Dioda rectifier atau dioda penyearah adalah komponen elektronika aktif dua buah terminal atau kaki yang dapat melewatkan arus listrik hanya satu arah saja. Dioda merupakan salah satu jenis komponen yang sering digunakan pada beragam perangkat dan sirkuit elektronika.
Dioda penyearah merupakan komponen utama pada sirkuit regulator atau power supplai yang mengkonversi tegangan listrik ac menjadi tegangan dc. Tanpa adanya dioda rectifier, mustahil penyearahan listrik ac dapat terjadi.
Dioda terbentuk dari dua buah bahan semikonduktor yang berbeda tipe, yaitu tipe P dan tipe N. Kedua bahan semikonduktor tersebut disatukan sehingga menghasilkan satu persimpangan atau junction PN, yang merupakan daerah pertemuan molekul kedua jenis bahan semikonduktor tersebut.
Adanya persimpangan PN di dalam struktur bentuk dioda, menjadikan komponen ini memiliki karakter yang khas. Diantaranya adalah hanya bisa dilewati arus listrik dalam satu arah saja.
Di artikel ini kita akan membahas secara lengkap apa itu dioda rectifier, fungsi dan penggunaannya di dalam berbagai sirkuit elektronika dan kelistrikan.
Apa itu dioda rectifier
Seperti sudah dijelaskan di awal, dioda termasuk ke dalam jenis komponen semikonduktor. Penggunaan umum jenis dioda ini adalah sebagai penyearah tegangan ac menjadi tegangan dc. Dioda penyearah diproduksi dalam berbagai tingkat daya yang berbeda, mulai kurang dari satu ampere hingga beberapa puluh ampere.
Jenis bahan semikonduktor yang dipakai untuk membuat dioda biasanya terbuat dari jenis semikonduktor silikon. Jenis material semikonduktor lainnya yang sudah jarang digunakan untuk membuat dioda rectifier adalah germanium dan arsenide.
Dioda memiliki polaritas yang berbeda di kedua ujung elektroda atau terminalnya. Kedua elektroda atau terminal pada dioda rectifier adalah terminal anoda (negatif) dan terminal katoda (positif). Letak terminal positif ditandai dengan garis pita pada salah satu sisi badan dioda.
Cara kerja dioda
Bahan semikonduktor di dalam dioda akan mulai aktif ketika dioda di beri tegangan listrik atau biasa disebut sebagai biasaing. Dioda akan menunjukkan karakter yang berbeda sesuai dengan cara pemberian bias tegangan yang diterapkan kepadanya.
Berikut ini penjelasan tentang karakteristik dioda berdasarkan cara pemberian bias tegangan yang diberikan pada dioda.
Kondisi dioda unbiasing / tidak ada tegangan bias
- Unbiasing adalahkondisi dioda saat tidak ada tegangan yang diberikan kepadanya. Pada kondisi ini, sisi anoda dioda yang tersusun dari bahan semikonduktor tipe N akan memiliki jumlah elektron yang lebih banyak dibandingkan dengan jumlah lubang atau hole. Sementara sisi katoda dioda yang tersusun dari bahan semikonduktor tipe P memiliki jumlah hole yang lebih banyak dari pada elektron.
- Pada kondisi ini, sebagian elektron pada semikonduktor tipe N akan bergerak dan bergabung dengan hole yang ada di semikonduktor tipe P disisi persimpangan. Sebaliknya, hole yang ada di semikonduktor tipe P akan bergerak dan bergabung dengan elektron yang ada di semikonduktor tipe N di sisi persimpangan.
- Akibatnya, semikonduktor tipe N akan mengalami kelebihan hole dan semikonduktor tipe P akan mengalami kelebihan elektron.
- Lapisan persimpangan tempat bergabungnya elektron dan hole disebut sebagai daerah deplesi. Pad
- Keseimbangan molekul yang terjadi di daerah persimpangan PN atau PN junction ini membentuk semacam penghalang yang akan mencegah aliran kedua molekul, hole dan elektron menyeberangi persimpangan lebih lanjut.
Kondisi dioda bias maju / Forward biasing
- Dioda diberi tegangan bias maju adalah ketika semikonduktor tipe P dihubungkan dengan kutub positif sumber tegangan dan semikonduktor tipe N dihubungkan dengan kutub negatif sumber tegangan.
- Elektron yang dari sumber tegangan masuk ke semikonduktor tipe N sehingga menyebabkan semikonduktor tipe N memiliki jumlah elektron yang banyak. Akibatnya potensi penghalang yang ada di lapisan deplesi dapat ditembus oleh elektron elektron.
- Elektron yang dapat menembus penghalang tersebut menendang elektron elektron yang ada di daerah lapisan deplesi untuk merebut hole atau lubang yang ada di lapisan deplesi sehingga menghasilkan elektron bebas.
- Elektron bebas tadi akan bergerak mengalir menuju ke kutub positif sumber tegangan. Sehingga menghasilkan aliran elektron dari kutub negatif menuju kutub positif sumber tegangan melalui dioda. Aliran ini disebut sebagai bias maju atau forward biasing.
- Kita lihat bahwa arus elektron bergerak dari negatif ke positif. Namun faktanya yang kita pakai saat ini adalah pemahaman aliran arus konvensional, yaitu dari positif ke negatif.
Kondisi dioda bias balik / reverse biasing
- Dioda diberi bias balik adalah ketika kutub positif sumber tegangan dihubungkan dengan semikonduktor tipe N dioda, dan kutub negatif sumber tegangan dihubungkan ke semikonduktor P dioda.
