Dioda: Jenis – Rumus dan Contoh Soal

Kita tentu sudah tidak kaget dengan peralatan elektronik yang bermacam-macam, salah satu contohnya adalah rice cooker, mungkin bagi generasi saat ini alat elektronik ini adalah hal umum yang dimiliki semua keluarga. Padahal dahulu, memasak nasi membutuhkan waktu yang cukup lama dengan memasaknya di kuali dan dandang.

Peralatan elektronika memiliki arus lemah listrik yang fungsinya mengatur partikel yang memiliki muatan listrik. Komponen kecil di dunia fisika yang turut berperan dalam menciptakan berbagai alat elektronika di dalam kehidupan manusia adalah dioda. Dioda adalah komponen semikonduktor yang tercipta dari rekayasa materi dan bermanfaat di dalam perkembangan industri elektronika.

Apa itu Dioda?

Dioda memiliki sifat semikonduktor, terdiri dari dua kutub yang fungsinya membuat arus listrik menjadi searah serta menghambat arus dari arah sebaliknya. Dioda bisa dikatakan sebagai katup, katup ini fungsinya seperti pintu yang terbuka jika listrik mengalir dari belakang ke depan, dan akan menutup jika di depan katup ada arus yang mendorong.

Dioda memiliki partikel aktif dengan susunan junction P-N (Positif -Negatif), sifat dioda menghantarkan arus listrik keke tegangan maju dan menghambat arus listrik tegangan balik. Dioda semikonduktor berfungsi untuk menghantarkan arus searah, itulah mengapa dikatakan sebagai penyearah arus.

Fungsi dioda dapat berubah sifatnya tergantung jenis dioda, fungsi tiap dioda berbeda-beda dan sangat spesifik.

Karakteristik Dioda

Dioda ada banyak jenisnya dan tiap jenis dioda mempunyai karakteristiknya sendiri. Dioda adalah partikel aktif yang sifatnya semikonduktor dan memiliki susunan sambungan P-N (Positif-Negatif).
Ada dua karakteristik dioda, yaitu:

• Dioda di Bias Maju
  Dioda di bias maju adalah usaha untuk memberi tegangan luar menuku terminal dioda, jika anoda terhubung ke kutub positif yang ada pada batere dan katoda terhubung pada kutub negatif, maka dapat membuat bias maju. Aktivitas anoda yang yang mengalir ke katoda ini dapat dikatakan sebagai rangkaian yang tertutup. Jika tegangan yang diberikan memiliki nilai arus positif dan tegangannya juga berbeda maka bias tersebut akan dialiri arus.
• Dioda Bias Mundur
  Karaktersitik dioda ini menghubungkan anoda dengan kutub negatif dan katoda terhubung dengan kutub positif, sehingga jumlah arus yang mengalir pada rangkaian bias mundul lebih kecil. Pada bias mundur ada arus maju yang terhubung dengan batere yang punya tegangan dalam jumlah sedang dan signifikan, karena tidak ada peningkatan. Saat terjadi proses mundur, dioda tidak dapat menghantarkan listrik karena memiliki nilai hambatan yang besar. Dioda ini lebih baik juka tidak memiliki arus yang melebihi batas.

Fungsi Dioda

Fungsi dioda berbeda-beda dan disesuaikan dengan tujuannya. Berikut adalah fungsi dioda yang kebanyakan digunakan pada rangkaian alat elektronik. Beberapa fungsinya antara lain:

• Fungsi dioda sebagai sekering atau pengaman
• Berfungsi untuk memberikan tambahan partikel DC untuk sinyal AC
• Sebagai penyearah, biasanya dioda yang digunakan adalah jenis dioda bridge
• Berfungsi untuk menstabilkan tegangan, biasanya dioda yang digunakan jenis Zener
• Sebagai indicator, dalam hal ini menggunakan LED (Light Emiting Diode)
• Untuk menggandakan tegangan
• Digunakan untuk rangkaian clipper, yaitu membuang tingkatan sinyal yang ada di atas dan di bawah suatu tegangan
• Sebagai alat sendor cahaya, dioda yang digunakan adalah dioda photo
• Sebagai rangkaian VCO, dioda yang digunakan adalah dioda varactor
• Digunakan sebagai alat sendor panas, contohnya amplifier.

