Pengertian dan Cara Kerja Dioda

Dioda

Dioda adalah dasar komponen aktif yang memiliki polaritas Positif (Anoda) dan Negatif (Katoda) sehingga Arus yang mengalir pada dioda hanya bersifat satu arah saja yaitu forward bias jika anoda diberi bias positip dan katoda diberi bias negatip, tetapi pada kondisi reverse bias yaitu anoda diberi tegangan negatif dan katoda diberi positif arus tidak akan mengalir atau diblok oleh dioda. Ada dua macam dioda yang kita kenal yaitu dioda germanium dan dioda silikon, dinamakan demikian karena dioda dibuat dari bahan germanium dan silikon, bahan tersebut  termasuk bahan semikonduktor, sehingga dioda disebut juga komponen semikonduktor.

DIODA

Dioda memiliki wilayah "P atau N", silikon atau germanium sebagai bahan dasar dioda diberikan campuran bahan kotoran sebagai dopping. Wilayah "P" dioda diberikan campuran kotoran seperti alumunium atau boron dan wilayah "N" diberikan campuran bahan kotoran seperti posfor. Besar jumlah campuran kotoran ini ditentukan saat pembuatannya, dan akan berpengaruh pada spesifikasi dari dioda tersebut seperti rating tegangan, arus, temperatur, waktu switching dll. Pemisahan dua wilayah P dan wilayah N pada dioda disebut "PN Junction", untuk lebih jelas mengenai ini silahkan baca artikel mengenai bahan semikonduktor.

Cara kerja dioda

Cara kerja dioda dapat digambarkan seperti sebuah saklar/switch, ketika dioda diberi tegangan positip pada anoda dan tegangan negatip pada katoda (forward bias), maka dioda bekerja seperti saklar tertutup (ON), arus akan mengalir melewati dioda. Namun jika tegangan negatip diberikan pada anoda dan tegangan positip diberikan pada katoda (reverse bias), maka ini seperti saklar terbuka(OFF) dan arus tidak bisa melewati dioda. Kondisi seperti itu adalah kondisi kerja ideal sebuah dioda secara teori, namun kenyataan secara praktek berbeda. Hal tersebut dapat digambarkan seperti grafik dibawah ini:

Karakteristik Dioda

Dioda akan bekerja seperti saklar ketika diberikan tegangan DC seperti yang dijelaskan diatas, pemberian tegangan DC pada kaki-kaki dioda ini disebut Bias. Ketika dioda dipasang forward bias dioda memiliki tegangan drop sebesar 0,7V untuk dioda silikon dan 0,3V untuk dioda germanium. Sehingga arus yang mengalir pada dioda akan terpotong sebesar drop tegangan dioda. Dan pada kondisi reverse bias dioda memiliki batas tegangan breakdown dimana jika tegangan yang diberikan pada dioda melebihi batas maksimum tegangan breakdown, akan terjadi kebocoran arus bahkan bisa merusak dioda tersebut. Contoh tegangan breakdown dioda 4001= 50V, 4002=100V, 4003=200V, 4004=400V, 4005=600V, 4006=800V dan 4007=1000V. Untuk mengetahui batas tegangan breakdown dioda dapat dilihat dari datasheet setiap jenis dioda yang gampang dicari dengan browsing digoogle.

Fungsi dari Jenis-Jenis Dioda

Jenis dan Simbol Dioda

Dioda terdiri dari beberapa jenis, dan setiap jenis dioda memiliki fungsi yang berbeda-beda tergantung dari kebutuhan rangkaian. Berikut ini beberapa contoh jenis dioda beserta fungsi-fungsinya:

Jenis dan Simbol Dioda

Fungsi Dioda

Dioda biasa (dioda sinyal)

Dioda ini ada dua jenis yaitu dioda germanium seperti 1N4148 atau silikon seperti 1N4002. Dioda sinyal pada rangkaian dapat dijadikan sebagai: Penyearah (rectifier) atau Pemotong (Clipping) lonjakan arus.

