Dioda semikonduktor banyak digunakan dalam elektronik dan industri elektronik. Mereka digunakan baik secara independen maupun sebagai p-n-junction transistor dan banyak perangkat lainnya. Sebagai komponen diskrit, dioda adalah bagian penting dari banyak rangkaian elektronik. Mereka menemukan banyak aplikasi mulai dari aplikasi berdaya rendah hingga penyearah.
Apa itu dioda?
Diterjemahkan dari bahasa Yunani, nama elemen elektronik ini secara harfiah berarti "dua terminal". Mereka disebut anoda dan katoda. Dalam suatu rangkaian, arus mengalir dari anoda ke katoda. Dioda semikonduktor adalah elemen satu sisi dan aliran arus dalam arah yang berlawanan terhalang.
Prinsip operasi
Perangkat dioda semikonduktor sangat berbeda. Inilah sebabnya mengapa ada banyak jenisnya, yang berbeda dalam nilai nominal dan fungsi yang mereka lakukan. Namun, dalam banyak kasus prinsip dasarnyaoperasi dioda semikonduktor adalah sama. Mereka berisi p-n junction, yang menyediakan fungsionalitas dasarnya.
Istilah ini biasanya digunakan untuk merujuk pada bentuk standar dioda. Bahkan, itu berlaku untuk hampir semua jenis mereka. Dioda membentuk tulang punggung industri elektronik modern. Semuanya - dari elemen sederhana dan transistor hingga mikroprosesor modern - didasarkan pada semikonduktor. Prinsip pengoperasian dioda semikonduktor didasarkan pada sifat-sifat semikonduktor. Teknologi ini didasarkan pada sekelompok bahan, pengenalan pengotor ke dalam kisi kristal yang memungkinkan untuk memperoleh daerah di mana lubang dan elektron adalah pembawa muatan.
P-n-junction
Dioda tipe p-n mendapatkan namanya karena menggunakan sambungan p-n yang memungkinkan arus mengalir hanya dalam satu arah. Unsur tersebut memiliki sifat lain yang juga banyak digunakan. Dioda semikonduktor, misalnya, dapat memancarkan dan mendeteksi cahaya, mengubah kapasitansi, dan mengatur tegangan.
P-n-junction adalah struktur semikonduktor dasar. Seperti namanya, ini adalah persimpangan antara daerah tipe-p dan n. Transisi memungkinkan pembawa muatan untuk bergerak hanya dalam satu arah, yang, misalnya, memungkinkan untuk mengubah arus bolak-balik menjadi arus searah.
Dioda standar biasanya terbuat dari silikon, meskipun germanium dan bahan semikonduktor lainnya juga digunakan, terutama untuk tujuan khusus.
Volt-karakteristik ampere
Dioda dicirikan oleh kurva arus-tegangan, yang dapat dibagi menjadi 2 cabang: maju dan mundur. Dalam arah yang berlawanan, arus bocor mendekati 0, tetapi dengan meningkatnya tegangan perlahan-lahan meningkat dan, ketika tegangan tembus tercapai, itu mulai meningkat tajam. Dalam arah maju, arus naik dengan cepat dengan tegangan yang diberikan di atas ambang konduksi, yaitu 0,7 V untuk dioda silikon dan 0,4 V untuk germanium. Sel yang menggunakan bahan berbeda memiliki karakteristik volt-ampere dan ambang konduksi dan tegangan tembus yang berbeda.
Dioda p-n-junction dapat dianggap sebagai perangkat tingkat dasar. Ini banyak digunakan dalam banyak aplikasi mulai dari sirkuit sinyal dan detektor hingga pembatas atau penekan transien dalam kumparan induksi atau relai dan penyearah daya tinggi.
Fitur dan parameter
Spesifikasi dioda menyediakan banyak data. Namun, penjelasan yang tepat tentang apa mereka tidak selalu tersedia. Di bawah ini adalah rincian dari berbagai karakteristik dan parameter dioda, yang diberikan dalam spesifikasi.
Bahan semikonduktor
Bahan yang digunakan pada sambungan p-n sangat penting karena mempengaruhi banyak karakteristik dasar dioda semikonduktor. Silikon adalah yang paling banyak digunakan karena efisiensinya yang tinggi dan biaya produksi yang rendah. Lain yang sering digunakanelemennya adalah germanium. Bahan lain biasanya digunakan dalam dioda tujuan khusus. Pemilihan bahan semikonduktor penting karena menentukan ambang konduksi - sekitar 0,6 V untuk silikon dan 0,3 V untuk germanium.
Tegangan turun dalam mode arus searah (U pr.)
