Dioda Sebagai Pengaman

Dioda, dapat diaplikasikan sebagai pengaman peralatan elektronika dari kesalahan-kesalahan yang kadang tidak disengaja. Khususnya untuk peralatan dengan sumber arus tegangan DC.

Dengan memanfaatkan tegangan maju dari dioda, dapat dimanfaatkan untuk melindungi peralatan elektronik. Dioda ditempatkan pada jalur masukan tegangan positif, dimana tegangan listrik yang melewati dioda hanya dapat mengalir satu arah. Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat dalam gambar berikut :

Tegangan positif melewati dioda yang dipasang sedemikian, sehingga hanya arus listrik dengan polaritas yang benar dapat melewati dioda dan diteruskan ke peralatan elektronik. Cara ini cukup efektif, tetapi terdapat rugi arus listrik sebesar 0,7Volt untuk dioda silikon dan 0,2Volt untuk dioda germanium.

Terdapat cara lain untuk mempertahankan tegangan listrik sumber yang digunakan peralatan elektronik dengan menggunakan dioda. Cara tersebut dapat dilihat pada gambar berikut :

Dengan memasang dioda seperti pada gambar, dapat diperoleh tegangan yang utuh. Guna memaksimalkan kemampuan dioda dalam melindungi peralatan elektronik, diperlukan kemampuan dioda meneruskan arus yang lebih besar dari kapasitas fuse. Ini Perlu dilakukan guna mencegah kerusakaan dioda akibat beban arus terbalik yang melebihi kapasitas fuse.

Dengan mengganti dioda dengan dioda Zener, maka pengamanan dapat ditingkatkan dengan membatasi tegangan yang berlebih.

Adaptor AC-DC

Dari beberapa postingan terdahulu, sekarang kita dapat mengaplikasikan rangkaian elektronika sederhana. Kita ambil contoh proyek pertama, yaitu adaptor AC-DC. Dimana adaptor ini mengubah arus listrik rumah AC menjadi arus listrik DC untuk keperluan umum.

Berikut ini gambar skema rangkaian adaptor sederhana proyek pertama kita.

Adaptor AC-DC

Diskripsi :

T1 adalah tranformator (trafo) yang bertugas menurunkan tegangan listrik jala-jala dari 220V/110V ke tegangan rendah sesuai kebutuhan. Dalam hal ini tegangan keluaran  T1 adalah 12V. T1 ini berfungsi juga sebagai isolator jala-jala listrik rumah terhadap listrik keluaran, sehingga dapat terhindar dari sengatan listrik.

D1, dioda yang dirangkai sebagai jembatan guna mendapatkan penyearah gelombang penuh.

C1 adalah kondensator/kapasitor yang berfungsi sebagai perata gelombang, sehingga didapatkan tegangan keluaran DC yang lebi sempurna.

R1 adalah resistor beban atau dapat digantigan dengan peralatan yang akan diberikan arus listrik dari adaptor.

Daftar Komponen:
T1 : Transformator dengan tegangan  primer 220V/110V dan sekunder 12V dengan kapasitas 500mA
D1 : 4 x dioda 1N4002
C1 : 2200uF

Pengganda Tegangan

Sebuah pengganda tegangan adalah sebuah sirkuit elektronik yang mengubah daya listrik AC bertegangan rendah menjadi tegangan DC yang lebih tinggi dengan menggunakan kondensator dan dioda yang dirangkai menjadi jaringan tertentu Pengganda tegangan dapat digunakan sebagai panjar tegangan dari beberapa milivolt hingga jutaan volt seperti untuk kepentingan penelitian fisika energi tinggi dan pengetesan keamanan terhadap petir. Pengganda tegangan yang paling umum adalah pengganda deret separuh gelombang, atau dikenal dengan aliran Villard (sebenarnya ditemukan oleh Heinrich Greinacher).

