DIODA SEMIKONDUKTOR. MODUL V

MODUL V

DIODA SEMIKONDUKTOR

PENGARUH HUBUNGAN TEGANGAN INPUT (V) DAN KUAT ARUS (A) TERHADAP TEGANGAN OUTPUT (V) DALAM RANGKAIAN DIODA SEMIKONDUKTOR

Nur Laila Jamil

Jurusan Fisika, Fakultas MIPA, Universitas Negeri Gorontalo

Jl. Jend. Sudirman No. 6 Kota Gorontalo

Email : nurlaila_s1pend_fisika2013@mahasiswa.ung.ac.id

ABSTRAK

 Dioda merupakan suatu komponen elektronika yang berfungsi untuk menghasilkan tegangan searah dari tegangan bolak-balik. Pada kondisi tertentu jika dioda diberi penambahan pra tegangan maju (bias maju) terjadi penambahan nilai arus yang mengalir atau dapat dikatakan nilai tegangan berbanding lurus dengan arus, sebaliknya ketika dioda diberikan prategangan mundur (bias mundur) maka arus tidakakan bisa mengalir.

Kata Kunci : Dioda, bias maju dan bias mundur.

PENDAHULUAN

Gambar I : Simbol dan Struktur Dioda

Dioda merupakan komponen elektronika yang paling sederhana, yang tersusun dari dua jenis semikonduktor, yaitu semikonduktor jenis-n dan jenis-p.  (Sutanto, 2006 : 13). Semikonduktor tipe-n didoping oleh atom pentavalen dan tipe-p oleh atom trivalent, Suatu semikonduktor yang didoping masih mempunyai tahanan, tahanan ini disebut tahanan bulk, semikonduktor yang pendopingnya sedikit mempunyai tahanan bulk yang tinggi, bila doping bertambah, maka tahanan bulk akan berkurang, (Barvino Barmawi, 1985 : 25-26 ).

Batas antara bahan tipe p dan tipe n disebut persambungan (junction), karena gaya tolak menolak antara sesamanya, elektron-elektron bebas disebelah n dari persambungan cenderung untuk berdifusi (menyebar) ke segala penjuru, dan sebagianya akan berdifusi melintasi persambungan, bila suatu elektron memasuki daerah p, elektron ini menjadi pembawa minoritas, dengan dikelilingi oleh lubang-lubang yang berjumlah besar, pembawa minoritas tersebut tidak akan berumur panjang dan degan cepat akan masuk atau “jatuh” ke dalam salah satu lubang di sekitarnya, apabila hal ini terjadi, lubang bersangkutan akan lenyap dan elektron bebas tersebut menjadi elektron valensi (Albert Paul Malvino, 1985 : 21).

Suatu tegangan negatif bila diberikan pada dioda, maka tidak ada arus yang mengalir dan dioda bersikap sebagai hubungan terbuka, dioda yang beroperasi dengan mode ini dikatakan reverse biase atau yang beroperasi pada arah balik, sebaliknya bila arus positif, diberikan kedioda, tegangan jatuh nol timbul pada dioda, dengan kata lain, dioda berlaku sebagai hubungan singkat pada arah maju, dioda melakukan arus degan tegangan jatuh nol.    (Adel S. Sedran, et all. 1990 : 146 ).

Dioda sambungan p-n merupakan salah satu komponen yang sangat penting baik dalam aplikasi-aplikasi elektronik modern maupun dalam pemahaman tentang perangkat semikonduktor lainnya (Sze Simon et all. 2011). Pentingnya karasteristik hubungan p-n adalah, bahwa ia membentuk penyearah yang memungkinkan kemudahan aliran muatan dalam satu arah tetapi menghambat aliran pada arah yang berlawanan. (Albert Paul Malvino, 1985 : 29). Komponen ini memberikan resistansi yang sangat rendah terhadap aliran arus pada satu arah dan resistansi yang sangat tinggi terhadap aliran arus, pada arah berlawanan, (Michael Tooley, 2002 : 82). Resistansi Statis R dioda didefinisikan sebagai perbandingan V/I dari tegangan ke arus, Resistansi R sama dengan kebalikan kemiringan garis yang menghubungkan titik-kerja dengan pangkal koordinat, Resistansi statis sangat luas berubah menurut harga V dan I dan merupakan parameter yang tidak banyak digunakan (Jacob Millman, 1993 : 36).

