Dokumen ini membincangkan tentang diod semikonduktor dan fungsinya dalam elektronik, khususnya dalam penukaran arus ulang-alik kepada arus terus. Ia menerangkan bagaimana semikonduktor berfungsi, termasuk konsep pendopan dan jenis-jenis semikonduktor, serta cara diod membenarkan arus mengalir dalam satu arah. Juga diterangkan proses rektifikasi yang melibatkan diod dan kapasitor untuk meratakan arus dalam litar.

1. FIZIK TING 5
ELEKTRONIK
5.2 DIOD SEMIKONDUKTOR

3. Model awal telivisyen dan radio Model lebih baru telivisyen dan radio
Apa yang boleh dikatakan tentang saiz telivisyen dan radio?

4. Model awal telivisyen dan radio Model lebih baru telivisyen dan radio
Bolehkah anda mengenali sebahagian daripada komponen?

5. Bahan-bahan boleh dikelaskan mengikut kebolehan mereka mengalirkan
arus elektrik. Bahan boleh dikelaskan kepada penebat, konduktor dan
semikonduktor.
Penebat Konduktor Semikonduktor

6. Apabila satu beza keupayaan dikenakan merentasi konduktor,
elektron akan bergerak dalam arah yang sama ke terminal positif
dan arus dihasilkan.

7. Semikonduktor ialah bahan yang
mempunyai rintangan antara
konduktor dan penebat.
Germanium dan silikon
merupakan Semikonduktor
tulin

8. Semikonduktor Tulin Silikon & germanium berada dalam
kumpulan IV jadual perkalaan

9. Apa yang boleh dikatakan tentang
bilangan elektron bebas dalam
semikonduktor?
Apa yang boleh dikatakan tentang
rintangan semikonduktor?
Bilangan elektron bebas dalam semikonduktor
sedikit dari konduktor. Oleh itu, rintangan
semikonduktor lebih tinggi daripada konduktor.

10. Apabila setiap atom silicon berkongsi
empat electron valens dengan empat
electron valens dari atom-atom silicon
yang lain, ikatan kovalen yang sempurna
terbentuk dengan tidak meninggalkan
sebarang elektron bebas.
Terdapat empat electron yang
terdapat pada petala luar bagi satu
atom silicon.
Pada suhu rendah semikonduktor tulin
menjadi penebat kerana tiada elektron
bebas untuk mengalirkan arus.
Rintangan semikonduktor pada suhu
yang rendah adalah tinggi

11. Pada suhu yang tinggi, semikonduktor tulen
menjadi konduktor. Ini kerana sebahagian
elektron mempunyai cukup tenaga untuk
melepaskan daripada ikatan dan menjadi
elektron bebas.
Rintangan semikonduktor pada suhu tinggi
adalah rendah
Dua jenis pembawa cas dalam semikonduktor:
Elektron dan lohong
Kekosongan yang dihasilkan oleh elektron
bebas dipanggil ‘lohong’ dan ia bercas
positif.

12. Movement of electrons
Movement of ‘holes’
Jika satu beza keupayaan dikenakan merentasi semikonduktor:
• Electron bebas akan tertarik pada terminal positif
• Elektron daripada atom jiram ditolak untuk mengisi lohong.
• Proses ini menghasilkan lohong yang lain dan seterusnya akan diisi oleh elektron lain.
• Pergerakan electron bertentangan dengan arah ‘pergerakan lohong’.
• Pergerakan electron dan ‘lohong’ menyumbang kepada pengaliran arus.

13. Menambah suhu semikonduktor. Haba dibekalkan oleh kenaikan
suhu ditukar ke tenaga kinetik elektron.
Menambah bendasing ke dalam semikonduktor tulin melalui
proses pendopan.
Dua cara untuk meningkatkan
kekonduksian elektrik bagi
semikonduktor.

