Pengertian Dioda, Karakteristik Dan Cara Kerjanya

Pengertian dioda adalah salah komponen elektronika semikonduktor yang memiliki karakteristik mengalirkan arus listrik dalam satu arah saja. Atau sering juga dikatakan bahwa dioda hanya bisa mengalirkan arus listrik dengan arah bias maju dan akan memblock arus listrik pada arah bias balik.

Dioda sinyal merupakan komponen elektronika yang bersifat non-linear terhadap tegangan dan berbentuk kecil. Penggunaan dioda kecil ini biasanya pada sirkuit elektronika yang melibatkan pengolahan frekuensi tinggi. Seperti pada radio, televisi dan perangkat komunikasi jenis lainnya.

Secara umum dilihat dari bentuknya, dioda dapat dikelompokkan menjadi dua jenis : dioda sinyal dengan bentuk yang kecil dan dioda daya yang berukuran besar dan sering digunakan pada perangkat penyearah tegangan daya tinggi.

Pada materi kali ini saya kita akan membahas tentang dioda sinyal yang memiliki bentuk lebih kecil dan sering digunakan pada rangkaian pengolah frekuensi tinggi dengan arus kecil. Contoh dioda ini seperti seri 1N4148, 1N914 dan sejenisnya. Untuk pembahasan dioda daya yang memiliki ukuran lebih besar dengan penanganan arus tinggi akan dibahas pada artikel berbeda.

Dioda adalah bentuk komponen semikonduktor sederhana yang tersusun dari 2 buah bahan semikonduktor dengan type berbeda yang digabungkan menjadi satu. Sambungan kedua bahan semikonduktor berbeda tersebut menghasilkan satu buah persimpangan PN / PN junction.

Persimpangan PN yang terdapat pada dioda dibungkus menggunakan bahan kaca bening dengan diberikan terminal pada kedua sisinya untuk menghubungkan dioda dengan rangkaian. Pada salah satu sisi dioda biasanya diberikan tanda berupa pita melingkar berwarna merah atau hitam untuk menandai polaritas terminal positif dioda (katoda).

Umumnya dioda sinyal mempunyai peringkat daya maksimal yang kecil, hanya sekitar 100 mA hingga 500 mA. Ini berbeda dengan dioda daya yang memiliki peringkat daya yang jauh lebih besar hingga mencapai puluhan Ampere. Peringkat daya dioda sinyal yang kecil ini sesuai dengan fungsinya sebagai pengolah sinyal frekuensi tinggi yang biasanya bekerja dengan arus kecil.

Jenis Dioda Berdasarkan Bahan Pembentuknya

Berdasarkan jenis bahan semikonduktor yang menjadi unsur utama pembentuknya, dioda terbagi menjadi 2 jenis yang berbeda :

Dioda Germanium, mempunyai nilai tegangan drop yang lebih rendah sekitar 0,3 Volt dengan hambatan pada tegangan biasa maju yang lebih tinggi.
Dioda Silikon, memiliki nilai resistensi tegangan bias balik yang sangat tinggi dengan tegangan drop sekitar 0,7 Volt.

Tegangan drop adalah tegangan eksternal minimal yang diterapkan pada dioda agar dapat mengalirkan arus listrik secara bias maju.

Pemberian bias maju pada dioda dilakukan dengan cara menghubungkan sumber tegangan positif ke terminal negatif (anoda) dioda, sementara kutub negatif tegangan ke terminal positif dioda. Karakter yang khas dari dioda adalah hanya bisa dilewati arus dengan satu arah saja dan mencegah arus dengan arah sebaliknya.

Karakteristik Dioda

Semua jenis komponen elektronika mempunyai karakteristik yang khas ketika menangani arus listrik. Bagitu pun dengan dioda yang memiliki sifat dan karakter khusus. Sehingga kita harus menempatkan dioda di dalam rangkaian harus sesuai dengan karakteristik yang dimilikinya. Penempatan komponen yang tidak sesuai dengan fungsinya atau melebihi kemampuan penanganan arus maksimum yang komponen dapat mengakibatkan kerusakan pada komponen tersebut.

Beberapa karakteristik dioda, khususnya dioda sinyal akan dijelaskan berikut ini :

Arus Bias Maju Maksimum

Arus bias maju maksimum (I_{F (max)}) pada dioda adalah besar arus maksimal yang dapat melewati dioda. Ketika diberikan bias maju, maka dioda akan berada dalam kondisi ON seperti saklar sehingga bisa melewatkan arus listrik. Arus listrik yang diberikan mampu melewati persimpangan PN yang memiliki hambatan sangat kecil. Hambatan kecil yang dimiliki oleh dioda tersebut mengubah arus listrik menjadi energi panas.

Jika kita memberikan arus listrik melebihi peringkat arus maksimum yang dimiliki oleh dioda, maka akan dapat menimbulkan panas yang makin tinggi. Kelebihan panas ini pada akhirnya akan dapat merusak komponen dioda. Karena itu perlu diberikan pendingin untuk dioda yang menangani arus besar untuk menyerap panas yang dihasilkan.

Untuk mencegah arus berlebih yang mengalir ke dioda, biasanya pemasangan dioda dilakukan dengan cara dipasang secara seri dengan resistor. Tujuannya adalah untuk membatasi jumlah arus masuk yang melalui dioda.

Tegangan Bias Balik Maksimum

Tegangan bias balik maksimum (I_R(max)) adalah tegangan balik maksimal yang dapat diterima oleh dioda saat terhubung dengan bias balik. Tegangan balik yang melebihi maksimum tegangan balik dioda dapat menimbulkan efek longsor di dalam struktur bahan semikonduktor penyusun dioda. Kondisi ini dapat berakibat pada rusaknya dioda.

Pengetahuan nilai tegangan balik maksimum dioda dibutuhkan ketika kita menggunakan dioda sebagai penyearah tegangan dengan arus tinggi. Nilai dari tegangan balik ini dapat berkisar beberapa Volt pada dioda sinyal hingga ribuan Volt pada dioda daya.

Disisipasi Daya Dioda

Nilai disisipasi daya dioda menunjukkan total daya yang hilang ketika dioda diberikan tegangan maju. Daya yang hilang pada dioda ini akibat dari perlawanan persimpangan PN ketika dilewati arus listrik. Perlawanan ini menyerap daya dan mengubahnya menjadi bentuk panas. Karena seperti kita ketahui, perlawanan atau hambatan terhadap arus listrik akan menghasilkan energi panas.

Hambatan yang dilakukan oleh dioda terhadap arus listrik ini bersifat non-linear terhadap tegangan, karena itu kita tidak bisa menghitung kehilangan daya pada dioda dengan hukum Ohm seperti pada resistor.

Suhu Operasional Dioda

Peningkatan suhu pada dioda melebihi suhu kerja normal dapat menurunkan kinerja dioda dalam mengalirkan arus listrik. Karena itu dioda mempunyai peringkat suhu maksimum ketika bekerja yang dinyatakan dalam derajat Celcius per Watt (°C/W).

Nilai maksimum suhu kerja dioda akan berhubungan erat dengan tingkat arus maksimum yang mengalir. Artinya ketika suhu dioda berada dibawah suhu maksimum maka aliran arus melewati dioda dapat terjadi secara maksimal. Biasanya suhu maksimal dioda secara umum sekitar 70° C.