Setiap rangkaian listrik yang dilalui arus menyebabkan penurunan tegangan, dan parameter dioda semikonduktor ini sangat penting, terutama untuk penyearahan, ketika rugi daya sebanding dengan U ave. Selain itu, komponen elektronik sering kali perlu memberikan penurunan tegangan yang kecil, karena sinyal mungkin lemah, tetapi mereka masih perlu mengatasinya.
Ini terjadi karena dua alasan. Yang pertama terletak pada sifat sambungan p-n dan merupakan hasil dari tegangan ambang konduksi yang memungkinkan arus melintasi lapisan penipisan. Komponen kedua adalah kerugian resistif normal.
Indikator sangat penting untuk dioda penyearah, yang dapat membawa arus besar.
Tegangan balik puncak (U arr. maks)
Ini adalah tegangan balik tertinggi yang dapat ditahan oleh dioda semikonduktor. Itu tidak boleh dilampaui, jika tidak, elemen itu mungkin gagal. Bukan hanya tegangan RMS dari sinyal input. Setiap rangkaian harus dipertimbangkan kemampuannya, tetapi untuk penyearah setengah gelombang tunggal sederhana dengan kapasitor smoothing, ingatlah bahwa kapasitor akan menahan tegangan yang sama dengan puncak input.sinyal. Dioda kemudian akan dikenakan puncak sinyal yang masuk dalam arah sebaliknya, dan oleh karena itu dalam kondisi ini akan ada tegangan balik maksimum yang sama dengan nilai puncak gelombang.
Arus maju maksimum (U pr. max)
Saat merancang rangkaian listrik, pastikan level arus dioda maksimum tidak terlampaui. Saat arus meningkat, panas tambahan dihasilkan, yang harus dihilangkan.
Arus bocor (I arr.)
Dalam dioda yang ideal, tidak boleh ada arus balik. Tetapi pada sambungan p-n nyata, hal ini disebabkan oleh adanya pembawa muatan minoritas dalam semikonduktor. Besarnya arus bocor tergantung pada tiga faktor. Jelas, yang paling signifikan dari ini adalah tegangan balik. Juga, arus bocor tergantung pada suhu - dengan pertumbuhannya, ia meningkat secara signifikan. Selain itu, sangat tergantung pada jenis bahan semikonduktor. Dalam hal ini, silikon jauh lebih baik daripada germanium.
Arus bocor ditentukan pada tegangan balik tertentu dan suhu tertentu. Biasanya ditentukan dalam microamps (ΜA) atau picoamps (pA).
Transisi kapasitansi
Semua dioda semikonduktor memiliki kapasitansi sambungan. Zona penipisan adalah penghalang dielektrik antara dua pelat yang terbentuk di tepi daerah penipisan dan daerah dengan pembawa muatan mayoritas. Nilai kapasitansi sebenarnya tergantung pada tegangan balik, yang menyebabkan perubahan di zona transisi. Peningkatannya memperluas zona penipisan dan, akibatnya,mengurangi kapasitas. Fakta ini dimanfaatkan dalam varactors atau varicaps, tetapi untuk aplikasi lain, terutama aplikasi RF, efek ini harus diminimalkan. Parameter biasanya ditentukan dalam pF pada tegangan tertentu. Dioda resistansi rendah khusus tersedia untuk banyak aplikasi RF.
Jenis Kasus
Tergantung pada tujuannya, dioda semikonduktor diproduksi dalam kemasan berbagai jenis dan bentuk. Dalam beberapa kasus, terutama bila digunakan dalam rangkaian pemrosesan sinyal, paket merupakan elemen kunci dalam menentukan karakteristik keseluruhan elemen elektronik tersebut. Di sirkuit daya di mana pembuangan panas penting, paket dapat menentukan banyak parameter umum dioda. Perangkat berdaya tinggi harus dapat dipasang ke heatsink. Item yang lebih kecil dapat diproduksi dalam kotak timah atau sebagai perangkat pemasangan di permukaan.
Jenis dioda
Kadang-kadang berguna untuk berkenalan dengan klasifikasi dioda semikonduktor. Namun, beberapa item mungkin termasuk dalam beberapa kategori.
Dioda terbalik. Meskipun tidak banyak digunakan, ini adalah jenis elemen tipe p-n, yang dalam aksinya sangat mirip dengan terowongan. Fitur penurunan tegangan dalam keadaan rendah. Dapat digunakan pada detektor, penyearah, dan sakelar frekuensi tinggi.
Dioda transit injeksi. Ini memiliki banyak kesamaan dengan longsoran salju yang lebih umum. Digunakan dalam generator gelombang mikro dan sistem alarm.
