Dioda - Fungsi, Jenis, Cara Kerja, dan Cara Mengukur
Dioda adalah komponen elektronika yang hanya dapat menghantarkan arus listrik ke satu arah saja dan menghambat arus listrik dari arah sebaliknya.
Pada prinsipnya dioda terbuat dari dua buah kristal semikonduktor, yaitu tipe P dan tipe N yang saling disambung atau dipertemukan.
Terdapat dua elektroda (kaki) pada dioda, pertama elektroda pada semikonduktor tipe P sebagai Anoda dan yang kedua pada semikonduktor tipe N sebagai Katoda.
Dioda dapat dibuat dari salah satu dari dua bahan semikonduktor, silikon atau germanium.
Cara Kerja Dioda
Dioda adalah komponen elektronika yang terbuat dari bahan tipe P dan N.
Bahan N adalah semikonduktor yang mayoritas berpolaritas negatif, yaitu bahan yang kelebihan elektron dan terdapat elektroda/terminal yang disebut sebagai katoda.
Sementara itu, bahan P adalah semikonduktor yang mayoritas berpolaritas positif, yaitu bahan yang kekurangan elektron dan elektrodanya disebut sebagai anoda.
Ketika dioda diberi sumber tegangan sesuai dengan polaritas yang sama, positif (+) di anoda dan negatif (—) di katoda maka dioda mengalami bias maju (forward bias).
Pada saat bias maju, di daerah junction akan terjadi perpindahan sejumlah elektron dari bahan N menuju hole yang ada pada bahan P.
Jadi, ketika hole dan elektron bebas saling mengisi, itu artinya arus listrik dari sumber tegangan terus mengalir di dioda. Dalam hal ini, dioda berperan sebagai konduktor.
 |
| (Gambar: Contoh Rangkaian Dioda) |
Namun, apabila konfigurasinya dibalik, positif (+) di katoda dan negatif (—) di anoda maka dioda sedang mengalami bias terbalik (reverse bias). Mengapa itu bisa demikian?
Jadi, bahan P yang kekurangan elektron dan mayoritasnya hanya hole, tidak bisa melewati junction karena mendapat polaritas negatif dari sumber tegangan.
Selain itu, keadaan yang sama juga terjadi pada bahan N yang kelebihan elektron diberi polaritas positif dari sumber tegangan.
Dengan demikian, ketika bahan P diberi negatif dan bahan N diberi positif, maka arus listrik dari sumber tegangan tidak akan mengalir di dioda. Dalam hal ini, dioda berperan sebagai isolator.
Fungsi Dioda dan Jenis-jenisnya
Secara umum fungsi dari dioda adalah sebagai penyearah arus listrik, di mana dapat mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus yang searah (DC).
Namun, dioda terdapat berbagai jenis, setiap dioda juga memiliki fungsinya tersendiri. Berikut adalah fungsi dari beberapa jenis dioda:
1. Dioda Junction P-N
Dioda junction P-N terbuat dari bahan semikonduktor. Dioda ini terdiri dari dua lapisan semikonduktor. Satu lapisan didoping dengan material tipe-P dan lapisan lainnya dengan material tipe-N.
Kombinasi lapisan tipe P dan N ini membentuk sambungan yang disebut junction (sambungan) P-N. Oleh karena itu, dinamakan dioda junction P-N.
Dengan menggunakan dioda junction memungkinkan aliran arus dalam arah maju dan menghalanginya dalam arah sebaliknya.
Dioda junction P-N juga dikenal sebagai dioda penyearah yang digunakan untuk penyearah arus listrik.
2. Dioda Zener (Zener Diode)
Dioda zener adalah jenis dioda yang dirancang khusus untuk memungkinkan arus listrik dapat mengalir dalam keadaan bias mundur, tetapi harus memenuhi tegangan yang diizinkan, tegangan itu disebut juga sebagai tegangan zener.
Dioda zener juga banyak digunakan pada peralatan elektronik karena dapat memberikan tegangan referensi yang stabil.
3. LED (Light-Emitting Diode)
LED adalah dioda yang dapat memancarkan cahaya ketika ada arus mengalir melaluinya. LED menggabungkan semikonduktor tipe-P (konsentrasi hole lebih besar) dengan semikonduktor tipe-N (konsentrasi elektron lebih besar).
Ketika dioda diberi tegangan maju yang cukup maka akan menyebabkan elektron dan hole bergabung kembali di persimpangan P-N sehingga melepaskan energi dalam bentuk cahaya.
LED saat ini sudah banyak digunakan di berbagai keperluan penerangan, ini karena LED lebih efisien daripada lampu biasa.
