6. SEMIKONDUKTOR TIPE-P
Atom trivalen adalah atom yang hanya memiliki tiga
elektron valensi. Beberapa contohnya adalah aluminium
(Al), boron (B), dan galium (Ga). Ketika jutaan pengotor
trivalen ditambahkan ke bahan semikonduktor intrinsik,
jutaan lubang dibuat di seluruh bahan. Karena lubang
menunjukkan muatan positif, kami menyebutnya bahan
semikonduktor tipe-p. Muatan bersih bahan tipe-p masih
netral, karena jumlah total elektron sama dengan jumlah
proton.
Semikonduktor tipe - p juga mengandung beberapa
elektron bebas karena energi panas masih menghasilkan
beberapa pasangan elektron-hole. Elektron adalah
pembawa minoritas dalam bahan semikonduktor tipe-p,
sedangkan lubang adalah pembawa arus mayoritas.
7. PERSIMPANGAN DIODA P-N
Perangkat semikonduktor populer yang disebut dioda
dibuat dengan menggabungkan bahan semikonduktor
tipe- p dan n, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
27–6a. Perhatikan bahwa daerah yang didoping
bertemu untuk membentuk persimpangan pn. Dioda
adalah perangkat searah yang memungkinkan arus
mengalir melalui mereka hanya dalam satu arah.
Simbol skema untuk dioda semikonduktor ditunjukkan
pada Gambar 27-6b. Sisi p dioda disebut anoda (A),
sedangkan sisi n dioda disebut katoda (K).
8. ZONA PENIPISAN DAN POTENSI PENGHALANG (VB)
Gambar 27–7a menunjukkan sambungan pn dengan
elektron bebas di sisi n dan lubang di sisi p . Perhatikan
bahwa elektron bebas direpresentasikan sebagai tanda
hubung (–) dan lubang direpresentasikan sebagai lingkaran
kecil (s).
Ion menciptakan perbedaan potensial di
persimpangan pn , seperti yang ditunjukkan pada Gambar 27-
7b. Perbedaan potensial ini disebut potensial penghalang dan
biasanya disebut VB. Untuk silikon, potensial penghalang
pada sambungan pn kira-kira 0,7 V. Untuk germanium, VB
adalah sekitar 0,3 V. Potensi penghalang tidak dapat diukur
secara eksternal dengan voltmeter, tetapi potensial ini ada
pada sambungan pn . Potensi penghalang menghentikan
difusi pembawa arus.
10. Istilah bias didefinisikan sebagai tegangan atau arus
kontrol. Bias maju sebuah dioda memungkinkan arus rendah
untuk mengalir dengan mudah melalui dioda. Gambar 27-8a
mengilustrasikan sambungan pn yang dibias maju. Pada
Gambar 27-8a, perhatikan bahwa bahan n terhubung ke
terminal negatif dari sumber tegangan, V, dan bahan p
terhubung ke terminal positif dari sumber tegangan, V.
Gambar 27-8b menunjukkan simbol skema dioda dengan
sumber tegangan, V, terhubung untuk memberikan bias maju.
Perhatikan bahwa bias maju terjadi ketika anoda, A positif
terhadap katoda, K. Perhatikan bahwa elektron mengalir ke
sisi n , melawan panah pada simbol dioda. Panah pada
simbol dioda menunjuk ke arah aliran arus konvensional.
12. Gambar 27–9a menunjukkan cara membias balik
sambungan pn . Perhatikan bahwa terminal negatif dari
sumber tegangan, V, terhubung ke bahan semikonduktor
tipe-p dan terminal positif dari sumber tegangan, V,
terhubung ke bahan semikonduktor tipe-n. Efeknya adalah
bahwa pembawa muatan di kedua bagian ditarik menjauh
dari persimpangan. Ini meningkatkan lebar zona penipisan,
seperti yang ditunjukkan.
Dioda dengan bias mundur menghantarkan sejumlah
kecil arus, yang disebut kebocoran arus. Arus bocor
disebabkan oleh pembawa arus minoritas di kedua bagian
diode. Pembawa arus minoritas adalah lubang di sisi n dan
elektron bebas di sisi p.
14. BREAKDOWN VOLTAGE (VBR)
Kuadran kiri bawah grafik pada Gambar 27-10 mewakili kondisi bias terbalik. Perhatikan
bahwa hanya arus yang sangat kecil yang mengalir sampai tegangan tembus, VBR, tercapai.
