Disampaikan Pada Lokakarya Fisika Teknik D o s e n - d o s e n F i s i k n FPTK IKIP P a d a n g Pada T a n a g a l 25 J n n u n r i s . d 30 J n n u n r i 1993 d i FPTK IKIP Pudnng

\

MAKALAH

STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR

--.--

iLiH ::ERPUSTAKAAN IKlF PAOANG

2 2 - 2 - j'J;

J

I

I

-

&

-.

_..- .-

.

-- ---.
_ __ . _

1Ccc J

; &,

-.lKIE?l, SR!

-.-wLL4f:.qIZl-..

!!~~FIKCSI S37. ~ Z Z
--..---Oleh:

.
Drs. HENDQI
Dosen PT. E l e k t r o FPTK IKIP P a d a n g
(1

Disampaikan P a d a Lokakarya F i s i k a T e k n i k
D o s e n - d o s e n F i s i k n FPTK IKIP Padang
Pada T a n a g a l 25 J n n u n r i s . d 30 J n n u n r i 1993
d i FPTK IKIP Pudnng

-

-

- -

- -

FAKULTAS PENDlDlKAN TEKNOLOGI D A N KEJURUAN
INSTITUT KEGURUAN DAN ILMU PENDlDlKAN PADANG

1993

i

. .--

i
i
!

STRUKTUR DIODA SEMIKONDUKTOR
-

L PENDAHULUAN

S e s u a i dengan perkembangan d a n

kemajuan

teknologi

alat
penyearah a r u s l i s t r i k y a i t u
dioda
semikonduktor .
Penggunaan d i o d a semikonduktor i n i l e b i h p r a k t i s j i k a
d i b a n d i n g k a n dengan a l a t p e n y e a r a h t a b u n g vacum d i o d a .
S e b a g a i bahan pokok d a r i d i o d a s e m i k o n d u k t o r i n i
a d a l a h bahan semikonduktor seperti germanium ( G e )
atau
silikon (Si).
Meskipun banyak
bahan
semikonduktor
elektronika,

para

l a i n n y a yang

ahli

digunakan

Semikonduktor

menemukan

ditemukan,

telah

kurang pra.ktis

telah

adalah

bahan

alat-alat

pada

suatu

namun

suatu

bahan

elektronika.

yang

melewatkan a r u s l i s t r i k j i k a d i b a n d i n g k a n
k o n d u k t o r , t e t a p i l e b i h mudah j i k a

tersebut

lebih

sukar

deligan

bahan

dibandingkan

deng3.n

bahan i s o l a t o r .

secara

membahas

S e l a n j u t n y a k i t a akan

s t r u k t u r k r i s t a l semikonduktor murni
campuran,

prinsip

kerja

beberapa

rangkaian

dioda

dan

terperinci

semikonduktor

semikonduktor,

penyearah

arus

listrik

dan
yang

menggunakan d i o d a s e m i k o n d u k t o r .
11. SEMIKONDUKTOR

A.

Struktur K r i s t a l Semikonduktor M u r n i

Semikonduktor a d a l a h s u a t u

jenisnya

mempunyai

harga

isolator, yaitu antara

la-'

bahan

diantara

kebanyakan

bersifat

Atom-atom

ini

tersusun

konduktor

kimia pada

semikonduktor,

yang t e r p e n t i n g adalah s i l i k o n dan
semikonduktor

tahanan
dan

ohm cm sa.mpa.i l@-6ohm

Dalam s i s t e m b e r k a l a u n s u r - u n s u r

IV

yang

rnempunyai
sebagai

cm

golongan

diantaranya

germanium.

Bahan

elektron

valensi.

tetra.hedra1

(susunan

4

kristal

intan)

oleh

memungkinkan u n t u k

adanya

ikatan

valensi

yang

berikatan

dengan

elektron

dari

dimampatkan

maka

atom lainnya.
B i l a bahan semikonduktor
terjadilah
dalamnya

pembentukan
terdapat

dimana s e t i a p
atom

cm

3

struktur

atom-atom

kristal

yang

kristalnya

( P o l l i n g , 1951).

semikonduktor

ini

yang

sarna,

berjarak

mengandung

Bahan

4,52.10'~

i ni

i n t r i r ~ s i k (murni),

d i

d inamakan

jika

keadaannya

d i t i n j a u secara k i m i a a d a l a h murni d a n p a d a n y a

tidak

t e r d a p a t kerusaka.n susunan k r i s t a l n y a .
Susunan

kristal

tetrahedral

d i b a y a n g k a n , namun k a l a u

kita

agak

sukar
tiap-tiap

perhatikan

atomnya t e r i k a t o l e h 4 i k a t a n kovalen dengan
yang

terdekat.