Pengganda Tegangan

Aplikasi nyata yang menggunakan pengganda tegangan jenis ini adalah sebagai sumber tegangan tabung sinar katoda pada televisi.

Dioda sebagai penyearah

Dioda, sebagai komponen yang mengalirkan arus listrik searah dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik AC menjadi arus listrik DC. Berikut adalah aplikasi sederhana dioda sebagai penyearah arus listrik AC menjadi DC.

Dioda bridge

Dioda yang dirangkai dengan model jembatan, biasa digunakan sebagai penyearah gelombang AC penuh sehingga didapatkan arus searah yang belum sempurna. Frekuensi keluaran sebesar 2x frekuensi masukan.

Dalam beberapa proyek elektronika, dioda yang dirangkai dalam mode bridge ini dimanfaatkan sebagai pengganda frekuensi. Dengan menambahkan beberapa komponen pendukung, frekuensi input dapat digandakan dengan sempurna.

Jenis-jenis dioda Semikonduktor

Ada beberapa jenis dari dioda pertemuan yang hanya menekankan perbedaan pada aspek fisik baik ukuran geometrik, tingkat pengotoran, jenis elektroda ataupun jenis pertemuan, atau benar-benar peranti berbeda seperti dioda Gunn, dioda laser dan dioda MOSFET.

Dioda biasa

Beroperasi seperti penjelasan di atas. Biasanya dibuat dari silikon terkotori atau yang lebih langka dari germanium. Sebelum pengembangan dioda penyearah silikon modern, digunakan kuprous oksida (kuprox)dan selenium, pertemuan ini memberikan efisiensi yang rendah dan penurunan tegangan maju yang lebih tinggi (biasanya 1.4–1.7 V tiap pertemuan, dengan banyak lapisan pertemuan ditumpuk untuk mempertinggi ketahanan terhadap tegangan terbalik), dan memerlukan benaman bahang yang besar (kadang-kadang perpanjangan dari substrat logam dari dioda), jauh lebih besar dari dioda silikon untuk rating arus yang sama.

Dioda Biasa

Dioda bandangan

Dioda yang menghantar pada arah terbalik ketika tegangan panjar mundur melebihi tegangan dadal dari pertemuan P-N. Secara listrik mirip dan sulit dibedakan dengan dioda Zener, dan kadang-kadang salah disebut sebagai dioda Zener, padahal dioda ini menghantar dengan mekanisme yang berbeda yaitu efek bandangan. Efek ini terjadi ketika medan listrik terbalik yang membentangi pertemuan p-n menyebabkan gelombang ionisasi pada pertemuan, menyebabkan arus besar mengalir melewatinya, mengingatkan pada terjadinya bandangan yang menjebol bendungan. Dioda bandangan didesain untuk dadal pada tegangan terbalik tertentu tanpa menjadi rusak. Perbedaan antara dioda bandangan (yang mempunyai tegangan dadal terbalik diatas 6.2 V) dan dioda Zener adalah panjang kanal yang melebihi rerata jalur bebas dari elektron, jadi ada tumbukan antara mereka. Perbedaan yang mudah dilihat adalah keduanya mempunyai koefisien suhu yang berbeda, dioda bandangan berkoefisien positif, sedangkan Zener berkoefisien negatif.

Dioda Cat's whisker

Ini adalah salah satu jenis dioda kontak titik. Dioda cat's whisker terdiri dari kawat logam tipis dan tajam yang ditekankan pada kristal semikonduktor, biasanya galena atau sepotong batu bara[5]. Kawatnya membentuk anoda dan kristalnya membentuk katoda. Dioda Cat's whisker juga disebut dioda kristal dan digunakan pada penerima radio kristal.

Dioda arus tetap

Ini sebenarnya adalah sebuah JFET dengan kaki gerbangnya disambungkan langsung ke kaki sumber, dan berfungsi seperti pembatas arus dua saluran (analog dengan Zener yang membatasi tegangan). Peranti ini mengizinkan arus untuk mengalir hingga harga tertentu, dan lalu menahan arus untuk tidak bertambah lebih lanjut.

