Pada artikel ini kita akan membahas seputar karakteristik dioda yang berkaitan dengan arus listrik. Dengan mempelajari karakteristik dan sifat yang dimiliki dioda akan memudahkan kita dalam memahami beragam jenis dioda yang ada saat ini. Sehingga kita dapat dengan tepat menggunakan dioda sesuai dengan kebutuhan rangkaian atau sistem elektronika yang kita buat.
Kita tahu, komponen semikonduktor dioda dibantuk dengan bermacam macam varian dan fungsi yang berbeda. Contoh jenis dioda yang kita sering temui misalnya, dioda penyearah, zener, dioda power dan masih banyak lagi.
Meskipun secara bentuk dan fungsi memiliki perbedaan, namun secara umum dioda semikonduktor mempunyai karakteristik yang sama. Kita akan membahasnya di artikel ini.
Karakteristik dioda semikonduktor
Karakteristik merupakan sifat atau fitur dasar yang dimiliki oleh suatu komponen elektronika. Karakteristik ini melekat pada komponen tersebut dan menjadi perhatian bagi pengguna ketika hendak mengggunakan dioda. Apa saja karakteristik yang dipunyai dioda, berikut ini adalah penjelasannya.
1. Persamaan arus dioda
Dioda dikenal sebagaii komponen elektrronika yang bisa melewatkan arus listrik hanya dalam satu arah saja. Besarnya arus yang mengalir melalui dioda sangat tergantung pada jenis bahan yang digunakan dan juga tergantung pada konsentrasi doping dalam pembuatan dioda tersebut.
Aliran arus listrik di dalam dioda terjadi karena pembangkitan atau rekombinasi partikel muatan mayoritas dalam struktur PN junction di dalam dioda.
Di dalam dioda terdapat 3 area yang bertanggung jawab terhadap aktivitas alilran arus listrik pada dioda. Daerah-daerah tersebut adalah daerah P netral, daerah penipisan atau deplesi dan daerah N netral. Daerah tipe P netral adalah pemisahan antara tepi daerah deplesi dan tepi dioda pada sisi P.
Daerah netral tipe N adalah pemisahan antara tepi daerah deplesi dan tepi dioda pada sisi N. Di asumsikan jarak pisah ini tak terhingga. Tidak akan ada variasi dalam konsentrasi pembawa muatan saat kita bergerak menuju batas dioda.
Arus dioda dalam bias maju disebabkan oleh rekombinasi pembawa muatan mayoritas. Rekombinasi pembawa muatan terjadi baik di daerah netral tipe P atau tipe N, di daerah penipisan atau pada kontak ohmik yaitu pada kontak logam dan semikonduktor.
Aliran arus dalam bias balik disebabkan oleh pembangkitan pembawa muatan. Proses pembangkitan pembawa muatan jenis ini semakin meningkatkan aliran arus maju dan juga dalam kondisi bias mundur.
Aliran arus di dioda sambungan PN ditentukan oleh kerapatan pembawa muatan, medan listrik di seluruh struktur dioda sambungan PN dan energi level kuasi Fermi dari tipe P dan tipe N. Kerapatan pembawa dan medan listrik digunakan untuk menentukan arus drift dan arus difusi dioda PN.
Energi tingkat kuasi Fermi dari elektron dan hole di dalam daerah penipisan dan di daerah netral kuasi tipe N dan tipe P diasumsikan kira-kira sama dalam memperoleh solusi analitik.
Ketika tidak ada tegangan eksternal yang diterapkan, keadaan kesetimbangan termal tercapai pada persamaan yang disebutkan di atas. Pemisahan antara tingkat Fermi meningkat dengan tegangan yang diberikan eksternal. Tegangan eksternal ini dikalikan dengan muatan elektron.
2. Resistensi DC
Resistansi statis atau resistansi DC dari dioda merupakan sifat resistif dioda ketika sumber DC dihubungkan kepadanya. Jika tegangan DC eksternal diberikan ke sirkuit di mana dioda semikonduktor merupakan bagian sirkuit tersebut, menghasilkan titik-Q atau titik operasi pada kurva karakteristik dioda sambungan PN yang tidak berubah terhadap waktu.
Resistansi statis pada lutut kurva dan di bawahnya akan jauh lebih besar daripada nilai resistansi bagian kenaikan vertikal kurva karakteristik. Minimum adalah arus yang melewati dioda maksimum adalah tingkat resistansi DC.
3. Resistensi dinamis
Resistansi dinamis diturunkan dari Persamaan Dioda Shockley. Ini mendefinisikan sifat resistif dioda ketika sumber AC yang bergantung pada polarisasi DC dari dioda PN junction terhubung ke sana.
Jika sinyal sinusoidal eksternal diberikan ke sirkuit yang terdiri dari dioda, input yang mengubah akan menggeser titik Q sesaat sedikit dari posisi arus dalam karakteristik dan oleh karena itu menentukan perubahan tegangan dan arus yang pasti.