Dioda zener

Berfungsi sebagai penstabil tegangan (regulator) sederhana, dimana tegangan yang mengalir melewati dioda zener tidak akan lebih dari batas teganagn dioda zener.

Dioda schottky

Secara fungsi dioda schottky sama dengan dioda sinyal, perbedaannya dioda schottky memiliki drop tegangan yang sangat kecil dan waktu swicth yang sangat cepat, sehingga dioda ini banyak digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi, seperti pada power supply switching, perangkat radio transmitter dll.

Light Emitting Diode (LED)

LED merupakan jenis dioda yang berfungsi menghasilkan cahaya jika diberikan bias maju. LED sering digunakan sebagai indikator pada perangkat elektronik.

Dioda Varaktor

Nilai kapasintansi dioda varaktor akan berubah sesuai dengan perubahan besar tegangan yang diberikan. Dioda ini akan bekerja pada kondisi bias mundur, jika tegangan bias dinaikan maka nilai kapasintansi dioda ini akan mengecil dan sebaliknya. Sesuai fungsinya dioda varaktor sering disebut juga sebagai Varicap sehingga sering digunakan pada rangkaian oscilator atau tuner.

Dioda Tunel

Spesifikasi dioda ini hampir sama seperti dioda schottky, kelebihan dioda ini memiliki waktu switching yang sangat cepat, sehingga dioda ini khusus digunakan pada rangkaian oscilator dengan frekuensi tinggi.

Photo Dioda

adalah dioda sersor cahaya, yang bekerja mengatur arus yang mengalir antara katoda ke anoda karena dioda ini dipasang reverse bias. Dioda akan berada pada posisi OFF ketika cahaya yang diterima semakin gelap, dan sebaliknya dioda akan ON dan mulai mengalirkan arus saat ada cahaya yang mengenainya. Semakin kuat cahaya yang masuk maka semakin besar arus yang dapat dilewatkan melalui dioda.

Dioda laser

Hampir sama seperti LED yaitu memproduksi cahaya tetapi dengan panjang gelombang yang sangat sempit dan memiliki respon waktu yang sangat cepat. Dioda laser banyak digunkan pada optik CD, VCD dan DVD room, mesin Faksimil, mesin poto kopi, scaner barkode dll.

Fungsi, Jenis dan simbol Komponen Resistor

Fungsi Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi melemahkan energi listrik arus dan tegangan yang melewatinya, sebagian energi listrik yang ditahan oleh resistor di keluarkan melalui panas pada badan resistor. Untuk menghindari kerusakan akibat over heating, maka daya resistor harus disesuaikan dengan daya yang mengalir melaluinya. Untuk menentukan besar daya resistor pada suatu rangkaian dapat dihitung dengan hukum ohm yaitu: P = V² x I. Panas maksimal akan dihasilkan ketika arus yang mengalir pada resistor mencapai batas daya maksimal resistor, sehingga pemasangan heatshink (pendingin) sangat dianjurkan untuk membuang panas yang dihasilkan, atau pergunakan resistor dengan daya lebih besar dari yang diperlukan.

Fungsi lain dari resistor adalah sebagai konverter atau merubah arus ke tegangan dan sebaliknya merubah tegangan ke arus, Perhatikan contoh gambar dibawah ini: 

Resistor sebagai konverter arus dan tegangan

Contoh aplikasi pada rangkaian transistor amplifier, untuk gambar 1 seperti resistor basis dan gambar 2 seperti resistor pul-up kolektor.