Seperti yang dijelaskan bahwa dalam elektronika, diode adalah salah satu komponen penting yang banyak digunakan dalam komponen elektronika. Praktikum ini dilaksanakan bertujuan untuk membuktikan hubungan antara tegangan input, tegangan output dan arus listrik dalam rangkaian diode semi konduktor yang di uji coba dengan menggunakan alat-alat yang telah disediakan.

METODE

Kegiatan praktikum atau penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika, Fakultas Matematika dan IPA, Universitas Negeri Gorontalo. Laboratorium Fisika dipilih sebagai tempat pelaksanaan praktikum dikarenakan laboratorium memiliki fasilitas praktikum yang lengkap dan memadai, serta telah memenuhi kriteria dilaksanakannya praktikum. Kegiatan ini berlangsung dari tanggal 8 sampai 15 November 2014 pukul 17.00 WITA sampai dengan selesai.

BAHAN DAN ALAT

Dalam praktikum ini, alat dan bahan yang digunakan diantaranya adalah Catu daya yang berfungsi sebagai sumber tegangan input. Voltmeter berfungsi untuk mengukur tegangan listrik yang keluar dari sumber tegangan input atau sebagai pengukur tegangan output. Amperemeter berfungsi sebagai pengukur kuat arus listrik yang mengalir dari rangkaian diode. Papan rangkaian (PCB) yang berfungsi sebagai tempat untuk meletakkan komponen yaitu diode dan resistor. Pada praktikum ini, PCB yang digunakan adalah PCB yang berlubang guna mempermudah dalam pemasangan diode dan resistor, Serta kabel penghubung yang berfungsi untuk menghubungkan satu komponen dengan komponen yang lain. Kabel penghubung merupakan salah satu alat yang penting dalam penelitian ini, Karena tanpa kabel penghubung, arus listrik maupun tegangan tidak akan mengalir. kebel penghubung ini akan disambungkan dengan diode dan resistor yaitu dengan di solder. Dioda berfungsi untuk menyearahkan arus listrik dari anoda ke katoda, sedangkan Resistor berfungsi sebagai alat untuk menghambat arus sehingga menghasilkan tahanan.

     Berdasarkan alat dan bahan diatas, dapat diselidiki hubungan antara tegangan dan kuat arus dari sebuah dioda semikonduktor dengan merangkai alat dan bahan diatas tadi sesuai dengan skema rangkaian dibawah ini.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada praktikum ini, dioda dan resistor dipasang pada papan rangkaian, kemudian dioda dan resistor dihubungkan menggunakan kabel penghubung secara seri pada amperemeter dan diparalelkan dengan voltmeter yang kemudian dihubungkan lagi ke catu daya sebagai sumber tegangan. Tegangan pada catu daya disebut tegangan masukan (Vinput) dan tegangan yang ada pada voltmeter disebut dengan tegangan keluaran (Voutput).

Adapun hasil dari praktikum ini diperlihatkan pada tabel Hubungan antara tegangan dan kuat arus pada dioda semikonduktor di bawah ini :

Vinput (V)	Voutput (V)	Kuat Arus (I)
0.1	0.1	0.01
0.2	0.2	0.016
0.3	0.3	0.021
0.4	0.4	0.03
0.5	0.5	0.035
0.6	0.6	0.045
0.7	0.7	0.049

Tabel I : Hubungan antara tegangan dan kuat arus pada dioda semikonduktor

            Berdasarkan hasil praktikum di atas, dapat dibuat grafik Hubungan antara tegangan dan kuat arus pada dioda semikonduktor seperti berikut :

Grafik I : Hubungan Tegangan (V) dan kuat Arus (I)

Jika kutub positif  pada sumber tegangan dihubungkan dengan kaki anoda daerah p dan kutub negatifnya dihubungkan dengan kaki katoda daerah n, maka pada kondisi ini dioda forward bias, dioda dapat menghasilkan energi yang besar, dimana kutub negatif sumber akan mendorong dan menolak elektron bebas pada daerah n menuju ke junction. Adanya tambahan energi dari sumber akan menyebabkan elektron bebas tersebut dapat melewati junction dan melompat ke daerah p lalu jatuh ke hole. Rekombinasi terjadi pada jarak-jarak yang bervariasi tergantung berapa lama alektron bebas pada daerah p ini bertahan untuk tidak jatuh ke hole. Bila elektron bebas jatuh pada hole, maka elektron ini menjadi elektron valensi, pada pita valensi ini elektron tersebut dapat bergerak menuju kutub positif melalui hole di daerah p, sehingga adanya aliran listrik pada dioda dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran elektron.

