Dokumen tersebut membahas karakteristik dioda sebagai komponen elektronika yang dapat menyearahkan arus listrik. Dioda memiliki sifat konduktif ketika diberi bias maju dan isolatif ketika diberi bias balik. Terdapat tegangan offset sebesar 0,7 Volt sebelum dioda dapat mengalirkan arus.

1. KARAKTERISTIK DIODA
Oleh : Danny Kurnianto,ST
Dioda merupakan salah satu komponen elektronika yang dibentuk dari bahan
semikonduktor. Dioda bisa dilihat sebagai suatu kristal semikonduktor jenis P dan N yang
disambung menjadi satu. Daerah sambungan antara semikonduktor P dan N disebut junction.
Fungsi utama dari dioda adalah sebagai penyearah arus listrik, sebelum kita membahas mengenai
bagaimana dioda bisa menyearahkan arus listrik, maka pada tulisan ini akan dibahas beberapa
karakteristik dari komponen dioda.
1. Dioda Tanpa Pembiasan (Unbiased)
Pada Gambar 1 diperlihatkan sebuah dioda yang terbentuk dari kristal semikonduktor PN.
Sisi P mempunyai banyak hole sebagai pembawa muatan mayoritas dan sisi N mempunyai
banyak elektron bebas sebagai pembawa muatan mayoritas. Kaki yang terhubung dengan
semikonduktor P disebut sebagai anoda dan kaki yang terhubung ke semikonduktor N disebut
sebagai katoda.
Gambar 1. Struktur Semikonduktor pada Dioda
1.1 Lapisan Kosong (Depletion Layer)
Dikarenakan adanya gaya tolak-menolak antar elektron bebas pada daerah semikonduktor
N, maka elektron bebas pada sisi N akan berdifusi atau menyebar ke segala arah dan sebagiannya
menyebar melewati junction dan masuk ke daerah semikonduktor P. Jika sebuah elektron
meninggalkan sisi N maka akan terbentuk ion positif di sisi N. Elektron yang melompat ke sisi P
menjadi pembawa minoritas karena di sisi P banyak terdapat hole sebagai pembawa mayoritas.
Elektron bebas yang melompat ke sisi P tidak berlangsung lama karena akan segera jatuh ke hole
pada sisi P dan akan terbentuk ion negatif di sisi P. Ion-ion tersebut akan tetap pada struktur
kristal atom karena adanya ikatan kovalen dan tidak dapat bergerak seperti elektron bebas dan
hole. Jika jumlah ion positif dan negatif disekitar junction semakin bertambah banyak maka
daerah disekitar junction ini akan dikosongkan dari elektron bebas dan hole dan kita sebut daerah

2. kosong (depletion layer). Pada Gambar 2 ditunjukkan proses terjadinya daerah kosong pada
junction dioda.
Gambar 2. Proses terjadinya daerah kosong
1.2 Potensial Barier
Pada suatu saat, lapisan kosong akan menjadi suatu penghalang bagi elektron bebas
daerah N untuk menyeberang melewati junction ke daerah P. Jika elektron pada daerah N
memiliki cukup energi, maka elektron tersebut akan dapat melewati daerah kosong dan masuk
ke daerah P. Demikian seterusnya sehingga saat ada elektron yang melompat ke daerah P maka
akan terbentuk pasangan ion positif dan negatif pada daerah junction yang akan memperlebar
daerah kosong sampai suatu keseimbangan tercapai. Beda potensial pada daerah kosong inilah
yang disebut sebagai potensial barier, dimana potensial barier pada dioda silikon sebesar 0.7 V
dan untuk germanium sebesar 0.3 V.
2. Dioda Dengan Bias Maju (Forward Bias)
Pada Gambar 3 ditunjukkan suatu dioda yang dihubungkan dengan sumber tegangan DC,
kutub positif sumber dihubungkan dengan kaki anoda / daerah P dan kutub negatif sumber
dihubungkan dengan kaki katoda / daerah N.
Gambar 3. Bias maju pada dioda
NP

3. Pada kondisi dioda di bias maju, dioda dapat menghasilkan arus listrik yang besar,
mengapa demikian? berikut ini penjelsannya. 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
elektron bebas di daerah P ini bertahan untuk tidak jatuh ke hole. Tetapi kemungkinan besar
proses rekombinasi terjadi disekitar junction.
Bila elektron bebas di daerah P ini jatuh ke hole, maka elektron ini menjadi elektron
valensi. Pada pita valensi ini elektron tersebut dapat bergerak menuju ke kutub positif melalui
hole di daerah P. Demikian seterusnya sehingga dengan cara ini kita mendapatkan aliran elektron
yang terus-menerus pada dioda , yang sama artinya dengan adanya aliran arus listrik pada dioda
dengan arah yang berlawanan dengan arah arus elektron. Pada Gambar 4 ditunjukkan proses
terjadi aliran elektron dengan bantuan pita energi.
Gambar 4. Proses terjadinya elektron dengan bantuan pita energi
3. Dioda Dengan Bias Balik (Reverse Bias)
Jika kita membalik polaritas sumber tegangan, maka kita sedang membias balikkan
dioda. Kutub negatif sumber dihubungkan dengan kaki anoda / daerah P dan kutub positif
sumber dihubungkan dengan kaki katoda / daerah N. Apa yang terjadi dengan dioda dalam
kondisi bias balik??
N
P
Pita konduksi
Pita valensi

