik tegangan input dan tegangan output adalah sebagai berikut :

Rangkaian penyearah tetap menghasilkan output selama berlangsungnya kedua siklus setengah-gelombang, sehingga rangkaian ini efisien 100%. Rangkaian ini disebut sebagai rangkaian penyearah gelombang penuh. Didalam tiap-tiap siklus setengah gelombang , arus mengalir melewati 2 buah dioda dan dengan demikian amplitudo output yang dihasilkan adalah sebesar amplitudo input dikurangi 2 kali jatuh tegangan maju sebesar (1,4 V). Rangkaian penyearah digunakan didalam PSU-PSU dan didalam unit-unit catu daya lainnya untuk menghasilkan listrik DC dari input tegangan-rendah yang diberikan oleh trafo sumber (mains) PLN.

Meratakan gelombang output DC

Output DC yang dihasilkan oleh sebuah rangkaian penyearah, dengan bentuk gelombang naik-turun (pulsing), tidak dapat digunakan untuk mencatu rangkaian-rangkaian listrik sebelum diratakan. Proses perataan gelombang ini dilaksanakan dengan cara menyambungkan sebuah kapasitor bernilai besar ke output DC.

Kapasitor yang digunakan biasanya adalah kapasitor elektrolisis alumunium dan memiliki nilai kapasitansi sebesar 1000 mF atau lebih. Pulsa-pulsa DC yang dihasilkan secara terus menerus akan segera mengisi muatan kapasitor hingga mencapai tegangan puncaknya. Ketika beban menarik arus dari rangkaian, tegangan pada kapasitor sedikit demi sedikit jatuh dari level puncak, namun tegangan akan segera dikembalikan ke level puncak oleh pulsa berikutnya. Hasilnya adalah sebuah gelombang DC dengan sedikit riak gelombang (ripple).

Apabila kapasitor memiliki kapasitansi yang cukup besar sedangkan arus yang ditarik oleh beban tidak terlalu besar, tegangan output yang dihasilkan akan serata gelombang DC murni.

Light Emitting Diode (LED)

Light emitting diode (dioda pemancar cahaya), yang lebih besar dikenal dengan kependekannya yaitu LED, menghasilkan cahaya ketika arus mengalir melewatinya. Pada awalnya LED-LED hanya dibuat dengan warna merah, namun sekarang warna-warna jingga, kuning, hijau, biru, dan putih juga tersedia dipasaran. Terdapat pula LED-LED inframerah yang menghasilkan cahaya inframerah, alih-alih cahaya tampak.

Sebuah LED yang tipikal memiliki kemasan berbentuk kubah yang terbuat dari bahan plastik , dengan pinggiran yang menonjol (rim) pada bagian bawah kubah. Terdapat dua buah kaki terminal dibagian bawah kubah. Biasanya, meskipun tidak selalu demikian, kaki katoda lebih pendek dari kaki anoda. Cara lain untuk membedakan kaki katoda dengan kaki anoda adalah dengan memperhatikan bagian rim (apabila LED yang bersangkutan memang memilikinya). Rim dibuat berbentuk datar pada sisi yang berdekatan dengan kaki katoda. Sebuah LED membutuhkan arus sekitar 20 mA untuk memancarkan cahaya dengan kecerahan maksimum, meskipun arus sekecil 5 mA pun masih dapat menghasilkan cahaya yang jelas tampak. Jatuh tegangan maju, sebuah LED rata-rata adalah 1,5 V , sehingga pasokan tegangan 2V dapat menyalakan sebagian besar LED dengan kecerahan maksimum. Dengan level-level tegangan yang lebih tinggi, LED dapat terbakar apabila tegangan maju yang diberikan melebihi 2V. Kita harus penting untuk menyambungkan resistor pembatas arus secara seri ke sebuah LED.