Sebaliknya jika kutub negatif pada sumber tegangan dihubungkan degan kaki anoda daerah p dan kutub positifnya dihubungkan dengan kaki anoda daerah n, maka pada kondisi ini dioda di revers bias, dimana elektron-elektron bebas di sisi n berpindah dari junction kearah kutub positif sumber, hole pada sisi p juga bergerak menjauhi junction ke arah kutub negatif sumber. Elektron bebas pada sisi n yang bergerak kearah positif sumber akan menimbulkan lebih banyak ion positif pada daerah kosong sisi n yang dekat dengan juction, begitu juga dengan hole pada sisi p yang bergerak kearah kutub negatif sumber akan menimbulkan banyak ion negatif pada daerah kosong sisi p yang dekat dengan junction, akibatnya daerah pengosongan akan semakin lebar. Makin besar tegangan revers bias, makin lebar pula daerah pengosongan yang terbentuk. (academia.edu, Online).

Karakteristik volt-amper dari dioda  PN-junction dapat ditunjukkan, bahwa arus total yang mengalir lewat PN-junction karena penggunaan tegangan V lewat hubungan dibe­rikan oleh

Dimana :

I_s = arus jenuh balik,

e = muatan satu elektron (= 1,6 x 10^-19 coulomb),

k = konstanta Boltzmann (= 1,38 x 10^-23 joule ^oK^-1)

T= temperatur dalam °K, dan η angka konstan yang tergantung pada bahan dioda. Untuk germanium η = 1, dan un­tuk silikon n ≈ 2.

Jika V positif berarti dioda diberi forward bias, dan jika V negatif berarti diberi reverse bias. Karakteristik hubungan volt-amper dari diode semikonduktor, ditunjukkan dalam sebuah grafik dibawah ini.(Sunny, staf Gunadarma. Online.)

SIMPULAN

            Arus listrik dapat mengalir dalam suatu rangkaian dioda semikonduktor jika diberi forward bias, karena karena pada keadaan tersebut diode semikonduktor memiliki tahanan jenis  yang  rendah (resistansi kecil) sehingga arus yang mengalir cukup besar, sebaliknya jika diberi revers bias, akan menyebakan perlawanan arus sehingga arus yang mengalir sangat kecil atau dapat dikatakan tidak ada arus yang mengalir. Sedangkan hubungan antara tegangan dan kuat arus dari dioda semikonduktor dapat dilihat pada grafik hubungan antara tegangan dan kuat karus pada dioda.

SARAN

Pada saat melakukan praktikum ini, ada beberapa faktor yang menjadi penghambat, seperti ketidaksempurnaan alat. Alat yang digunakan tidak semuanya dalam keadaan baik, sehingga data pengukuran yang didapatkan juga kurang sesuai seperti yang diharapkan. Sehingga kiranya, laboratorium dapat menyediakan alat yang bekerja dengan baik, guna kesempurnaan praktikum ini selanjutnya.

DAFTAR PUSTAKA

Arifin, Irwan. 2004. Elektronika 1. Online Diakses pada tanggal 03/12/2014, tersedian di :

http://sunny.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/2538/BAGIAN+3b.pdf

Nisa, Diani Ainun. 2012. Krakteristik Dioda (D1). Surabaya. Online, diakses tanggal : 03 Desember 2014, tersedia di :

https://www.academia.edu/6768662/KARAKTERISTIK_DIODA_D1 (Online diakses tanggal 03/12/2014)

Barmawi, Malvino. 1985. Prinsip-prinsip Elektronika Edisi ke-tiga Jilid 1. Jakarta : Erlangga.

Malvino, Albert Paul. 1985. Aproksimasi Rangkaian Semikonduktor PengantarTtransistor dan Rangkaian Terpadu Edisi Keempat. Jakarta : Erlangga.

Margunari, A.R. 1983. Pengantar Umum Elektroknik. Jakarta :  PT. Dian Rakyat

Millman, Jackob. 1993. Mikroelektronika Sistem Digital dan Rangkaian Analog. Jakarta : Erlangga.

Sedra, Adel S, ett all. 1990. Rangkaian Mikroelektronik Edisi Kedua. Jakarta : Erlangga.

Sutrisno.1986. Elektronika Teori  dan Penerapannya. Bandung; ITB

Sutanto. 2006. Rangkain Elektronika Analog dan Terpadu. Jakarta: UI-Press.

Tooley, Mike. 2003. Rangkaian Elektronik Prinsip dan Aplikasi. Jakarta: Erlangga