gambaran yang

Oleh
jelas

sebab

itu

tentang

untuk

ikatan

mekanisme h a n t a r a n l i s t r i k y a n g t e r j a d i
semikonduktor,

biasanya

dipergunakan

dimensi d a r i susunan k r i s t a l n y a ,

4

atom

mendapatkan

kovalen

serta

dalam

bahan

ganbar

dua

s e p e r t i p a d a g b 1.

ikatan

kovalent

el'ektron
ualensi

atom
Silikon

\

--

Gambar 1 . S u s u n a n k r i s t a l s e m i k o n d u k t o r
a . Susunari k r i s t a l t e t r a h e d r a l
0

b . GaniGar d u a d i m e n s i pa.da s u h l ~0 C

Lingkaran dengan

+4

tanda

di

dalannya

rnelukiskan

i o n - i o n s i l i k o n a t a u germanium, y a i t u i n t i - i n t i
beserta

elektron-elektronnya,

kecuali

4

atom

elektron

valensinya ( e l e k t r o n yang berada pada o r b i t t e r l u a r ) .

Ikatan kovalen d i l u k i s k a n dengan d u a

g a r is

lengkung

putus-putus dengan dua e l e k t r o n v a l e n s i d i
Elektron-elektron

d i dalam i k a t a n kovalen

dalamnya.
ini

d i l e p a s k a n d a r i i k a t a n n y a dengan memberikan

dapat

sejumlah

energi tertentu.
B.

Tel- j a d i n y a Elektron B e b a s A k i b a t Penyaruh Panas

Pada k r i s t a l semikonduktor murni s e t i a p e l e k t r o n
merupakan b a g i a n d a r i i k a t a n k o v a l e n , s e h i n g g a
mempunyai
tidak

sifat-sifat

mempunyai

bebas).

penghantar

pembawa

listrik,

muatan

Kristal-kristal

itu

listrik

akan

d a r i ikatan kovalennya. Pelepasan
energi,

untuk

diperlukan

sebesar

0,75

karena
(elektron

mempunyai

hantar, apabila beberapa d a r i elektron
mernerlukan

tidak

daya

itu

terlepas

elektron

tersebut

germanium
elektron

energi
volt

yang

dan

untuk

s i l i k o n s e b e s a r 1,12 e l e k t r o n v o l t ( D e w a r d , 1 9 6 6 ) .
Pada suhu t e r t e n t u misalnya suhu ruangan (300'~)
akan t e r j a d i g e r a k a n simpang s i u r d a r i e l e k t r o n
j a r i n g a n k r i s t a l yangn d i s e b a b k a n o l e h e n e r g i
akibatnya ada elektron t e r lepas d a ri

panas,

ikatan

kovalen

dan menjadi e l e k t r o n bebas. Elektron bebas i n i
akan t e r t a r i k a t a u t e r t o l a k o l e h
dari kristal.

Jika

diberikan

elektron
suatu

medan

pada

tidak

dan

inti

listrik

d a r i l u a r , terhadap gerakan e l e k t r o n bebas

itu

terbentuk

elektroda

suatu

gerakan

tetap

ke

p o s i t i f dan mengakibatkan a r u s l i s t r i k
e l e k t r o n , dan

elektron

tersebut

a r u s . P a d a gb 2 d a p a t d i l i h a t

arah

dibawa

dinarnakan

terbentuknya

akan
oleh

pembawa
elektron

bebas akiba.t e n e r g i panas, untuk k r i s t a l s i l i k o n a t a u
g e r r n a n i u r ~.

'

'

I

I

I

.

.

'

I

*

elek tron b e b c s

.

'

I

--'a

I

1

I

I

I

I

r

'

I

I

h o l e ( lubacg)

0 1

.

Ga.mbar 2 . E l e k t r o n b e b a s a k i b a t p e n g a r u h p a n a s
d i dalam k r i s t a l s i l i k o n a t a u germanium
Tempat k o s o n g y a n g d i t i n g g a l k a n o l e h e l e k t r o n d i
dalam susunan

kristal,

akibat

elektron

nelepaskan

d i r i d a r i ikatan kovalennya d i s e b u t h o l e a t a u
(Yohannes,l975).
kristal selalu

Karena

elektron-elektron

berusaha

menyusun

d a l a m p a s a n g a n k o v a l e n , maka

diri

elektron

lubang

d i

dalam

kembali
tunggal

d i
yang

t e t a p pada atomnya b e r u s a h a u n t u k b e r p a s a n g a n keulbali
d e n g a n e l e k t r o n t a r u . Hal i n i d i 1 a k u k a . n
mena.rik e l e k t r o n l a i n

dari

pasangan

pengaruh panas d a r i j a r i n g a n k r i s t a l
mengeluarkan e l e k t r o n untuk s u a t u

dengan

cara

terdekat

bila

berulang-ulangn

usaha

pemindahan.