14. What is doping
process?
Pendopan ialah proses penambahan bendasing ke dalam
semikonduktor tulen untuk meningkatkan kekonduksian
elektrik.
Atom bendasing yang ditambah mesti mempunyai saiz atom
yang sama dengan semikonduktor tulen.
Dua jenis semikonduktor boleh didapati:
Semikonduktor Jenis-n dan
Semikonduktor Jenis-p

15. Semikonduktor jenis-n didop dengan bahan
pentavlen atom (5 elektron-valens) untuk
meningkatkan elektron dalam
semikonduktor.
semikonduktor jenis-p didop dengan bahan
trivalen atom (3 elektron-valens) untuk
meningkatkan lohong dalam
semikonduktor.

16. Aspek Semikonduktor jenis-
n
Semikonduktor jenis-
p
Semikonduktor tulen Silicon, germanium Silicon,germanium
Bahan dopp Phosporus, arsenic,
antimony
Boron,
aluminium,galium
Fungsi bahan dop Atom penderma Atom penerima
Elektron valens Pentavalent
(5 elektron-valens)
Trivalent
(3 elektron-valens)
Pembawa cas
majority
elektron Lohong
Pembawa cas minoriti Lohong elektron

17. STANDARD
PEMBELAJARAN 1
5.2.1 Menghuraikan fungsi diod
semikonduktor

18. Tenaga elektrik yang dihantar kepada pengguna daripada
stesen jana kuasa elektrik adalah dalam bentuk arus ulang-
alik (a.u.). Namun dalam kehidupan harian, banyak peralatan
elektrik hanya dapat berfungsi menggunakan arus terus (a.t.).
Oleh itu, bekalan arus ulang-alik perlu ditukarkan kepada
arus terus. Peranti elektrik yang digunakan ialah diod
semikonduktor.

19. Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor
Radas: diod, sel kering, pemegang sel, mentol dan dawai penyambung
1. Sambungkan diod dalam keadaan pincang ke
depan (Rajah (a)) iaitu terminal positif sel
kering disambungkan kepada anod dan
terminal negatif disambungkan kepada anod.
2. Perhatikan mentol.
3. Songsangkan sambungan sel kering supaya
diod dalam keadaan pincang songsang seperti
Rajah (b) iaitu terminal positif sel kering
disambungkan kepada katod dan terminal
negatif disambungkan kepada anod.
Pincang ke depan Pincang songsang

20. Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor
1. Apakah fungsi diod dalam aktiviti ini?
Pincang ke depan Pincang songsang
2. Tentukan keadaan apabila diod membenarkan
arus mengalir melaluinya.
3. Jika sel kering ditukarkan kepada bekalan kuasa
arus ulang-alik, apakah yang akan berlaku
kepada mentol tersebut?
Membenarkan arus mengalir dalam satu arah
sahaja.
Pincang ke depan
Mentol akan menyala dan padam berselang-seli.

21. Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor
4. Bagaimana diod dihasilkan?
Pincang ke depan Pincang songsang
Gabungan semikonduktor jenis-p dan
semikonduktor jenis-n membentuk satu simpang p-
n.
Diod ialah alat elektronik yang membenarkan arus
mengalir dalam satu arah sahaja.

22. Simpang p-n terbentuk apabila
semikonduktor jenis-n dan jenis-p
bergabung bersama.
Sempadan antara jenis-p dan jenis-n
dipanggil simpang p-n.
Simpang p-n
Di simpang p-n, elektron dari belah jenis-n
bergerak ke sebelah jenis-p dan
bergabung dengan lohong.
Lohong dari sebelah jenis-p bergerak ke
sebelah jenis-n, di mana mereka
bergabung dengan elektron.
 Jenis-n bercas positif dan jenis-p bercas
negatif.

23. Lapisan susutan
Kawasan di sekitar simpang sudah tiada
lagi lohong atau elektron.
 Lapisan yang tiada pembawa cas ini
merupakan konduktor elektrik yang
lemah.
Kawasan neutral di
mana tiada pembawa
cas dikenali sebagai
lapisan susutan
Fungsi lapisan susutan ialah menghalang
sebarang pergerakan cas daripada
menyeberangi sempadan dalam lapisan
susutan.

