Home / Fisika / dioda

Dioda

  • 12 min read

Penulis : Dimas Widianto Ramadhan, Mahasiswa UIN Jakarta

Jika pada umumnya komponen rangkaian elektronika dasar yang kalian ketahui adalah resistor, kapasitor, dan induktor, maka pada kali ini kita diperkenalkan pada salah satu dari komponen rangkaian elektronika dasar yang disebut dengan dioda.

Berbeda dengan ketiga komponen rangkaian elektronika tersebut, yang mana merupakan komponen elektronika aktif, diode adalah komponen elektronika aktif.

Kenapa disebut rangkaian aktif ? apa yang membuat dioda ini berbeda dari komponen lain yang kita kenal ? Pada materi kali ini kita akan mempelajari dasar dioda tersebut dimulai dari pengertian, karakteristik, dan aplikasi sederhana dari dioda tersebut.

Pengertian Dioda

Sebelum kita mempelajari lebih lanjut pembahasan dioda ini, kita perlu tahu definisi dari dioda itu sendiri. Dioda adalah komponen elektronika semikonduktor yang terdiri dari 2 terminal P dan N yang membuat arus mengalir ke satu arah saja dan tidak bisa mengalir ke arah yang sebaliknya. Dalam segi nama, dioda juga berasal dari 2 kata yaitu ”Di” yang berarti dua, dan “oda” yang berarti elektroda, sehingga dioda adalah gabungan dari 2 elektroda yang kita tahu adalah anoda dan katoda.

Baca tulisan lain dari bacaboy

Konsep Dasar

Pertama akan dijelaskan perbedaan dasar dari resistor dengan dioda. Seperti yang kita tahu bahwa resistor merupakan komponen elektronika yang mempunyai grafik arus vs tegangan yang berbentuk linear (Lihat gambar 1a). Dalam hal ini dioda sangat berbeda. Dioda memiliki grafik arus vs tegangan yang tidak linear (Lihat gambar 1b).

Yang membuat grafik dioda seperti itu adalah karena adanya potensial penghalang (potensial barrier). Setiap dioda memiliki nilai potensial yang bermacam-macam tergantung dari jenis bahan penyusun dioda, seperti bahan germanium memiliki potensial penghalang sebesar 0,3 V dan silicon sebesar 0,7 V.

Ketika beda potensial dioda kurang dari potensial penghalangnya, maka arus yang mengalir melewati dioda akan sangat kecil atau dianggap tidak ada arus. Ketika beda potensial dioda melebihi potensial penghalangnya, maka arus dapat melewati dioda tersebut.

Grafik Resistor Ideal
gambar 1 Grafik Resistor Ideal
Grafik Dioda Ideal
gambar 2 Grafik Dioda Ideal

Simbol dan Bentuk Dioda

Dioda pada umumnya disimbolkan dengan bentuk seperti panah dengan garis di depan yang tegak lurus dengan ujung panahnya, dapat dilihat pada gambar 2. Pada gambar tersebut juga terlihat ada sisi P yang disebut sebagai anoda (kutub positif) dan ada sisi N yang disebut sebagai katoda (kutub negatif).

Simbol dioda juga menandakan bahwa arus normal akan bergerak jika mengikuti arah panah tersebut, sedangkan jika arus tidak searah dengan panahnya, maka arus tidak dapat mengalir melewati diode tersebut. Istilah ini yang disebut dengan bias maju dan bias mundur, yang mana akan dijelaskan setelah ini.

Simbol Umum pada Dioda
Gambar 2. Simbol Umum pada Dioda

Untuk bentuk asli dioda biasa dapat dilihat pada gambar 3. Umumnya bagian yang tidak diberi pita adalah bagian dari katoda, sedangkan bagian yang diberi pita adalah bagian dari anoda. Ini adalah salah satu dari banyak jenis diode yang ada. Namun untuk dasarnya dapat diamati bentuk dioda umumnya terlebih dahulu.

Bentuk Asli Dioda pada Umumnya
Gambar 3. Bentuk Asli Dioda pada Umumnya

Potensial Penghalang

Seperti penjelasan singkat sebelumnya kita sudah membicarakan tentang potensial penghalang. Secara mikroskopik, dioda terdiri dari ion-ion positif dan ion-ion negatif yang berhubungan pada kedua sisi PN nya yang kita sebut sebagai dipol. Ion-ion negatif bisa kita sebut sebagai elektron dan pada gambar di bawah berbentuk bulat dengan tanda negatif, sedangkan ion-ion positif kita sebut sebagai hole dan berbentuk bulat dengan tanda positif.

