DIODA

DIODA

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat listrik dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (VARIable CAPacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.

Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda 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.

dioda ideal artinya dalam perhitungan tegangan, dioda akan melewatkan tegangan diatas 0V dan menghambat tegangan dibawah 0V. Dioda ideal tidak memperhitungkan tegangan tembus yang disebabkan sambungan P-N sebesar 0.5V atau 0.7V. Setelah penjelasan dioda ideal berikut silakan memodifikasi hasil dari rekayasa rangkaian untuk dianalisis lebih lanjut.
Rangkaian dioda pada umumnya sering dijumpai dalam penggunaan berikut:
1. Rangkaian Penyearah tegangan
2. Rangkaian Pemotong (Clipper)
3. Rangkaian Penjepit (Clamper)
4. Rangkaian Pengali Tegangan

Rangkaian 1: Penyearah Tegangan

Setiap perangkat elektronik membutuhkan tegangan berupa tegangan DC. Sedangkan sumber tegangan listrik yang ada untuk industri dan rumah tangga adalah sumber tegangan AC maka dibutuhkan pengubahan dari besaran AC ke besaran DC dengan menggunakan rangkaian penyearah. Dioda difungsikan di sini sebagai penyearah tegangan, dioda mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah(DC). Penyearah tegangan ini ada 2 macam, yaitu :
1. Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier)

2. Penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier)

Penyearah setengah gelombang (half-wave rectifier)

Dioda menyearahkan tegangan AC yang berbentuk gelombang menjadi tegangan DC hanya siklus positif tegangan AC saja. Sedangkan pada saat siklus negatifnya dioda mengalami panjar balik (reverse bias) sehingga tegangan beban menjadi nol.

Pada gambar  di atas, Vi sebagai tegangan input rangkaian yang mempunyai nilai sebesar 20Vpp (20V peak to peak artinya jarak tegangan antara puncak tegangan dan lembah tegangan). Sesuai dengan karakteristik dioda yaitu panjar maju (forward bias) hanya melewatkan tegangan positif saja, maka hanya gelombang positif saja yang dilewatkan sedangkan gelombang negatif tidak dilewatkan. Setelah disearahkan menggunakan dioda maka akan di dapat bentuk gelombang seperti pada gambar di sebelahnya. Setelah itu bisa dihitung nilai Vrms dan Vdc nya.

Penyearah gelombang penuh (full-wave rectifier)

Dioda digunakan sebagai penyearah gelombang penuh, dalam artian dioda akan bekerja secara bergantian menyearahkan tegangan AC pada saat siklus positif dan negatif. Penyearah gelombang penuh ada 2 macam dan penggunaannya disesuaikan dengan transformator yang dipakai. Untuk transformator dengan CT (Center Tap) menggunakan 2 dioda saja sebagai penyearahnya sedangkan untuk transformator biasa digunakan jembatan dioda (dioda bridge).

Penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda

Seperti telah disebutkan di atas, penyearah gelombang penuh menggunakan 2 dioda ini hanya bisa digunakan pada transformator CT. Pada bagian sekunder trafo CT terdapat 2 sinyal output yang terjadi secara bersamaan, mempunyai amplitudo yang sama namun berlawanan fasa.

Pada gambar di atas, saat tegangan input Vi berada pada siklus positif, D1 akan mengalami panjar maju (forward bias) sedangkan D2 mengalami panjaran balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D1 menuju ke beban dan ke grounding, dalam hal ini grounding terhubung dengan CT. Saat tegangan input V1 berada pada siklus negatif, D2 akan mengalami panjar maju (forward bias) sedangkan D1 mengalami panjar balik (reverse bias) sehingga arus akan mengalir melalui D2 menuju ke beban dan ke gorunding dan kembali ke CT.
Dari penjelasan cara kerja penyearah gelombang penuh jenis ini terlihat bahwa tegangan yang terjadi pada beban mempunyai polaritas yang sama tanpa memperdulikan dioda mana yang menghantar karena arus mengalir melalui arah yang sama sehingga akan terbentuk gelombang penuh yang disearahkan.

Penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda (dioda bridge)

Pada dioda bridge, hanya ada 2 dioda saja yang menghantarkan arus untuk setiap siklus tegangan sedangkan 2 dioda lainnya bersifat sebagai isolator pada saat siklus yang sama. Untuk memahami cara kerja dioda bridge, perhatikanlah gambar berikut.

