DIODE
Dioda
Komponen kecil ini sering kita jumpai dalam rangkaian elektronika. Berbagai fungsi elektronika memanfaatkan komponen ini. Dioda termasuk komponen aktif terbuat dari bahan semikonduktor yang bersifat mengalirkan arus satu arah saja. Struktur dioda adalah sambungan semikonduktor P (Positif) dan N (Negatif) pada masing-masing sisinya. Dengan struktur demikian arus hanya dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N. Dioda disebut sebagai komponen aktif karena membutuhkan pemicu untuk bisa mengalirkan arus. Secara awam, dioda akan bekerja jika ada syarat yang dibutuhkan untuk bekerja. Dalam hal ini dioda membutuhkan tegangan 0.5V untuk dioda yang terbuat dari bahan Germanium, atau 0.7V untuk dioda yang terbuat dari bahan silikon sebagai pemicu agar dioda bisa mengalirkan arus dari P ke N. Jika tegangan belum mencapai 0.7V dioda tidak akan mengalirkan arus apapun.
Struktur Dioda
Gambar struktur di atas menunjukkan sambungan semikonduktor PN, pada bagian sambungan terdapat sebagian area yang ternetralkan yang disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan elektron artinya elektron pada sisi N melompat sebagian ke sisi P sehingga area tersebut menjadi area ternetralkan. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron yang siap untuk bebas.
Dioda dengan bias positif
Jika dioda diberi bias positif (forward bias), dengan kata lain memberi tegangan potensial sisi P lebih besar dari sisi N, maka elektron dari sisi N akan tergerak untuk mengisi hole di sisi P. Setelah elektron bergerak meninggalkan tempatnya mengisi hole disisi P, maka akan terbentuk hole pada sisi N. Terbentuknya hole hasil dari perpindahan elektron ini disebut aliran hole dari P menuju N, Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari sisi P ke sisi N. Dioda pada umumnya terbuat dari bahan silikon yang mempunyai tegangan pemicu sebesar 0.7V, tegangan ini dalam teori di atas adalah tegangan minimum yang diperlukan agar elektron bisa melompat mengisi hole melalui area penetralan (depletion layer).
Apakah yang terjadi jika dioda diberikan bias mundur (reverse bias) dengan cara polaritas tegangan dibalik. Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P.
Dioda dengan bias negatif
Di dalam dioda tidak akan terjadi atau sulit sekali terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.
Grafik arus dioda
Tegangan dan arus dapat digambarkan dalam grafik berikut. Untuk tegangan positif, arus akan mengalir pada tegangan pemicu berapapun nilai arus yang dihantarkan. Sebaliknya untuk tegangan negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus namun ada batasnya. Sampai beberapa puluh bahkan ratusan volt baru terjadi breakdown, dimana dioda tidak lagi dapat menahan aliran elektron yang terbentuk di lapisan deplesi.
Ada beberapa macam dioda yang dikembangkan dari teori di atas, berikut yang bisa saya jelaskan.
Dioda Zener
Fenomena tegangan breakdown dioda ini menginspirasi pembuatan komponen elektronika kerabat dioda yang bernama Zener. Tidak ada perbedaan struktur dasar dari Zener dengan dioda. Dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada Zener bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada Zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 2 volt, 5.6 volt dan sebagainya. Fungsi dari komponen ini biasanya dipakai untuk pengamanan rangkaian setelah tegangan Zener.
Perhatikan rangkaian berikut, input tegangan akan yang masuk ke rangkaian lain dan beban akan dibatasi oleh dioda zener. Jika input tegangan dibawah 5.6V, dioda tidak menghantarkan arus sehingga arus akan mengalir ke rangkaian lain dan beban. Jika input tegangan mencapai 5,6 V atau lebih maka dioda zener akan terjadi brekadown dan arus akan mengalir melalui dioda, bukan ke rangkaian atau beban.
LED
Salah satu varian dari dioda adalah LED atau Light Emiting Diode, merupakan komponen yang dapat mengeluarkan emisi cahaya. Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi setelah dilakukan penelitian ditemukan bahwa elektron yang melompat sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan energi cahaya. LED dibuat agar lebih efisien dengan hanya mengeluarkan cahaya saja. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor sambungan dioda, doping yang pakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.
LED konvensional terbuat dari mineral inorganik yang bervariasi sehingga menghasilkan warna sebagai berikut:
* Aluminium Gallium Arsenide (AlGaAs) – merah dan inframerah
* Gallium Aluminium Phosphide – hijau
* 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
LED biru dan putih
LED biru pertama kali dan bisa dikomersialkan menggunakan substrat galium nitrida. LED ini ditemukan oleh Shuji Nakamura tahun 1993 sewaktu berkarir di Nichia Corporation di Jepang.
LED ini kemudian populer di penghujung tahun 90-an. LED biru ini dapat dikombinasikan ke LED merah dan hijau yang telah ada sebelumnya untuk menciptakan cahaya putih.
LED dengan cahaya putih sekarang ini mayoritas dibuat dengan cara melapisi substrat galium nitrida (GaN) dengan fosfor kuning. Karena warna kuning merangsang penerima warna merah dan hijau di mata manusia, kombinasi antara warna kuning dari fosfor dan warna biru dari substrat akan memberikan kesan warna putih bagi mata manusia. LED putih juga dapat dibuat dengan cara melapisi fosfor biru, merah dan hijau di substrat ultraviolet dekat yang lebih kurang sama dengan cara kerja lampu fluoresence.
Dioda foto
Dioda foto juga merupakan pengembangan dari struktur sambungan dioda. Dioda ini dirancang dengan karakteristik sensitif terhadap frekuensi cahaya yang diterimanya. Dioda ini menggunakan pemicu frekuensi cahaya agar bisa mengalirkan arus. Untuk aplikasinya dipakai sebagai sensor penangkap sinyal.
Dioda Varactor
Komponen kapasitor adalah komponen pasif yang nilainya statis, dengan ditemukannya teknologi dioda maka pengembangannya adalah membuat komponen kapasitor yang aktif terhadap tegangan yang diberikan, terbetuklah dioda varactor. Dioda ini akan berubah menjadi kapasitor dengan nilai kapasitansi tergantung dari tegangan yang diberikan. Komponen ini sangat penting dalam desain rangkaian yang berkaitan dengan frekuensi yang membutuhkan nilai kapasitansi aktif seperti rangkaian oscilator. Kapasitansi ditentukan oleh nilai tegangan yang diterima sehingga bisa ditetapkan pula frekuensi yang akan dilewatkan.
SCR (Silicon controlled rectifier)
Komponen ini mempunyai dasar sambungan seperti dioda namun untuk mengalirkan arus diperlukan arus trigger yang dialirkan pada gate. Kalau ada kesempata akan saya jelaskan lebih lanjut tentang sambungan SCR 3 kaki ini beserta penjelasannya.
Comments