Tugas 2 Elektronika Daya

1. Sebutkan macam-macam dioda daya.
2. Gambar dan jelaskan symbol, material dan karakteristik dioda?
3. Apa yang dimaksud dengan arusbocor (leakage current) pada dioda?
4. Apa yang dimaksud dengan reverse recovery time (waktu pemulihanbalik) dari dioda?
5. Apa yang dimaksuddengan reverse recovery current (Aruspemulihanbalik) daridioda?
6. Apa yang dimaksuddenganfaktorkelunakan (softness factor)
7. Sebutkan jenis-jenis pemulihan dioda (recovery types)
8. Apa yang menyebabkan "reverse recovery time" pada dioda?
9. What is necessary to use fast recovery diodes for  high speed switching
10. What is forward recovery time?
11. What are the main difference between pn-junction diode and schottky diode?
12. What are the limitation of schottky diode?
13. What is the typical reverse recovery time of general purpose diode?
14. What is the typical reverse recovery time of fast recovery diodediode?
15. What is the typical maximum junction temperature of  diodes?
16. What is the purpose of the a current of limiting inductor
17. What are the problems of series-connected diodes and what are the possible solutions?
18. What are the problems of parallel -connected diodes and what are the possible solutions?
19. If two diodes are connected in series with equal-voltage sharing, why do the diode leakage current?

1. Dioda penyearah

            Memiliki fungsi yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, dan yang mempunyai struktur sambungan antara semikonduktor P (Anoda) dan N (Katoda). Dengan demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Symbol dari Dioda Penyearah :

            Untuk bias negatif dioda tidak dapat mengalirkan arus, pada kedua elektrodanya akan terjadi beda potensial yang disebut dengan arus balik., dan untuk tegangan balik haruslah tidak boleh melampapaui dari dari tegangan tertentu, tegangan ini disebut dengan breakdown (tegangan tembus) yang dapat mengakibatkan dioda menjadi rusak.

Dioda Zener

            Adalah suatu dioda yang mempunyai sifat bahwa tegangan terbaliknya stabil. Dioda ini dibuat untuk bejerja pada daerah breakdown kira-kira 2 sampai 200 volt. dioda ini digunakan sebagai voltage stabilizer atau voltage regulator. Sebenarnya tidak ada perbedaan struktur dasar dari zener, melainkan mirip dengan dioda biasa, perbedaan hanya dapat dilihat dari type yang tertulis pada bodynya.

Symbol dari Dioda Zener :

            Sesuai dengan fisik  mirip dengan dioda germanium hanya mengunakan kode Z saja, dioda ini fungsinya sebagai perstabil teegangan, dan mempunyai pembatas tegangan misalnya 6r, 12r, dll.

Dioda pemancar cahaya (LED)

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda (Dioda Pemancar Cahaya), banyak digunakan sebagai sebagai lampu indikator dan peraga (display).

Symbol dari Dioda LED :

Fungsi LED

• Sebagai lampu Indikator pada peralatan elektronik
• Led infrared untuk pengaman ruangan

Kelebihan LED

• Life time yang panjang
• Konsumsi daya rendah

Dioda Photo

           

            Dioda ini berkebalikan dengan dioda LED yang menghasilkan arus bila terkena cahaya, untuk arus yang masuk tergantung dari besarnya cahaya yang masuk. Dioda photo merupakan detektor cahaya yang baik sekal

Dioda Laser          

            Dioda laser adalah sejenis laser di mana media aktifnya sebuah semikonduktor persimpangan p-n yang mirip dengan yang terdapat pada dioda pemancar cahaya. Dioda aser kadang juga disingkat LD atau ILD.      

Dioda laser baru ditemukan pada akhir abad ini oleh ilmuwan Universitas Harvard. Prinsip kerja dioda ini sama seperti dioda lainnya yaitu melalui sirkuit dari rangkaian elektronika, yang terdiri dari jenis p dan n. Pada kedua jenis ini sering dihasilkan 2 tegangan, yaitu :

1. Biased forward, arus dihasilkan searah dengan nilai 0,707 utk pembagian v puncak, bentuk gelombang di atas ( + ).
2. Backforward biased, ini merupakan tegangan berbalik yang dapat merusak suatu komponen elektronika.

Dioda Schottky (SCR)     
 
            SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G).

            SCR sering disebut Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.

SCR

Pada gambar diatas terlihat SCR dengan anoda pada kaki yang berulir, Gerbang gate pada kaki yang pendek, sedangkan katoda pada kaki yang panjang.

Simbol SCR

Fungsi Dioda Schottky (SCR) :

• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Diagram dan skema SCR :

            Ada tiga jenis Dioda SCR semikonduktor yang berfungsi sama sebagai sebagai Saklar (Switching). Ketiga Dioda SCR semikonduktor tersebut adalah SCR itu sendiri, DIAC dan TRIAC.

DIAC            
            DIAC merupakan salah satu jenis dioda SCR, namun memiliki dua terminal (elektroda) saja, berbeda dengan "saudaranya" yang memiliki tiga terminal, yaitu TRIAC.

