BAB 5: DIODA SEMIKONDUKTOR (PN
JUNCTION)
A.
Struktur
Semikonduktor dan Doping
1.
Material
Semikonduktor
a.
Silikon
(Si)
a
b.
Germanium
(Ge)
a
c.
Gallium
Arsenide (GaAs)
a
d.
Silikon
karbida (SiC)
a
2.
Doping
— Semikonduktor Ekstrinsik
a.
Dopping
a
b.
Semikonduktor
tipe-N
a
c.
Semikonduktor
tipe-P
a
d.
Konsentrasi
doping
a
3.
Pembawa
Muatan
a.
Elektron
a
b.
Hole
(lubang)
a
c.
Mobilitas,
elektron lebih cepat dari hole (µ_n ≈ 3 × µ_p)
a
d.
Rekombinasi
a
4.
Kristal
dan Ikatan Kovalen
a.
Struktur
kristal silicon
a
b.
Ikatan
kovalen
a
c.
Pita
energi
a
d.
Celah
energi (Bandgap)
a
B.
PN
Junction dan Medan Internal
1.
Pembentukan
PN Junction
a.
Penyatuan
semikonduktor tipe-P dan tipe-N
a
b.
Difusi
a
c.
Rekombinasi
a
d.
Terbentuknya
daerah deplesi (depletion region)
a
2.
Medan
Listrik Internal
a.
Muatan
tetap
a
b.
Medan
listrik dari N ke P
a
c.
Potensial
barrier (V_b)
a
d.
Mencegah
difusi lebih lanjut
a
3.
Simbol
dan Notasi Dioda
a.
Simbol
diode
a
b.
Anoda
(P)
a
c.
Arah
arus konvensional
a
d.
Arah
arus elektron
a
C.
Bias
Forward dan Reverse
1.
Bias
Forward (Maju)
a.
Tegangan
positif di anoda
a
b.
Medan
eksternal mengurangi potensial barrier
a
c.
Arus
mengalir setelah melewati tegangan knee (0.6-0.7V)
a
d.
Arus
meningkat eksponensial
a
2.
Bias
Reverse (Mundur)
a.
Tegangan
negatif di anoda
a
b.
Medan
eksternal memperkuat potensial barrier
a
c.
Hanya
arus bocor kecil (saturasi)
a
d.
Tegangan
breakdown
a
3.
Karakteristik
V-I Dioda
a.
Kurva
V-I
a
b.
Tegangan
knee (V_γ)
a
c.
Arus
reverse saturasi (I_s)
a
d.
Model
ideal vs model praktis
a
D.
Model
dan Analisis Dioda
1.
Model
Ideal
a.
Dioda
= saklar ideal
a
b.
Tegangan
knee diabaikan (V_γ = 0)
a
c.
Cocok
untuk analisis awal/kasar
a
d.
Aplikasi
a
2.
Model
Praktis (1-Drop)
a.
Dioda
= saklar dengan tegangan drop konstan (V_γ)
a
b.
Forward
= V_γ + I×R_f (tanpa R_f untuk model sederhana)
a
c.
Tegangan
drop ~0.7V silikon, ~0.3V germanium
a
d.
Cocok
untuk perhitungan rangkaian praktis
a
3.
Model
Ebers-Moll (Fisik)
a.
I
= I_s × (e^(V/(ηV_T)) - 1) — persamaan diode
a
b.
V_T
= kT/q — tegangan termal (≈26mV pada 300K)
a
c.
η
= faktor idealitas (1-2)
a
d.
Digunakan
untuk simulasi presisi tinggi
a
4.
Resistansi
Dioda
a.
Resistansi
statis
a
b.
Resistansi
dinamis (small-signal)
a
c.
Resistansi
forward kecil
a
d.
Resistansi
reverse sangat besar
a
E.
Jenis-jenis
Dioda
1.
Dioda
Penyearah (Rectifier)
a.
Arus
tinggi (1A - 1000A) untuk penyearah daya
a
b.
Tegangan
breakdown tinggi (50V - 1000V+)
a
c.
Kecepatan
rendah (50/60Hz)
a
d.