- Pada kondisi ini lapisan deplesi di dalam persimpangan PN akan semakin luas. Hal ini terjadi karena elektron pada semikonduktor tipe N tertarik oleh hole yang banyak di sumber tegangan. Sementara hole di semikonduktor tipe P tertarik oleh elektron sumber tegangan. Akibatnya tidak terjadi aliran arus listrik di dalam dioda.
- Jika tegangan balik yang diberikan semakin meningkat dan melebihi peringkat tegangan balik maksimum dioda, maka akan menyebabkan lapisan deplesi rusak atau breakdown sehingga menyebabkan kerusakan pada dioda.
- Kondisi ini akan menyebabkan hubungan singkat yang bisa menyebabkan dioda terbakar karena mengalami kelebihan arus listrik.
Ada beberapa hal yang perlu dipahami agar lebih mudah mengerti cara kerja dioda :
- Aliran arus listrik pada dasarnya adalah aliran elektron elektron pada suatu penghantar.
- Bahan semikonduktor tipe P telah mengalami proses doping sehingga menghasilkan struktur molekul hole lebih banyak dibandingkan jumlah elektron.
- Bahan semikonduktor tipe N pun sudah melalui proses doping sehingga menghasilkan struktur molekul dimana elektron lebih banyak daripada hole atau lubang.
- Pada kenyataannya, semikonduktor tipe P pada dioda terhubung dengan terminal anoda atau negatif. Sementara semikonduktor tipe N terhubung dengan terminal katoda atau kaki positif.
Rangkaian penyearah tegangan
Penggunaan dioda rectifier lebih banyak ditemukan rangkaian penyearah tegangan ac sirkuit power suplai. Ada dua jenis sistem penyearah tegangan ac berdasarkan konfigurasi penggunaan dioda.
Penyearah setengah gelombang
- Penyearah setengah gelombang merupakan bentuk paling sederhana dari sistem penyearah tegangan ac.
- Pada sirkuit penyearah tegangan ac setengah gelombang menggunakan sebuah dioda untuk meloloskan arus listrik setengah siklus.
- Arus listrik ac atau bolak balik yang dimasukkan ke dioda akan disearahkan oleh dioda sehingga yang lolos adalah hanya setengah siklus positif saja. Sementara setangah siklus negatif akan ditahan.
Penyearah gelombang penuh
- Sistem penyearah gelombang penuh merupakan penyempurnaan dari penyearah setengah gelombang yang masih menghasilkan riak gelombang yang cukup besar.
- Penyearah gelombang penuh menggunakan dua atau empat buah dioda rectifier atau dioda bridge.
- Pada sirkuit penyearah gelombang penuh yang mengunakan dua buah dioda, umumnya menggunakan jenis tarfo yang mempunyai center tap atau tap tengah. Tap tengah ini digunakan untuk titik ground dari sirkuit. Sementara arus positif keluar dari terminal katoda kedua dioda.
Cara mengukur dioda rectifier
Untuk mengukur dioda penyearah atau dioda rectifier kita bisa menggunakan multimeter digital digital maupun analog pada mode pengukuran hambatan atau Ohm. Kita tahu, dioda mempunyai nilai ambang penghalang sekitar 0,7 untuk jenis silikon dan 0,3 untuk jenis germanium. Nilai ambang sebesar ini membuat dioda memiliki resistensi yang sangat tinggi ketika diukur pada pengukuran bias balik.
Berikut ini cara mengukur dioda penyearah :
- Siapkan multimeter digital atau analog. Atur pada mode pengukuran Ohm.
- Tempelkan probe merah pada terminal katoda dioda dan probe hitam pada terminal anoda dioda.
- Perhatikan layar multimeter.
- Jika jarum atau layar menunjukkan nilai hambatan tertentu, maka dioda masih nornmal. Jika jarum atau layar menunjukkan nilai hambatan tak terhingga maka dioda rusak.
- Sekarang dibalik, probe merah ke terminal anoda dan probe hitam ke terminal katoda dioda.
- Jika jarum tidak bergerak atau layar tidak menunjukkan nilai hambatan tertentu, maka dioda masih normal.
Contoh penggunaan dioda
Dioda rectifier diproduksi dalam berbagai ukuran dan tingkat daya yang berbeda. Semakin besar tingkat daya dioda maka akan semakin besar ukuran bentuk dioda. Dioda penyearah dengan tingkat daya tinggi banyak dipakai pada perangkat power suplai daya besar.
Berikut ini beberapa jenis dioda yang banyak dijumpai di pasaran :
| Tipe | Arus maksimal | Bias balik maksimal |
|---|---|---|
| 1N4001 | 1A | 50 V |
| 1N4002 | 1A | 100 V |
| 1N4007 | 1A | 1000 V |
| 1N4004 | 1A | 400 V |
| 1N5401 | 3A | 100 V |
| 1N5403 | 3A | 300 V |
| 1N5408 | 3A | 1000 V |
Contoh penggunaan dioda :
- Sebagai penyearah tegangan pada sirkuit power suplai.
- Mengisolasi arus suplai tegangan.
- Pengaman tegangan pada sirkuit.
- Sirkuit referensi tegangan.
- Sistem deteksi tegangan.
- Sistem pencahayaan.
- Sirkuit las listrik.
Demikian pembahasan tentang fungsi dioda rectifier dan cara kerjanya.