Arus yang mengalir sebelum kerusakan terutama merupakan hasil dari pembawa arus minoritas
yang dihasilkan secara termal. arus ini disebut arus bocor dan biasanya disebut IR. Arus bocor
meningkat terutama dengan suhu dan relative tidak tergantung pada perubahan tegangan bias
balik. Sedikit peningkatan arus balik, IR, dengan peningkatan tegangan balik, VR, adalah akibat
dari arus bocor permukaan. Arus bocor permukaan terjadi karena banyaknya lubang pada tepi
kristal silikon akibat ikatan kovalen yang tidak terisi. Lubang-lubang ini menyediakan jalan bagi
beberapa elektron di sepanjang permukaan kristal.
Elektron bebas yang dihasilkan di sisi p dipercepat oleh sumber tegangan hingga
kecepatan yang sangat tinggi saat mereka bergerak melalui dioda. Elektron ini bertabrakan
dengan elektron valensi di orbit lain. Elektron valensi ini juga dibebaskan dan dipercepat ke
kecepatan yang sangat tinggi, sehingga melepaskan lebih banyak elektron valensi. Prosesnya
bersifat kumulatif; karenanya, kami memiliki efek longsoran salju.
15. RESISTANSI DC DARI DIODA & CARA MEMERIKSA DIODA
Pada daerah bias maju dari grafik gambar 27-10, grafik VF dan IF menunjukkan bahwa
diode adalah perangkat nonlinier karena arus diode IF tidak meningkatsebanding
dengan tegangan diode VF. Resistansi DC dari diode bias maju dapat dihitung
menggunakan rumus (27-1) berikut ini.
𝑅𝐹 =
𝐹𝐹
𝐼𝐹
Yang mana VF adalah penurunan tegangan maju dan IF adalah arus maju.
Terdapat dua cara yang bisa dilakukan untuk memeriksa diode, yaitu:
1. Kondisi diode semikonduktor dapat diperiksa menggunakan ohmmeter.
2. Menggunakan DMM (Multimeter Digital) untuk memeriksa diode.
16. PERKIRAAN DIODA
PENDEKATAN PERTAMA
Pendekatan pertama memperlakukan dioda bias
maju seperti saklar tertutup dengan drop tegangan
nol volt, seperti yang ditunjukkan pada Gambar
27-11a. Demikian juga, pendekatan pertama
memperlakukan dioda bias-balik seperti sakelar
terbuka dengan arus nol, seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 27-11b. Grafik pada Gambar 27-11c
menunjukkan karakteristik bias maju dan bias
mundur yang ideal.
17. PERKIRAAN DIODA
PENDEKATAN KEDUA
Pendekatan kedua memperlakukan dioda bias
maju seperti dioda ideal yang dirangkai seri
dengan baterai, seperti yang ditunjukkan pada
Gambar 27-12a. Untuk dioda silikon, tegangan
baterai diasumsikan 0,7 V, sama dengan potensial
penghalang, VB, pada sambungan pn silikon .
Pendekatan kedua dari dioda bias balik adalah
sakelar terbuka, ditunjukkan pada Gambar 27-12b.
Grafik pada Gambar 27-12c menunjukkan
karakteristik bias maju dan mundur dari
aproksimasi kedua. Perhatikan bahwa dioda
dianggap mati sampai tegangan maju, VF,
mencapai 0,7 V. Juga, dioda diasumsikan turun
0,7 V untuk semua arus yang melewatinya.
18. PERKIRAAN DIODA
PENDEKATAN KETIGA
Pendekatan ketiga dari dioda bias maju
ditunjukkan pada Gambar. 27-13a. Gambar 27–
13b menunjukkan pendekatan ketiga dari dioda
dengan bias mundur. Resistansi pada sakelar
terbuka menggambarkan resistansi kebocoran
yang tinggi untuk kondisi bias mundur. Perhatikan
arus bocor kecil pada grafik Gambar 27-13c ketika
dioda diberi bias mundur. Ini adalah hasil dari
resistansi tinggi yang ada Ketika dioda dibias
mundur.
19. PERINGKAT DIODA
Breakdown Voltage Rating, VBR
Peringkat ini dapat ditentukan oleh salah satu dari berikut ini: tegangan terbalik puncak (PIV); tegangan balik
puncak (PRV); peringkat tegangan tembus (VBR); atau puncak tegangan balik maksimum (VRRM).
Average Forward-Current Rating, IO
Peringkat penting ini menunjukkan arus rata-rata maksimum yang diizinkan yang dapat ditangani oleh diode
dengan aman. Rata-rata peringkat arus maju biasanya ditetapkan sebagai IO. Melebihi peringkat IO dioda
akan menghancurkan diode.