Seri:
1N400x (1A), 1N540x (3A)
a
2.
Dioda
Cepat (Fast Recovery)
a.
Waktu
pemulihan reverse (t_rr) sangat kecil (ns)
a
b.
Untuk
switching frekuensi tinggi (SMPS)
a
c.
Rugi-rugi
switching kecil
a
d.
Seri:
UF400x, FRxx, Schottky
a
3.
Dioda
Schottky
a.
Junction
logam-semikonduktor (bukan P-N)
a
b.
Tegangan
drop rendah
a
c.
Waktu
switching sangat cepat (<1ns)
a
d.
Aplikasi
a
4.
Dioda
Zener
a.
Dirancang
untuk bekerja pada daerah breakdown
a
b.
Mempertahankan
tegangan konstan (regulator tegangan)
a
c.
Tersedia
nilai 2.4V - 200V
a
d.
Simbol
a
5.
Dioda
Varactor (Varicap)
a.
Kapasitansi
junction berubah dengan tegangan reverse
a
b.
Digunakan
sebagai kapasitor variable
a
c.
Aplikasi
a
d.
Simbol
a
6.
Dioda
LED (Light Emitting Diode)
a.
Memancarkan
cahaya saat forward bias (rekombinasi)
a
b.
Warna
tergantung material
a
c.
Tegangan
forward 1.8V (merah), 3.6V (biru/putih)
a
d.
Aplikasi
a
7.
Dioda
Foto (Photodiode)
a.
Arus
reverse meningkat dengan intensitas Cahaya
a
b.
Mode
fotovoltaik (generator) atau mode fotokonduktif (detektor)
a
c.
Sensor
cahaya, komunikasi optic
a
d.
Respons
spektral
a
8.
Dioda
TVS (Transient Voltage Suppressor)
a.
Melindungi
rangkaian dari lonjakan tegangan (ESD, surge)
a
b.
Respon
sangat cepat (ps)
a
c.
Daya
tinggi
a
d.
Aplikasi
a
F.
Aplikasi
Penyearah (Rectifier)
1.
Penyearah
Setengah Gelombang (Half-Wave)
a.
Satu
diode
a
b.
V_dc
= V_peak/π (atau 0.318 × V_peak)
a
c.
Efisiensi
rendah
a
d.
Aplikasi
a
2.
Penyearah
Gelombang Penuh (Full-Wave)
a.
Transformator
CT (center-tap) + 2 dioda
a
b.
Melewatkan
kedua setengah siklus (positif dan negatif)
a
c.
V_dc
= 2V_peak/π (atau 0.636 × V_peak)
a
d.
Aplikasi
a
3.
Penyearah
Jembatan (Bridge Rectifier)
a.
4
dioda dalam konfigurasi jembatan
a
b.
Tidak
perlu transformator CT
a
c.
V_dc
= 2V_peak/π (sama dengan full-wave)
a
d.
Aplikasi
a
4.
Filter
dan Ripple
a.
Kapasitor
filter
a
b.
V_ripple
≈ I_load/(2fC)
a
c.
Perhitungan
kapasitor
a
d.
Regulator
tegangan
a
G.
Aplikasi
Lain Dioda
1.
Clipper
dan Clamper
a.
Clipper
a
b.
Clamper
a
c.
Dioda
Zener untuk clipper presisi
a
d.
Aplikasi
a
2.
Voltage
Multiplier
a.
Voltage
doubler
a
b.
Voltage
tripler
a
c.
Menghasilkan
tegangan tinggi dari AC rendah
a
d.
Aplikasi
a
3.
Proteksi
Polarisasi
a.
Dioda
seri pada input
a
b.
Rugi
tegangan 0.7V
a
c.
Dioda
shunt (TVS)
a
d.
Aplikasi
a
4.
Detektor
Sinyal
a.
Dioda
sebagai detector AM (envelope detector)
a
b.
Rectification
sinyal RF menjadi sinyal audio
a
c.
Dioda
Schottky untuk frekuensi tinggi
a
d.
Aplikasi
A
Komentar
Posting Komentar