Rangkaian Dioda

Arus sinyal AC yang berbentuk sinusiodal yang dilewatkan melalui sebuah dioda akan disearahkan menghasilkan sinyal positif saja atau sinyal negatif saja yang dinamakan sinyal DC bergelombang. Sinyal AC yang dihasilkan dari sebuah dioda hanya setengahnya saja tergantung dari arah dioda yang dipasang, jika sinyal input AC masuk pada kaki anoda maka sinyal keluaran dari katoda hanya bagian positifnya saja begitu juga sebaliknya, sehingga jika dibutuhkan sinyal output penuh diperlukan dua buah dioda yang diberi input dari dua sinyal AC yang berbeda phasa 180⁰.  Itulah prinsip dasar dari rangkaian dioda penyearah (rectifier).

Penyearah Setengah Gelombang (Half Wave Rectifier)

Penjelasan dari contoh gambar diatas adalah penyearahan sinyal AC menjadi sinyal setengah gelombang. Karena bagian positif anoda pada dioda dijadikan sebagai inputnya maka hanya sinyal AC bagian positifnya saja yang akan dilewatkan oleh dioda, sedangkan bagian negatifnya akan ditahan. Istilah untuk gambar diatas adalah rangkaian penyearah setengan gelombang atau dalam bahasa asing dinamakan Half Wave Rectifier.

Tegangan output dari sebuah dioda penyearah dapat dihitung dapat diketahui Nilainya dengan menggunbakan rumus Vmax x 0,318 atau Vrms x0,45, bentuk persamaan tersebut dapat digambarkan sebagai berikut :

Dimana Vmax adalah nilai maksimum dari puncak tegangan dan Vrms adalah rata-rata tegangan DC yang dihasilkan. Karena tegangan yang disearahkan hanya setengan gelombang (50% dari teganagan sinusoidalnya), maka tegangan Vmax adalah sama dengan tegangan input dikurangi tegangan drop dioda kemudian dikalikan 50%. Dan VRMS (Root Mean Sequared) adalah rata-rata tegangan DC dari magnitude tegangan AC sinusoidal , nilai tegangan RMS adalah 0,707 x tegangan puncak maksimum (Vmax. Persamaan umum dari pernyataan tersebut saya contohkan soal berikut ini :

CONTOH SOAL

Rangkaian penyearah setengah gelombang yang dibuat dari dioda silikon di berikan tegangan input sebesar 24V. diberikan tahanan beban (R) sebesar 10ohm, hitunglah nilai tegangan DCnya (VDC) dan arus DCnya (IDC) dan daya yang mengalir pada beban (R) outputnya.

Penyelesaian :   

Vmax = (Vin - 0,7) x 50% = (48 - 0,7) x 50% = 23,3V

Vrms = Vmax x 0,7071 = 23,3 x 0,7071 = 16,475V

persamaan lain untuk Vmax jika Vrms diketahui:

Vmax = Vrms x 1,414 = 16,475 x 1,414 = 23,3V

Vdc = Vrms x 0,45 = 16,475 x 0,45 = 7,4V

atau

Vdc = Vmax x 0,318 = 23,3 x 0,318 = 7,4V

Idc = Vdc/R = 7,4/10 = 0,74A

P = I x V = 0,74 x 7,4 = 5,476W
atau
P = I² x R = 0,74² x 10 = 5,476W

Kelemahan rangkaian dioda penyearah setengah gelombang hanya dapat diaplikasikan untuk daya rendah. Hal ini karena daya yang dihasilkan hanya setengah dari daya input.

Penyearah Gelombang Penuh (Full Wave Rectifier)

diperlukan dua buah dioda untuk membuat rangkaian dioda penyearah gelombang penuh, seperti contoh diatas setengan gelombang bagian positif akan dihasilkan oleh setiap dioda, sehingga tegangan outputnya adalah 100% yaitu gabungan penjumlahan setengah phasa positipnya, sehingga rata-rata tegangan keluaran DC yang mengalir pada resistor beban adalah dua kali lipat dari rangkaian penyearah tunggal atau menjadi 0,637 x Vmax. Sehingga diperoleh persamaan dasar sebagai beikut :

Vdc = (2xVmax) / π   =  0,637 x Vmax  = 0,9 x Vrms

Dimana; Vmax adalah nilai puncak dari satu dioda penyearah.

