Pertemuan 7 (Dioda)

Tujuan Pembelajaran

1. Mahasiswa mampu menjelaskan ??
2. Mahasiswa mampu menjelaskan ???

1.2. Peralatan Yang Digunakan

1.3. Teori Singkat

Penggunaan dioda yang paling umum adalah sebagai penyearah. Dioda menyearahkan tegangan AC menjadi tegangan DC. Analisa penyearahan gelombang penuh dengan filter C dapat dilihat pada buku karangan Millman and Halkias, Integrated Electronics, page 113.

Persamaan penyearahan memperlihatkan tegangan DC [volt] yang dihasilkan oleh penyearah berupa dioda adalah :

Dimana :
Vm : adalah tegangan puncak atau tegangan rnaksimum AC [volt]f : adaiah fiekuensi dari sinyal AC [Hz]C : adalah besar kapasitor yang terpasang, dimana kapasitor befingsi sebagai filter di keluaran penyearah [F, farad]

Tegangan DC ideal adalah tegangan yang memilib nilai Ro = 0. Dari persarnaan [I], terlihat bahwa kondisi ini akan terpenuhi dengan memasangkan kapasitansi C sebesar mungkin. Proses penyearah menghasilkan tegangan DC yang masih mengandung ripple atau riak, yaitu tegangan AC kecil yang menumpang di
atas sinyal DC.

Dengan memperbesar nilai C, diharapkan dapat menekan tegangan riak serendah mungkin. Selain itu kapasitansi C berfungsi sebagai regulator atau pengstabil sinyal DC yang dihasilkan.

Dalam percobaan ini praktikan akan mencari nilai tahanan keluaran rangkaian sumber tegangan DC, Ro, dan membandingkan Ro untuk berbagai bentuk filter, dan melihat pengaruh pembebanan pada besar tegangan riak.

1.3.1. Karakteristik Dioda

Dalam percobaan ini, praktikan akan mengarnati karakteristik I-V dari tiga jenis dioda, yaitu : dioda germanium (Ge), dioda silikon (Si), dan dioda Zener. Dioda Ge dan dioda Si adalah dioda yang umum, yang berbeda hanya bahannya. Sedangkan Dioda Zener adalah dioda silikon yang dibuat khusus sebagai penstabil tegangan DC.

Dengan menggunakan rangkaian praktikurn yang tersedia, amati dan pahami: tegangan nyala dioda (cut-in) dan tegangan rusak (breakdown). Dari kurva karakteristik yang diperoleh, nantinya praktikan dapat menghitung besar resistansi dinamis dioda pada suatu titik keja yang ada di kurva. Terakhir adalah praktikan dapat mempelajari penggunaan dioda berdasarkan karakteristik tersebut.

1.3.2. Dioda Sebagai Penyearah

Dalam percobaan ini, praktikan akan mengamati tiga jenis penyearah gelombang sinus, yaitu penyearah gelombang setengah (half-wave), penyearah gelombang penuh (full-wave) menggunakan transformator ber- center tap, dan penyearah gelombang penuh (full-wave) yang menggunakan transformator yang
tidak ber- center tap (dengan rangkaian jernbatan).

Dengan menggunakan rangkaian percobaan yang ada, praktikan diharapkan dapat mengamati dan memahami :

1. perbedaan penyearahan gelombang setengah
2. penyearahan gelomhang penuh,
3. pengaruh tegangna nyala atau cut-in serta bentuk karakteristik dioda pada keluaran,
4. pengaruh beban untuk masing-masing jenis penyearah.

1.3.3. Dioda Sebagai Filter

Dalam percobaan ini praktikan hanya akan mengamati beberapa jenis filter, khususnya tipe RC, yaitu :

1. filter C,
2. filter R-C, dan
3. filter C-R-C.

