Dioda

Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas). Dioda mempunyai dua elektroda aktif dimana isyarat dapat mengalir, dan kebanyakan dioda digunakan karena karakteristik satu arah yang dimilikinya. Dioda varikap (Variable Capacitor/kondensator variabel) digunakan sebagai kondensator terkendali tegangan.
Kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan aliran arus listrik 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.
Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna, untasi mempunyai karakteristik listrik taklinier yang kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan. Dioda juga mempunyai fungsi yang mana tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.
Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cats Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.


Sejarah
Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873. Sedangkan prinsip kerja dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.
Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah. Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah dioda yang berasal dari di berarti dua, dan ode berarti "jalur".


Prinsip kerja
Prinsip dioda termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan penyearah kristal pada tahun 1899. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.


Penerima radio
Penerima radio pertama yang menggunakan dioda kristal dibuat oleh Greenleaf Whittier Pickard. Dioda termionik pertama dipatenkan di Inggris oleh John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan bekas karyawan Edison) pada 16 November 1904 (diikuti oleh U.S. Patent 803684 pada November 1905). Pickard mendapatkan paten untuk detektor kristal silikon pada 20 November 1906 (U.S. Patent 836531).


Dioda termionik
Simbol untuk dioda tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah adalah anoda, katoda dan filamen pemanas
Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang merupakan susunan elektroda-elektroda di ruang hampa dalam sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar.
Dalam dioda katup termionik, arus yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda (Beberapa dioda menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai pemanas dan juga sebagai katoda), elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari logam alkalin tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektroda logam disebelah yang disebut anoda diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar.
Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran terbalik apapun dapat diabaikan.
Dalam sebagian besar abad ke-20, dioda katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. Saat ini, dioda katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik serta peralatan tegangan dan daya tinggi.


Dioda semikonduktor
Pecahan besar dioda saat ini berdasarkan pada pertemuan p-n semikonduktor. Pada dioda p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anoda) menuju sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya.
Tipe lain dari dioda semikonduktor adalah dioda Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor sebagai ganti pertemuan p-n konvensional.


Karakteristik arus–tegangan
Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n diantara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator.

Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk didalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.



Beberapa jenis dioda
Ada beberapa jenis dari dioda pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektroda ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti dioda Gunn, dioda laser dan dioda MOSFET


Dioda biasa
Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan dioda penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida dan selenium, ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahang yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari dioda silikon untuk rating arus yang sama.


Dioda bandangan
Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika panjar mundur melebihi tegangan dadal. Secara listrik mirip dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi, menyebabkan arus besar mengalir, mengingatkan pada terjadinya bandangan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.


Dioda Cat's whisker
Ini adalah salah satu jenis dioda kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara. Kawatnya membentuk anoda dan kristalnya membentuk katoda. Dioda Cat's whisker juga disebut dioda kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.


Dioda arus tetap
Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan gerbangnya disambungkan ke sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut.


Esaki atau dioda terowongan
Ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif.


Dioda Gunn
Dioda ini mirip dengan dioda terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan penjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.


Penggunaan
Demodulasi radio
Penggunaan pertama dioda adalah demodulasi dari isyarat radio modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan.


Pengubahan daya
Penyearah dibuat dari dioda, dimana dioda digunakan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, dioda digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana dioda mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo.