Resistor pembatas arus

Nilai tahanan yang sesuai untuk resistor pembatas arus dapat dihitung dengan cara sebagai berikut. Tegangan sumber yang diberikan adala V_s volt. Arus LED yang kita inginkan adalah i amp. Asumsikan bahwa jatuh tegangan maju yang dihasilkan adalah 2V. Jatuh tegangan pada resistor haruslah bernilai V_s – 2. Menurut hukum Ohm, nilai jatuh tegangan ini harus sama dengan nilai iR. Sehingga :

V_s – 2 = iR

Menyusun kembali persamaan diatas untuk mendapatkan nilai R akan menghasilkan:

Contoh :

Sebuah LED dinyalakan oleh tegangan sumber sebesar 9V dan menarik arus sebesar 15 mA. Nilai resistor yang harus disambungkan seri ke LED adalah :

Bentuk dan ukuran

LED digunakan sebagai lampu-lampu indikator, misalnya, untuk mengindikasikan bahwa daya listrik ke sebuah perangkat berada dalam keadaan tersambung. LED juga digunakan untuk tampilan-tampilan informatif dan dekoratif. LED dibuat dalam beragam bentuk, beberapa diantaranya bulat, persegi dan segitiga. Susunan beberapa buah LED digunakan untuk membentuk sebuah display (tampilan). Bentuk susunan yang paling umum adalah tampilan tujuh-segmen, yang digunakan untuk menampilkan angka-angka dan huruf-huruf secara digital. 

Satu atau beberapa baris susunan semacam ini dapat digunakan untuk menampilkan sebuah pesan lengkap. LED dibuat dengan beberapa macam tertentu. LED terkecil memiliki ukuran diameter sekitar 1 mm, digunakan sebagai lampu-lampu indikator pada panel-panel dengan ruang yang relatif sempit. Sebaliknya, LED-LED terbesar (jumbo) memiliki diameter 10 mm dan digunakan dalam aplikasi-aplikasi yang membutuhkan lampu-lampu peringatan yang harus mudah terlihat. 

LED sangat ideal untuk digunakan sebagai lampu indikator karena hanya membutuhkan arus listrik yang relatif rendah dibandingkan dengan lampu-lampu filamen. Hal ini menjadikan LED sangat cocok digunakan pada perangkat-perangkat yang digerakkan oleh baterai, dimana penggunaan lampu filamen akan segera menghabiskan daya yang tersedia. Juga terdapat fakta bahwa lampu-lampu filamen memiliki usia pemakaian yang terbatas. Cepat atau lambat, kawat filamen didalam lampu akan terbakar. Disisi lain, LED dapat bertahan untuk tetap digunakan, praktis, selamanya.

Bias mundur

Sebuah LED hanya mampu bertahan terhadap tegangan bias mundur sebesar beberapa volt. Sebagian besar LED dapat menerima bias mundur hingga 5V, namun biasanya tidak lebih. Hal ini sangat berbeda dengan kasus dioda pada umumnya, yang dapat bertahan terhadap bias mundur hingga beberapa ratus volt. Karena rangkaian-rangkaian yang melibatkan LED-LED seringkali memiliki tegangan sumber sebesar 6V atau lebih, maka kita perlu memastikan bahwa LED disambungkan dengan polaritas yang benar didalam rangkaian.

LED-LED Dua Warna

LED-LED yang dapat berubah warna sangat berguna untuk untuk sejumlah aplikasi tertentu. Sebagai contoh, LED dapat digunakan untuk mengindikasikan ‘semua sistem berjalan baik’ ketika warnanya hijau mengindikasikan kondisi ‘kegagalan sistem’ ketika warnanya merah. Pada sebuah kamera digital, kita dapat menjumpai sebuah lampu indikator ‘rekam/putar’ yang akan menyala merah ketika kamera sedang merekam sesuatu dan menyala hijau ketika sedang memutar suatu rekaman. LED-LED yang dapat menampilkan dua buah warna disebut sebagai LED dua warna (bicolour). Sebuah LED dua warna terdiri dari dua buah LED yang terpisah dengan warna yang berbeda, ditempatkan didalam satu kemasan yang sama. Terdapat dua jenis sambungan yang dapat digunakan untuk menggabungkan kedua LED ini. 

Pada tipe yang menggunakan tiga buah kaki terminal, kedua LED memiliki sebuah kaki katoda bersama. Tegangan positif yang diberikan ke salah satu diantara kedua kaki terminal lainnya digunakan untuk menyalakan LED yang bersangkutan. 

Pada tipe dua kaki terminal, terminal anoda LED yang satu disambungkan ke terminal katoda LED lainnya. LED mana yang akan menyala ditentukan oleh terminal mana yang akan diberikan tegangan positif. Dengan mensaklarkan sambungan daya, kita dapat menyalakan LED merah dan LED hijau secara bergantian. Apabila hal ini dapat dilakukan dengan kecepatan yang tinggi, LED akan terlihat memancarkan cahaya kuning.