24. Voltan Simpang Pada simpang p-n, elektron bebas dari bahan jenis-n
merentasi simpang p-n untuk mengisi lohong pada
bahan jenis-p.
Oleh itu, wujud beza keupayaan yang merentasi simpang
– voltan simpang.
Hasilnya, bahan jenis-n bercas positif manakala bahan
jenis-p bercas negatif.

25. Di simpang:
ion positif dihasilkan pada kawasan jenis-n
yang disebabkan oleh kehilangan elektron
Ion-ion positif ini menghalang lohong
daripada kawasan jenis-p di sebelah kiri
simpang daripada menyeberang simpang.
Di simpang:
ion negatif dihasilkan pada kawasan jenis-p
disebabkan berlebihan elektron
Ion-ion negatif ini menghalang elektron
daripada kawasan jenis-n di sebelah kanan
simpang daripada menyeberang simpang.

26. Fungsi voltan simpang untuk menghalang
pembawa cas daripada menghanyut
menyeberangi simpang.
Nilai voltan merentasi simpang bagi
silicon = 0.6 V
Germanium = 0.1 V
Syarat untuk arus elektrik mengalir merentasi
simpang p-n jika disambungkan kepada bateri
ialah beza keupayaan yang dikenakan
merentasi diod mesti melebihi voltan simpang.

27. Apabila diod pincang ke
depan, arus mengalir.
Rintangan rendah
Apabila diod pincang
songsang, arus tidak
mengalir. Rintangan tinggi

28. Cara sambungan
semikonduktor jenis p dan
jenis-n ke terminal bateri
Semikonduktor jenis-p disambung ke terminal positif
dan jenis-n ke terminal negatif.
Huraikan gerakan elektron
dan lohong.
Bandingkan voltan bateri
dengan voltan simpang
Ketebalan lapisan susutan
Nilai rintangan diod
Arus mengalir?
Pincang ke depan
Elektron akan bergerak merentasi simpang ke terminal positif
manakala lohong seolah-olah bergerak arah bertentangan ke
terminal negatif.
Voltan bateri (1.5 V) lebih besar
nipis
rendah
Arus mengalir
Kerana pembawa cas boleh merentasi simpang,
lapisan susutan semakin nipis dan rintangan diod
semakin berkurang.

29. Cara sambungan
semikonduktor jenis p dan
jenis-n ke terminal bateri
Semikonduktor jenis-p disambung ke terminal negatif
dan jenis-n ke terminal positif
Huraikan gerakan elektron
dan lohong.
Bandingkan voltan bateri
dengan voltan simpang
Ketebalan lapisan susutan
Nilai rintangan diod
Arus mengalir?
Pincang Songsang
Elektron dan lohong ditarik menjauhi simpang. Tidak ada
pembawa cas merentasi simpang.
Simpang lebih besar
tebal
tinggi
Arus tidak mengalir
Tidak ada pembawa cas yang merentasi simpang,
lapisan susutan semakin tebal dan rintangan diod
semakin bertambah.

30. STANDARD
PEMBELAJARAN 2
5.2.2 Berkomunikasi tentang
kegunaan diod semi
konduktor dan kapasitor
dalam rektifikasi arus
ulang alik

31. Rektifikasi ialah proses penukaran arus ulang alik
kepada arus terus.
Terdapat dua jenis rektifikasi:
1. Rektifikasi gelombang separuh
2. Rektifikasi gelombang penuh

32. Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi
Rektifikasi gelombang separuh
Lukis isyarat input untuk arus ulang alik
Lukis isyarat output yang
dipaparkan pada skrin OSK.