Lihat pula
• Sawar Schottky
Penghalang Schottky, dinamai dari penemunya Walter H. Schottky, adalah sebuah penghalang potensial yang terbentuk pada pertemuan logam-semikonduktor yang mempunyai karakteristik penyearahan, cocok untuk penggunaan sebagai dioda. Perbedaan paling nyata antara penghalang Schottky dengan pertemuan p-n adalah tegangan pertemuannya yang biasanya lebih rendah dan pengurangan lebar pemiskinan pada logam. Tidak semua pertemuan logam-semikonduktor membentuk penghalang Schottky. Semua pertemuan logam-semikonduktor yang tidak menyearahkan arus dinamakan sambungan ohmik. Karakteristik penyearahan bergantung pada fungsi kerja logam, renggang jalur pada semikonduktor intrinsik, jenis dan konsentrasi pengotor pada semikonduktor dan faktor-faktor lainnya. Desain dari peranti semikonduktor membutuhkan keakraban dengan efek Schottky untuk meyakinkan bahwa penghalang Schottky tidak terbentuk dengan tak disengaja ketika diinginkan sambungan ohmik.
•
Kelebihan
Penghalang Schottky dengan tegangan pertemuannya yang lebih rendah sering digunakan saat diinginkan peranti yang membutuhkan dioda ideal. Ini juga digunakan pada dioda dan transistor biasa, dimana tegangan pertemuannya yang lebih rendah digunakan untuk perlindungan sirkuit. Karena salah satu bahan dari dioda Schottky adalah logam, peranti dengan resistansi yang lebih rendah dapat diproduksi. Sebagai tambahan, kenyataan bahwa hanya satu tipe pengotoran sangat mempermudah pembuatan. Dan karena lebar pemiskina yang rendah, dioda Schottky dapat mencapai kecepatan pensakelaran yang jauh lebih tinggi daripada dioda pertemuan p-n, membuatnya lebih diutamakan untuk menyearahkan isyarat frekuensi tinggi. Walaupun demikian, pada kenyataannya peranti Schottky hanya sedikit digunakan dibandingkan teknologi semikonduktor lainnya.
Peranti-peranti
Sebuah peranti yang menggunakan pertemuan menyearahkan logam-semikonduktor itu sendiri dinamakan sebagai dioda Schottky. Sebuah transistor pertemuan dwikutub dengan penghalang Schottky diantara basis dan kolektor disebut dengan transistor Schottky. Karena tegangan pertemuan penghalang Schottky sangat rendah, transistor dicegah untuk jenuh terlalu dalam, sehingga memperbaiki kecepatan transistor jika digunakan sebagai sakelar. Ini adalah dasar dari TTL Schottky. Sebuah MESFET, atau FET logam-semikonduktor, adalah peranti dengan operasi yang mirip JFET, tetapi menggunakan sebuah penghalang Schottky yang dipanjar mundur untuk membentuk daerah pemiskinan. Varian dari peranti ini adalah HEMT, atau transistor pergerakan elektron tinggi, yang juhan menggunakan pertemuan campur untuk mendapatkan konduktansi tinggi.
Penghalang Schottky sering digunakan juga dalam teknik karakterisasi listrik semikonduktor. Bahkan, dalam semikonduktor, daerah pemiskinan yang dibentuk oleh elektron logam, yang dapat "mendorong" lebih jauh elektron dari semikonduktor. Dalam penipisan daerah, dopant akan terionisasi sehingga menimbulkan sebuah "ruang muatan" yang pada gilirannya akan meningkatkan kapasitansi dari simpangan. Antarmuka antara logam-semikonduktor dan batas yang berlawanan dari daerah kosong bertindak seperti dua bidang kondensator, dengan daerah kosong bertindak sebagai dielektrik.
Penghalang Schottky dengan bahan dari karbon nanotube dengan menggunakan kontak nonideal antara permukaan logam dan carbon nanotube (CNT) untuk membentuk sebuah sawar Schottky yang dapat digunakan untuk membuat dioda Schottky atau transistor, dan lain sebagainya. Karbon nanotube atau CNT dapat menjadi alternatif yang praktis untuk membuat perangkat karena ukurannya yang kecil, sifat mekanik yang unik dan kemampuan elektronik.


• Pertemuan P-N


Referensi
1. Ceramah Nobel 1928 Owen W. Richardson, "Thermionic phenomena and the laws which govern them," 12 Desember 1929
2. Ceramah sejarah Karl Braun
3. www.encyclobeamia.solarbotics.net
4. Road to the Transistor. Jmargolin.com. Diakses pada 22 September 2008
5. avtechpulse


Diperoleh dari www.wikipedia.org
Kategori: Dioda Komponen elektronika