Penyearah Bridge Gelombang Penuh (Bridge Rectifier)

Jika dibutuhkan tegangan positif dan juga sinyal negatif dengan sinyal penuh, maka diperlukan rangkaian penyearah dengan 4 buah dioda yang saling terhubung secara tertutup. Rangkaian tersebut dikenali dengan nama dioda dengan sistem jembatan atau sering disebut dioda bridge. Rangkain jenis ini sangat berguna untuk pemakain pada jenis trafo yang tidak ada Center Tape (CT). Perhatikan gambar dibawah ini:

Tegangan output dari rangkaian Bridge ini adalah tegangan positif dan tegangan negatif, dimana pada contoh rangkaian diatas tegangan positif (+) diperoleh dari dioda D1 dan D2 dan tegangan negatif (-) dihasilkan oleh dioda D3 dan D4 dengan sistem penyearahan gelombang penuh.

D1 dan D2 akan melewatkan gelombang arus positifnya karena posisi diodanya forward bias (arus maju), sedangkan D3 dan D4 hanya akan melewatkan gelombang arus negatifnya saja karena posisi dioda tersebut reverse bias.

Frekuensi output pada rangkaian penyearah Bridge adalah 2x frekuensi input, contoh jika frekeunsi dari trafo sebesar 50Hz maka frekuensi output adalah 100Hz, tetapi jika menggunakan trafo CT besarnya frekuensi dari masing masih phasa terhadap CT adalah sama seperti frekuensi input.

Jenis-Jenis Dioda dan Fungsinya

Jenis-Jenis Dioda terbagi menjadi beberapa bagian, mulai dari Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya) yang biasa disingkat LED, Diode Photo (Dioda Cahaya), Diode Varactor (Dioda Kapasitas), Diode Rectifier (Dioda Penyearah) dan yang terakhir adalah Diode Zener yang biasa disebut juga sebagai Voltage Regulation Diode. Semua jenis dioda ini memiliki fungsi yang berbeda-beda yang sesuai dengan nama dioda itu sendiri. Dioda disempurnakan oleh William Henry Eccles pada tahun 1919 dan mulai memperkenalkan istilah diode yang artinya dua jalur tersebut, walaupun sebelumnya sudah ada dioda kristal (semikonduktor) yang dikembangkan oleh peneliti asal Jerman yaitu Karl Ferdinan Braun pada tahun 1874, dan dioda termionik pada tahun 1873 yang dikembangkan lagi prinsip kerjanya oleh Frederic Gutherie.

Gambar Jenis-Jenis Dioda

Berikut ini adalah pengertian dari Jenis-Jenis Dioda :
Light Emiting Diode (Dioda Emisi Cahaya)
Dioda yang sering disingkat LED ini merupakan salah satu piranti elektronik yang menggabungkan dua unsur yaitu optik dan elektronik yang disebut juga sebagai Opteolotronic.dengan masing-masing elektrodanya berupa anoda (+) dan katroda (-), dioda jenis ini dikategorikan berdasarkan arah bias dan diameter cahaya yang dihasilkan, dan warna nya.
Diode Photo (Dioda Cahaya)
Dioda jenis ini merupakan dioda yang peka terhadap cahaya, yang bekerja pada pada daerah-daerah reverse tertentu sehingga arus cahaya tertentu saja yang dapat melewatinya, dioda ini biasa dibuat dengan menggunakan bahan dasar silikon dan geranium. Dioda cahaya saat ini banyak digunakan untuk alarm, pita data berlubang yang berguna sebagai sensor, dan alat pengukur cahaya (Lux Meter).
Diode Varactor (Dioda Kapasitas)
Dioda jenis ini merupakan dioda yang unik, karena dioda ini memiliki kapasitas yang dapat berubah-ubah sesuai dengan besar kecilnya tegangan yang diberikan kepada dioda ini, contohnya jika tegangan yang diberikan besar, maka kapasitasnya akan menurun,berbanding terbalik jika diberikan tegangan yang rendah akan semakin besar kapasitasnya, pembiasan dioda ini secara reverse. Dioda jenis ini banyak digunakan sebagai pengaturan suara pada televisi, dan pesawat penerima radio.
Diode Rectifier (Dioda Penyearah)
Dioda jenis ini merupakan dioda penyearah arus atau tegangan yang diberikan, contohnya seperti arus berlawanan (AC) disearahkan sehingga menghasilkan arus searah (DC). Dioda jenis ini memiliki karakteristik yang berbeda-beda sesuai dengan kapasitas tegangan yang dimiliki.