J a d i ruangan yangn d i t i n g g a l k a n e l e k t r o n

seolah-olah

mempunyai d a y a t a r i k t e r h a d a p e l e k t r o n y a n g m u a t a n n y a
negatif,

maka

mempunyai m u a t a n

ruang

yang

positif.

disebut
Jadi

hole

hole

dianggap

a d a l ~ h hasil

n u a t a n p o s i t i f k a r e n a pemindahan e l e k t r o n d a r i i k a t a n
kova-len, d a n peranarinya sama d e n g a n p e r a n a n

elektron

dima.na m u a t a n n e g a . t i f n y a d i g a n t i c l e n g a n p o s i t i f .

.

C. P e r n b e n t u k a n S e m i k o n d u k t o r I m p u r i t i

Pada semikonduktor

intrinsik,

b e b a s sama d e n g a n j u m l a h h o l e
sedikit

sehingga

Supaya bahan

tahanan

jumlah

dan

jumlahnya

jenisnya

semikonduktor

ini

untuk penghantar a t a u untuk

elektron
sangat

sangat

dapat

besar.

dipergunakan

penyusunan

bahan

dasar

p i r a n t i e l e k t r o n i s , diperlukan baha yang kaya

dengan

s a t u j e n i s pembawa m u a t s n y a i t u e l e k t r o n a t a u h o l e .
Dengan

memasukkan

atom-atom

b e r v a l e n s i 3 a t a u 5 dengan

asing

yang

yang

sangat

prosentase

k e c i l kepada semikonduktor

murni,

dapat

dihasilkan

semikonduktor e k s t r i n s i k ( t i d a k murni).
penting

dalam

pembuatan

Jadi

semikonduktor

yang

impuriti

(campuran) a d a l a h u n s u r tambahan y a n g d a p a t

mengatur

s e n d i r i susunan k r i s t a l semikonduktor.
Penambahan atom a s i n g k e p a d a b a h a n s e m i k o n d u k t o r
murni

dinamakan

doping.

Prosentase

atau

tingkat

d o p i n g i n i b i a s a n y a s e k i t a r 1 a t o m a s i n g p e r 100 j u t a
atom

asli

(Yohannes,l975).

Suatu

contoh

misalnya

dengan doping 1:100 j u t a atom a s i n g ke dalam

kristal

germanium, t a h a n a n j e n i s germanium i n i akan b e r k u r a n g
m e n j a d i 1/12 k a l i .
J e n i s atom pencampur y a n g
Aluminium ( A l ) ,

(B)

Gallium (Ga),

(Polling, 1951).

Dalam

Indium ( I n )
pencampuran

kekurangan s a t u e l e k t r o n dan berusaha
elektron

yang

terdekat

3

adalah

dan

Boron

bervalensi

padanya

atom

untuk

untuk

ini

menarik

melengkapi

kekurangannya. O l e h k a r e n a campuran i n i menerima s a t u
elektron

dari

bahan

germanium

atau

d i n y a t a k a n s e b a g a i pencampur p e n e r i m a

silikon
atau

maka

akseptor

impuriti.
J e n i s atom pencampur yang
A r s e n i t (As),
(Bi)

bervalensi

Antimon (Sb)., P o s p o r

( P o l l i n g , 1951).

Dalam

diri

dari

ikatan

dan

pencampuran

k e l e h i h a n sa.tu e l e k t r o n , e l e k t r o n
melepa--.ka.n

(P)
ini

atomnya

5

adalah
Bismuth

atan

muilah

dan

ini
sekali

rr!en.iadi

s i fat

b e b a s . S e h i n g g a irleningkatkan
bahan germanium
disebut donor

atau

silikon.

impuriti,

penghantar

Atom

karena

dari

pencampur

menyumbangkan

ini
satu

e l e k t r o n n y a kepada germanium a t a u s i l i k o n .
1.