1.4. Tugas Pendahuluan

1. Turunkan persamaan [I].
2. Carilah besar Ro untuk filter C = l000μF dan frekuensi input = 50 Hz (penyearah jembatan)
3. Terangkan bagaimana cara memperoleh Ro?
4. Carilah apa keuntungan dari penambahan komponen induktansi L (filter LC dan filter CLC) dibandingkanfilter C, RC, dan CRC.

Catatan :
Jawaban tugas ini sebagian besar diperoleh setelah mempelajari bab 4.8, 4.9, dan 4.10 dari Millman and Halkias, Integrated Electronics.

1.5. Percobaan

1.5.1. Karakteristik Dioda

1. Buatlah rangkaian percobaan seperti Gambar 1.1.
2. Hubungkan terminal X dan Y ke kana1 CRO.
3. Dengan mengubah-ubah besar tegangan rnasukan Vi amati dan catat tegangan cut-in, tegangan breakdown, dan bentuk karakteristik dioda.
4. Ulangi untuk beberapa jenis dioda lainnya.

1.5.2. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Setengah dan Filter

1. Buat rangkaian penyearah gelombang setengah (Gambar 1.2).
2. Hubungkan CT (center tap) trafo dengan C, pasang beban berupa tahanan geser, dan Hitung Vo.
3. Amati secara kualitatif bentuk gelombang, frerkuensi, gelombang, dan pengaruh pemasangan C terhadap tegangan riak.
4. Untuk suat nilai C konstan, ubah-ubahlah besarnya beban dan amati pengaruhnya pada tegangan riak.

1.5.3. Dioda Sebagai Penyearah Gelombang Penuh dan Filter

1. Buat rangkaian penyearah gelombang penuh (Gambar 1.3).
2. Amati secara kualitatif bentuk dan frekuensi gelombangnya.
3. Pasanglah sebuah nilai C dan amati bentuk riaknya dan amati juga pengaruh pembebanan pada bentuuk riaknya.
4. Pengukuran Ro : Lepaskan beban. Ukur dengan multimeter tegangan keluarannya. Hubungkan kembali beban

1.6. Lembaran Kerja
1.6.1. Tugas dan Pertanyaan

DAFTAR ISI

A. Definisi Dioda beserta fungsinya
1. Definisi
2. Sejarah
3. Fungsinya

B. Arsitektur Dioda
1. Prinsip Kerja
2. Struktur
3. Penerapannya

C. Jenis-jenis Dioda (SMD Dioda)

D. Implementasi Dioda pada rangkaian
1. Half Bridge dan Full Bridge
2. Pembatas Tegangan (Clipper)
3. Pelipat Tegangan

E. Perhitungan Dioda
Daftar Pustaka

A. Definisi Dioda beserta Fungsinya
Kata “dioda” adalah sebuah kata majemuk yang berarti “dua elektroda”, dimana “di” berarti dua dan “oda” yang berarti elektroda. Jadi dioda adalah dua lapisan elektroda N (katoda) dan lapisan P (anoda), dimana N berarti negatif dan P adalah positif. Dioda terbagi menjadi beberapa bagian, salah satu nya adalah dioda zener, germanium dan dioda silikon.
Dioda adalah komponen elektronika yang terdiri dari dua kutub dan berfungsi menyearahkan arus. Komponen ini terdiri dari penggabungan dua semikonduktor yang masing-masing diberi doping (penambahan material) yang berbeda, dan tambahan material konduktor untuk mengalirkan listrik.
Dioda adalah piranti elektronik yang hanya dapat melewatkan arus/tegangan dalam satu arah saja, dimana dioda merupakan jenis VACUUM tube yang memiliki dua buah elektroda. Karena itu, dioda dapat dimanfaatkan sebagai penyearah arus listrik, yaitu piranti elektronik yang mengubah arus atau tegangan bolak-balik (AC) menjadi arus atau tegangan searah (DC). Dioda jenis VACUUM tube pertama kali diciptakan oleh seorang ilmuwan dari Inggris yang bernama Sir J.A. Fleming (1849-1945) pada tahun 1904.B.
Walaupun diode kristal (semikonduktor) dipopulerkan sebelum diode termionik, diode termionik dan diode kristal dikembangkan secara terpisah pada waktu yang bersamaan. Prinsip kerja dari diode termionik ditemukan oleh Frederick Guthrie pada tahun 1873 Sedangkan prinsip kerja diode 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 diode yang berasal dari “di” berarti dua, dan “ode” (dari ὅδος) berarti jalur.
Jadi seperti yang sudah di singgung pada definisi dan sejarahnya jadi fungsi umum dari Dioda adalah penyearah arus listrik, mampu mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus yang searah (DC). Pada awalnya, fungsi dioda zener pada rangkaian regulator adalah sebagai pembatas tegangan arus kecil, tetapi kini dipakai untuk arus besar juga.