Diode Zener
Dioda jenis ini merupakan dioda yang memiliki kegunaan sebagai penyelaras tegangan baik yang diterima maupun yang dikeluarkan, sesuai dengan kapasitas dari dioda tersebut, contohnya jika dioda tersebut memiliki kapasitas 5,1 V, maka jika tegangan yang diterima lebih besar dari kapasitasnya, maka tegangan yang dihasilkan akan tetap 5,1 tetapi jika tegangan yang diterima lebih kecil dari kapasitasnya yaitu 5,1, dioda ini tetap mengeluarkan tegangan sesuai dengan inputnya.
Dapat disimpulkan bahwa Jenis-Jenis Dioda tersebut memiliki berbagai kegunaan tersendiri yang dapat memanipulasi berbagai tegangan yang masuk melalui dioda tersebut. Jenis-jenis Dioda diatas merupakan beberapa contoh jenis dioda yang saat ini sudah ada dan dikembangkan, masih banyak lagi contoh lain dari jenis dioda ini.
Demikian penjelasan singkat mengenai jenis-jenis dioda, semoga artikel kali ini dapat berguna dan bermanfaat bagi anda semua.

Dasar Teori Dioda

DIODA

Gambar Simbol Dioda

Pengertian Dioda

Dioda adalah komponen elektronik yang mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatif. Di dalam dioda terdapat junction (pertemuan) dimana semikonduktor type-p dan semi konduktor type-n bertemu.

Fungsi Dioda

Fungsi dioda ini memang unik, yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Fungsi dioda paling umum adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari  katup pada transmisi cairan dimana katup akan terbuka jika ada air yang mengalir dari belakang katup menuju ke depan, sedangkan katup akan menutup oleh air yang mengalir dari depan menuju ke belakang.

Fungsi dioda yang lainnya adalah sebagai penyearah sinyal tegangan AC menjadi sinyal DC. Untuk dapat digunakan sebagai penyearah setengah gelombang Anda bisa menggunakan sebuah dioda. Namun jika ingin menjadi penyearah gelombang penuh, Anda harus menggunakan 4 buah dioda yang dirangkai seperti jembatan atau dengan menggunakan 2 buah dioda dengan trafo yang memiliki center tap (CT).

Dioda semikonduktor hanya dapat melewatkan arus searah saja, yaitu pada saat dioda diberikan catu maju (forward bias) dari anoda (sisi P) ke katoda (sisi N). Pada kondisi tersebut dioda dikatakan dalam keadaan menghantar (memiliki tahanan dalam sangat kecil). Sedangkan bila dioda diberi catu terbalik (reverse bias) maka maka pada kondisi ini dioda tidak menghantar (memiliki tahanan dalam yang tinggi sehingga arus sulit mengalir).

Untuk dioda silikon arus mulai dilewatkan setelah tegangan ≥ 0.7 Volt DC, sedangkan untuk dioda Germanium mulai dilewatkan setelah tegangan mencapai ≥ 0.3 Volt DC. Penerapan dioda semi konduktor yang umum adalah sebagai penyearah, selain fungsi lain seperti pembatas tegangan, detektor dan clipper.