Esaki atau dioda terobosan

Dioda ini mempunyai karakteristik resistansi negatif pada daerah operasinya yang disebabkan oleh quantum tunneling, karenanya memungkinkan penguatan isyarat dan sirkuit dwimantap sederhana. Dioda ini juga jenis yang paling tahan terhadap radiasi radioaktif.

Dioda tunnel

Dioda Gunn

Dioda ini mirip dengan dioda terowongan karena dibuat dari bahan seperti GaAs atau InP yang mempunyai daerah resistansi negatif. Dengan panjar yang semestinya, domain dipol terbentuk dan bergerak melalui dioda, memungkinkan osilator gelombang mikro frekuensi tinggi dibuat.

Dioda foto

Dioda foto adalah jenis dioda yang berfungsi mendeteksi cahaya. Berbeda dengan dioda biasa, komponen elektronika ini akan mengubah cahaya menjadi arus listrik. Cahaya yang dapat dideteksi oleh dioda foto ini mulai dari cahaya infra merah, cahaya tampak, ultra ungu sampai dengan sinar-X. Aplikasi dioda foto mulai dari penghitung kendaraan di jalan umum secara otomatis, pengukur cahaya pada kamera serta beberapa peralatan di bidang medis.

Dioda photo

Alat yang mirip dengan Dioda foto adalah Transistor foto (Phototransistor). Transistor foto ini pada dasarnya adalah jenis transistor bipolar yang menggunakan kontak (junction) base-collector untuk menerima cahaya. Komponen ini mempunyai sensitivitas yang lebih baik jika dibandingkan dengan Dioda Foto. Hal ini disebabkan karena elektron yang ditimbulkan oleh foton cahaya pada junction ini di-injeksikan di bagian Base dan diperkuat di bagian Kolektornya. Namun demikian, waktu respons dari Transistor-foto secara umum akan lebih lambat dari pada Dioda-Foto.

LED

Dioda cahaya atau lebih dikenal dengan sebutan LED (light-emitting diode) adalah suatu semikonduktor yang memancarkan cahaya monokromatik yang tidak koheren ketika diberi tegangan maju.

Gejala ini termasuk bentuk elektroluminesensi. Warna yang dihasilkan bergantung pada bahan semikonduktor yang dipakai, dan bisa juga ultraviolet dekat atau inframerah dekat.

LED

Dioda Varaktor

Dioda ini memiliki karakter yang cukup unik. Jika dioda ini diberikan arus maju, maka di kedua kutup dioda terdapat kapasitansi yang besarnya beberapa pF. Dioda ini banyak dimanfaatkan sebagai dioda tuning.

Dioda Varaktor

Karakteristik Dioda

Karakteristik arus–tegangan dari dioda, atau kurva I–V, berhubungan dengan perpindahan dari pembawa melalui yang dinamakan lapisan penipisan atau daerah pemiskinan yang terdapat pada pertemuan p-n di antara semikonduktor. Ketika pertemuan p-n dibuat, elektron pita konduksi dari daerah N menyebar ke daerah P dimana terdapat banyak lubang yang menyebabkan elektron bergabung dan mengisi lubang yang ada, baik lubang dan elektron bebas yang ada lenyap, meninggalkan donor bermuatan positif pada sisi-N dan akseptor bermuatan negatif pada sisi-P. Daerah disekitar pertemuan p-n menjadi dimiskinkan dari pembawa muatan dan karenanya berlaku sebagai isolator.