DIAC

Simbol DIAC

Struktur DIAC

            Pada diagram sruktur DIAC menunjukkan ada lima lapisan dalam DIAC, memiliki dua terminal yaitu terminal 1 (T1) and terminal 2 (T2).

Polaritas DIAC

            Fungsi dari dioda DIAC ( dioda alternating Carrent ) menyalurkan arus listrik bolak-balik (AC).

TRIAC      

            TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC, hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate). Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main terminal 2 (disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).

2.





 
Dioda terbentuk dari bahan semikonduktor tipe P dan N yang digabungkan. Dengan demikian dioda sering disebut PN junction. Dioda adalah gabungan bahan semikonduktor tipe N yang merupakan bahan dengan kelebihan elektron dan tipe P adalah kekurangan satu elektron sehingga membentuk Hole. Hole dalam hal ini berfungsi sebagai pembawa muatan. Apabila kutub P pada dioda (anoda) dihubungkan dengan kutub positif sumber maka akan terjadi pengaliran arus listrik dimana elektron bebas pada sisi N (katoda) akan berpindah mengisi hole sehingga terjadi pengaliran arus. Sebaliknya apabila sisi P dihubungkan dengan negatif baterai/sumber, maka elektron akan berpindah ke arah terminal positif sumber. Didalam dioda tidak akan terjadi perpindahan elektron.

Konstruksi dioda daya sama dengan dioda-dioda sinyal sambungan PN. Bedanya adalah dioda daya mempunyai kapasitas daya (arus dan tegangan) yang lebih tinggi dari dioda-dioda sinyal biasa, namun kecepatan penyaklarannya lebih rendah.

Dioda daya merupakan komponen semikonduktor sambungan PN yang mempunyai dua terminal sebagaimana dioda pada umumnya, yaitu terminal anoda (A) dan katoda (K).

Karakteristik Dioda

Karakteristik dasar dioda dikenal dengan karakteristik V-I. Karakterisik ini penting untuk dipahami agar tidak terjadi kesalahan dalam aplikasi dioda. Dalam karakteristik ini dapat diketahui keadaan-keadaan yang terjadi pada dioda ketika mendapat tegangan bias maju dan tegangan bias mundur.

 

Gambar 2.3. Karakteristik dioda ( karakteristik V-I )
Sumber : analisis 2009

Jika kedua terminal dioda disambungkan ke sumber tegangan dimana tegangan anoda lebih positif dibandingkan dengan tegangan katoda, maka dioda dikatakan dalam keadaan bias maju. Sebaliknya, bila tegangan anoda lebih negatif dari katoda, dioda dikatakan dalam keadaan bias mundur.

a. Dioda Diberi Tegangan Nol

Ketika dioda diberi tegangan nol maka tidak ada medan listrik yang menarik elektron dari katoda. Elektron yang mengalami pemanasan pada katoda hanya mampu melompat sampai pada posisi yang tidak begitu jauh dari katoda dan membentuk muatan ruang (Space Charge). Tidak mampunya elektron melompat menuju katoda disebabkan karena energi yang diberikan pada elektron melalui pemanasan oleh heater belum cukup untuk menggerakkan elektron menjangkau plate.

b. Dioda Diberi Tegangan Negative (Reverse Bias)

 

 

Gambar 2.4. Dioda diberi tegangan/bias negatif
Sumber : analisis 2009

Dioda diberi tegangan negative dalam hal ini polaritas tegangan dibalik yaitu dengan memberikan bias negatif. Ketika dioda diberi tegangan negatif maka potensial negatif yang ada pada plate akan menolak elektron yang sudah membentuk muatan ruang sehingga elektron tersebut tidak akan dapat menjangkau plate sebaliknya akan terdorong kembali ke katoda, sehingga tidak akan ada arus yang mengalir.

Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas tegangan lebih besar dari sisi P. Sehingga tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing tertarik ke arah kutup berlawanan. Lapisan deplesi (depletion layer) semakin besar dan menghalangi terjadinya arus.

Jika tegangan mundur melebihi suatu tegangan yang telah ditentukan, yang dikenal dengan tegangan dadal (breakdown voltage), maka arus arah mundur akan meningkat tajam dengan sedikit perubahan pada tegangan. Keadaan ini tidak selalu merusak dioda bila masih terjaga pada level aman seperti yang ditentukan dalam data sheetnya. Bila tidak, maka dioda akan rusak.

c. Dioda Diberi Tegangan Positive (Forward Bias)

Gambar 2.5. Dioda Diberi tegangan/bias Positif
Sumber : analisis 2009

Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi. Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Perbedaan voltage antara katoda dan anoda disebut threshold voltage atau knee voltage. Besar voltage ini tergantung dari jenis diodanya, bisa 0.2V, 0.6V dan sebagainya.

Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik. Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC.