Ketika tidak ada sinyal bolak-balik eksternal yang diterapkan, titik operasi akan menjadi titik Q (atau titik diam) yang ditentukan oleh level sinyal DC yang diterapkan. Resistansi AC dioda ditingkatkan dengan menurunkan titik operasi Q. Singkatnya, ini setara dengan kemiringan tegangan – arus dioda PN.
4. Resistensi AC
Jika sinyal input cukup untuk menghasilkan ayunan yang besar, maka resistansi yang terkait dengan dioda untuk wilayah ini disebut sebagai resistansi rata-rata AC. Itu ditentukan oleh garis lurus yang ditarik menghubungkan persimpangan nilai minimum dan maksimum tegangan input eksternal.
5. Kapasitansi transisi
Kapasitansi transisi juga dapat disebut sebagai kapasitansi lapisan penipisan atau kapasitansi muatan ruang. Ini terutama diamati dalam konfigurasi bias terbalik di mana daerah tipe-P dan tipe-N memiliki resistansi yang lebih rendah dan lapisan penipisan dapat bertindak seperti media dielektrik.
Jenis kapasitansi ini disebabkan oleh variasi tegangan eksternal di mana muatan tidak bergerak bervariasi di tepi lapisan daerah penipisan. Itu tergantung pada konstanta dielektrik dan lebar lapisan penipisan. Jika lebar lapisan penipisan meningkat, kapasitansi transisi berkurang.
6. Kapasitansi difusi
Kapasitansi difusi juga dapat disebut sebagai kapasitansi penyimpanan terutama diamati dalam konfigurasi bias maju. Ini adalah kapasitansi yang disebabkan oleh pengangkutan pembawa muatan antara dua terminal dioda yaitu, dari anoda ke katoda dalam konfigurasi bias maju dioda sambungan PN.
Jika arus listrik dibiarkan melewati perangkat semikonduktor, akan ada beberapa muatan yang dibuat di perangkat pada beberapa titik waktu. Jika tegangan dan arus eksternal yang diterapkan berubah ke nilai yang berbeda, akan ada jumlah muatan yang berbeda yang dibuat dalam transit.
Rasio muatan transit yang dibuat dengan perubahan diferensial tegangan akan menjadi kapasitansi difusi. Jika level arus dinaikkan maka level kapasitansi difusi otomatis meningkat.
Peningkatan level arus akan menghasilkan penurunan level resistansi terkait dan juga konstanta waktu, yang penting dalam aplikasi kecepatan sangat tinggi. Nilai kapasitansi difusi jauh lebih besar dari nilai kapasitansi transisi dan berbanding lurus dengan nilai arus searah.
7. Waktu penyimpanan
Dioda sambungan PN bertindak seperti konduktor sempurna dalam konfigurasi bias maju dan bertindak seperti isolator sempurna dalam konfigurasi bias mundur. Selama waktu peralihan dari kondisi bias maju ke mundur, aliran arus beralih dan tetap konstan pada tingkat yang sama. Durasi waktu di mana arus berbalik dan mempertahankan tingkat konstan disebut sebagai waktu penyimpanan (T s ).
Waktu yang dibutuhkan elektron untuk berpindah dari tipe P kembali ke tipe N dan hole untuk berpindah dari tipe N kembali ke tipe P adalah waktu penyimpanan. Nilai ini dapat ditentukan dengan geometri persimpangan PN. Selama waktu penyimpanan ini dioda berperilaku sebagai korsleting.
8. Waktu transisi
Waktu untuk arus menurun ke nilai arus bocor balik setelah tetap pada tingkat yang konstan disebut sebagai waktu transisi. Ini dilambangkan sebagai nilai waktu transisi ditentukan oleh geometri sambungan PN dan konsentrasi tingkat doping bahan tipe P dan tipe N.
9. Waktu pemulihan terbalik
Jumlah waktu penyimpanan dan waktu transisi disebut sebagai waktu pemulihan terbalik. Ini adalah waktu yang dibutuhkan oleh dioda untuk menaikkan sinyal arus yang diterapkan ke 10% dari nilai keadaan konstan dari arus bocor terbalik. Nilai waktu pemulihan terbalik untuk dioda sambungan PN biasanya dalam orde mikrodetik.
Nilainya untuk penyearah dioda sinyal kecil yang banyak digunakan 1N4148 biasanya 4 ns dan untuk dioda penyearah tujuan umum adalah 2 s. Kecepatan switching yang cepat dapat dicapai dengan nilai arus bocor balik yang tinggi dan penurunan tegangan maju yang tinggi. Hal ini dilambangkan dengan T rr .
Demikian penjelasan karakteristik dioda yang perlu diketahui untuk memahami fungsi dan penggunaan dioda pada sirkuit elektronika.