4. Fotodioda atau Photodiode
Fotodioda adalah dioda junction P-N yang menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan arus listrik. Fotodioda juga disebut foto-detektor, detektor cahaya, dan foto-sensor.
Fotodioda dirancang untuk bekerja dalam kondisi bias terbalik. Bahan fotodioda yang umum adalah Silikon, Germanium, dan Indium gallium arsenide.
Kegunaan fotodioda di antaranya sebagai robot seperti line follower, sensor cahaya kamera, alat-alat medis, scanner barcode, peralatan keamanan, dan masih banyak lagi.
5. Dioda Bridge
Dioda bridge adalah modul dioda yang membentuk sambungan jembatan (bridge) 4 hingga 6 dioda dalam satu paket, dan digunakan untuk menyearahkan arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC).
Fungsi dioda bridge adalah untuk mengubah bagian tegangan negatif dari bentuk gelombang AC menjadi tegangan positif, setelah itu difilter low-pass sehingga dapat digunakan untuk menghaluskan, dan hasilnya menjadi DC.
6. Dioda Schottky
Dioda Schottky juga dikenal sebagai dioda penghalang (barrier) Schottky atau dioda pembawa panas, adalah dioda semikonduktor yang dibentuk oleh sambungan semikonduktor dengan logam.
Pada umumnya dioda P-N silikon biasa memiliki tegangan maju berkisar 600-700 mV, sedangkan tegangan maju Schottky adalah 150-450 mV.
Persyaratan tegangan maju yang lebih rendah ini memungkinkan kecepatan switching yang lebih tinggi dan efisiensi sistem yang lebih baik.
Dioda Schottky dapat digunakan sebagai saklar dalam aplikasi dioda penjepit cepat.
7. Dioda Varactor
Dioda varactor adalah dioda yang mempunyai sifat kapasitas berubah-ubah sesuai dengan tegangan yang diberikannya. Oleh karena itu, dioda varactor juga disebut dengan dioda kapasitas variabel atau varicap diode (Variable Capacitance Diode).
Dioda varactor pada umumnya digunakan pada rangkaian yang berkaitan dengan frekuensi, seperti pada rangkaian VCO (Voltage Controlled Oscillator), VFO (Variable Frequency Oscillator), RF Filter (Tapis Frekuensi Radio), PLL Oscillator (Phase-Locked Loop Oscillator), Tuner Radio dan Tuner Televisi.
Rangkaian-rangkaian elektronika ini dapat ditemukan pada perangkat elektronika, seperti ponsel, radio penerima, radio pemancar, dan televisi.
8. Dioda Laser
Dioda Laser adalah perangkat semikonduktor yang mirip dengan Light-Emitting Diode (LED). Dioda laser menggunakan sambungan P-N untuk memancarkan cahaya koheren di mana semua gelombang berada pada frekuensi dan fase yang sama.
Cahaya koheren ini dihasilkan oleh dioda laser menggunakan proses yang disebut sebagai “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation”, yang disingkat LASER. Dan karena sambungan P-N digunakan untuk menghasilkan sinar laser, perangkat ini disebut sebagai dioda laser.
Kegunaan dari laser dioda di antaranya sebagai fiber optic communications, barcode readers, laser pointers, CD/DVD/Blu-ray disc reading/recording, laser printing, laser scanning, dan light beam illumination.
9. Dioda SCR (Silicon Controlled Rectifiers)
Dioda SCR pada dasarnya adalah dioda Shockley dengan terminal (kaki) tambahan yang ditambahkan. Terminal ekstra ini disebut gerbang (gate), dan digunakan untuk memicu perangkat menjadi konduksi (mengikatnya) dengan penerapan tegangan kecil.
Untuk memicu atau menyalakan SCR, tegangan harus diterapkan antara gerbang dan katoda, positif ke gerbang dan negatif ke katoda.
Dioda SCR memiliki kemampuan untuk menangani nilai arus dan tegangan yang tinggi sehingga digunakan di sebagian besar aplikasi industri.
Pengoperasiannya membuatnya cocok untuk digunakan dalam aplikasi kontrol daya AC tegangan menengah hingga tinggi, seperti peredupan lampu, pengatur daya, dan kontrol motor.
Cara Mengukur Dioda Menggunakan Multimeter Analog dan Digital
Dioda banyak sekali digunakan di berbagai perangkat elektronika. Dalam penggunaanya, ada baiknya untuk memastikan terlebih dahulu apakah dioda tersebut masih berfungsi dengan baik atau tidak.
Selain melihat secara fisik apakah masih terlihat layak atau tidak, Anda dapat juga melakukan pengukuran menggunakan multimeter supaya lebih meyakinkan lagi. Berikut adalah cara pengukuran dioda menggunakan multimeter analog dan digital.