4. 3.1 Lapisan Kosong
Hubungan bias balik pada dioda seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5 memaksa
elektron-elekron bebas pada sisi N berpindah dari junction ke arah kutub positif sumber, hole
pada sisi P juga bergerak menjauhi junction ke arah kutub negatif sumber.
Gambar 5. Bias balik pada dioda
Elektron bebas pada sisi N yang bergerak ke arah kutub positif sumber akan menimbulkan lebih
banyak ion positif pada daerah kosong sisi N yang dekat dengan junction. Demikian pula hole
pada sisi P yang bergerak ke arah kutub negatif sumber akan menimbulkan banyak ion negatif
pada daerah kosong sisi P yang dekat dengan junction. Akibatnya daerah kosong akan semakin
lebar. Makin besar tegangan bias balik, makin lebar pula daerah kosong yang terbentuk. daerah
kosong akan berhenti melebar bila beda potensialnya menyamai tegangan sumber.
3.2 Arus Pembawa Minoritas
Apakah masih ada arus setelah daerah kosong berada pada lebar yang baru? ternyata
masih ada arus yang mengalir walaupun sangat kecil sekali. Arus ini timbul karena pengaruh
energi panas (termal) yang secara kontinyu menciptakan elektron dan hole yang baru disekitar
junction. Arus balik ini dinamakan arus saturasi (Is). Kita tidak dapat memperoleh arus balik
yang lebih besar daripada arus saturasi yang dihasilkan oleh energi panas, jadi dengan kata lain
bahwa menambah tegangan balik tidak akan menambah jumlah arus yang mengalir, hanya
kenaikan suhu yang dapat menambah jumlah arus balik saturasi ini.
3.3 Arus Bocor Permukaan
Disamping arus balik saturasi, ada juga arus balik pada permukaan kristal yang disebut
dengan arus bocor permukaan (Isl). Arus ini disebabkan oleh impuritas permukaan yang
mengakibatkan lintasan arus yang memenuhi hukum ohm.
NP

5. 3.4 Arus Balik
Pada lembar data dioda, arus balik saturasi (Is) dan arus balik bocor permukaan (Isl)
digabung menjadi satu arus yang disebut arus balik (IR). Karena Is peka terhadap temperatur dan
Isl peka terhadap tegangan, maka IR menjadi peka terhadap temperatur dan peka terhadap
tegangan. Sebagai contoh, IR untuk dioda 1N914 adalah 25 nA untuk tegangan balik VR sebesar
20 V dan temperatur ruang TA sebesar 250
C. Sebagai patokan, maka seorang desainer akan
memilih dioda yang memiliki arus balik cukup kecil untuk diabaikan.
3.5 Tegangan Breakdown
Jika kita menaikkan tegangan balik , maka pada suatu saat kita akan mencapai titik
pendobrakan (breaking point) yang disebut dengan tegangan breakdown dari dioda. Untuk dioda
penyearah, tegangan breakdown biasanya mencapai lebih dari 50 V. Pada saat tegangan
breakdown dicapai, dioda akan konduk hebat dengan menghasilkan arus listrik yang besar.
Darimanakah arus listrik yang besar saat tegangan breakdown tercapai? Pada Gambar 6
ditunjukkan darimana dioda menghasilkan arus yang besar saat tegangan breakdown.
Gambar 6. Proses terjadinya arus listrik setelah tegangan breakdown tercapai
Karena bias balik maka elektron bebas didorong ke kanan. Bila elektron bergerak kecepatannya
akan semakin membesar. Makin besar tegangan bias balik , semakin cepat juga elektron
bergerak. Setelah beberapa saat, elektron bebas dapat bertabrakan dengan elektron valensi,
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 6. Jika elektron bebas mempunyai energi yang cukup
besar, maka ia dapat melepaskan elektron valensi sehingga terdapat dua elektron bebas.
Keduanya sekarang dapat mempercepat diri dan melepaskan elektron valensi yang lain sampai
seluruh pelepasan terjadi. Dengan demikian, banyaknya elektron bebas yang terbentuk akan
(a) (b)

6. menyebabkan dioda akan konduk dan menghasilkan arus yang besar sehingga dapat merusak
dioda karena disipasi yang berlebihan.
Gambar 7. Grafik arus terhadap tegangan pada daerah forward dan reverse
Pada Gambar 7 ditunjukkan grafik antara arus terhadap tegangan pada daerah bias maju
(forward) dan daerah bias balik (reverse). Pada grafik diatas ditunjukkan titik dimana tegangan
lutut terjadi dan titik dimana tegangan breakdown terjadi.
4. Garis Beban Dioda
Garis beban digunakan untuk menentukan nilai sebenarnya dari arus dan tegangan dioda.
Untuk mendapatkan arus dan tegangan yang sebenarnya pada dioda, maka rangkailah dioda
seperti pada Gambar 8.
Gambar 8. Rangkaian dioda
Teganganbreakdown Daerah forward
Daerah reverse
Tegangan
lutut
I
V
0.7 V

