Rangkaian Dioda Seri dan Paralel beserta Contoh Soal
Pada prinsipnya dioda terbuat dari dua buah kristal semikonduktor, yaitu tipe P dan tipe N yang saling dipertemukan. Terdapat dua elektroda (kaki) pada dioda, elektroda pada semikoduktor tipe P sebagai Anoda dan yang pada semikonduktor tipe N sebagai Katoda. Dioda dapat dibuat dari salah satu dari dua bahan semikonduktor, silikon atau germanium.
Ketika anoda mendapat potensial lebih besar dari katoda maka dioda mempunyai hambatan listrik yang kecil sehingga arus listrik dapat mengalir, hal seperti ini disebut sebagai bias maju (forward bias). Namun, sebaliknya jika anoda mendapat potensial lebih kecil daripada katoda maka dioda mempunyai hambatan listrik yang besar sehingga hampir tidak ada arus listrik yang dapat mengalir, atau biasa disebut sebagai bias mundur (reverse bias).
Pada gambar di atas terdapat dua buah rangkaian sederhana yang di dalamnya terdapat sumber tegangan, dioda, dan lampu. Anda dapat melihat saat bias maju listrik dapat mengalir sehingga lampu menyala, sebaliknya saat bias mundur arus tidak dapat mengalir sehingga lampu padam atau tidak menyala.
Dioda merupakan komponen elektronik yang memiliki polaritas. Anoda merupakan polaritas positif (+) dan katoda polaritas negatif (—). Maka dari itu, ketika menyambung atau memasang dioda pada sirkuit tidak boleh terbalik.
Baca Juga: Dioda - Fungsi, Jenis, Cara Kerja, dan Cara Mengukur
Contoh Soal Rangkaian Dioda Seri dan Paralel
Untuk memudahkan Anda memahami dioda bekerja dalam sebuah rangkain seri dan paralel. Di bawah sudah tersedia beberapa contoh soal beserta pembahasannya, di mana Anda dapat mencermatinya langsung. Soal dan jawaban akan tersedia dalam format gambar, sementara penjelasannya akan diberikan di bawahnya.
Soal nomor 1
Dioda pada umumnya dapat terbuat dari dua bahan semikonduktor, silikon dan germanium. Dioda silikon membutuhkan 0,7 V untuk mengaktifkannya atau bisa juga dimaknai pada dioda silikon penurunan tegangannya sebesar 0,7 V. Sementara itu, dioda germanium untuk mengaktifkan atau penurunan tegangannya sebesar 0,3 V.
Pada soal nomor 1 yang ditanyakan adalah potensial di titik A, B, C, dan D. Potensial di titik A tentu saja 12 V atau sama dengan sumber tegangan. Kemudian, di titik B merupakan hasil dari potensial di titik A dikurangi penurunan tegangan dioda 1 (silikon) 0,7 V, hasilnya 11,3 V. Pada titik C atau VO (tegangan output) adalah potensial di titik B dikurangi penurunan tegangan dioda 2 (germanium) 0,3 V, hasilnya 11 V.
Selanjutnya, mencari besarnya arus yang mengalir di dalam rangkaian. Rumus arus (I) adalah tegangan (V) dibagi dengan hambatan (R). Tegangan merupakan Vs dikurangi D1 dan D2, sementara hambatannya adalah R1, sehingga 11 V dibagi 5000 Ω hasilnya adalah 0,0022 A atau 2,2 mA.
Terakhir mencari potensial di titi D. Jadi, titik D itu adalah ground sehingga sudah semestinya 0 V. Akan tetapi, untuk memastikannya Anda dapat menghitungnya dengan mencari besarnya tegangan atau beda potensial di R1, yang kemudian potensial di titik C dikurangi beda potensial di R1, hasilnya VD adalah 0 V.
Soal nomor 2
Sama seperti soal nomor satu, nomer dua juga terdapat dua dioda, satu germanium dan satu silikon. Namun, bedanya pada nomor dua dirangkai secara paralel. Di sini hal penting yang harus diketahui adalah bahwa listrik selalu mengalir ke jalur yang hambatannya paling rendah. Artinya, karena penurunan tegangan dioda germanium hanya 0,3 V maka listrik akan mengalir melalui dioda germanium (D2). Jadi, D1 akan off dan D2 akan on.
Degan demikian, potensial pada titik A akan sama dengan VS 9 V. Kemudian, untuk potensial pada titik B atau VO adalah hasil dari VA dikurangi penurunan tegangan D2, hasilnya 8,7 V. Sementara itu, untuk arusnya 0,0010875 A. Terakhir VC adalah 0 V.