Cara mengukur dioda menggunakan multimeter analog:
1) Setting multimeter ke Ohm meter (mengukur hambatan) dan atur pada skala x100 atau x1k Ohm.
2) Hubungkan probe merah ke kaki katoda.
3) Hubungkan probe hitam ke kaki anoda.
4) Amati dan baca hasil pengukurannya. Apabila jarum bergerak ke kanan maka dioda dalam keadaan baik, tetapi jika tidak bergerak maka dioda dalam keadaan rusak.
5) Balik probe merah ke anoda dan probe hitam ke katoda. Apabila jarum tidak bergerak berarti dioda dalam keadaan baik, tetapi jika bergerak berarti dioda rusak.
Selanjutnya, mari bahas bagaimana cara mengukur dioda menggunakan multimeter digital.
Sebetulnya lebih mudah karena pada umumnya sebuah multimeter digital sudah menyediakan fitur khusus untuk melakukan pengukuran dioda, biasa disebut sebagai pengukuran dioda menggunakan mode dioda.
Namun, apabila sebuah multimeter digital tidak mempunyai mode dioda, mode Ohm masih tetap dapat digunakan.
Jadi, intinya mengukur dioda menggunakan multimeter dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu mode dioda dan mode Ohm.
Pengukuran dioda menggunakan mode dioda adalah cara terbaik untuk menguji dioda karena bergantung pada karakteristik dioda. Dalam metode ini, dioda diletakkan dalam forward bias (bias maju), dan penurunan tegangan di dioda diukur menggunakan multimeter.
Dioda berbahan silikon umumnya mengalami penurunan sebesar 0,7 V. Dengan begitu, dioda yang berfungsi normal akan memungkinkan arus mengalir dalam bias maju dan harus mengalami penurunan tegangan.
Cara mengukur dioda menggunakan mode dioda pada multimeter digital:
1) Putar selektor ke simbol dioda. Biasanya beberapa multimeter menggabungkan mode dioda bersama dengan mode lainnya. Jika begitu, setting pada “select” hingga berada di mode dioda. Pada mode ini multimeter mampu menyuplai arus hingga 2 mA.
2) Atur menjadi forward bias, yaitu probe warna merah dihubungkan ke anoda dan probe warna hitam ke katoda.
3) Amati hasil perhitungan pada tampilan/layar multimeter. Jika dioda yang diukur berbahan silikon maka nilai tegangan yang bagus berkisar 0,6 hingga 0,7 V. Namun, apabila dioda berbahan germanium maka nilai tegangan yang bagus berkisar 0,25 sampai 0,3 V.
4) Selanjutnya, balikkan menjadi reverse bias (bias terbalik), yaitu probe merah dihubungkan ke katoda dan probe hitam ke anoda. Pada saat reverse bias tidak ada arus yang mengalir sehingga jika dioda dalam keadaan bagus, pada layar multimeter akan tertera OL (open loop) atau 1.
Dalam mengukur dioda menggunakan mode Ohm atau hambatan, caranya adalah mengukur hambatan dari forward bias dan reverse bias pada dioda.
Pada dioda yang bagus, hambatan dalam forward bias harus bernilai beberapa ratus Ohm hingga beberapa kilo Ohm dan hambatan bias mundur harus sangat tinggi (biasanya ditunjukkan sebagai OL).
Cara mengukur dioda menggunakan mode Ohm pada multimeter digital:
1) Putar selektor multimeter ke simbol Ohm atau hambatan.
2) Probe warna merah hubungkan ke anoda dan warna hitam ke katoda, yaitu dalam forward bias.
3) Amati hasil pengukuran. Karena ini forward bias maka dioda akan memiliki hambatan yang rendah. Dioda yang bagus, ketika diukur akan menunjukkan nilai hambatan berkisar ratusan hingga kilo Ohm.
4) Kemudian, balikkan menjadi reverse bias, yaitu probe merah dihubungkan ke katoda dan probe hitam anoda. Pada saat reverse bias, nilai hambatannya akan tinggi. Oleh karena itu, jika multimeter menunjukkan nilai resistansi yang tinggi atau OL maka dioda dalam keadaan bagus.
Dari penjelasan di atas jelas bahwa agar dioda bekerja dengan baik, multimeter harus membaca nilai hambatan yang rendah dalam kondisi forward bias dan nilai hambatan yang sangat tinggi atau OL dalam kondisi reverse bias.
Jika multimeter menunjukkan hambatan yang sangat tinggi baik dalam kondisi forward bias maupun reverse bias maka dioda dikatakan terbuka (rusak).
Di sisi lain, jika multimeter membaca nilai hambatan yang sangat rendah di forward bias maupun reverse bias maka dioda dikatakan korsleting.