Dioda

Diode/dioda adalah komponen aktif dua kutub yang pada umumnya bersifat semikonduktor, yang memperbolehkan arus listrik mengalir ke satu arah (kondisi panjar maju) dan menghambat arus dari arah sebaliknya (kondisi panjar mundur). Diode dapat disamakan sebagai fungsi katup di dalam bidang elektronika. Diode sebenarnya tidak menunjukkan karakteristik kesearahan yang sempurna, melainkan mempunyai karakteristik hubungan arus dan tegangan kompleks yang tidak linier dan seringkali tergantung pada teknologi atau material yang digunakan serta parameter penggunaan. Beberapa jenis diode juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Awal mula dari diode adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini diode yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Sejarah

Walaupun diode kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum diode termionik, diode termionik dan diode kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari diode termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873^[1] Sedangkan prinsip kerja diode kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun^[2].

Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah (rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah diode yang berasal dari di berarti dua, dan ode (dari ὅδος) berarti "jalur".

Prinsip kerja

Prinsip kerja diode termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307.031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan penyearah kristal pada tahun 1899^[3]. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.

Penerima radio

Penerima radio pertama yang menggunakan diode kristal dibuat oleh Greenleaf Whittier Pickard. Dioda termionik pertama dipatenkan di Inggris oleh John Ambrose Fleming (penasihat ilmiah untuk Perusahaan Marconi dan bekas karyawan Edison^[4]) pada 16 November 1904 (diikuti oleh U.S. Patent 803.684 pada November 1905). Pickard mendapatkan paten untuk detektor kristal silikon pada 20 November 1906 (U.S. Patent 836.531

Dioda termionik

Simbol untuk diode tabung hampa pemanasan taklangung, dari atas kebawah adalah anode, katode dan filamen pemanas

Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang merupakan susunan elektrode-elektrode di ruang hampa dalam sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar.

Dalam diode katup termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katode (Beberapa diode menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai pemanas sekaligus juga sebagai katode), elektrode internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektrode logam disebelah yang disebut anode diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar.

Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anode yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan.

Dalam sebagian besar abad ke-20, diode katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. Saat ini, diode katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan dan daya tinggi.

Dioda semikonduktor

Sebagian besar diode saat ini berdasarkan pada teknologi pertemuan p-n semikonduktor. Pada diode p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anode) menuju sisi tipe-n (katode), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya.

Tipe lain dari diode semikonduktor adalah diode Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor (sawar Schottky) sebagai ganti pertemuan p-n konvensional.

Karakteristik arus–tegangan

Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator.

Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk di dalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.

Jenis-jenis diode semikonduktor

Dioda	Dioda Zener
LED	Dioda foto
Dioda terobosan	Dioda varaktor
Dioda Schottky	SCR

Simbol berbagai jenis dioda

Kemasan diode sejajar dengan simbolnya, pita menunjukkan sisi katode

Beberapa jenis dioda

Ada beberapa jenis dari diode pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektrode ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti diode Gunn, diode laser dan diode MOSFET.

Dioda biasa

Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan diode penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahan yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari diode silikon untuk rating arus yang sama.

Dioda bandangan

Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan diode Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai diode Zener, padahal diode ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara diode bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan diode Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, diode bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.

Dioda Cat's whisker

Ini adalah salah satu jenis diode kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara^[5]. Kawatnya membentuk anode dan kristalnya membentuk katode. Dioda Cat's whisker juga disebut diode kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.

Dioda arus tetap

Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki gerbangnya disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut.

Esaki atau diode terobosan

Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif.

Dioda Gunn

Dioda ini mirip dengan diode terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.

Demodulasi radio

Penggunaan pertama diode adalah demodulasi dari isyarat radio modulasi amplitudo (AM). Dioda menyearahkan isyarat AM frekuensi radio, meninggalkan isyarat audio. Isyarat audio diambil dengan menggunakan tapis elektronik sederhana dan dikuatkan.

Pengubahan daya

Penyearah dibuat dari dioda, dimana diode digunakan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah. Contoh yang paling banyak ditemui adalah pada rangkaian adaptor. Pada adaptor, diode digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik menjadi arus searah. Sedangkan contoh yang lain adalah alternator otomotif, dimana diode mengubah AC menjadi DC dan memberikan performansi yang lebih baik dari cincin komutator dari dinamo DC.