Pernah dengar istilah lampu LED? atau layar LED? Jika kamu pernah mendengar atau bahkan pernah menggunakannya, maka sebenarnya kamu sudah merasakan aplikasi dari dioda.
Nah di tulisan kali ini kami akan membahas lebih lanjut mengenai dioda, dari mulai pengenalan, fungsi, cara kerja hingga ke jenis-jenisnya. Nah mari kita langsung saja mulai masuk ke pembahasannya.
Apa Itu Dioda?
Dioda adalah komponen elektronik akitf yang terdiri dari dua elektroda yang terbuat dari bahan semikonduktor, yaitu semikonduktor tipe P (anoda) dan tipe N (katoda). Bahan semikonduktor yang biasa digunakan adalah silikon, germanium atau selenium.
Silikon jenis P memiliki elektron yang sedikit sedangkan tipe N memiliki kelebihan elektron. Nah kondisi keduanya inilah yang menjadi dasar dari prinsip kerja dioda. Nanti kita bahas lebih terperinci soal cara kerja komponen satu ini di bawah.
Simbol dari dioda ketika ditulis dalam suatu gambar rangkaian adalah sebuah segitiga yang membentuk seperti anak panah dan sebuah garis di ujung segitiga tersebut. simbol tersebut adalah penggambaran dari fungsi dioda sebagai penyearah. Pada simbol di gambar, bagian sebelum simbol segitiga adalah Anoda dan yang lainnya adalah Katoda.
Fungsi utama dioda yang paling banyak diketahui adalah sebagai penyearah arus yang bisa mengubah tegangan AC menjadi DC. Hal ini karena dioda memiliki sifat melewatkan tegangan DC dan menghambat tegangan DC.
Namun masih banyak lagi aplikasi dari dioda yang sangat membantu untuk membangun berbagai fungsi rangkaian listrik. Kamu bisa menjadikannya semacam saklar otomatis, komponen pengaman dan lain sebagainya. Kami juga akan membahas beberapa aplikasi dari dioda di subjudul tersebdiri di bawah.
Cara Kerja Dioda
Kita bisa membagi pembahasan mengenai cara kerja dioda ini dalam tiga kondisi, yaitu kondisi saat dioda belum diberi tegangan (unbiased), saat diberikan tegangan positif pada kutub P (forward biased), dan saat diberi tegangan positif pada kutub N (reverse biased).
Kondisi tanpa tegangan
Seperti yang kita bahas tadi, dioda terbuat dari semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. Daerah sambungan (junction) antara P dan N disebut dengan depletion layer. Area ini seperti dinding pembatas yang menghalangi elektron dari N berpindah ke P.
Pembatas medan listrik pada daerah P-N junction ini terjadi diawali akibat proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi N yang kelebihan elektron ke sisi P yang kekurangan elektron. Elektron-elektron dari N tersebut akan menempati suatu ruang kosong di sisi P yang disebut dengan holes.
Holes yang terisi dengan elektron akan menimbulkan ion negatif di sisi P, sementara perpindahan elektron-elektron akan meninggalkan ion positif di sisi N. Ion-ion tidak bergerak akan membentuk medan listrik statis sehingga menjadi penghalang yang membuat elektron pada dioda tidak bisa berpindah lagi.
Kondisi tegangan positif (Forward-bias)
Forward bias adalah kondisi dioda dialiri sumber listrik, di mana bagian anoda (P) disambungkan dengan terminal positif dan bagian katoda (N) disambungkan dengan terminal negatif. Tegangan eksternal atau disebut tegangan bias akan mengakibatkan ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif, dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif.
Karena pergerakan ion berlawanan dengan medan listrik statsi, maka tegangan bias ini akan membuat depletion layer menyempit. Jika besar tegangan yang diberikan sama atau lebih dari titik bias (biasanya 0,7 V) arus listrik akan diteruskan oleh dioda seperti layaknya sirkuit tertutup.
Untuk memahami lebih jauh mengenai forward bias, kamu dapat cek tulisan kami di sini.