Walaupun begitu, lebar dari daerah pemiskinan tidak dapat tumbuh tanpa batas. Untuk setiap pasangan elektron-lubang yang bergabung, ion pengotor bermuatan positif ditinggalkan pada daerah terkotori-n dan ion pengotor bermuatan negatif ditinggalkan pada daerah terkotori-p. Saat penggabungan berlangsung dan lebih banyak ion ditimbulkan, sebuah medan listrik terbentuk di dalam daerah pemiskinan yang memperlambat penggabungan dan akhirnya menghentikannya. Medan listrik ini menghasilkan tegangan tetap dalam pertemuan.

Dioda Semikonduktor

Sebagian besar dioda saat ini berdasarkan pada teknologi pertemuan p-n semikonduktor. Pada dioda p-n, arus mengalir dari sisi tipe-p (anoda) menuju sisi tipe-n (katoda), tetapi tidak mengalir dalam arah sebaliknya.

Tipe lain dari dioda semikonduktor adalah dioda Schottky yang dibentuk dari pertemuan antara logam dan semikonduktor (sawar Schottky) sebagai ganti pertemuan p-n konvensional.

Dioda Termionik (Tabung)

Dioda termionik adalah sebuah peranti katup termionik yang merupakan susunan elektroda-elektroda di ruang hampa dalam sampul gelas. Dioda termionik pertama bentuknya sangat mirip dengan bola lampu pijar.

Dalam dioda katup termionik, arus listrik yang melalui filamen pemanas secara tidak langsung memanaskan katoda (Beberapa dioda menggunakan pemanasan langsung, dimana filamen wolfram berlaku sebagai pemanas sekaligus juga sebagai katoda), elektroda internal lainnya dilapisi dengan campuran barium dan strontium oksida, yang merupakan oksida dari logam alkali tanah. Substansi tersebut dipilih karena memiliki fungsi kerja yang kecil. Bahang yang dihasilkan menimbulkan pancaran termionik elektron ke ruang hampa. Dalam operasi maju, elektroda logam disebelah yang disebut anoda diberi muatan positif jadi secara elektrostatik menarik elektron yang terpancar.

Walaupun begitu, elektron tidak dapat dipancarkan dengan mudah dari permukaan anoda yang tidak terpanasi ketika polaritas tegangan dibalik. Karenanya, aliran listrik terbalik apapun yang dihasilkan dapat diabaikan.

Dalam sebagian besar abad ke-20, dioda katup termionik digunakan dalam penggunaan isyarat analog, dan sebagai penyearah pada pemacu daya. Saat ini, dioda katup hanya digunakan pada penggunaan khusus seperti penguat gitar listrik, penguat audio kualitas tinggi serta peralatan tegangan dan daya tinggi.

Prinsip Kerja Dioda

Prinsip kerja dioda termionik ditemukan kembali oleh Thomas Edison pada 13 Februari 1880 dan dia diberi hak paten pada tahun 1883 (U.S. Patent 307031), namun tidak dikembangkan lebih lanjut. Braun mematenkan penyearah kristal pada tahun 1899[3]. Penemuan Braun dikembangkan lebih lanjut oleh Jagdish Chandra Bose menjadi sebuah peranti berguna untuk detektor radio.

Sejarah Dioda

Walaupun dioda kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum dioda termionik, dioda termionik dan dioda kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari dioda termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873. Sedangkan prinsip kerja dioda kristal ditemukan pada tahun 1874 oleh peneliti Jerman, Karl Ferdinand Braun.

Pada waktu penemuan, peranti seperti ini dikenal sebagai penyearah (rectifier). Pada tahun 1919, William Henry Eccles memperkenalkan istilah dioda yang berasal dari di berarti dua, dan ode berarti "jalur".

Dioda

Komponen aktif elektronika dasar yang akan kita bahas pertama adalah dioda.

Dioda, adalah komponen elektronik yang memiliki sifat dasar meneruskan arus listrik searah. Arus listrik mengalir dari kaki p ke kaki n. Untuk lebih memahami konsep dasar dioda, dapat dilihat pada gambar berikut:

Dioda disimbolkan dengan gambar anak panah yang pada ujungnya terdapat garis yang melintang. Simbol tersebut sebenarnya adalah sebagai perwakilan dari cara kerja dioda itu sendiri. Pada pangkal anak panah disebut juga sebagai anoda (kaki positif = P) dan pada ujung anak panah disebut sebagai katoda (kaki negative = N).

Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Karenanya, dioda dapat dianggap sebagai versi elektronik dari katup pada transmisi cairan.

Dioda sebenarnya tidak menunjukkan kesearahan hidup-mati yang sempurna (benar-benar menghantar saat panjar maju dan menyumbat pada panjar mundur), tetapi mempunyai karakteristik listrik tegangan-arus taklinier kompleks yang bergantung pada teknologi yang digunakan dan kondisi penggunaan. Beberapa jenis dioda juga mempunyai fungsi yang tidak ditujukan untuk penggunaan penyearahan.

Awal mula dari dioda adalah peranti kristal Cat's Whisker dan tabung hampa (juga disebut katup termionik). Saat ini dioda yang paling umum dibuat dari bahan semikonduktor seperti silikon atau germanium.

Komponen aktif

Komponen aktif dalam elektronika memegang peranan penting. Berhasih dan tidaknya suatu rangkaian elektronik lebih dipengaruhi oleh kinerja komponen aktif tersebut.

Komponen aktif yang digunakan pada elektronika dibagi menjadi banyak jenis dan macam, mulai dari dioda, transistor, ic, microprosesor dan sebagainya.

Didalam blog ini, akan dibahas masing-masing komponen aktif tersebut satu persatu. Tentu saja pembahasannya tidak sampai pada hal-hal yang sangat detail dan mendalam, melainkan, pembahasannya menganut prinsip sederhana yang ditujukan pada para hobbist pemula. Mengingat blog ini sengaja dibuat untuk belajar elektronika tingkat dasar. Kami sebagai penulis akan sangat senang dengan kritik dan saran yang membangun, demi kelancaran dan kelengkapan isi dan materi blog ini.

Kami akan sangat senang menerima kritik dan saran, dan dapat dikirimkan melalui email saya berikut : muryatisusetyo@gmail.com. Sebelumnya kami minta maaf yang sebesar-besarnya, jika kami terlambat membalas email dari anda. Lebih dikarenakan kesibukan kami sebagai penulis blog ini.

Mengetahui nilai kapasitor

Kapasitor, memiliki nilai tertentu yang dikodekan dengan berbagai cara. Kita dapat mengetahui nilai tersebut dengan cara yang mudah. Pada tulisan blog ini akan dibahas beberapa cara saja. diantaranya adalah :

1. Cara membaca nilai kapasitor dengan kode angka

2. Cara membaca kapasitor dengan penulisan nilai yang tertera di badan kapasitor

3. Cara membaca kapasitor dengan menggunakan instrumen penguji

1. Cara membaca nilai kapasitor dengaan kode angka.

Penggunan kode angka biasanya diberikan pada kapasitor dengan kapasitansi yang kecil-kecil. Biasanya dituliskan dengan 3 atau empat digit untuk nilai 100pF atau lebih besar dan 2 digit untuk nilai kapasitor dengan nilai dibawah 100pF. Sebagai contoh:

Kode angka 68 yang tertulis pada sebuah kapasitor menunjukkan nilai kapasitansi 68pF.

Kode angka 102 menunjukkan nilai 1000pF atau 1nF.

Kode angka 6423 menunjukkan nilai 642000pF atau 642nF

dan sebagainya.

Cara menghitung kode kapasitor, pada dasarnya mirip dengan pengkodean resistor. Dapat dibaca pada judul Menghitung nilai resistor dari blog ini.

Kadang kala dibelakang deretan kode angka masih ditambahkan kode huruf J, K atau yang lain. Biasanya kode ini menunjukkan tegangan kerja maksimum yang dapat digunakan pada kapasitor tersebut. Kode J menunjukkan nilai 50V dan K menunjukkan nilai 100V.