Semikonduktor Type P

Bila

suatu

ditambahkan

-atam

kepada

pencampur

semikonduktor

murni

dengan

prosentase doping s e p e r t i d i atas, b e r a r t i
atom asingnya j a u h

lebih

a s l i n y a dalam k r i s t a l .
atom

asing

jauh

kecil

Karena

terpisah

dari
itu

satu

-

3

bervalensi

jumlah

pada

atom

masing-masing

sama

s e h i n g g a masing-masing atom a s i n g i t u

lainnya,

dikeli l i n g i

o l e h 4 atom a s l i , . s e p e r t i p a d a g b 3 .
hole

ion
nega

G a m b a r 3 . Gambar d u a d i m e n s i
Pada gb

3

dapat

dilihat

dikelilingi oleh

4

ikatan

atom

kovalen,

kekurangan

satu

semikonduktor

ba.hwa

atom

asli.

yang

elektron.

atom

pencampur

Untuk

membentuk

3

bervalensi
Karena

itu

ini
dengan

menambah e n e r g i s e d i k i t s a j a p a d a e l e k t r o n k r i s t a l
a s l i , elektron
kovalennya

ini

dan

dapat

mengisi

akseptor desertai

dengan

meloncat
kekurangan

dari

~ a d a atom

pernbentukan

hole

i k a . t a . n k o v a l e n ya.ng d i t i n g g a 1 k a . n . K a r e n a
sat13 e l e k t r o n ,

naka

atom

akseptor

n e g a t i f y a n g terikat d i tempat

ikata.n
pada

menerirna

nlenjadi

ion

,

E n e r g i u n t u k membentuk h o l e d a n
adalah

energi

besarnya

ionisasi

atom

0,01

sekitar

ion

negatif

akseptor

elektron

yang

volt

untuk
elektron

germanium d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,05
v o l t (Kagnov, 1 9 7 0 ) .
Jadi
tanpa

dengan atom

disertai

semikonduktor

dihasi1ka.n

akseptor

elektron

campuran

yang

hole

bebas,

sehingga

terjadi

dinamakan

P
dengan
dapat
muatan

semikonduktor j e n i s P . Untuk s e m i k o n d u k t o r t y p e
ini,

terbentuknya

terhentuknya
bergerak.

ion

Jadi

hole

negatif
hole

disertai
yang

tidak

merupakan

mayor i t a s d a n e l e k t r o n

pembawa

merupakan

pembawa

muatan

minor i t a s .
2.

S e m i k o n d u k t o r Type N

Bila
ditambahkan

suatu
kepada

atam

pencampur

bervalensi

semikonduktor

murni

dengan

prosentase doping seperti d i a t a s , b e r a r t i
atom asingnya j a u h

lebih

a s l i n y a dalam k r i s t a l .
atom

asing

jauh

kecil

Karena

terpisah

dari
itu

satu

jumlah

pada

atom

masing-rnasing
sama

s e h i n g g a rnasing-masing atom a s i n g i t u

lainnya,

dikelilingi

o l e h 4 atom a s l i , s e p e r t i pada g b 4 .
7
el

ekt~on

ion

Ga-mbar 4 . Gambar d u a d i m e n s i
t y p e !J

5

semikonduktor

Pada g b

4

dapat

dilihat

bahwa

atom

d i k e l i l i n g i o l e h 4 atom a s l i . Dari

saja

4

v a l e n s i n y a hanya

yang

pencampur

lima

elektron

diperlukan

untuk

m e n g i s i keempat i k a t a n k o v a l e n . Sedangkan e l e k t r o n
kelima t e r i k a t n y a kurang e r a t pada atomnya, dengan
memberikan e n e r g i
pencampur

yang

tersebut,

saja

kecil

kepada

maka

elektron

ini

dibebaskan. Karena t e r j a d i

elektron

bebas,

atom
dapat
maka

s e m i k o n d u k t o r y a n g d i h a s i l k a n d e n g a n menambah a t o m
donor i n i dinamakan semikonduktor j e n i s N
membebaskan s a t u

elektron

valensinya

.

Dengan

maka

donor menjadi ion p o s i t i f yang t e r i k a t d i
Pada semikonduktor type N ,
bebas t i d a k

disertai

tetapi terbentuk

ion

tempat.

terbentuknya

dengan

atom

elektron

terbentuknya

positif

yang

hole,

tidak

dapat

bergerak.
Energi

untuk

membebaskan

elektron

valensi

atom d o n o r dinamakan e n e r g i

ionisasi

atom

donor

0,el

elektron

volt

untuk

yang b e s a r n y a s e k i t a r

g e r m a n i u m d a n u n t u k s i l i k o n s e b e s a r 0,135
v o l t . J a d i dengan e n e r g i

yang

semua

membebaskan

donor

telah

sangat

elektron
kecil

ini

kelebihan

e l e k t r o n n y a . Disamping e l e k t r o n b e b a s yang b e r a s a l
d a r i atom d o n o r a d a j u g a yang

berasal

dari

atom

a s l i . J a d i e l e k t r o n b e b a s m e r u p a k a n pembawa m u a t a n
mayoritas

dan

hole

merupakan

pembawa

muatan

minoritas.

Gandenga.n d a r i

bahan

semikonduktor

type

P

dan

s e m i k o n d u k t o r t y p e N a k a n m e m b e n t u k s u a t u komponen y a n g
disebut

dioda.