 

3. Arus bocor pada dioda 

Pada kondisi bias mundur(reverse bias), dioda akan mengalirkan arus dalam jumlah yang sangat kecil. Untuk alasan praktis, biasanya arus ini sering diabaikan. Arus yang mengalir pada saat dioda dibias mundur disebut sebagai arus bocor(leakage current)

 

4. waktu pemulihan pada dioda bisa terjadi pada dioda jenis schottky ketika beralih dari keadaan tidak menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam dioda p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari 100 nano-detik untuk dioda cepat.

 

5. Arus maju akan diturunkan menjadi nol (karena perilaku natural rangkain dioda atau dengan menerapkan tegangan mundur), dioda meneruskan konduksi karena pembawa minoritas yang tersisa dalam sambungan pn dan material semikonduktornya. Pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya dan untuk dinetralkan. Waktu ini disebutkan reverse recovery time (waktu pemulihan yang balik). 

 

6. perbandingan antara waktu diakibatkan karena proses pengisisan komponen penyimpan di daerah depleksi dari sambungan dan mereprensentasikan waktu antara zero crossing dengan arus mundur puncak dengan merupakan proses komponen penyimpan dalam bagian terbesar karena pengaruh material semikonduktor.

 

7. pemulihan balik sebuah diode persambungan-PN dan tipe pemulihan lunak (soft recovery)

 

8. Pembawa minoritas memerlukan waktu yang cukup untuk menyusun ulang dengan pengisian lawannya untuk segera dinetralkan. Waktu ini  disebut waktu pemulihan balik (reverse recovery) dioda.

 

9. Untuk waktu pemulihan maju (tfr) adalah selisih waktu dimulai dari waktu tegangan mencapai 10% dari maksimumnya sampai pada waktu tegangan tinggal 10% untuk memncapai tegangan akhirnya. Ternyata waktu switching maju tfr tidak merupakan masalah yang begitu penting didalam praktek. 

 

10.Jika sebuah diode dalam kondisi bias mundur, bahwa arus bocor mengalir karena pembawa minoritas. Kemudian aplikasi untuk tegangan bias maju akan memaksa diode membawa arus ke arah maju (dari sisi P ke sisi N). Namun begitu, hal ini memerlukan waktu tertentu, yaitu yang dikenal dengan waktu pemulihan maju 

 

11. Perbedaan yang paling penting antara p-n dan diode Schottky adalah dari membalikkannya waktu pemulihan, ketika beralih dari keadaan tidak menghantarkan ke keadaan menghantarkan dan sebaliknya. Dimana dalam diode p-n waktu pemulihan balik dapat dalam orde ratusan nano-detik dan kurang dari 100 nano-detik untuk diode cepat. 

 

12.  Tegangan maksimum terbatas sampai 100V

memiliki tegangan kecil 0,15-0,45 volt. Schottky dioda dapat meningkatkan PFC converter meningkatkan kinerja.

13.  menunjukan karakteristik pemulihan balik sebuah PN-junction dan tipe pemulihan lunak (soft recovery) yang umum

14.  Merupakan interval waktu antara arus yang melewati titik pusat selama pergatian dari kondisi forward ke kondisi reverse blocking dan saat arus reverse mencapai 25% dari peak reverse. Besarnya reverse recovery time tergantung dari suhu sambungan, laju jatuhnya forward current, dan forward current sebelum pergatian

15.  Junction temperature adalah temperatur rata-rata  pada seluruh sambungan. Maximum junction temperature adalah parameter suhu maksimum yang dapat ditahan sebuah dioda tanpa kegagalan, merupakan parameter yang penting dan mempengaruhi parameter lainnya

16.  Untuk mencegah kerusakan dioda yang diakibatkan kenaikan forward current yang sangat besar, cenderung tak terhingga. Hal ini mengakibatkan puncak arus reverse current dioda menjadi sangat besar, maka di tambahkan induktor agar batas waktu aktif dioda tetap rendah.

17.  Dioda yang dihubung secara serbertujuan untuk meningkatkan kemampuan reverse blocking. Pada kondisi forward bias, dioda yang dihubung seri akan memiliki jumlah arus yang sama dan tegangan jatuh yang juga hampir sama. Namun, pada kondisi reverse blocking, setiap dioda harus memiliki arus bocor yang sama, akibatnya blocking voltage dioda menjadi berbeda.

Solusinya adalah dengan menyamakan tegangan bagi dengan menghubungkan setiap dioda dengan sebuah resistor

18.  Dioda yang dihubung secara pararel bertujuan untuk meningkatkan kemampuan current carrying sesuai dengan kebutuhan arus. Pembagian arus pada dioda akan tergantung pada masing-masing forward voltage drop.

Solusinya, yaitu dengan menambahkan induktansi yang sama atau dengan menambahakan resistor secara seri pada setiap dioda. Selain itu juga bisa dengan memilih dioda yang memiliki forward voltage drop yang sama atau dengan tipe dioda yang sama

19.  Jika dioda dihubung seri dengan tegangan bagi sama maka akan menjadikan arus bocor pada setiap dioda akan berbeda karena karena perbedaan tegangan pembatas yang besar.

Untuk mengatasi kebocoran arus, dipasang resistor secara pararel sehingga tegangan pada setiap dioda menjadi sama.