Dioda Gunn. Itu bukan milik tipe p-n, tetapi merupakan perangkat semikonduktor dengan dua terminal. Biasanya digunakan untuk menghasilkan dan mengubah sinyal gelombang mikro dalam rentang 1-100 GHz.
Light emitting atau LED adalah salah satu jenis komponen elektronik yang paling populer. Dalam bias maju, arus yang mengalir melalui persimpangan menyebabkan cahaya dipancarkan. Mereka menggunakan senyawa semikonduktor (misalnya galium arsenida, galium fosfida, indium fosfida) dan dapat bersinar dalam berbagai warna, meskipun pada awalnya hanya terbatas pada warna merah. Banyak perkembangan baru yang mengubah cara tampilan berfungsi dan diproduksi, contohnya OLED.
Fotodioda. Digunakan untuk mendeteksi cahaya. Ketika sebuah foton mengenai p-n junction, ia dapat menciptakan elektron dan hole. Fotodioda biasanya beroperasi di bawah kondisi bias terbalik, di mana bahkan arus kecil yang dihasilkan oleh cahaya dapat dengan mudah dideteksi. Fotodioda dapat digunakan untuk menghasilkan listrik. Terkadang elemen tipe pin digunakan sebagai fotodetektor.
Pin-dioda. Nama elemen elektronik dengan baik menggambarkan perangkat dioda semikonduktor. Ini memiliki daerah tipe p dan n standar, tetapi ada daerah internal tanpa kotoran di antara mereka. Ini memiliki efek meningkatkan area daerah penipisan, yang dapat berguna untuk switching, serta di fotodioda, dll.
Persimpangan p-n standar dapat dianggap normalatau jenis dioda standar yang digunakan saat ini. Mereka dapat digunakan dalam RF atau aplikasi tegangan rendah lainnya, serta penyearah tegangan tinggi dan daya tinggi.
Dioda Schottky. Mereka memiliki penurunan tegangan maju yang lebih rendah daripada semikonduktor silikon tipe p-n standar. Pada arus rendah, bisa dari 0,15 hingga 0,4 V, dan bukan 0,6 V, seperti dioda silikon. Untuk melakukan ini, mereka tidak dibuat seperti biasa - mereka menggunakan kontak semikonduktor logam. Mereka banyak digunakan sebagai pembatas, penyearah dan peralatan radio.
Dioda dengan akumulasi muatan. Ini adalah jenis dioda gelombang mikro yang digunakan untuk menghasilkan dan membentuk pulsa pada frekuensi yang sangat tinggi. Pengoperasiannya didasarkan pada karakteristik tersandung yang sangat cepat.
Dioda laser. Ini berbeda dari pemancar cahaya biasa karena menghasilkan cahaya yang koheren. Dioda laser digunakan di banyak perangkat, mulai dari drive DVD dan CD hingga laser pointer. Mereka jauh lebih murah daripada bentuk laser lainnya, tetapi jauh lebih mahal daripada LED. Mereka memiliki masa pakai yang terbatas.
Dioda terowongan. Meskipun tidak banyak digunakan hari ini, sebelumnya digunakan dalam amplifier, osilator dan perangkat switching, sirkuit pengaturan waktu osiloskop, ketika itu lebih efisien daripada elemen lain.
Varactor atau varicap. Digunakan di banyak perangkat RF. Untuk dioda ini, bias balik mengubah lebar lapisan penipisan tergantung pada tegangan yang diberikan. Dalam konfigurasi inibertindak sebagai kapasitor dengan daerah penipisan bertindak sebagai dielektrik isolasi dan pelat yang dibentuk oleh daerah konduktif. Digunakan dalam osilator yang dikontrol tegangan dan filter RF.
Dioda Zener. Ini adalah jenis dioda yang sangat berguna karena memberikan tegangan referensi yang stabil. Karena ini, dioda zener digunakan dalam jumlah besar. Ia bekerja di bawah kondisi bias terbalik dan menerobos ketika perbedaan potensial tertentu tercapai. Jika arus dibatasi oleh resistor, maka ini memberikan tegangan yang stabil. Banyak digunakan untuk menstabilkan catu daya. Ada 2 jenis reverse breakdown pada dioda zener: Dekomposisi Zener dan ionisasi impak.
Dengan demikian, berbagai jenis dioda semikonduktor mencakup elemen untuk aplikasi daya rendah dan daya tinggi, memancarkan dan mendeteksi cahaya, dengan penurunan tegangan maju rendah dan kapasitansi variabel. Selain itu, ada sejumlah varietas yang digunakan dalam teknologi gelombang mikro.