Adapun

proses

t e r j a d i begitu saja tanpa
penggs.ndengan

maka

a.da

penggandengan
efek.

Setelah

elektron-elektron

s e m i k o n ~ d u i - l , t o rt y p e 11. a.kan

bercIifut.;i

1.:e

bebas

tidak
terjadi
dari

senil,(~nduktor

t y p e P mengisi h o l e yang t e r d e k a t .

Sedangkan

hole

d i

semikonduktor t y p e P b e r d i f u s i ke semikonduktor t y p e
dan d i i s i oleh elektron-elektron b e t a s

yang

N

terdekat.

Proses d i f u s i e l e k t r o n bebas dan hole i n i dapat d i l i h a t
p a d a gambar 5 .

hole

;

,
,

daerah

.. ne.ti;&l
.

-

\

\

. I.d e p l e t i o n 1

.

.

1

layif

-

\

1

.

.

'

elektron

'daerah .
'netral:
1

0; 0, q o'i-'@00; q:
- -@
. :@:@-@ .-O-@-.@l@-.-@; 0;
eta
-

a+..@.

Gambar 5 . P r o s e s d i f u s i

. -

-

elektron

dan

hole

pada

a . Semikonduktor t y p e P dan t y p e N

baru

PN j u n c t i o n

s a ja digandengkan
b . . E l e k t r o n clan h o l e b e r d i f u s i

c . PN j u n c t i o n d a l a m k e a . d a a n s e i m b a n g
\

Proses perpindahan e l e k t r o n i n i hanya
dalam waktu s i n g k a t , i o n - i o n n e g a t i f t e t a p
t e m p a t d a n m e m b e n t u k l a p i s a n pa.da d a e r a h
type P, demikian juga ion-ion p o s i t i f
t y p e N . Kedua. 1 a p i s a . n t e r s e b u t d i k e n a l
(depletion

1a.yer).

tinggal

Lapisan

d i

semikonduktor

tetap tinggal

t e m p a t d a r ~niernbentuk 1 a . p i s a . n p a d a d a e r a h
deplesi

berlangsung

d i

semikonduktor
dengan

la-pisan

deplesi

ini

berfungsi
elektron

sebagai
bebas

rintangan
dan

(barrier)

hole

yang

terhadap

akan

berdifusi

(Terman, 1955).
Lapisan p o s i t i f pada daerah N dan l a p i s a n
pada

daerah

P.

Dua

lapisan

muatan

tersebut

m e m b a n g k i t k a n medan l i s t r i k y a n g n m e m p u n y a i
d i f u s i e l e k t r o n bebas ke daerah P dan
Keadaan i n i d i s e b u t

keadaan

seimbang pada

PN

daerah type P

netral,

keseimbangan.

(gandengan

daerah

elektron

Dalam

seimbang.

junction

akibatnya

difusi
ada

PN )

muatan

keadaan
terbentuk

ruang

type

Daerah t y p e P n e t r a l a r t i n y a a d a l a h d a e r a h
j u m l a h h o l e sama
Daerah

muatan

dengan
ruang

N

adalah

jumlah

type

penerima d i i o n i s a s i k a n
type

dari

P,

ruang type N dan d a e r a h type N n e t r a l .

muatan

daerah

setelah

akan

arah

semikonduktor type P ke semikonduktor t y p e N ,

ke d a e r a h N akan b e r h e n t i ,

negatif

P

adalah

negatif

daerah

diionisasikan positif.

penerima

.

Daerah

(a.kseptor).

daerah

Daerah

dimana

dimana
dimana

muatan

pemberi

N

type

ruang
(donor)

netral

adalah

d a e r a h d i m a n a jum1a.h e l e k t r o n s a m a d e n g a n j u m l a h d o n o r .
A.

For-ward B i a s

J u n c t i o n d i o d a pada ha.kekatnya a d a l a h gandengan
dari

bahan

semikonduktor

Karakteristik

pokok

ada.lah

semikonduktor
maksudnya

yang

arus

ya.ng

tertentu jauh lebih

P

type

dan

dimiliki

sifatnya

melewati

besar

dari

type
oleh

t idak

dikata.kan

dalam

keadaan

simetri,
pada

arah

pa.da

arus

yang

perata

forward

dioda

dioda

arahnya berlawanan. Oleh karena i t u dalam
dioda s e r i n g digunakan sebagai

N.

pemakaian

arus.

