Persimpangan PN Pada Dioda

Persimpangan PN (PN junction ) terbentuk ketika dua type semikonduktor digabungkan menjadi satu dan menghasilkan potensial penghalang tegangan pada persimpangan. Adanya penghalang ini mengakibatkan tidak terjadinya aliran elektron melintasi persimpangan PN. Dibutuhkan dorongan energi eksternal berupa tegangan agar elektron dapat melewati penghalang di daerah deplesi PN junction.

Tanpa adanya tegangan eksternal yang diberikan, dioda akan selalu dalam keadaan seimbang. Kondisi ini terus beralngsung sampai ada sumber tegangan yang dihubungan pada dioda. Karena itu perlu dibuat terminal penghubung pada kedua sisi ujung dioda sebagai penyambung dengan sumber tegangan.

Dioda merupakan satu bentuk komponen elektronika sederhana yang dibentuk dari satu buah persimpangan PN. Karakter khas dari dioda adalah hanya bisa dilewati oleh arus listrik dari satu arah saja. Ketika kita memberikan tegangan bias positif pada dioda maka menghasilkan dorongan energi yang dapat menggeerakan elektron bebas pada struktur dioda untuk bergerak maju melintasi persimpangan PN. Pemberian tegangan bias maju pada dioda ini berakibat pada berkurangnya area deplesi di persimpangan. Hal inilah yang menyebabkan arus listrik dapat bergerak mengalir melalui dioda.

Namun saat kita memberikan tegangan bias balik, maka lebar area deplesi akan meningkat. Sehingga meningkatkan potensi penghalangan terhadap arus listrik. Akibatnya dioda akan mencegah aliran listrik yang akan melaluinya.

Reaksi pengurangan dan peningkatan lebar area deplesi akibat penerapan polaritas tegangan ini merupakan karakter khas yang dimiliki oleh persimpanan PN. Karena masing masing sisi pada kedua persimpangan memiliki reaksi yang berbeda terhadapa aliran arus listrik yang diberikan kepadanya.

Terdapat 3 kondisi berbeda pada dioda yang berhubungan dengan penerapan tegangan listrik :

1. Kondisi Bias Nol,  Kondisi dimana tidak terdapat sumber tegangan eksternal yang diterapkan pada dioda.
2. Kondisi Bias Maju, Penerapan sumber tegangan positif ke terminal negatif dioda dan negatif ke terminal positif dioda.
3. kondisi Bias Balik, Penerapan sumber tegangan positif ke terminal positif dioda dan negatif ke terminal negatif dioda.

Bias Pada Titik Persimpagan PN Dioda

Saat dioda dalam kondisi bias nol (0) dimana tidak terdapat tegangan yang diterapkan kepadanya makan tidak ada energi eksternal yang mempengaruhi pergerakan partikel di dalam dioda. namun bila kedua terminal dioda disatukan, beberapa lubang yang terdapat pada sisi semikonduktor type-P akan memiliki energi yang cukup untuk bergerak melintasi area persimpangan dengan melawan potensial penghalang di persimpangan PN. Kondisi ini dikenal dengan nama arus maju (I_F).

Begitupun sebaliknya, elektron pada semikonduktor type-N akan bergerak melintasi persimpangan dengan melawan potensi penghalang yang ada di persimpangan dengan arah yang berlawanan. Aliran elektron ini dikenal dengan sebutan arus balik (I_R).

Perpidahan bolak balik antara elektron dan lubang yang melintasi persimpangan ini dikenal sebagai difusi.

Bias Nol Dioda

Pada kondisi bias dioda nol, potensi penghalang yang ada membantu untuk mencegah penyebaran lubang lebih banyak pada persimpangan. Namun sebaliknya justru membantu beberapa elektron di semikonduktor type-N dan beberapa lubang di semikonduktor type-P agar bisa bebas melayang di area persimpangan PN. 

Kondisi seimbang akan diperoleh ketika masing masing jumlah lubang dan elektron yang ada di area persimpangan dalam besaran yang sama dengan arah yang berlawanan. Sehingga menghasilkan aliran arus nol  di persimpangan.

Bias Maju Dioda

Kondisi bias maju pada dioda tercipta ketika sumber tegangan positif diterapkan pada sisi semikonduktor dioda type-P (anoda) dan sumber tegangan negatif diterapkan pada sisi semikonduktor type-N ( katoda). Jika besar tegangan yang diterapkan ini lebih besar dari 0,7 Volt maka akan cukup energi untuk melawan potensi penghalang yang ada di persimpangn P. Sehingga arus listrik dari sumber tegangan dapat dengan mudah mengalir melewati dioda.

Aliran listrik ini terjadi karena area deplesi pada persimpangan menjadi sangat tipis sehingga memudahkan perpindahan elektron melintasi persimpangan. Penipisan area deplesi ini terjadi karena lubagn dan elektron tertarik menuju ke sumber tegangan.

Bias Balik Dioda

Saat kita menghubungkan dioda secara tebalik dengan sumber tegangan, dimana sumber tegangan positif dihubungkan dengan semikonduktor type-N dan sumber tegangan negatif dihubungkan dengan semikonduktor type-P maka arus tidak dapat mengalir.

Hal ini disebabkan karena sumber tegangan menarik lubang dan elektron yangada diarea deplesi ke arah luar. Sehingga lebar area deplesi semakin meningkat drastis. Akibatnya potensi penghalang akan semakin tinggi yang menyebabkan arus tercegah untuk mengalir melalui dioda.

Demikan pembahasan tentang materi persimpangan PN pada dioda yang menjadi dasar untuk memahami prinsip kerja dioda secara umum. Pada materi berikutnya, kita akan membahas tentang contoh dioda dengan daya kecil.

Berbagi :