Maximum Forward-Surge Current Rating, IFSM
Peringkat arus lonjakan maju maksimum (IFSM) adalah arus sesaat maksimum yang dapat ditangani oleh
diode dengan aman dari satu pulsa. Dioda sering dihubungkan ke kapasitor elektrolit besar dalam catu daya,
seperti yang ditunjukkan pada bagian berikutnya.
Maximum Reverse Current, IR
Hampir semua lembar data mencantumkan setidaknya satu nilai arus balik, IR, untuk jumlah tegangan bias
balik tertentu. Harus ditekankan bahwa peringkat maksimum dioda tidak boleh dilampaui dalam keadaan apa
pun. Jika ada peringkat maksimum yang terlampaui, ada kemungkinan besar dioda akan gagal dan perlu
diganti.
23. FREKUENSI BENTUK GELOMBANG KELUARAN
Arus Dioda dengan Filter Input Kapasitor
Dioda dalam penyearah dengan filter input kapasitor menghantarkan kurang dari 1808 tegangan sekunder
karena tegangan DC pada kapasitor filter menahan dioda sampai tegangan sekunder mencapai nilai yang
cukup tinggi untuk memberikan jumlah arus maju yang tepat.
Tegangan Terbalik Puncak dengan Filter Input Kapasitor
Tegangan terbalik puncak melintasi dioda nonkonduktor baik dalam penyearah gelombang penuh atau
penyearah jembatan gelombang penuh dengan filter input kapasitor masih 0,7 V lebih kecil dari nilai puncak
tegangan sekunder penuh.
24. DIODA KHUSUS
Dioda Pemancar Cahaya
Karakteristik LED
Sebuah dioda pemancar cahaya diwakili menggunakan simbol skema yang ditunjukkan pada
Gambar. 27-23. Panah yang mengarah ke luar menunjukkan cahaya yang dipancarkan dengan
bias maju. Potensi penghalang internal, VB, untuk LED jauh lebih tinggi daripada dioda silikon
biasa.
25. DIODA KHUSUS
Peringkat Tegangan Kerusakan, VBR
LED memiliki peringkat tegangan tembus yang
sangat rendah. Nilai khas VBR berkisar antara 3
hingga 15 V. Karena nilai tegangan tembus yang
rendah, penerapan tegangan balik yang kecil
sekalipun dapat merusak LED atau menurunkan
kinerjanya secara parah.
26. DIODA ZENER DAN KARAKTERISTIKNYA
Dioda zener adalah dioda khusus yang telah dioptimalkan untuk operasi di wilayah rusak.
Perangkat ini tidak seperti dioda penyearah biasa, yang tidak pernah dimaksudkan untuk
dioperasikan pada atau mendekati kerusakan. Regulasi tegangan adalah aplikasi yang paling
umum dari dioda zener. Dioda zener dihubungkan secara paralel dengan beban catu daya.
Tegangan zener tetap konstan meskipun arus beban bervariasi. Gambar 27-25a menunjukkan
simbol skema dioda zener.
27. DIODA ZENER DAN KARAKTERISTIKNYA
Kurva Karakteristik Volt-Ampere
Gambar 27-25b menunjukkan kurva karakteristik volt-ampere untuk dioda zener silikon yang khas. Di daerah
maju, zener bertindak seperti dioda penyearah silikon biasa dengan drop tegangan maju sekitar 0,7 V saat
melakukan. Di daerah bias mundur, arus bocor balik kecil mengalir sampai tegangan rusak tercapai. Pada titik
ini, arus balik melalui zener meningkat tajam. Arus balik disebut arus zener, yang disebut IZ. Perhatikan
bahwa tegangan tembus, yang ditunjuk VZ, tetap hampir konstan ketika arus zener, IZ, meningkat. Karena
karakteristik ini, dioda zener dapat digunakan dalam rangkaian pengatur tegangan, karena tegangan zener,
VZ, tetap konstan meskipun arus zener, IZ, bervariasi pada rentang yang luas.
Peringkat Zener
Peringkat zener yang penting adalah peringkat dayanya. IZM ditunjukkan pada grafik pada Gambar 27-25b.
Melebihi nilai IZM akan membakar zener.
28. APLIKASI DIODA ZENER
Regulator Zener yang dimuat
Regulator tegangan tanpa beban yang ditunjukkan pada Gambar 27-26 memiliki beberapa aplikasi dalam
elektronik. Biasanya, resistor beban dihubungkan ke output, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 27-27. Ini
adalah regulator tegangan beban khas. Karena RL melintasi zener, tegangan beban sama dengan tegangan
zener, atau VL 5 VZ. Penting untuk dicatat pada Gambar 27-27 bahwa tegangan yang dijatuhkan pada
resistor seri, RS, adalah Vin VZ .