Komponen-komponen Dioda

Dioda dibuat dari bahan yang sifatnya semikonduktor, yaitu menggabungkan tipe P dan tipe N, dioda disebut juga PN Junction. Komponen dioda adalah anoda dan katoda, bahan semikonduktor tipe N adalah bahan yang memiliki kelebihan elektron, sedangkan tipe P merupakan bahan yang kekurangan satu elektron dan membentuk hole, hole berfungsi membawa muatan.

Pada umumnya komponen pada dioda atau terminal pada dioda disebut anoda (A) dan katoda (K). Kutub P adalah anoda, jika dihubungkan dengan kutub positif maka dapat terjadi aliran arus listrik, sedangkan elektron berada di sisi N atau katoda akan berpindah mengisi hole yang akan membawa muatan.

Jenis-jenis Dioda

Kita mungkin sudah menggunakan lampu LED di kamar kita, lampu LED saat ini banyak menjadi pilihan karena lebih awet dan lebih hemat listrik. Di balik kelebihan lampu LED, ada dioda yang menjadi komponen utamanya.

Dioda yang dimiliki lampu LED berbeda dengan dioda yang ada di dalam microwave, karena memang dioda memiliki beberapa jenis yang dapat disesuaikan dengan tujuan perangkat. Berikut jenis-jenis dioda:

• Dioda Standar
  Dioda standar adalah jenis dioda yang banyak digunakan sebagai sensor suhu, sebagai penurun tegangan dan sebagai penyearah arus. Ada dua jenis dioda standar yang terbagi aberdasarkan bahannya, yaitu germanium dan silikon. Dioda silikon mempunyai besar tegangan maju kurang lebih 0,6 V dan jenis dari bahan germanium memiliki tegangan maju sebesar 0,3 V. Jenis dioda ini memiliki spesifikasi sendiri-sendiri dan ada batasannya, batasan tersebut bisa merupakan frekuensi, tegangan reverse dan suhu.
• Dioda Zener
  Jenis dioda Zener digunakan untuk membatasi tegangan pada level tertentu agar rangkaian yang dimiliki bisa lebih aman. Dioda Zener memiliki kemampuan untuk menstabilkan tegangan, membatasi arus kecil. Dioda Zener memiliki pembiasan mundur atau reverse.
• Dioda Bandangan
  Adioda bandangan seringkali dikatakan mirip dengan dioda Zener, padahal dioda bandangan ini jelas memiliki mekanisme yang berbeda dengan Zener. Ketika medan listrik terbalik menutupi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi terhadap pertemuan, maka menyebabkan arus yang mengalir besar dan terjadi bandangan. Dioda bandangan memiliki koefeisien suhu yang berbeda dengan dioda Zener serta memiliki koefisien positif.
• Dioda Photo
  Dioda photo merupakan komponen yang peka terhadap cahaya, dioda ini dapat menghantarakan arus jika ada cahaya yang masuk dengan intensitas tertentu. Dioda ini banyak diaplikasikan terhadap system sensor cahaya atau optical, contohnya dioda photo yang terdapat di dalam CD. Dioda photo mengalami pembiasan maju.
• Dioda LED (Light Emitting Diode)
  Dioda LED merupakan dioda yang dapat memancarkan cahaya monokormatik jika dberikan tegangan maju. LED memiliki warna bermacam-macam tergantung Panjang gelombang atau wave length serta senyawa semikonduktor yang dipakainya. Dioda LED adalah dioda yang paling banyak ditemui dan saat ini banyak dipakai sebagai penerangan kota, hal ini karea LED tidak memutuhkan banyak listrik sehingga lebih hemat. Aada berbagai macam warna LED antara lain merah, kuning, oranye, infra merah, laser dioda dan LED biru. Dioda LED ini memiliki pembiasan maju atau forward.
• Dioda Bridge (Bridge Diode)
  Dioda ini terdiri dari empat dioda normal yang biasanya digunakan sebagai penyearah gelombang penuh dalam rangkaian pencatu daya atau power supply. Dioda ini membantu agar lebih praktis dengan tidak perlu merangkai 4 buah dioda normal agar menjadi penyearah tegangan AC ke tegangan DC. Dioda Bridge merupakan macam dioda yang terdiri dari 4 dioda normal yang umumnya digunakan sebagai penyearah gelombang penuh dalam rangkaian Pencatu Daya (Power Supply). Dioda Bridge membuat kamu tidak perlu merangkai 4 buah dioda normal menjadi rangkaian penyearah tegangan AC ke tegangan DC, karena telah dikemas oleh produsen menjadi 1 komponen saja.
• Dioda Varactor (Varactor Diode)
  Dioda Varaktor adalah dioda yang mampu membentuk kapasitas dengan besar tertentu. Besar kapasitas yang terbentuk ditentukan oleh besar tegangan yang masuk. Dioda ini banyak digunakan di dalam radio dan televisi. Dioda varactor adalah dioda yang punya sifat kapasitas yang dpat berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diberikan. Dioda varactor mengalami pembiasan mundur atau reverse.
• Dioda Tunnel (Tunnel Diode)
  Dioda ini adalah jenis yang dapat beroperasi pada kecepatan yang sangat tinggi dan berfungsi baik pada gelombang mikro, itulah mengapa banyak digunakan di alat elektronik seperti microwave. Dioda Tunnel ini juga ditemukan di dalam rangkaian pendeteksi frekuensi dan converter.
• Dioda Gunn
  Dioda ini terbuat dari bahan GaAs atau InP yang memiliki wilayah resistansi negatif. Domain dipol bergerak melalui dioda dan membuat terbentuknya osilator gelombang mikro frekuensi tinggi.