Secara umum, jika diuraikan maka fungsi-fungsi diode adalah sebagai berikut:

1. Penyearah, contoh : dioda bridge
2. Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener
3. Pengaman /sekering
4. Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.
5. Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen dc kepada suatu sinyal ac
6. Pengganda tegangan.
7. Sebagai indikator, yaitu LED (light emiting diode)
8. Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier
9. Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo
10. Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor

Jenis-jenis Dioda

·  Dioda standar

Dioda jenis ini ada dua macam yaitu silikon dan germanium. Dioda silikon mempunyai tegangan maju 0.6V sedangkan dioda germanium 0.3V. Dioda jenis ini mempunyai beberapa batasan tertentu tergantung spesifikasi. Batasan batasan itu seperti batasan tegangan reverse, frekuensi, arus, dan suhu. Tegangan maju dari dioda akan turun 0.025V setiap kenaikan 1 derajat dari suhu normal.
Sesuai karakteristiknya dioda ini bisa dipakai untuk fungsi-fungsi sebagai berikut:

• Penyearah sinyal AC
• Pemotong level
• Sensor suhu
• Penurun tegangan
• Pengaman polaritas terbalik pada dc input

Contoh dioda jenis ini adalah 1N400x (1A), 1N5392 (1.5A), dan 1N4148 (500mA).

·         LED (light emiting diode)

Dioda jenis ini mempunyai lapisan fosfor yang bisa memancarkan cahaya saat diberi polaritas pada kedua kutubnya. LED mempunyai batasan arus maksimal yang mengalir melaluinya. Diatas nilai tersebut dipastikan umur led tidak lama. Jenis led ditentukan oleh cahaya yang dipancarkan. Seperti led merah, hijau, biru, kuning, oranye, infra merah dan laser diode. Selain sebagai indikator beberapa LED mempunyai fungsi khusus seperti LED inframerah yang dipakai untuk transmisi pada sistem remote control dan opto sensor juga laser diode yang dipakai untuk optical pick-up pada sistem CD. Dioda jenis ini dibias maju (forward).

Bila dioda dibias forward, electron pita konduksi melewati junction dan jatuh ke dalam hole. Pada saat elektron-elektron jatuh dari pita konduksi ke pita valensi, mereka memancarkan energi. Pada dioda LED energi dipancarkan sebagai cahaya, sedangkan pada dioda penyearah energi ini keluar sebagai panas. Dengan menggunakan bahan dasar pembuatan seperti gallium, arsen dan phosfor pabrik dapat membuat LED dengan memancarkan cahaya warna merah, kuning, dan infra merah (tak kelihatan). Led yang menghasilkan pancaran cahaya tampak biasanya digunakan untuk display mesin hitung, jam digital dan lain-lain. Sedangkan Led infra merah dapat digunakan dalam sistim tanda bahaya pencuri dan lingkup lainnya yang membutuhkan cahaya tak kelihatan, juga untuk remote control. Keuntungan lampu Led dibandingkan lampu pijar adalah umurnya panjang, teganagnnya rendah dan saklar nyala matinya cepat. Gambar 2.1 dibawah ini menjukkan lambang atau simbol dari macam dioda.

·         Dioda photo

Dioda photo merupakan jenis komponen peka cahaya. Dioda ini akan menghantar jika ada cahaya yang mauk dengan intensitas tertentu. aplikasi dioda photo banyak pada sistem sensor cahaya (optical). Contoh:pada optocoupler dan optical pick-up pada sistem CD. Dioda photo dibias maju (forward).