Saat siklus positif, arus mengalir melalui dioda D2 menuju beban dan kembali melalui dioda D3. Pada saat yang bersamaan pula, dioda D1 dan D4 mengalami panjar balik (reverse bias) sehingga tidak ada arus yg mengalir atau kedua dioda tersebut bersifat sebagai isolator.
Sedangkan pada saat siklus negatif, arus mengalir melalui dioda D1 menuju beban dan kembali melalui dioda D4. Karena dioda D2 dan D3 mengalami panjar balik (reverse bias) maka arus tidak dapat mengalir pada kedua dioda ini. Kedua hal ini terjadi berulang secara terus menerus hingga didapatkan tegangan beban yang berbentuk gelombang penuh yang sudah disearahkan (tegangan DC). Untuk Jembatan dioda (dioda bridge) ini tersedia dalam bentuk 1 komponen saja dipasaran. Jika ingin membuat merancang sendiri bisa dibuat dengan menggunakan 4 dioda yang sama karakteristiknya. Yang harus diperhatikan adalah kapasitas arus yang dilewatkan oleh dioda harus lebih besar dari besar arus yang dilewatkan pada rangkaian.

Rangkaian 2: Rangkaian pemotong (Clipper)

Rangkaian dioda pemotong (Clipper) juga dikenal sebagai Pembatas tegangan (voltage limiter). Rangkaian ini digunakan untuk membatasi tegangan sinyal input pada suatu level tegangan tertentu. Rangkaian ini berguna untuk pembentukan sinyal dan juga untuk melindungi rangkaian dari sinyal-sinyal yang tidak diinginkan. Beberapa aplikasi dari pembatas tegangan adalah noise limiter dan audio limiter. Rangkaian pembatas tegangan ada 2 jenis berdasarkan pada level tegangan yg dibatasi. Pembatas tegangan yang membatasi tegangan sinyal input pada bagian positifnya disebut pembatas tegangan positif (positive limiter) sedangkan yang membatasi tegangan sinyal input pada bagian negatifnya disebut pembatas tegangan negatif (negative limiter).

Cara kerja rangkaian sebagai berikut. Melihat pada gambar di atas. Ketika fase positif, dioda seharusnya berada pada posisi panjar maju (forward bias) namun adanya tegangan DC 3V (batere) yang diseri dengan dioda maka harus diperhitungkan dulu nilai Vi. Untuk nilai Vi dibawah 3V, dioda dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih makan dioda dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda dan Vo hanya mengukur tegangan batere saja. Ketika fase negatif, dioda dalam keadaan panjar balik sehingga Vo mengikuti grafik nilai Vi dengan nilai minimum -10V. Teori di atas berlaku juga untuk pembatas tegangan negatif (negative clipper). Rangkaian pembatas tegangan negatif hampir sama dengan rangkaian pembatas tegangan positif, hanya saja polaritas diodanya yang dibalik.

Kombinasi pembatas tegangan

Dari 2 jenis pembatas tegangan yang telah disebutkan sebelumnya, dapat dibuat kombinasi pembatas tegangan. Yang harus diperhatikan adalah polaritas pada dioda dan tegangan DC yang dipakai, karena hal ini menentukan level tegangan yang akan dibatasi.

Memperhatikan pada gambar di atas. Ketika fase positif, dioda D1 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D2 pada posisi panjar balik. Untuk nilai Vi di bawah 3V, dioda D1 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan 3V atau lebih maka dioda D1 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda D2 dan Vo hanya mengukur tegangan batere V1 saja.
Ketika fase negatif, dioda D2 pada posisi panjar maju (forward bias) dan D1 pada posisi panjar balik. Untuk nilai Vi di atas -3V, dioda D2 dalam keadaan panjar balik (reverse bias) sehingga nilai Vo mengikuti Vi. Ketika Vi berada pada tegangan -3V atau kurang maka dioda D2 dalam keadaan panjar maju (forward bias), maka tegangan Vi akan melewati dioda D2 dan Vo hanya mengukur tegangan batere V2 saja. Sinyal yang dihasilkan sesuai dengan pembatas yang diberikan yaitu 3V ~ -3V saja.