Rumus Dioda

Kali ini kita akan membahas sedikit tentang rumus dioda Zener yang merupakan komponen pasif elektronika. Pada umumnya fungsi dioda ini adalah penstabil tegangan.

Dioda zener menyalurkan arus listrik ke arah berlawanan atau dari katoda ke anoda, jika tegangan yang diberikan melampaui batas. Bentuk dioda zener ini kecil dan memiliki warna keemasan dan terbuat dari kaca. Berikut rumus yang digunakan pada dioda zener.

D = Dioda zener
RS = Resistor sumber
VS/VIN = Tegangan sumber/input
VOUT = Tegangan output
IS = Arus sumber
IZ = Arus Zener

Persamaan untuk mencari arus sumber

IS= VIN−VOUT/RIN

Besarnya arus sumber yang dibutuhkan merupakan besarnya tegangan masuk dikurangi tegangan keluar kemudian dibagwi dengan nilai R. Sedangkan nilai Vout bisa langsung diketahui dari VZ karena terhubung paralel (Vout=VZ).

Rumus di atas adalah contoh penerapan dioda zener pada beban. Untuk menentukan arus zener (IZ), rumusnya Iz=IS – IRL

Rumus Arus sumber (IS) dan arus beban (IRL)

IS= VIN−VOUT/RS
IRL= VOUT/RL

Sedangkan mengetahui nilai beban minimum (RLmin) yang bisa dipasang kita perlu mengetahui nilai arus sumber dulu (IS) dan tegangan zener atau tegangan output (Vout).

Untuk mencari beban minimun (RLmin) harus mencari arus maksimum yang bisa dialirkan ke beban sesuai dengan hukum ohm. Sedangkan arus maksimum terjadi apabila arus mengalir ke dioda sebesar 0A. Sehingga rumusnya :

RLmin= VZ/ IS IS

Contoh Soal Dioda

1. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan :

• Arus sumber (IS)
• Arus zener (IZ)

Penyelesaian :
Diketahui VIN = 12 volt ; Rs = 120 ohm ; VZ = 5 volt

Menentukan arus sumber (IS)
IS= VIN−VOUT: RS
IS=12V−5V: 120=7: 120=0,058A=58mA

Menentukan arus zener (IZ)
Iz=IS−IRL

Karena nilai IS sudah diketahui sebesar 58mA maka tinggal mencari nilai IRL

2. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan RLmin.

IRL= VOUT: RL
IRL=5V: 220Ω =0,023A=23mA

Sehingga :
Iz=IS−IRL
Iz=58mA−23mA=35mA

Tahanan beban minimum (RLmin)

RLmin=VZ:IS
RLmin=A5V:58m=86,21Ω

Kesimpulan Pembahasan

Dioda adalah komponen kecil yang sangat berjasa bagi elektronika, dengan sifat utamanya yaitu semikonduktor. Dioda bisa dikatakan sebagai penyearah arus listrik, sedangkan hamper semua peralatan elektronik membutuhkan sumber arus searah.

Dioda memiliki berbagai jenis yang dapat disesuaikan dengan tujuan suatu rangkaian elektronik. Fungsi dioda pada beberapa alat elektronik yang umum digunakan antara lain sebagai sekering atau pengaman sebuah tegangan, penyearah tegangan, menstabilkan tegangan pada voltage regulator dan juga sebagai indicator LED serta bisa juga sebagai alat untuk menggandakan tegangan. Sensor cahaya pada banyak alat elektronik juga memanfaatkan dioda.