bias

Dioda

(mendapat

t e g a n g a n ara.h m a j ~ u )b i l a d a . e r a h P d i h u b u n g k a n d e n g a n
k u t u b p o s i t i f s u m b e r tega.nr1ga.n s e a r 3 . h ( b a t e r a i j
d a e r a h N d i h u b 1 ~ n g k a . ndengar1 k u t l ~ b n e g a t i f

s e p e r t i p a d a ga.mbar 6 ( P e l - f e r s o n . 1966).

dan

batera.i,

,

Gambar 6 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h m a j u

Bila s a k l a r S masih dalarn k e a d a a n t e r b u k a
d i d a l a m k r i s t a l n y a h a n y a a d a medan l i s t r i k

maka

e

yang

b e r a s a l d a r i tegangan b a r r i e r dengan a r a h d a r i P

N . Medan l i s t r i k i n i a k a n

mencegah

d a r i d a e r a h N masuk k e d a e r a h P
d a r i daerah P

masuk

ke

saklar

ditutup,

tegangan

listrik

E

listrik

e.

yang

hole

N,

sehingga

pada

mengalir.

Bila

sumber

arahnya

Medan

mencegah

yangn

dengan d i o d a . D i dalam k r i s t a l

akan

akan

E

ini

terhubung

terjadi

medan

dengan

medan

berlawanan

listrik

bebas

dan

daerah

r a n g k a i a n i n i belum a d a a r u s

elektron

ke

akan

mendorong

e l e k t r o n d a n h o l e , maka a k a n t e r j a d i a l i r a n e l e k t r o n
d a n h o l e . H a l i n i d i s e b a b k a n k a . r e n a rnedan l i s t r i k
j a u h l e b i h b e s a r d a r i p a d a medan l i s t r i k
demikian a r u s akan mengalir

dalam

e.

E

Dengan

rangkaizn

dioda

i n i d a r i k u r t u b p o s i t i f b a t e r a i ke k u t u b n e g a t i f n y a .
B.

Reverse B i a s

D i o d a d i k a . t a k a n menda.pat
(reverse bias) bils.

dnerah

tegangan

P

(anoda)

d e n g a n k u t u b n e g a t i f b a t e r a i da.n d a e r a h
d i h u b u n g k a n der1ga.n k u t u b

positif

arah

dihubungkan

N

baterai,

t e r l i h a t p a d a gainbar 7 ( P e d e r s o n , 1 9 6 6 ) .

balik

(katoda)
seperti

Gambar 7 . D i o d a m e n d a p a t t e g a n g a n a r a h b a l i k
Medan l i s t r i k E y a n g
dengan

medan

listrik

ditimbulkan

e

sehingga

a.kan
akan

saling

N

memperkuat. Akibatnya e l e k t r o n d a r i d a e r a h
dapat

bergerak

menuju

ke

searah

P

daerah

tidak

begitu

pula

h o l e n y a . H a l i n i b e r a r t i bahwa d i o d a t e r s e b u t
m e n g a l i r k a n a r u s . Dalam p r a k t e k n y a ,
r e v e r s e b i a s masih ada
sangat

kecil,

ha1

arus

ini

pada

yang

dapat

tidak

rangkaian

mengalir

tetapi

dijelaskan

sebagai

berikut :

Di

dalam

elektron-elektron

struktur

kristal

N

bebas untuk type

d a r i pemberian atom d o n o r ,

dioda

tetapi

hanya

yang

berasal

sebenarnya

daya

hantar i n i ditentukan oleh dua faktor, y a i t u :

1. E l e k t r o n - e l e k t r r o n

bebas

yang

atom d o n o r i n i p e r a n a n n y a

dihasilkan

sangat

oleh

pent ing

untuk

menghan t a r k a n a r u s .

2. Elektron bebas
pecahnya

ikatan

dan

hole

yang

kovalen

dihasilkan

akibat

diberikan oleh temperatur ruangan.

oleh

panas

yang

Elektron

dan
\

hole

ini

jumlahnya

sedikit

bila

dibandingkan

dengan e l e k t r o n - e l e k t r o n d a r i atom d o n o r
Keadaan i n i j u g a b e r l a k u p a d a bahan t y p e
demikian pada s a a t

reverse

bias

P.

Dengan

elektron-elektron

y a n g a d a p a d a d a e r a h P o l e h rnedan E d i t a r i k m a s u k k e
d a e r a h N d a n s e b a l i k n y a h o l e y a n g a.da
a-kan b e r g e r a k m a s u k k e

daerah

P.

. : i e l a s l a h rnengapa. p a d a s a a t r e v e r s e

di

Dengan
Gia.s

daerah

N

demikian
masih

ada

a r u s yang s a n g a t k e c i l yang mengalir

da.n

arus

ini

akan naik b i l a temperatur dioda n a i k .
C. K a r a k t e r i s t i k D i o d a

Karakteristik dioda biasanya dibedakan atas dua
karakteristik

yaitu

karakteristik

k a r a k t e r i s t i k r e v e r s e . Untuk
dioda

menun j u k k a n

yang

bermacam-macam

tegangan

membuat

forwrd

karakteristik

besarnya
yang

dan

arus

pada

diberikan

adalah

s e p e r t i p a d a gambar 8.