Dioda zener

Apabila sebuah dioda Zener diberikan bias mundur dengan tegangan kecil, dioda ini akan bereaksi sebagaimana layaknya sebuah dioda biasa. Dalam hal ini, dioda Zener tidak akan menghantarkan arus listrik. Apabila sebuah dioda Zener diberi bias mundur dengan tegangan yang lebih besar dari suatu nilai tertentu, yang disebut dengan tegangan Zener, dioda dengan mudah menghantarkan arus listrik. Tegangan Zener dari sebuah dioda Zener ditetapkan pada saat dioda dibuat. Tegangan ini umumnya berada dalam kisaran 2,7 V hingga 20 V, dengan toleransi sebesar ±5%. Dioda-dioda Zener digunakan untuk mengatur tegangan output yang dihasilkan oleh sebuah catu daya. Rangkaian pada gambar disebelah kanan memiliki bagian penyearah yang sekaligus digunakan untuk meratakan output DC yang dihasilkan, diikuti oleh bagian stabilisator tegangan (voltage stabiliser) yang terdiri dari sebuah dioda Zener yang sama besarnya dengan tegangan output yang diinginkan. 

Tegangan output yang dihasilkan oleh bagian penyearah beberapa volt lebih besar dari tegangan Zener. Selisih antara kedua tegangan ini adalah besarnya jatuh tegangan pada resistor. Tahanan resistor dipilih demikian rupa sehingga ketika beban menarik arus maksimum, arus sebesar 5 mA mengalir melewati dioda Zener menuju jalur 0 V. Tegangan output adalah sama dengan tegangan Zener. Apabila beban menarik arus yang kurang dari level maksimumnya, atau sama sekali tidak menarik arus, kelebihan arus ini akan mengalir melewati dioda Zener menuju tanah. Dioda Zener akan tetap bekerja dan tegangan output dapat dipertahankan sama dengan tegangan Zener.

Light dependent resistor (LDR)

Sebuah  light dependent resistor (LDR) terdiri dari sebuah piringan bahan semikonduktor dengan dua buah elektroda pada permukaannya. Dalam gelap atau bawah cahaya yang redup, bahan piringan hanya mengandung elektron bebas dalam jumlah yang relatif sangat kecil. Hanya tersedia sedikit elektron bebas untuk mengalirkan muatan listrik. Hal ini berarti bahwa, bahan bersifat sebagai konduktor yang buruk untuk arus listrik. Dengan kata lain, nilai tahanan bahan sangat tinggi.

Dibawah cahaya yang cukup terang, lebih banyak elektron yang dapat melepaskan diri dari atom-atom bahan semikonduktor ini. Terdapat lebih banyak elektron bebas yang dapat mengalirkan muatan listrik. Dalam keadaan ini, bahan bersifat sebagai konduktor yang baik. Tahanan listrik bahan rendah. Semakin terang cahaya yang mengenai bahan, semakin banyak elektron bebas yang tersedia, dan semakin rendah pula tahanan listrik bahan.

Thermistor

Sebuah thermistor dibuat dari bahan semikonduktor. Komponen ini dapat dibuat dalam bentuk piringan, batangan, atau butiran. Thermistor butiran memiliki ukuran diameter yang hanya beberapa milimeter. Pada beberapa thermistor butiran, butir semikonduktornya dibungkus oleh sebuah kapsul kaca. 

Karena ukurannya yang sangat kecil, thermistor butiran dapat memberikan reaksi yang sangat cepat terhadap perubahan suhu. Thermistor memiliki dua buah kaki terminal. sebagian besar thermistor memiliki tahanan yang nilainya akan semakin mengecil dengan bertambahnya suhu. Thermistor jenis ini disebut dengan thermistor koefisien suhu negatif (negative temperature coefficient/PTC) atau thermistor NTC. Thermistor-thermistor dengan koefisien suhu positif (positive temperature coefficient /PTC) juga tersedia di pasaran, namun lebih jarang digunakan. Thermistor digunakan didalam rangkaian-rangkaian pengukur suhu atau yang memberikan tanggapan-tanggapan tertentu terhadap perubahan suhu. Komponen ini juga dapat digunakan didalam rangkaian-rangkaian yang akan mengalami gangguan, atau bahkan kerusakan, akibat perubahan suhu. Thermistor secara otomatis akan bekerja untuk menetralkan efek perubahan suhu.

Sekian artikel tentang Dioda, Silahkan baca artikel kami lainnya di peralatanelektromedik.com terima kasih sobat elektromedis yang sudah membaca artikel kami semoga bermanfaat.