Apa itu Diode?

PENGANTAR
Dioda adalah perangkat semikonduktor dengan dua terminal yang disebut anoda dan katoda. Biasanya memungkinkan arus arus dalam satu arah disebut arah ke depan, arus yang mencoba mengalir kebalikannya diblokir. Mereka seperti katup satu arah elektronik.

Jika tegangan dioda negatif, arus tidak bisa mengalir, dan dioda terlihat seperti sirkuit terbuka. Dalam situasi seperti ini, dioda dikatakan OFF   atau Reverse bias .

Selama tegangan dioda tidak negatif, tegangan akan "menyala" dan menyala saat ini. Idealnya sebuah dioda akan bertindak seperti sirkuit pendek (0V di atasnya) jika sedang melakukan arus. Bila dioda sedang melakukan arus maka bias maju 

Karakteristik Diode
Mode operasi	On (Teruskan bias)	Mati (bias balik)
Arus melalui	I> 0	I = 0
Tegangan di seberang	V = 0	V <0
Diode terlihat seperti	Sirkuit pendek	Rangkaian terbuka

  Sebagian besar dioda dibuat dengan bahan semikonduktor seperti silikon , germanium, atau selenium. Dioda dapat digunakan sebagai rectifier, pembatas sinyal, regulator voltase , saklar , modulator sinyal, mixer sinyal, demodulasi sinyal, dan osilator .

Prinsip Kerja Diode

1. Zero Bias - Tidak ada potensi tegangan eksternal yang diaplikasikan pada PN junction diode.

2. Bias Teruskan - Potensi voltase terhubung positif, (+ ve) ke material tipe-P dan negatif, (-ve) ke bahan tipe-N melintasi dioda yang memiliki efek mengurangi lebar dioda PN junction.

3. Bias Balik - Potensi voltase terhubung negatif, (-ve) ke bahan tipe-P dan positif, (+ ve) ke bahan tipe-N dioda yang memiliki efek meningkatkan lebar dioda PN junction. 

Nol bias 

Sisi n akan memiliki sejumlah besar elektron dan sangat sedikit lubang (karena eksitasi termal) sedangkan sisi p akan memiliki konsentrasi lubang yang tinggi dan sangat sedikit elektron. Karena ini, sebuah proses yang disebut difusi terjadi. Dalam proses ini elektron bebas dari sisi n akan menyebar (menyebar) ke sisi p dan bergabung dengan lubang yang ada di sana, meninggalkan ion bergerak positif (tidak bergerak) di sisi n. Oleh karena itu, sedikit atom di sisi p diubah menjadi ion negatif. Demikian pula, beberapa atom di sisi n akan dikonversi menjadi ion positif. Karena banyaknya ion positif dan ion negatif ini akan terakumulasi pada sisi n dan sisi-p masing-masing. Daerah ini sehingga terbentuk disebut daerah penipisan. Karena adanya ion positif dan negatif medan listrik statis yang disebut sebagai "potensi penghalang" dibuat di persimpangan pn dioda. Ini disebut sebagai "potensi penghalang" karena ia bertindak sebagai penghalang dan menentang migrasi lebih lanjut dari lubang dan elektron melintasi persimpangan. 

Teruskan tegangan

Dalam sebuah dioda persimpangan PN saat tegangan maju diterapkan, terminal positif dari sumber terhubung ke sisi tipe-p, dan terminal negatif sumber terhubung ke sisi n-tipe, dioda dikatakan berada di depan kondisi bias Kita tahu bahwa ada potensi penghalang di persimpangan. Potensi penghalang ini diarahkan berlawanan dengan tegangan yang diterapkan ke depan. Jadi dioda hanya bisa membiarkan arus mengalir ke arah depan bila tegangan yang diaplikasikan di depan lebih besar dari potensial penghalang persimpangan. Tegangan ini disebut bias maju. Untuk dioda silikon, itu adalah 0,7 volt. Untuk dioda germanium, itu adalah 0,3 volt. Bila tegangan yang diberikan di depan lebih dari tegangan bias maju ini, akan ada arus maju dioda, dan dioda akan menjadi hubung singkat. Oleh karena itu, tidak akan ada lagi penurunan voltase dioda di luar tegangan bias maju ini, dan arus maju hanya dibatasi oleh resistensi eksternal resistansi yang terhubung secara seri dengan dioda. Dengan demikian, jika tegangan maju diterapkan meningkat dari nol, dioda akan mulai melakukan hanya setelah tegangan ini mencapai tepat di atas penghalang potensial atau maju bias tegangan persimpangan. Waktu yang dibutuhkan oleh tegangan masukan ini untuk mencapai nilai tersebut atau dengan kata lain waktu yang dibutuhkan oleh tegangan input ini untuk mengatasi tegangan bias maju adalah disebut waktu pemulihan