Soal nomor 3
Potensial pada titik A adalah 12 V. Kemudian, untuk mencari VB salah satu caranya adalah dengan mengetahui tegangan di resistor. Dengan demikian, dapat dicari dahulu arus total dalam rangkaian, di mana besarnya arus total 0,001255 A. Selain itu, Anda juga dapat mencari besarnya arus dengan menggunakan Hukum Kirchhoff.
Selanjutnya, VR1 adalah arus total dikali R1, hasilnya 5V. VB merupakan potensial di titik A dikurangi tegangan di R1, jawabannya 7 V. Karena dioda yang digunakan berbahan silikon maka penurunannya 0,7 V sehingga VC atau VO adalah potensial titik B dikurangi penurunan D1, jawabannya 6,3 V. Terakhir VD adalah 0 V.
Soal nomor 4
VA sama dengan VS 10 V. Dalam mencari potensial pada titik B maka perlu diketahui dahulu tegangan pada R1, dan untuk mencari tegangan pada R1 perlu diketahui dahulu arus total. Jadi, arus totalnya adalah 0,002325 A. Kemudian, cari VR1 dengan mengalikan arus total dengan R1, hasilnya 9,3 V. VB atau VO adalah VA dikurangi VR1, hasilnya 0,7 V.
Di sini terdapat dua buah dioda silikon yang dirangkai secara paralel. Ingat! Rangkaian paralel adalah untuk membagi arus, tegangan tetap sama. Sementara itu, rangkaian seri membagi tegangan, arus tetap sama. Jadi, VC adalah VB dikurangi 0,7 V, hasilnya 0 V. Kemudian, karena kedua dioda adalah identik atau sama dan dirangkai secara paralel, maka arus mengalir di setiap dioda adalah hasil dari 0,002325 A dibagi 2, hasilnya 0,0011625 A.
Soal nomor 5
Di sini potensial A adalah hasil dari +12 V dikurangi D1 (germanium) 0,3 V, hasilnya 11,7 V. Kemudian, dalam mencari arus rumusnya adalah tegangan dibagi hambatan. Akan tetapi, dalam mencari tegangan, di sini terdapat potensial minus 6, mungkin akan membingungkan untuk yang belum memahami Hukum Kirchhoff. Namun, intinya arus mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah, dari +12 V sampai ke −6 V. Hasilnya Vtotal 17 V dibagi hambatan total 5000 Ω sehingga diketahui arus total sebesar 0,0034 A. Anda juga bisa menggunakan Hukum Kirchhoff untuk mencari arus.
Selanjutnya, VB adalah VA dikurangi tegangan pada R1, hasilnya 8,3 V. Sementara VC adalah VB dikurangi penurunan tegangan D2 (silikon), hasilnya 7,6 V. Terakhir dalam mencari VD adalah VC dikurangi tegangan pada R2, jawabannya adalah −6 V.
Soal nomor 6
Terdapat dua dioda silikon, di mana keduanya diberi dua tegangan yang berbeda. Pertanyaanya, berapa potensial pada titik A? Jadi, 8 – 0,7 = 7,3 V dan 14 – 0,7 = 13,3 V. Di sini 13,3 V lebih besar daripada 7,3 V. Ingat! Potensial tinggi akan menang melawan potensial rendah. Dengan demikian, D2 akan on dan D1 akan off.
Jadi, VA atau VO adalah 14 V dikurangi D2 (0,7V), hasilnya 13,3 V. Sementara itu, arus yang mengalir dari 14 V hingga ke −5 V adalah 0,002614 A. Tegangan pada R1 18,3 V. VB adalah VA dikurangi VR1, hasilnya −5 V.
Soal nomor 7
VA tentu saja 14 V. Kemudian, untuk VB dan VC adalah 14 – 0,7 = 13,3 V itu karena keduanya merupakan dioda silikon dan dirangkai secara paralel. Untuk mencari tegangan pada R1, R2, dan R3 maka perlu diketahui besarnya arus yang mengalir di setiap resistor. Hasilnya arus R1 = 0,00157 A, arus R2 = 0,00126 A, dan arus R3 adalah arus total = 0,00283 A.
Untuk mencari VD di sini terdapat tiga hasil perbedaan, tetapi perbedaannya tidak terlalu signifikan atau tidak terlalu besar. VD dari hasil dari VB – VR1 = 16,98 V, sedangkan VD hasil dari VB – VR2 = 7 V, dan VD hasil dari −10 + VR3 = 6,98 V. Jika demikian, hasilnya kira-kira atau kurang lebih VD = 7 V.
