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 ZenerFenomena 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.
LEDSalah 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 fotoDioda
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 VaractorKomponen
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.