33. Dalam separuh kitar pertama:
Diod pincang ke depan dan arus mengalir.
Dalam separuh kitar kedua:
Diod pincang songsang dan arus tidak mengalir.
Rektifikasi gelombang separuh.
Terangkan mengapa isyarat output yang
dihasilkan seperti dipaparkan di skrin OSK
Diod tukarkan arus ulang alik
kepada arus terus
Apakah peranan diod
dalam litar rektifikasi?
Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi

34. Rektifikasi penuh gelombang Lukis isyarat input arus ulang alik
Lukis isyarat output
A → D1 → X → Y → D3 → B
B → D2 → X → Y → D4 → A
Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi

35. Rektifikasi gelombang penuh
Draw the input a.c current signal
Draw the output signal
A → D1 → X → Y → D3 → B
B → D2 → X → Y → D4 → A
(a) Nyataka arah arus dalam separuh
kitar pertama:
(b) Nyatakan arah arus dalam separuh
kitar kedua:
(c) Nyatakan arah arus mengalir melalui perintang
R bagi setiap separuh kitaran.
X → Y Arus ulang-alik yang mengalir melalui
perintang R bagi setiap separuh kitaran
adalah sama.

36. Rektifikasi gelombang
penuh
Proses rektifikasi yang membenarkan arus mengalir dalam
satu litar lengkap pada satu arah yang sama.

37. Rektifikasi gelombang penuh

39. 3. Dengan menggunakan litar rektifikasi separuh
gelombang yang dibina dalam soalan 1, sambung
suatu kapasitor secara selari dnengan perintang
R.
(a) Apakah peranan kapasitor dalam litar rektifikasi?
Rektifikasi gelombang separuh dan gelombang penuh
menghasilkan arus terus yang tidak rata. Oleh itu,
kapasitor digunakan untuk meratakan arus dalam litar
rektifikasi.
(b) Terangkan bagaimana kapasitor boleh meratakan
arus.
• Ketika beza keupayaan meningkat, arus mengalir melalui perintang R,
kapasitor dicaskan dan menyimpan tenaga.
• Apabila beza keupayaan menyusut, kapasitor akan dinyahcas agar arus
output tidak menurun ke sifar. Tenaga yang disimpan dalam kapasitor akan
kekalkan beza keupayaan merentasi perintang, R.

40. 4. Dengan menggunakan litar rektifikasi gelombang
penuh yang dibina dalam soalan 2, sambung
suatu kapasitor secara selari dengan perintang R.
(a) Draw the wave form produced.

50. Diod benarkan arus mengalir di dalam satu arah
sahaja.
Terminal +ve bateri disambung ke anod diod /
semiconductor jenis-p

51. Arus ulang alik
Arus terus
diod
Benarkan arus mengalir dalam satu arah sahaja

52. Silikon , germanium
6.1 pincang songsang
6.2 pincang ke depan
6.1 bacaan ammeter sifar
6.2 ammeter ada bacaan
Tiada arus mengalir dalam 6.1 dan ada arus
mengalir dalam 6.2
Rintangan tinggi atau lapisan susutan tebal
dalam rajah 6.1
Benarkan arus mengalir dalam satu arah
sahaja

53. Diod tukar a.u ke a.t
Semasa separuh pusingan pertama, diod
pincang ke depan, arus mengalir
Separuh pusingan kedua, diod pincang songsang dan arus tidak
mengalir

54. Mentol menyala
Bahan yang mempunyai kekonduksian elektrik
/ rintangan antara penebat dan konduktor.

55. Diode
• separuh kitaran pertama, diod pincang ke
depan
• arus mengalir melalui perintang
• separuh kitaran kedua, diod pincang
songsang
• arus tidak mengalir

56. Bahan yang mempunyai kekonduksian elektrik
/ rintangan antara penebat dan konduktor.
• Mentol 10.1 tidak menyala. Mentol 10.2 menyala
• Current flows in the circuit in Diagram 10.2.
• Terminal +ve disambung ke semikonduktor jenis-n /
pincang songsang
• Terminal +ve disambung ke semikonduktor jenis-p atau
pincang ke depan
• Apabila diod dalam pincang ke depan, arus mengalir,
mentol menyala

57. • apabila arus mengalir / pincang ke depan,
kapasitor simpan cas
• apabila arus tidak mengalir / pincang
sonsang / kapasitor buang cas
kapasitor mengecas Kapasitor
buang cas