I

Reverse bias

I I (PA)

Gambar 8 . K a r a k t e r i s t i k d i o d a
U n t u k membuat k a r a k t e r i s t i k

dioda

perlu

kita

lakukan dua k a l i percobaan, y a i t u bagian forward dan
bagian

reverse.

Karakteristik

forward

dilakuka-n dengan mengatur tegangan yang

masuk

pada

kita

ukur

d i o d a . Dari t i a p - t i a p p e m b e r i a n t e g a n g a n
arus

yang

mengalir .

reversenya k i t a
p o l a r i t a s yang

harus

Untuk
dan

yang l e b i h b e s a r d a r i tegangan
Arus yangn m e n g a l i r p a d a s e t i a p
diukur

dengan

mendapatkan

memberikan

terbalik,

dapat

tegangan

diperlukan
pada

bagian
dengan
tegangan

forward

pemberian

mikroan~peremeter karena

tegangan
arus

s a n g a t k e c i l . S e l a n j u t n y a kedua h a s i l percobaan
disatukan

dalarn

sa.tu

grafik,

sehingga

kurva k a r a k t e r i s t i k dioda t e r s e b u t .

bias.
ini
ini

diperoleh

IV. RANGKAIAN PENYEARAH ARUS

Sebagaimana y a n g t e l a h k i t a u r a i k a n d i a t a s , bahwa
d i o d a mempunyai s i f a t h a n y a d a p a t m e l e w a t k a n a r u s

bila

mendapat tegangnan a r a h maju, dan b e r s i f a t menahan b i l a
mendapat

tegangan

arah

balik.

Sehubungan

s i f a t n y a i n i maka d i o d a d a p a t

digunakan

a r u s atau untuk

arus

menyearahkan

dengan

untuk

perata

bolak

balik

(AC)

mengetahui

bahwa

arus

b o l a k b a l i k merupakan s u a t u gelombang s i n u s i o d a l ,

yang

m e n j a d i a r u s s e a r a h (DC)
mana d a l a m s e t i a p

. Kita

setengah

perioda,

selalu

berganti

a r a h (arah p o s i t i f dan arah n e g a t i f ) . Selanjutnya
a k a n membahas

beberapa

rangkaian

penyearah

kita

arus

AC

m e n j a d i DC, y a n g l a b i h d i k e n a l d e n g a n p o w e r s u p p l y a t a u
adaptor.
A.

Penyearah Setengah Gelombang

Dioda d a p a t digunakan

untuk

b o l a k b a l i k (AC). P a d a s a a t m e n d a p a t
maju,

dioda

bersifat

menghantar

mendapat tegangan a r a h b a l i k

dioda

penyearah

arus

tegangan

arah

dan

pada

saat

bersifat

tidak

menghan t a r a t a u m e n a h a n .

GamGar 9 . R a n g a k a i a n p e n y e a r a h setengah
g e lornbang

Gambar 9 a d a l a h p e n y e a r a h

setengah

gelombang.

T e g a n g a n o u p t u d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a
setiap setengah perioda, b e r g a n t i a r a h

positif

titik A

n e g a t i f . Pada saat setengah p e r i o d a pertama,
positif

dan

B

negatif,

berarti

dioda

dan

mendapat

tegangan a r a h maju. Arus m e l a l u i t a h a n a n R d a r i t i t k

C ke D . Pada saat s e t e n g a h p e r i o d a
negatif

dan

B

positif,

tegangan a r a h b a l i k , dioda

berarti
bersifat

A

kedua,

titik

dioda

mendapat

menahan,

arus

t i d a k ada. Demikianlah s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p
setengah perioda, sehingga pada
a r u s yanng m e l a l u i

R

hanya

rangkaian

ada

pada

tersebut

saat

dioda

mendapat tegangan a r a h maju. Arus m e l a l u i

R

setiap

s e t e n g a h p e r i o d a dengan a r a h

C

ke

dari

titik

D.

T e g a n g a n d a n a r u s DC y a n g d i h a s i l k a n d a p a t
d i h i t u n g dengan rumus;

B.

R a n g k a i a n P e n y e a r a h G e l o m b a n g Penuh

GarnGar 1 m . R a n g k a i a n p e n y e a . r a h gelomba.rrg ~ e n u h

Gambar 10

adalah

penyearah

gelombang

penuh.