Kondisi tegangan negatif (Reverse-bias)
Kondisi revers bias ini merupakan kebalikan dari forward bias. Pada reverse bias, bagian yang dihubungkan ke anoda (P) adalah terminal negatif dan bagian katoda (N) dikoneksikan dengan terminal positif. Seperti sebelumnya, ion-ion akan tertarik ke kutub berlawanan.
Ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda yang diberi tegangan positif, dan ion-ion positif ke sisi anoda yang diberi tegangan negatif. Kali ini pergerakan ion-ion selaras dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron, sehingga penghalang pun semakin melebar. Alhasil, listrik tidak dapat mengalir melalui dioda dan rangkaian berubah layaknya rangkaian terbuka.
Baca juga: Transformator (Trafo): Apa Fungsi Dan Bagaimana Cara Kerjanya?
Jenis-jenis Dioda
Setelah kita memahami dasar-dasar dioda, penting untuk mengetahui ada berbagai macam jenis dioda yang masing-masing memiliki karaketristik dan aplikasi masing-masing. Berikut beberapa kenis-jenis dari dioda:
PN Junction Diode
PN junction adalah jenis dioda standar yang paling umum digunakan. Susunan dan cara kerjanya seperti yang dijelaskan di atas. Jika kamu membeli dioda di pasaran tanpa menyebutkan jenisnya secara spesifik, maka kamu akan diberikan jenis PN junction ini.
Light Emitting Diode (LED)
LED atau Light Emitting Diode juga termasuk pada salah satu jenis dioda. LED akan mengeluarkan cahaya saat dialiri arus forward-bias. LED memiliki tegangan bias lebih tinggi daripada dioda PN junction yaitu sekitar 1.2V hingga 3.3 V, sementara tegangan bias PN junction adalah 0.7V.
Laser Diode
Dioda jenis laser ini juga menghasilkan cahaya, namun berbeda dengan LED, cahaya yang dihasilkan adalah cahaya koheren. Aplikasi dari jenis ini dapat kamu temukan pada perangkat pembaca CD/DVD dan juga laser pointer.
Photodiode
Photodiode biasa digunakan sebagai sensor cahaya, jenis dapat menghasilkan energi listrik ketika daerah PN junction disinari. Biasanya photodiode dioperasikan dalam kondisi reverse-bias.
Gunn Diode
Gunn Diode merupakan jenis dioda yang tidak memiliki PN Junction. Jenis ini hanya hanya terdiri dari dua elektroda. Komponen satu ini biasa digunakan untuk memproduksi gelombang mikro.
BARITT Diode
BARITT (Barrier Injection Transit Time) Diode bekerja dengan prinsip emisi termionik. Jenis ini digunakan untuk menghasilkan sinyal gelombang mikro dengan level derau yang rendah.
Tunnel Diode
Tunnel Diode bekerja dengan memanfaatkan salah satu fenomena mekanika kuantum yaitu tunneling. karena kecepatan reaksinya terhadap perubahan tegangan, tunnel junction sering digunakan pada osilator, penguat, atau pencampur sinyal.
Backward Diode
Karakteristik dari Backward diode ini hampir mirip dengan tunnel, namun pada jenis ini ada sisi yang diberi doping lebih rendah dibanding sisi yang berlawanan. Perbedaan profil doping ini membuat tegangan-arus pada kondisi reverse dan forwardnya sama.
PIN Diode
dioda PIN sering diaplikasikan untuk pensinyalan (switching). Alasannya adalah keberadaan area semikonduktor intrinsik (tanpa doping) antara P dan N junction-nya. Area intrinsic ini membuat depletion layer menjadi lebih lebar sehingga membatasi pergerakan elektron.
Schottky Diode
Dioda jenis ini memiliki tegangan bias yang rendah dan waktu pemulihan yang lebih singkat. Umumnya dioda jenis digunakan pada rangkaian elektronik berfrekuensi tinggi, seperti perangkat-perangkat radio dan juga gerbang logika.
Step Recovery Diode
Dioda jenis ini memiliki semikonduktor yang level doping-nya secara gradual menurun dengan titik terendah di junction, sehingga dapat mengurangi waktu switching karena muatan pada junction lebih sedikit. Jenis ini sering diaplikasikan pada alat-alat elektronik frekuensi radio.
