Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer
Beranda / Indeks / Tekno

Dioda : Pengertian, Jenis, Komponen dan Cara Kerja

Heri Maulana
Banyak sekali perangkat-perangkat elektronika yang berada dipasaran dan juga dipakai dalam kehidupan sehari-hari oleh semua kalangan masyarakat. Salah satunya adalah dioda.

Nah, lalu apa sih dioda itu? kita jadi penasaran yah tentang dioda. Nah, daripada bingung tidak karuhan, yuk kita simak penjelasannya sebagai berikut.

PENGERTIAN DIODA

Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.

Dioda adalah komponen semikonduktor yang mengalirkan arus satu arah saja. Dioda terbuat dari germanium atau silikon yang lebih terkenal dengan dioda junction. Struktur dari dioda ini sesuai dengan namanya, adalah sambungan antara semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Semikonduktor tipe P berperan sebagai anoda dan semikonduktor tipe N berperan sebagai katoda. Dengan struktur seperti ini arus hanya dapat mengalir dari sisi P ke sisi N.

Ada tiga yang membedakan dioda dengan komponen lain:
  1. Memiliki dua terminal seperti halnya resistor
  2. Arus yang mengalir tergantung pada beda potensial antara kedua terminal
  3. Tidak mematuhi hukum ohm

JENIS-JENIS DIODA

Dioda dibedakan menjadi beberapa jenis berdasarkan fungsi dan karakteristik, yakni sebagai berikut.
  1. PN Junction Diode: Dioda standar yang terdiri dari susunan PN dan memiliki cara kerja seperti yang dijelaskan sebelumnya. Dioda jenis ini adalah diode yang umum digunakan di pasaran (disebut juga diode generik), digunakan terutama sebagai penyearah arus.
  2. Light Emitting Diode (LED): Saat dialiri arus forward-bias, LED akan mengeluarkan cahaya. LED saat ini umum digunakan sebagai alat penerangan dan beberapa jenis digunakan untuk menggantikan lampu fluorescent.
  3. Laser Diode: Dioda jenis laser juga menghasilkan cahaya, namun cahaya yang dihasilkan adalah cahaya koheren. Aplikasi diode laser adalah perangkat pembaca CD dan DVD dan laser pointer.
  4. Zener diode: Memiliki karakteristik khusus yang mengingkan efek breakdown saat reverse bias Dioda ini dapat menghasilkan tegangan yang tetap dan umum digunakan sebagai penghasil tegangan referensi di rangkaian elektronik.
  5. Tunnel Diode: Tunnel Diode adalah dioda yang bekerja memanfaatkan salah satu fenomena mekanika kuantum yaitu tunneling. Tunnel junction digunakan sebagai salah satu komponen pada osilator, penguat, atau pencampur sinyal, terutama karena kecepatannya bereaksi terhadap perubahan tegangan.
  6. Backward Diode: Backward diode memiliki karakteristik serupa dengan tunnel, perbedannya terletak pada adanya sisi yang diberi doping lebih rendah dibanding sisi yang berlawanan. Perbedaan profil doping ini membuat backward diode memiliki karakteristik tegangan-arus yang serupa pada kondisi reverse dan forward.
  7. PIN Diode: Pada dioda PIN, terdapat area semikonduktor intrinsic (tanpa doping) yang diletakkan antara P dan N junction. Efek dari penambahan area intrinsic tersebut adalah melebarnya area deplesi yang membatasi pergerakan elektron, dan hal ini tepat digunakan untuk aplikasi pensinyalan (switching).
  8. Schottky Diode: Pada Schottky diode diberikan tambahan metal pada cuplikan permukaan bagian tengah semikonduktor. Karakteristik yang menjadi keunggulan dioda ini adalah tegangan aktivasi yang rendah dan waktu pemulihan yang singkat. Dioda ini sangat umum digunakan untuk rangkaian elektronik berfrekuensi tinggi, seperti perangkat-perangkat radio dan gerbang logika.
  9. Step Recovery Diode: Bagian semikonduktor pada dioda ini memiliki level doping yang secara gradual menurun dengan titik terendah di junction. Modifikasi ini dapat mengurangi waktu switching karena muatan yang ada pada daerah junction lebih sedikit. Aplaikasi dari semikonduktor ini adalah pada alat-alat elektronik frekuensi radio.
  10. Varactor Diode: Diaplikasikan pada mode reverse biasa dengan lapisan penghalang yang dapat berubah-ubah sesuai tegangan diberikan. Hal ini membuat dioda ini seolah-olah merupakan suatu kapasitor.
  11. Gunn Diode: Gunn Diode adalah jenis diode yang tidak memiliki PN Junction, melainkan hanya terdiri dari dua elektroda. Dioda jenis ini dapat digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro.
  12. BARITT Diode: BARITT (Barrier Injection Transit Time) Diode adalah jenis diode yang bekerja dengan prinsip emisi termionik. Dioda ini digunakan untuk memproduksi sinyal gelombang mikro dengan level derau yang rendah.
  13. Photodiode: Photodiode dapat menghasilkan energi listrik apabila daerah PN junction disinari. Umumnya photodiode dioperasikan dalam reverse-bias, sehingga arus yang kecil akibat cahaya dapat langsung terdeteksi. Photodiode digunakan untuk mendeteksi cahaya (photodetector).