Terciptanya dipol menandakan bahwa satu elektron bebas dan satu hole bebas telah melakukan pertukaran tempat. Tiap dipol memiliki medan listrik antara ion positif dan juga ion negatif. Oleh karena itu, jika ada tambahan elektron bebas menyeberangi jembatan PN, medan listrik tersebut akan mendorong elektron bebas tersebut kembali ke daerah N.

Besar dari medan listrik tersebut akan meningkat seiring dengan meningkatnya keseimbangan antara ion positif dengan ion negatifnya.

Keseimbangan Ion-Ion pada dioda
Gambar 4. Keseimbangan Ion-Ion pada dioda

Pada gambar 4 di atas, medan listrik telah mencapai keseimbangannya. Perbedaan medan lsitrik antara ion-ion yang seimbang tersebut sama dengan beda potensial dalam dioda tersebut yang kita sebut sebagai Potensial penghalang. Umumnya pada suhu 25˚C, potensial penghalang pada dioda berbahan germanium adalah sekitar 0,3 V dan pada dioda berbahan silicon adalah sekitar 0,7 V.

Lapisan Deplesi

Terdapat kondisi dimana medan listrik pada dioda akan semakin berkurang sehingga membuat dioda tidak memiliki beda potensial. Seperti yang sudah dibahas sebelumnya, bahwa ion bebas yang dekat dengan jembatan PN kita sebut sebagai dipol.

Semakin banyak dipol yang terdapat pada jembatan PN, maka akan semakin banyak kekosongan muatan pada ion-ion tersebut, sehingga tidak ada lagi beda potensial yang dapat mengalir melalui dioda tersebut.

Ruangan kosong yang diakibatkan oleh dipol inilah yang disebut sebagai Lapisan Deplesi. Kemana pasangan dari ion-ion bebas tersebut ? Pasangan dari ion bebas tersebut telah tertarik oleh potensial luar yang diberikan dengan tanda yang berlawanan dengan tanda muatan diodanya. Hal ini akan dibahas lebih lanjut terkait dengan cara kerja dioda.

Ion tak berpasangan menyebabkan dipol pada jembatan PN. (b) Dipol menyebabkan terjadinya lapisan deplesi
Gambar 5.(a)Ion tak berpasangan menyebabkan dipol pada jembatan PN. (b) Dipol menyebabkan terjadinya lapisan deplesi

Dioda Bias Maju

Contoh Dioda dengan Bias Maju
Gambar 6. Contoh Dioda dengan Bias Maju

Gambar di atas adalah contoh ilustrasi sebuah rangkaian sederhana dengan kondisi kutub positif baterai dihubungkan dengan anoda dioda, sedangkan kutub negatif dihubungkan dengan katoda dioda. Susunan seperti ini kita sebut sebagai Dioda Bias Maju.

Pada kondisi ini tegangan dari baterai akan mendorong muatan pada anoda dan katoda untuk terus menuju ujung ke tengah jembatan PN dan akan melewati lapisan deplesi. Jika tegangan baterai melebihi potensial penghalang dioda, maka tegangan baterai akan kuat untuk mendorong muatan pada anoda dan katoda untuk menyeberangi jembatan PN dan menghilangkan lapisan deplesinya, sehingga arus dari baterai dapat melewati dioda tersebut.

Namun jika tegangan baterai kurang dari potensial penghalangnya, maka tegangan baterai tidak akan mampu untuk mendorong muatan pada katoda dan anoda untuk melewati jembatan PN dan menembus lapisan deplesi, sehingga pada akhirnya arus tidak akan bisa melewati dioda tersebut.

Perlu diingat pada umumnya arus akan lebih mudah mengalir pada dioda bias maju, dengan syarat tegangan dari baterai melebihi potensial penghalang dioda. Jika suatu rangkaian listrik dipasang tegangan baterai sangat jauh melebihi dari potensial penghalang pada dioda, maka sama saja dengan rangkaian tersebut tidak dipasang dioda sama sekali.