Ada juga yang menuliskan tegangan kerja kapasitor yang disertakan pula kode huruf yang menyatakan toleransi nilai kapasitor tersebut. Sebagai contoh 103J/100V yang menyatakan kapasitansi kapasitor adalah 10nF dengan toleransi 5% dan tegangan kerja 100Volt.

2. Membaca nilai kapasitor yang tertera di badan kapasitor.

Penulisan cara ini biasanya dilakukan pada kapasitor dengan kapasitansi yang besar-besar. Sebagia contoh kapasitor dengan penulisan 220µF/25V menyatakan bahwa nilai kapasitansi kapasitor tersebut adalah 220 microFarad dengan maksimum tegangan kerja 25Volt.

3. Membaca nilai kapasitor dengan menggunakan instrumen alat ukur.

Dapat dilakukan dengan menggunakan alat ukur multitester yang memiliki fasilitas C meter. Atau dapat digunakan alat ukur khusus yang biasa disebut dengan LC meter.

Penggunaan alat ukur ini sangat mudah dan cukup akurat, akan tetapi harga alat ukur ini masih terbilang mahal.

Cara penggunannya adalah dengan mencolokkan kaki-kaki kapasitor pada terminal alat ukur. Tentu saja batas pengukuran harus diset pada range yang tepat. dan nilai akan terbaca dengan jelas pada displau alat ukur.

Dengan pertimbangan menghormati hak cipta, dengan sengaja kami tidak menampilkan contoh gambar alat ukur yang dapat digunakan sebagai instrumen pengukur kapasitansi kapasitor. Anda dapat mendapatkan informasi alat ukur ini di banyak link di internet.

Mengganti Kapasitor (lanjutan)

Melanjutkan posting mengganti kapasitor yang sempat terpotong.

Bagaimana jika kapasitor/kondensator digabungkan dengan cara paralel? Mungkin dapat kita lihat ilustrasi berikut ini.

Rangkaian Paralel

Untuk mendapat nilai baru sebuah kondensator dengan cara paralel ini, dapat dihitung dengan mudah. Kondensator pengganti dapat dihitung dengan cara menjumlahkan semua kondensator. Dalam kasus ilustrasi diatas, dapat dibentuk suatu persamaan C pengganti sebagai berikut :

     Cp = C1 + C2 + C3 + .....

Sebagai contoh, diketahui C1 = 1nF
                                        C2 = 3n3
                                        C3 = 470pF

Maka Cp dapat dicari dengan mudah. Cp = 1nF + 3n3 + 470pF

Dalam kasus diatas, karena basis satuan yang berbeda, maka kita harus samakan, agar dapat dijumlahkan.

1nF = 1000pF
3n3 = 3300pF

Jadi, Cp = 1000pF + 3300pF + 470pF
        Cp = 4770pF

Mengganti Kondensator

Kadang kala, pada saat kita membutuhkan suatu nilai kapasitor/condensator, saat itu dihadapkan dengan nilai yang tidak terdapat di pasaran. Bagaimana cara mengatasi hal ini?

Pertanyaan umum yang sangat wajar. Kasus ini dapat digantikan dengan menyatukan beberapa kondensator, sehingga diperoleh nilai yang diinginkan. Kita dapat lakukan dengan cara merangkai beberapa kondensator secara paralel maupun secara seri.

Menghitung condensator yang dirangkai secara seri dapat digunakan rumus sederhana sebagai berikut :

Condensator seri

 Nilai C pengganti dirumuskan sebagai berikut :

 sebagai contoh kasus :
Diketahui C1 = 2n2
               C2 = 1n2
               C3 = 1n5
Berapakah nilai C pengganti jika dirangkai secara serial ?

Jawab : 1/Cp = 1/2n2 + 1/1n2 + 1/1n5