Jenis-Jenis Resistor

Jenis-jenis Resistor

Jenis komponen resistor tergantung dari bahan dasar yang dugunakan, seperti resistor karbon yang menggunakan karbon sebagai bahan dasar pembuatannya. Setiap jenis bahan dasar resistor memiliki karakteristik yang berbeda seperti yang akan dijelaskan berikut ini:

Resistor Karbon Film

Bahan Resistor karbon film terdiri dari lapisan karbon tipis yang dililitkan pada serbuk keramik yang dipadatkan yang berbentuk silinder. Nilai resistansi ditentukan oleh konfigurasi lilitan karbon, jumlah lilitan, jarak antar lilitan, dan ketebalan lapisan karbon. Resistor ini memliki toleransi antara 5% - 10%, dengan spesifikasi daya rendah yaitu 1/4W s.d 2W, low noise dan stabilitas temperatur. Ciri pisik resistor ini yaitu berwarna krem kecoklatan, atau abu-abu. Harga resistor ini paling murah dibanding jenis lainnya.

Resistor Metal Film

Konfigurasi resistor ini hampir sama dengan resistorn karbon film, yang membedakan adalah bahan dasar untuk lilitannya yaitu dari jenis metal seperti timah oksida atau nikel. Spesifikasi resistor metal film lebih baik daripada resistor karbon film, temperatur yang lebih stabil, sangat low noise, dan toleransi yang dimilikinya yaitu maksimal 1%, sehingga resistor ini sangat baik untuk aplikasi rangkaian yang spesifik seperti amplifier HI-FI, atau untuk rangkaian frekuensi tinggi seperti radio transmiter dll.

Resistor SMD (Surface Mount Device)

Adalah jenis resistor dengan ukuran yang sangat kecil, resistor ini sebenarnya adalah jenis resistor film dengan bahan dasar metal dan keramik seperti resistor metal film, dengan konfigurasi lilitan metal yang lebih tebal sehingga sering disebut Thick Film Resistor. Resistor ini memiliki spesifikasi yang sangat baik dibanding resistor film lainnya. sangat low noise, stabiltas terhadap temperatur, dan rating tegangan yang tinggi, tetapi hanya tersedia untuk daya rendah yaitu dibawah 1 watt saja. Resistor SMD banyak digunakan untuk rangkaian yang komplek dengan ukuran kecil dan memiliki presisi yang tinggi seperti pada rangkaian mikrokontroller dan komputer.

Resistor Komposisi Karbon

Resistor karbon terbuat dari campuran serbuk karbon atau arang (bahan pensil) dengan serbuk keramik yang dipadatkan. Komposisi (perbandingan) campuran antara kedua bahan tersebut akan menentukan nilai resistansi resistor ini. Resistor jenis ini tersedia dengan rating daya sampai diatas 5watt, tetapi kelemahannya adalah kurang baik terhadap noise dan kurang stabil ketika panas, dan toleransinya juga besar yaitu antara 5% s.d 20%, makanya resistor ini tidak cocok untuk rangkaian amplifier atau rangkaian dengan presisi tinggi. Resistor ini banyak digunakan pada rangkaian frekuensi tinggi seperti RF Radio.

Resistor Wirewound

Seperti namanya, resistor ini terbuat dari kawat email atau kawat nichrome yang dililitan diatas serbuk keramik yang dipadatkan. nilai resistansi ditentukan oleh jumlah lilitan kawat dan jenis atau ukuran kawat yang digunakan. Resistor ini memiliki ukuran nilai yang sangat presisi yaitu antara 0,01ohm s.d 100kohm, dan rating dayanya sangat besar, tersedia antara 1watt sampai 300watt. Sehingga untuk membuang panas yang dihasilkan resistor ini dilengkapi heatshink (pendingin) internal dan juga lebih baik lagi ditempelkan pada heatshink eksternal ditambah kipas pendingin agar panas terbuang sempurna. Resistor ini sering digunakan pada rangkaian alat ukur jembatan wheatstone untuk menghitung hambatan jaringan kabel listrik..