Energi thermal menghasilkan pembawa minoritas dalam dioda, makin tinggi suhu makin besar arus dioda yang terbias terbalik. Energi cahaya juga menghasilkan pembawa minoritas. Dengan menggunakan jendela kecil untuk membuka junction agar terkena sinar, pabrik dapat membuat dioda photo. Jika cahaya luar mengenai junction dioda photo yang dibias terbalik akan dihasilkan pasangan electron-hole dalam lapisan pengosongan. Makin kuat cahaya makin banyak jumlah pembawa yang dihasilkan cahaya makin besar arus reverse. Oleh sebab itu dioda photo merupakan detektor cahaya yang baik sekali.

·         Dioda varactor

Kelebihan dari dioda ini adalah mampu menghasilkan nilai kapasitansi tertentu sesuai dengan besar tegangan yang diberikan kepadanya. Dengan dioda ini maka sistem penalaan digital pada sistem transmisi frekuensi tinggi mengalami kemajuan pesat, seperti pada radio dan televisi. Contoh sistem penalaan dengan dioda ini adalah dengan sistem PLL (Phase lock loop), yaitu mengoreksi oscilator dengan membaca penyimpangan frekuensinya untuk kemudian diolah menjadi tegangan koreksi untuk oscilator. Dioda varactor dibias reverse. Dengan mengubah-ubah tegangan riverse pada varactor kita dapat mengubah frekuensi resonansi. Penerapan dioda varaktor ini biasanya pada tuner yang ditala menggunakan tegangan.

·         Dioda Schottky

Dioda schottky menggunakan logam emas, perak atau platina pada salah satu sisi junction dan silicon yang di dop (biasanya type-n) pada sisi yang lain. Dioda semacam ini adalah piranti unipolar karena electron bebas merupakan pembawa mayoritas pada kedua sisi junction. Dan dioda Schottky ini tidak mempunyai lapisan pengosongan atau penyimpanan muatan, sehingga mengakibatkan ia dapat di switch nyala dan mati lebih cepat dari pada dioda bipolar. Sebagai hasilnya piranti ini dapat menyearahkan frekuensi diatas 300 Mhz dan jauh diatas kemampuan dioda bipolar.

·         Dioda Step-Recovery

Dengan mengurangi tingkat doping dekat junction pabrik dapat membuat dioda step-recovery piranti yang memanfaatkan penyimpanan muatan. Selama konduksi maju dioda berlaku seperti dioda biasa dan bila dibias terbalik dioda ini konduksi sementara lapisan pengosongan sedang diatur dan kemudian tiba-tiba saja arus balik menjadi nol. Dalam keadaan ini seolah-olah dioda tiba-tiba terbuka menjepret (snaps open) seperti saklar, dan inilah sebabnya kenapa dioda step-recovery sering kali disebut dioda snap. Dioda step-recovery digunakan dalam rangkaian pulsa dan digital untuk menghasilkan pulsa yang sangat cepat. Snap-off yang tiba-tiba dapat menghasilkan pensaklaran on-off kurang dari 1 ns. Dioda khusus ini juga digunakan dalam pengali frekuensi.

·         Dioda Zener

Fungsi dari dioda zener adalah sebagai penstabil tegangan. Selain itu dioda zener juga dapat dipakai sebagai pembatas tegangan pada level tertentu untuk keamanan rangkaian. Karena kemampuan arusnya yang kecil maka pada penggunaan dioda zener sebagai penstabil tegangan untuk arus besar diperlukan sebuah buffer arus. Dioda zener dibias mundur (reverse).

Dioda zener dibuat untuk bekerja pada daerah breakdown dan menghasilkan tegangan breakdown kira-kira dari 2 sampai 200 Volt. Dengan memberikan tegangan terbalik melampaui tegangan breakdown zener, piranti berlaku seperti sumber tegangan konstan, dengan kata lain dioda zener akan membatasi tegangan agar tidak lebih besar dari tegangan breakdownnya. Dioda Zener banyak digunakan kedua setelah dioda penyearah, dioda zener adalah komponen utama regulator tegangan.

Kerusakan yang sering ditemui pada Dioda

• Arus bocor saat di beri bias terbalik
• Hubung singkat / tegangan tembus saat di beri bias terbalik
• Sirkuit terputus