Dioda Bias Mundur

Contoh rangkaian dengan Dioda Bias Mundur
Gambar 7. Contoh rangkaian dengan Dioda Bias Mundur

Pada gambar di atas, berbeda dengan gambar sebelumnya, sekarang digambarkan sebuah rangkaian sederhana dengan kondisi kutub negatif baterai dihubungkan dengan anoda dioda, sedangkan kutub positif dihubungkan dengan katoda dioda. Skema rangkaian seperti kita sebut sebagai Dioda Bias Mundur

Pada kondisi ini, kutub negatif baterai menarik muatan pada katoda dan kutub positif baterai menarik muatan pada anoda. Oleh karena itu, baik elektron dan hole pada kedua daerah akan semakin menjauhi jembatan PN, sehingga seperti penjelasan mengenai lapisan deplesi sebelumnya, akan lebih banyak dipol yang tercipta dan lapisan deplesi akan semakin melebar.

Dengan demikian, dengan kondisi apapun maka arus pada baterai tidak akan mengalir melewati dioda tersebut karena lapisan deplesinya yang sangat lebar. Semakin tinggi tegangan pada baterai, dalam kondisi ini lapisan deplesi akan semakin melebar dan tidak mungkin ada arus yang melewati dioda.

Jenis Dioda

Pada aplikasi dalam dunia nyata, dioda yang digunakan tidak hanya satu jenis saja, melainkan banyak jenisnya tergantung dari dimana dan untuk apa dioda itu digunakan. Berikut beberapa jenis dioda yang umumnya banyak digunakan pada dunia industri dan kelistrikan.

  1. Zener Diode : Dapat beroperasi walaupun dalam keadaan bias mundur namun tetap memiliki batas tegangan maksimal yang disebut dengan breakdown voltage.
  2. LED (Light Emmiting Diode) : Dapat memancarkan cahaya dan memiliki daya yang rendah dan cahaya yang terang.
  3. Seven-Segment Indicator : Dapat menunjukkan indikator angka untuk mengukur suatu besaran.
  4. Photodiode : Sebagai sensor cahaya untuk mendeteksi cahaya yang ada di suatu ruangan.
  5. Optocoupler : Kombinasi dari LED dan photo dioda digunakan untuk input/output kerangka isolator.
  6. Laser Diode : Memancarkan cahaya koheren dan digunakan untuk keperluan sistem komunikasi dan pembuatan kaset CD/DVD
  7. Schottky Diode : Dioda yang tidak memiliki tempat untuk menyimpan muatan dan digunakan untuk pemotong dengan frekuensi tinggi (di atas 300 MHz)
  8. Varactor : Dioda yang nilai kapasitansi nya dapat diatur dengan menggunakan tegangan baliknya dan biasa digunakan pada komponen radio dan televisi.

Menguji Dioda Menggunakan Multimeter

Pengujian dioda dapat dilakukan dengan menggunakan multimeter analog maupun multimeter digital. Untuk pengujian menggunakan multimeter digital adalah sebagai berikut :

multimeter
  1. Kita perlu mencari terlebih dahulu mana kutub positif (anoda) dan kutub negative (katoda) pada dioda tersebut. Biasanya yang ujungnya diberi pita atau garis adalah katoda sedangkan yang tidak ada garis dan pitanya adalah anoda.
  2. Putar knop multimeternya sampai panahnya menunjuk ke bagian simbol dioda
  3. Untuk mengecek dioda bias maju, hubungkan probe positif pada anoda dan probe COM (negatif) pada katoda.
  4. Baca nilai tegangan yang muncul pada layar multimeter tersebut. Jika tegangan yang muncul pada layar berada diantara 0,6 – 0,7 V (Untuk silicon) atau 0,25 – 0,3 V (Untuk germanium), maka dioda tersebut masih dapat berfungsi dengan baik.
  5. Untuk mengecek dioda bias mundur, hubungkan probe COM pada anoda dan probe positif pada katoda.
  6. Baca nilai tegangan yang muncul pada layar multimeter. Untuk bias mundur maka dioda yang berfungsi dengan baik harus terbaca “OL”, yang berarti rangkaian tersebut adalah open loop (Tidak ada arus yang melewati rangkaian).