T e g a n g a n o u p u t d a r i t r a f o b e r u p a t e g a n g a n AC, d i m a n a
s e t i a p setengah perioda, berganti arah

positif

dan

n e g a t i f . Pada saat s e t e n g a h p e r i o d a p e r t a m a , t i t i k A
p o s i t i f dan B n e g a t i f ,

berarti

Dl

dioda

mendapat

tegangan a r a h maju.
Arus melalui tahanan R d a r i t i t k C ke D .

Dioda

D

mendapat tegangan a r a h b a l i k ,
dioda i n i tidak
2
rnelewatkan a r u s (menahan).
Pada s a a t setengah
perioda

kedua,

titik

A

negatif

dan

B

positif,

b e r a r t i d i o d a Dlmendapat

tegangan a r a h b a l i k ,

b e r s i f a t rnenahan. D i o d a D

2 mendapat

rnaju, a r u s m e n g a l i r d e n g a n

arah

dari

dioda.

tegangan
titik

arah

C

ke

d .Dernikianlah s e t e r u s n y a k e r j a d i o d a s e t i a p s e t e n g a h
perioda, sehingga pada rangkaian t e r s e b u t s e l a l u ada
arus melalui R

d e n g a n a r a h d a r i t i t i k C k e D.

Tegangan dan

arus

DC

yang

dihasilkan

dapat

d i h i t u n g dengan rumus;

C.

Penyearah G e l ombang Penuh Dengar> K a p a s i t o r Penyari ng

I

Garnbar 11. R a n g k a i a n p e n y e a r a h g e l o m b a n g p e n u h
dengan k a p a s i t o r penyaring

Kerja dioda sebagai penyaring atau perata
s e a r a h d a p a t d i a m a t i p a d a r a n g k a i a n g b 1. D l
adalah dioda sebagai

penyearah

arus

Kapasitor C pada rangkaian t e r s e b u t

dan

D2
balik.

bolak
akan

meratakan

a r u s o u t p u t yang d i h a s i l k a n , karena k a p a s i t o r
menyimpan d a n m e m b e r i k a n a r u s .
searah

naik

mengisi

mencapai

(menyimpan

s e a r a h t u r u n maka
(mengsosongkan)
searah naik

maksimum,

arus)

dan

kapasitor
secara

kembali,

maka

akan

kapasitor
tegangan

memberikan
sampai

seterusnya.

dapat

tegangan

kemudian

lambat
dan

saat

Pada

arus

arus

tegangnan
Demikianlah

k e r j a k a p a s i t o r s e o l a h - o l a h k a p a s i t o r mempertahankan
searah

tegangan

pada

daerah

maksimum

sehingga

t e r b e n t u k gelombang r i p p l e ( k e r u t ) .
Besar tegangan
kapasitor,

semakin

ripple
besar

ditentukan
nilai

semakin k e c i l tegangan r i p p l e .

Pada

oleh

nilai

kapasitor

akan

alat

penyedia

d a y a d i u s a h a k a n a g a r t e g a n g a n r i p p l e s e k e c i l mungkin
s e h i n g g a tegangan r a t a - r a t a n y a (VDC)

setara

t e g a n n g a n DC b a t r a i .
Faktor r i p p l e d a p a t d i h i t u n g dengan rumus,
r =

r rms x ieox
'DC

Tegangnan e f e k t i f r i p p l e a d a l a h ,

vr

v

- 'r maks - r p p
rms. 3
2-/3

Tegangan r a t a - r a t a n y a ,

dengan

DAFTAR PUSTAKA

Deward H e n d r i k , L a z a r u s D a v i d ( 1 9 6 6 ) ;
Modern
London, A d d i s o n W e s l e y , P u b l i s h i n g Company.
Kagnov I ( 1 9 7 0 ) ;
Publisher.

Electron&

in I n d u s t r v ,

Elektronk,

Moscow,

0.Pederson Donald, I .S t u d e r J a c k ,
R.Whinnery J o h n
Introrli~ction
E l e c t r o n i c S v s t e r n C i r c i l i t and
N e w Y o r k , Mc . G r a w - H i l l Book Company.
P o l l i n g C & T j o k r o d o n o e r d j o R.Harsono
Anoraa.nik LL B, S e m a r a n g , Mahameru.

(1951);

Peac

(1966);

Device,

Lhu K a n i a

Terman FE ( 1 9 5 5 ) ; E l e c t r o n i r , % R a d i o Enainerina,
Company L t d .

Kogakusha

Y o h a n n e s H R ( 1 9 7 5 ) ; h q a r -W R l e k t r n n i k , B a g i a n T e k n i k
L i s t r i k , F a k u l t a s T e k n i k U n i v e r s i t a s G a d j a h Mada.