Karena terbuat dari lilitan kawat, selain bersifat resistif resistor ini bersifat induktif juga, sehingga pada aplikasi sinyal AC dapat menggeser phasa dan juga merubah nilai resistansi akibat reaktansi induktif yang dihasilkan dari frekuensi dan induktansi, sehingga  sangat tidak disarankan untuk aplikasi rangkaian dengan frekuensi tinggi, atau frekuensi audio seperti amplifier. Untuk keperluan ini solusinya dengan memakai resistor wirewound jenis Power wirewound yang tidak memiliki sifat induktif.

Cara menghitung nilai Resistor 4 dan 5 kode warna

Resistor

Pembagian supply tegangan dan arus harus sesuai dengan kebutuhan untuk setiap komponen pada sebuah rangkaian elektronik, hal ini agar rangkaian bekerja secara optimal sesuai fungsinya. Resistor adalah komponen pasif yang fungsi utamanya sebagai pengatur arus dan tegangan. Untuk menentukan besar arus atau tegangan ditentukan oleh nilai resistansi pada resistor, yang dapat dihitung dengan menggunakan hukum Ohm (Ohm Law) yaitu V=I x R

Kode warna resistor

Nilai resistansi pada resistor dengan kode warna ada tiga jenis yaitu: 4 gelang, 5 gelang dan 6 gelang. Namun yang paling banyak digunakan adalah kode warna dengan 4 gelang seperti pada resistor karbon dan 5 gelang seperti pada resistor metal film.

Cara menghitung kode warna pada sebuah resistor, digunakan tabel kode warna dibawah ini:

Perhatikan pada contoh gambar diatas, warna terakhir adalah nilai toleransi, sedangkan warna yang lainnya adalah nilai resistansi. Nilai pengali adalah 10 pangkat dari warna nilai, misalkan merah = 2 maka untuk faktor pengali merah = 10² = 100. Contoh pada resistor 4 gelang warna adalah merah, ungu, orange adalah 27000ohm atau 27Kohm dengan toleransi warna emas 5%, sedangkan untuk resistor 5 gelang kode warna adalah biru, abu, hitam dan merah adalah 68000ohm atau 68kohm dengan tolerasni warna emas 5%.

Daya Resistor

Batas daya sebuah resistor menunjukan kemampuan resistor menahan daya maksimum, contoh resistor 1watt, berarti resistor tersebut hanya mampu menahan daya maksimum sampai 1watt. Jika resistor dialiri arus sampai daya maksimalnya, maka akan terjadi panas pada resistor tersebut, dan apabila arus yang diberikan melebihi batas dayanya, maka akan menghasilkan panas berlebih yang bisa mengakibatkan kerusakan pada resistor akibat terbakar.

Untuk mencari spesifikasi daya resistor yang harus dipakai pada sebuah rangkaian elektronik atau listrik dapat dihitung menggunakan rumus: P(daya) = V(tegangan) x I(arus). atau dengan menggunakan hukum ohm maka berlaku rumus P = I² x R atau P = V² / R.

Besar daya dari sebuah resistor kode warna bisa dibedakan dari besar fisiknya, dan akan mudah bagi orang yang sudah paham komponen ini. Nilai resistansi resistor kode warna umumnya dipakai pada resistor dengan daya rendah dibawah 2watt, sedangkan resistor dengan daya diatas itu ditulis langsung dengan angka pada badan resistornya, seperti pada resistor wirewound.

Nilai Toleransi pada Resistor

Nilai toleransi pada resistor adalah batas nilai minimal dan nilai maksimal dari nilai yang telah ditetapkan, contoh untuk resistor 1Kohm dengan toleransi 5% artinya resistor tersebut memiliki nilai resistansi antara 950ohm s/d 1050ohm. Untuk mengetahui nilai pasti dari sebuah resistor bisa diukur menggunakan AVO meter.

Batas toleransi berbeda dari setiap jenis resistor, seperti pada resistor karbon film dan resistor wirewound memiliki toleransi antara 1% - 5%, resistor metal film 1%, resistor komposisi karbon 5%-20% dan resistor smd memiliki toleransi sangat kecil yaitu 0.1%.