Untuk penggunaan multimeter analog yaitu sebagai berikut :

multimeter analog
  1. Untuk bias maju, putar knop multimeter sampai menunjuk ke nilai resistor terendah (misal 1k ohm).
  2. Hubungkan probe positif pada anoda dan probe negative pada katoda.
  3. Jika jarum meternya berada pada posisi resistansi rendah (sebelah kiri), maka dapat dikatakan bahwa dioda tersebut berfungsi dengan baik.
  4. Untuk bias mundur, putar knop sampai menunjuk ke nilai resistor tertinggi (misal 100k ohm).
  5. Hubungkan probe negatif pada anoda dan probe positif pada katoda.
  6. Jika jarum meternya berada pada posisi resistansi tertinggi (sebelah kanan), maka dapat dikatakan dioda tersebut dalam keadaan OL (Open Loop) dan berfungsi dengan baik.

Pertanyaan Umum

Jelaskan secara singkat tentang dioda?

Dioda adalah komponen elektronika semikonduktor yang terdiri dari 2 terminal P dan N yang membuat arus mengalir ke satu arah saja dan tidak bisa mengalir ke arah yang sebaliknya.

Mengapa dioda berbahan dasar semikonduktor?

Karena bahan semikonduktor memiliki sifat setengah konduktor dan setengah isolator dimana sifat tersebut sangat penting untuk komponen elektronika yang berfungsi mengatur tegangan dan kuat arus pada rangkaian listrik.

Apa yang terjadi pada arus jika dioda dirangkai secara bias maju?

Pada keadaan bias maju dioda akan berfungsi sebagai penghantar arus sehingga arus dapat melewati dioda dengan syarat bahwa beda potensial yang melewati dioda harus melebihi potensial penghalang pada dioda.

Apa yang terjadi jika terdapat 2 buah dioda dipasang secara seri dengan kondisi yang satu dipasang bias maju dan yang satu lagi dipasang bias mundur ?

Yang terjadi adalah rangkaian akan bersifat open loop walaupun pemasangan kutub baterai diubah-ubah. Hal ini karena pemasangan dioda secara seri dan berkebalikan seperti itu akan menimbulkan efek blocking pada tiap arah rangkaian.

Apa yang terjadi pada arus listrik jika 2 buah dioda dipasang secara parallel dan keduanya adalah bias maju ?

Pemasangan dioda secara parallel dan searah akan membuat arus tidak terbagi sama rata pada tiap cabangnya, sehingga tegangan pada cabang satu dapat lebih besar daripada tegangan cabang lainnya dan menyebabkan overheat.

Contoh Soal Latihan

  1. Sebuah dioda disusun seri dengan resistor 220 Ω. Jika tegangan yang melewati resistor adalah 6 V, berapa kuat arus yang melewati dioda tersebut ?

Jawab

Karena tegangan yang melewati dioda berupa tegangan positif, maka arus dapat mengalir biasa pada rangkaian tersebut, sehingga untuk mencari arus :

3

2. Sebuah dioda memiliki tegangan kaki sebesar 0,7 V dan kuat arus 100 mA. Berapa besar daya yang dimiliki dioda tersebut?

Jawab

2

3. Hitunglah kuat arus dan tegangan pada resistor yang terdapat pada gambar rangkaian di bawah ini !

4

Jawab

Karena dioda dalam kondisi bias maju, dan tegangan baterai lebih dari tegangan kaki dioda, maka arus dapat mengalir melewati rangkaian tersebut. Untuk menghitung kuat arus dan tegangan pada resistor, terlebih dahulu kita melihat berapa tegangan yang keluar melewati dioda :

Sehingga tegangan yang digunakan adalah 19,3 V.

Untuk kuat arus yang melewati resistor yaitu :

5

Untuk tegangan yang melewati resistor :

6

Sumber Pustaka

  • MALVINO, Albert P. Electronic Principle. Glencoe, 1993.
  • Electronics Hub. 2020. How To Test A Diode Using Analog And Digital Multimeter. [online] Available at: https://www.electronicshub.org/test-a-diode [Accessed 09 May 2020].
  • “Diode Experiments For Science Labs & Science Fair Projects”. 2020. Juliantrubin.Com.https://www.juliantrubin.com/encyclopedia/electronics/diode.html [Accessed 09 May 2020].

Baca juga