7. Pada Gambar 8, sumber tegangan Vs membias maju dioda melalui tahanan pembatas arus
Rs. Tegangan yang muncul di dioda adalah V, maka akan didapatkan persamaan arus sebagai
berikut:
Rs
VVs
I
−
= …………………………………………(1)
Arus jenuh maksimum (saturasi) pada dioda terjadi ketika tegangan dioda sama dengan nol.
Sedangkan tegangan cut-off terjadi ketika arus pada dioda minimum (nol). Kalau digambarkan
pada grafik arus terhadap teganganseperti ditunjukkan pada Gambar 9.
Gambar 9. Grafik garis beban pada dioda
Persamaan arus saturasi :
Rs
Vs
Isat = …………………………..….………….(2)
Persamaan tegangan cut-off :
VsVcut = ………………………....………………..(3)
5. Titik Q
Titik Q disebut juga titik operasi karena titik ini merupakan arus yang melalui tahanan
dan dioda.Titik Q dapat diperoleh dengan cara mencari titik perpotongan antara grafik garis
beban dan kurva forward dioda. Grafik titik Q ditunjukkan pada Gambar 10.
I
V
Isat
Vcut

8. Gambar 10. Grafik titik Q
6. Pendekatan Dioda
6.1 Dioda ideal
Mari kita lihat kelakukan dari dioda, jika diberi bias maju maka dioda akan konduk
dengan baik dan jika diberi bias balik maka dioda tidak bisa konduk dengan baik. Intinya bahwa
suatu dioda ideal maka akan memiliki sifat seperti konduktor yang sempurna (bertegangan nol)
bila di bias maju dan memiliki sifat isolator (ber-arus nol) jika diberi bias balik. Atau dalam
istilah rangkaian, dioda berlaku sebagai saklar tertutup saat dibias maju dan berlaku sebagai
saklar terbuka saat dibias balik. Ilustrasi sebuha dioda ideal ditunjukkan pada Gambar 11.
Gambar 11. Ilustrasi dioda ideal
I
V
Isat
Vcut
Q
0.7 V
Tegangan forward nol
Arus reverse nol
Saklar tertutup
I
V

9. 6.2 Pendekatan kedua
Sebelum dioda konduk dengan baik maka dibutuhkan tegangan offset sebesar 0.7 V. Bila
tegangan sumber besar, maka tegangan offset sebesar 0.7 V tidak menjadi masalah. Akan tetapi
jika tegangan sumber kecil, maka tegangan offset ini harus diperhitungkan. Pada Gambar 12
ditunjukkan ilustrasi dari pendekatan kedua. Dari gambar 12 tersebut dapat kita lihat bahwa tidak
ada arus mengalir sampai tegangan dioda mencapai 0.7 V. Pada titik ini dioda mulai konduk,
tidak peduli berapa besar arus dioda, kita menganggap bahwa tegangan dioda adalah 0.7 V.
Gambar 12. Ilustrasi pendekatan kedua
Rangkaian ekivalen pada Gambar 12 menunjukkan bahwa dioda dianggap sebagai sebuah saklar
yang diseri dengan baterai 0.7 V. Jika tegangan sumber lebih besar dari 0.7 V maka saklar
menutup dan tegangan dioda sebesar 0.7 V. Jika tegangan sumber lebih kecil dari 0.7 V maka
saklar terbuka.
6.3 Pendekatan ketiga
Pada pendekatan ketiga, kita akan memperhitungkan tahanan bulk rb. Dioda mulai
konduk ketika telah mencapai tegangan offset (lutut) dan tegangan selanjutnya muncul pada
tahanan bulk rb. Karena rb linier maka tegangan naik secara linear mengikuti kenaikan arus.
Rangkaian ekivalen pendekatan ketiga seperti ditunjukkan pada Gambar 13. Rangkai ekivalen
pendekatan ketiga adalah sebuha saklar yang diseri dengan baterai 0.7 V dan tahanan rb. Jadi
tegangan total pada dioda silikon adalah :
Vf = 0.7 + If rb …………………………..(4)
0.7 V
I
V
Saklar tertutup0.7 V

10. Gambar 13. Ilustrasi pendekatan ketiga
Soal :
1. Sesuai dengan rangkaian dioda dibawah ini, jika diketahui tegangan sumber (Vs) adalah
2 Volt dan tahanan pembatas arus (Rs) 100 Ohm maka carilah
a) Persamaan arus (I) nya.
b) Gambarkan garis bebannya.
c) Jika tegangan dioda sebesar 0.7 V, berapa arus yang mengalir pada rangkaian dioda
tersebut.
2. Jika diketahui rangkaian seperti diatas memiliki arus saturasi sebesar 30 mA dan
tegangan cutoff sebesar 9 V, berapa besarnya nilai tahanan Rs yang menyebabkan arus
menjadi saturasi?
0.7 V
I
V
Vf
If
Saklar tertutup0.7 V