Reverse bias 

Sekarang jika dioda bias balik yaitu terminal positif dari sumber terhubung ke ujung n-tipe, dan terminal negatif dari sumber terhubung ke ujung tipe-p dari dioda, tidak akan ada arus melalui dioda kecuali arus saturasi terbalik Hal ini karena pada kondisi bias balik lapisan depilasi persimpangan menjadi lebih lebar dengan meningkatnya tegangan bias balik. Meskipun ada arus kecil yang mengalir dari ujung n-tipe ke ujung tipe-p dioda karena pembawa minoritas. Arus mungil ini disebut arus saturasi terbalik.Pengangkut minoritas terutama adalah elektron dan lubang termal yang dihasilkan secara termal pada semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n masing-masing. Sekarang jika tegangan balik terbalik dioda terus meningkat, maka setelah voltase tertentu lapisan deplesi akan menghancurkan yang akan menyebabkan arus balik besar mengalir melalui dioda. Jika arus ini tidak dibatasi secara eksternal dan berada di luar nilai aman, dioda dapat dihancurkan secara permanen. Hal ini karena, seiring dengan meningkatnya tegangan balik, energi kinetik pembawa muatan minoritas juga meningkat. Elektron yang bergerak cepat ini bertabrakan dengan atom lain di perangkat untuk melepaskan beberapa elektron lagi dari mereka. Elektron sehingga melepaskan pelepasan elektron jauh lebih jauh dari atom dengan memecah ikatan perjanjian. Proses ini disebut sebagai perkalian pembawa dan menyebabkan peningkatan arus arus yang meningkat melalui sambungan pn. Fenomena terkait disebut Longsor Breakdown

Karakteristik IV

Tapi sebelum kita bisa menggunakan persimpangan PN sebagai alat praktis atau sebagai alat penyearah kita perlu terlebih dahulu bias persimpangan, yaitu menghubungkan potensial tegangan di atasnya. Pada sumbu tegangan di atas, " Reverse Bias " mengacu pada potensial tegangan eksternal yang meningkatkan potensi penghalang. Tegangan eksternal yang menurunkan penghalang potensial dikatakan bertindak dalam arah " Teruskan Bias ".
Ada dua wilayah operasi dan tiga kemungkinan kondisi "biasing" untuk Dioda Junction standar dan ini adalah:

Karakteristik Balik Kurva untuk Dioda Junction

Kadang-kadang efek longsoran ini memiliki aplikasi praktis pada rangkaian penstabil tegangan dimana resistor pembatas seri digunakan dengan dioda untuk membatasi arus perputaran terbalik ini ke nilai maksimum preset sehingga menghasilkan keluaran tegangan tetap dioda. Jenis dioda ini umumnya dikenal sebagai Zener   Dioda dan dibahas di tutorial selanjutnya.

Teruskan Biased PN Junction Diode

Bila dioda dihubungkan dalam kondisi Forward Bias , tegangan negatif diterapkan pada material tipe-N dan tegangan positif diterapkan pada material tipe-P. Jika tegangan eksternal ini menjadi lebih besar dari nilai penghalang potensial, kira-kira. 0,7 volt untuk silikon dan 0,3 volt untuk germanium, hambatan potensial rintangan akan diatasi dan arus akan mulai mengalir.
Hal ini karena tegangan negatif mendorong atau mengusir elektron ke arah persimpangan sehingga memberi mereka energi untuk menyeberang dan digabungkan dengan lubang yang didorong ke arah yang berlawanan menuju persimpangan oleh voltase positif. Hal ini menghasilkan kurva karakteristik arus nol yang mengalir sampai titik tegangan ini, yang disebut "lutut" pada kurva statis dan kemudian arus arus tinggi melalui dioda dengan sedikit peningkatan tegangan eksternal seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Forward Characteristics Curve untuk Dioda Junction

Penerapan tegangan biasing maju pada dioda junction menghasilkan lapisan penipisan menjadi sangat tipis dan sempit yang mewakili jalur impedansi rendah melalui persimpangan sehingga memungkinkan arus tinggi mengalir. Titik di mana kenaikan mendadak pada arus ini terwakili pada kurva karakteristik IV statis di atas sebagai titik "lutut".

Wilayah persimpangan PN dari Dioda Junction memiliki karakteristik penting sebagai berikut:

Semikonduktor mengandung dua jenis pembawa muatan seluler, Lubang dan Elektron .

Lubang bermuatan positif sementara elektron bermuatan negatif.

Semikonduktor dapat didoping dengan kotoran donor seperti Antimony (doping tipe-N), sehingga mengandung muatan mobile yang terutama elektron.

Semikonduktor dapat didoping dengan zat pengotor akseptor seperti Boron (doping tipe-P), sehingga mengandung muatan mobile yang terutama berlubang.

Daerah persimpangan itu sendiri tidak memiliki muatan pembawa dan dikenal sebagai daerah penipisan.

Daerah persimpangan (deplesi) memiliki ketebalan fisik yang bervariasi dengan tegangan yang diberikan.