Rangkaian Variable Power Supply Simetris LM317 dan LM337

Power supply variable simetris ini dibangun untuk keperluan tegangan output yang variable. Tegangan Input 220VAC pada bagian primer trafo diturunkan menjadi lebih rendah pada bagian sekunder trafo, yaitu antara 6V, 7,5V, 9V, 12V, 15V, 18V, 20V, 25V dan 32V yang umum ada dipasaran. Tegangan sekunder dari trafo atau tegangan input power supply bisa dipilih tergantung dari kebutuhan tegangan output DC, dengan catatan tegangan tersebut harus lebih besar dari output DC maksimal, umpama tegangan DC yang diinginkan 30V, maka memilih trafo dengan tegangan sekunder diatas itu, misal 32VAC atau lebih.

Tegangan sekunder dari Trafo masih berbentuk sinyal sinusiodal (AC), yang harus dibuat menjadi tegangan DC dengan cara disearahkan dengan dioda penyearah (rectifier). Bentuk tegangan DC dari dioda penyearah ini masih bergelombang, sehingga untuk memperkecil gelombang DC tersebut perlu dipasang filter kondensator agar sinyal DC yang dihasilkan  mendekati bentuk tegangan DC tanpa noise. Teganagn DC ini masuk kaki input IC regulator untuk distabilkan. Dalam artikel ini regulator yang dipakai adalah LM 317 untuk tegangan positif, dan LM 317 untuk tegangan negatif. Pemasangan kapasitor output berfungsi untuk memperhalus tegangan output DC dari power supply, dan untuk mencegah efek hubung singkat dari kapasitor output saat pertama mendapat supply, IC regulator di lindungi dengan pemasangan dioda proteksi yaitu D1,D2,D3 dan D4.

Rangkaian Power Supply Variable dan Simetris dengan LM317 dan LM337

Daftar Komponen

Trafo 3A CT 32V
Dioda bridge 3A
C1,C2 = 2200uF/50V
C3,C4,C9,C10 = 100nF
C5,C6 = 10uF/25V
C7,C8 = 47uF/50V
IC REG 1 = LM317
IC REG 2 = LM337
D1,D2,D3,D4 = 1N4002
R1,R2 = 220ohm
VR1, VR2 = 5Kohm

IC REG LM 317

Adalah IC regulator linier output positif dengan spesifikasi arus output maksimum yang 1,5A, dan memiliki tegangan output yang dapat diatur mulai 1.2V sampai 37V dari tegangan input maksimum 40V.

IC REG LM 337

Tegangan output dari IC regulator LM 337 adalah kebalikan dari IC regulator LM 317, yaitu tegangan outputnya adalah tegangan negatif. Dan antara kedua IC regulator ini mempunyai spesifikasi yang sama.

Rangkaian power supply diatas memiliki spesifikasi: ripple noise yang rendah, anti hubung singkat (short), dan tegangan output simetris positif dan negatif dengan nilai yang variable. Noise juga dapat dihasilkan oleh kabel, jaga kerapihan pengkabelan saat perakitan. Tegangan output dari gambar rangkaian diatas dapat diatur dengan cara memutar potensio (VR) mulai 1.2V sampai 30V, dengan arus tidak lebih dari 1A. Pemakaian arus puncak oleh beban/rangkaian dapat menimnulkan panas pada IC, sehingga untuk membuang panas perlu dipasang heatshink (pendingin), agar IC tidak rusak kerana over temperatur.

Tegangan output diatur dari potensio RV1 untuk teganagan positif dan RV2 untuk tegangan negatif. Aplikasi rangkaian power supply ini sangat cocok untuk supply tegangan pada rangkaian-rangkaian yang memerlukan dual supply positif negatif seperti penguat depan, ampli, dll.