KOMPONEN DIODA

Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction.

Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh: Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor).

Lapisan Pengosongan (Depletion Layer)

Lapisan pengosongan terjadi akibat gaya tolak-menolak. Elektron pada sisi N bersiap untuk bebas, menyebar ke segala arah. Beberapa berdifusi melewati junction. Di sisi P terdapat hole-hole yang siap menangkap elektron yang jatuh. Jika elektron bebas meninggalkan sisi N, akan terbentuk ion positif di daerah N. Bila elektron tersebut memasuki daerah P elektron akan menjadi pembawa minoritas yang waktu hidupnya singkat. Elektron-elektron tersebut segera jatuh dan ditangtkap oleh hole. Hasilnya, hole akan hilang dan terbentuk ion negatif.

Setiap terjadi perpindahan elektron dari sisi N ke sisi P terbentuk sepasang ion negatif dan positif. Ion-ion ini tidak dapat bergerak dengan bebas seperti elektron bebas dan hole, tetapi tetap berada dalam struktur kristal akibat ikatan kovalen. Ketika jumlah ion bertambah banyak, daerah sekitar junction dikosongkan dari elektron bebas dan hole. Daerah inilah yang disebut lapisan pengosongan (depletion layer).

Tegangan Maju (Forward Voltage)

Tegangan maju (forward voltage) adalah beda potensial di lapisan pengosongan. Pada suhu 250, forward voltage dioda silikon sekitar 0.7V, sedangkan dioda germanium sekitar 0.3V. Forward voltage ini terjadi karena eksistensi lapisan pengosongan. Ketika ion-ion negatif telah terbentuk, elektron-elektron yang ingin berpidah dari sisi N ke sisi P akan terpental kembali ke sisi N. 

Hanya elektron-elektron yang mempunyai energi besar yang sanggup melewati hambatan ini. ”Pertahanan” dari sisi P semakin besar seiring meningkatnya jumlah elektron yang ingin menyeberangi junction menuju ke sisi P. Akhirnya, terjadilah suatu keseimbangan. Pada saat ini lapisan pengosongan menghentikan difusi elektron melalui junction.

Bias Maju (Forward Bias)

Pada kondisi forward bias ini arus yang melewati dioda ini besar. Gejala ini terjadi karena elektron-elektron di sisi N mendapat tambahan energi sehingga mampu menyebrangi junction. selanjutnya masuk kedalam hole dan menjadi elektron valensi. 

Perjalanan elektron valensi berlanjut hingga ke ujung sisi P dan meninggalkan sisi P lalu menalir ke dalam kutub positif sumber, sehingga mengalirlah arus listrik.

Bias Mundur (Reverse Bias)

Pada kondisi bias mundur (reverse bias), elektron pada sisi N menjauhi junction. Begitu pula dengan hole pada sisi P. Akibatnya daerah pengosongan menjadi makin lebar. Semakin lebar daerah pengosongan semakin tinggi beda potensialnya.

Akhinya beda potensial pada lapisan pengosongan sama dengan beda potensial sumber. Pada saat ini elektron dan hole berhenti bergerak serta tidak terjadi arus listrik.

CARA KERJA DIODA

Secara sederhana, cara kerja dioda dapat dijelaskan dalam tiga kondisi, yaitu kondisi tanpa tegangan (unbiased), diberikan tegangan positif (forward biased), dan tegangan negatif (reverse biased).