Bila dioda adalah Zero Biased tidak ada sumber energi eksternal yang diterapkan dan Potential Barrier alami dikembangkan melintasi lapisan penipisan yang kira-kira 0,5 sampai 0,7v untuk dioda silikon dan sekitar 0,3 volt untuk dioda germanium.

Ketika dioda persimpangan Forward Biased ketebalan daerah penipisan berkurang dan dioda bertindak seperti arus pendek yang memungkinkan arus penuh mengalir.

Ketika dioda persimpangan adalah Reverse Biased ketebalan daerah penipisan meningkat dan dioda bertindak seperti rangkaian terbuka yang menghalangi arus apapun, (hanya arus bocor yang sangat kecil).

Kita juga telah melihat di atas bahwa dioda adalah dua perangkat terminal non linier yang karakteristik intinya adalah polaritas tergantung pada polaritas tegangan yang diberikan, V D dioda adalah Forward Biased , V D > 0 atau Reverse Biased , V D <0 Either way kita dapat model arus ini karakteristik tegangan baik dioda ideal dan untuk dioda nyata.

Junction Diode Ideal dan Karakteristik Nyata

Aplikasi khas Dioda

Memperbaiki voltase, seperti mengubah AC menjadi tegangan DC

Isolasi sinyal dari suplai

Referensi Tegangan

Mengontrol ukuran sinyal

Mencampur sinyal

Sinyal deteksi

Penerangan

Laser dioda

·          Konversi Daya

Salah satu penerapan dioda yang signifikan adalah mengubah daya AC menjadi daya DC. Diode tunggal atau empat dioda dapat digunakan untuk mengubah daya rumah 110V ke DC dengan membentuk setengah jalan (dioda tunggal) atau penyearah gelombang penuh (empat dioda). Sebuah dioda melakukan ini dengan membiarkan hanya setengah dari bentuk gelombang AC untuk melewatinya. Bila pulsa voltase ini digunakan untuk mengisi sebuah kapasitor, tegangan outputnya nampaknya merupakan tegangan DC yang mantap dengan riak voltase kecil. 

Menggunakan penyearah gelombang penuh membuat proses ini lebih efisien lagi dengan mengarahkan pulsa AC sehingga kedua sisi positif dan negatif dari gelombang sinus input dipandang hanya sebagai pulsa positif, yang secara efektif menggandakan frekuensi pulsa input ke kapasitor yang membantu mempertahankannya. diisi dan memberikan voltase yang lebih stabil.

Dioda dan kapasitor juga dapat digunakan untuk membuat sejumlah jenis pengali tegangan untuk mengambil tegangan AC kecil dan memperbanyaknya untuk menghasilkan keluaran tegangan yang sangat tinggi. Baik keluaran AC dan DC dimungkinkan dengan menggunakan konfigurasi kapasitor dan dioda yang tepat.

·           Demodulasi Sinyal

Penggunaan yang paling umum untuk dioda adalah mengeluarkan komponen negatif dari sinyal AC sehingga bisa bekerja dengan elektronik dengan lebih mudah. Karena bagian negatif dari bentuk gelombang AC biasanya identik dengan setengah positif, sangat sedikit informasi yang hilang secara efektif dalam proses ini. Demodulasi sinyal biasanya digunakan di radio sebagai bagian dari sistem penyaringan untuk membantu mengekstrak sinyal radio dari gelombang pembawa.

·          Proteksi Over-Voltage

Dioda juga berfungsi dengan baik sebagai perangkat proteksi untuk komponen elektronik yang sensitif. Bila digunakan sebagai perangkat proteksi tegangan , dioda tidak beroperasi pada kondisi operasi normal namun segera lonjakan tegangan tinggi ke ground yang tidak dapat membahayakan sirkuit terpadu. Dioda khusus yang disebut penekan tegangan transien dirancang khusus untuk proteksi tegangan berlebih dan dapat menangani lonjakan daya yang sangat besar untuk jangka waktu yang singkat, karakteristik khas dari lonjakan tegangan atau sengatan listrik, yang biasanya akan merusak komponen dan memperpendek umur produk elektronik.

·          Pengarah Saat Ini

Aplikasi dasar dioda adalah untuk mengarahkan arus dan memastikannya mengalir ke arah yang benar. Salah satu daerah di mana kemampuan kemudi arus dioda digunakan untuk efek yang baik adalah beralih dari daya dari catu daya agar bisa berjalan dari baterai. Saat perangkat tersambung dan mengisi daya, misalnya, telepon seluler atau catu daya tak terputus, perangkat hanya harus menarik daya dari catu daya eksternal dan bukan baterai dan saat perangkat yang terpasang di baterai harus ditarik daya dan pengisian ulang Begitu sumber daya dihilangkan, baterai harus memberi daya pada perangkat sehingga tidak ada gangguan yang diperhatikan oleh pengguna.