Varactor Diode
Jenis ini diaplikasikan pada mode reverse bias dan memiliki lapisan penghalang yang dapat menyesuaikan dengan tegangan yang diberikan. Hal ini membuat dioda ini bekerja layaknya kapasitor.
Zener diode
Memiliki karakteristik khusus, yaitu tidak memiliki efek breakdown. Sehingga kondisi reverse bias dari Dioda ini dapat menghasilkan tegangan yang tetap. Umumnya dioda zener digunakan sebagai penghasil tegangan referensi pada rangkaian elektronik.
Untuk lebih lengkapnya, silahkan baca 12 Jenis Jenis Dioda (Diode); Fungsi Beserta Penjelasannya
Aplikasi Dioda yang Biasa Dijumpai
Kita akan membahas mengenai penerapan dioda dalam beberapa teknologi. Dalam pembahasan ini kita akan melihat peranan dioda baik dioda zener ataupun dioda penyearah biasa sesuai fungsinya masing-masing.
1. Pelindung pada Multimeter
Dioda zener juga biasa diaplikasikan pada multimeter. Fungsinya dalam rangkaian multimeter adalah untuk mengontrol pergerakan meteran terhadap kelebihan beban yang tidak disengaja. Multimeter akan dihubungkan secara paralel dengan dioda. Ketika kelebihan beban terjadi di seluruh dioda, sebagian besar arus akan melewati dioda. Dengan demikian, melindungi meteran dari kerusakan.
2. Penyearah Sinyal AC menjadi DC (rectifier)
Salah satu fungsi dioda adalah sebagai penyearah alias rectifier yang mengubah sinyal AC menjadi sinyal DC . Pada gambar di atas adalah contoh penyearah setengah gelombang dari sinyal AC menjadi sinyal DC. Aplikasi dioda sebagai penyearah ini menjadi rangkaian dasar dari sebuah power supply yang paling umum digunakan.
3. Rangkaian penjepit (clamping circuits)
Rangkaian clamper alias rangkaian penjempit adalah rangkaian yang memiliki fungsi untuk menjepit atau menggeser tegangan puncak dari suatu sinyal ke level tertentu sesuai kebutuhan. Rangkaian clamper juga disebut dengan level shifter atau DC restorer.
4. Sensor Cahaya
Dioda dapat berfungsi sebagai sensor cahaya. Dioda yang digunakan adalah jenis photo dioda. Photo dioda adalah sensor cahaya yang mengubah energi cahaya menjadi energi listrik. Photo dioda dirancang dengan persimpangan terbuka dengan bukaan untuk menerima cahaya yang akan memicu dioda untuk mengalirkan arus.
5. Demodulasi sinyal AM
Dioda dengan kapasitor adalah rangkaian paling sederhana & termurah yang digunakan untuk demodulasi sinyal AM. Sinyal audio yang tersimpan pada sinyal AM akan dideteksi oleh dioda karena hanya memungkinkan setengah siklus sinyal positif.
6. Proteksi pada Rangkaian
Dioda pelindung digunakan dalam rangkaian untuk mencegah aliran arus balik yang dapat menyebabkan kerusakan pada sumber atau komponen di dalam rangkaian.
Dioda juga digunakan untuk perlindungan terhadap polaritas terbalik dalam suatu rangkaian. Polaritas terbalik dari baterai dapat menyebabkan kerusakan pada komponen dalam rangkaian tersebut. Sifat dioda yang mengarahkan aliran arus hanya dalam satu arah digunakan untuk menghentikan aliran arus dalam kasus seperti itu.
Kesimpulan
Selain sebagai penyearah, fungsi dari komponen dioda cukup bervariasi. Hal ini juga didukung oleh jenis-jenisnya yang cukup banyak sehingga dapat memenuhi berbagai kebutuhan rangkaian. Melihat ini, maka bisa disimpulkan bahwa dioda adalah komponen yang cukup penting di dalam dunia elektro dan kelistrikan.