B. Arsitektur Dioda
Untuk dapat memperjelas prinsip kerja Dioda dalam menghantarkan dan menghambat aliran arus listrik, dibawah ini adalah rangkaian dasar contoh pemasangan dan penggunaan Dioda dalam sebuah rangkaian Elektronika.

Struktur utama dioda adalah dua buah kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n. Anoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkandung lebih sedikit, dan katoda adalah elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak. Pertemuan antara silikon n dan silikon p akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction. Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupa silikon atau germanium. Adapun semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektron valensi kurang dari 4 (Contoh: Boron) dan semikonduktor jenis n diciptakan dengan menambahkan material yang memiliki elektro valensi lebih dari 4 (Contoh: Fosfor). Untuk apa dioda digunakan? Pemancar cahaya (LED) Mungkin aplikasi modern yang paling terkenal untuk dioda ada di LED. Ini5 menggunakan jenis doping khusus sehingga ketika elektron melintasi persimpangan n-p, foton dipancarkan, yang menciptakan cahaya. Ini karena LED menyala dengan adanya tegangan positif. Jenis doping dapat divariasikan sehingga setiap frekuensi (warna) cahaya dapat dipancarkan, dari infra merah hingga ultraviolet. KonversiKonversi daya Meskipun LED mungkin merupakan aplikasi yang paling dikenal oleh kebanyakan orang, aplikasi yang paling umum sejauh ini adalah penggunaan dioda untuk perbaikan daya AC menjadi daya DC. Dengan menggunakan dioda, berbagai jenis rangkaian penyearah dapat dibuat, yang paling dasar adalah setengah gelombang, pusat gelombang penuh, dan penyearah jembatan penuh. Ini sangat penting dalam catu daya elektronik – misalnya, pengisi daya laptop – di mana arus AC, yang berasal dari catu daya utama, harus diubah menjadi arus DC yang kemudian dapat disimpan. PerlindunganPerlindungan tegangan berlebih Perangkat elektronik yang sensitif perlu dilindungi dari lonjakan tegangan, dan dioda sangat cocok untuk ini. Ketika digunakan sebagai perangkat proteksi tegangan, dioda adalah nonkonduktor, namun, mereka segera menyingkat lonjakan tegangan tinggi dengan mengirimkannya ke ground yang tidak dapat merusak sirkuit terintegrasi yang sensitif. Untuk penggunaan ini, dioda khusus yang dikenal sebagai “penekan tegangan transien” dirancang. Ini dapat menangani lonjakan daya besar dalam periode waktu singkat yang biasanya akan merusak komponen sensitif.

C. Jenis-jenis Dioda (SMD Dioda)
SMD Dioda
SMD Dioda – Dibentuk dengan menggabungkan dua semicon-ductor TipeP dan Tipe-N. Saat digabung fenomena menarik terjadi Semikonduktor TipeP memiliki lubang berlebih dan memiliki muatan positif. Semikonduktor Tipe-N memiliki kelebihan elektron.

Pada titik kontak daerah Tipe-P dan Tipe-N, lubang di Tipe-P menarik elektron dalam material Tipe-N. Oleh karena itu elektron berdifusi dan menempati lubang di material Tipe-P.6
Jenis-jenis SMD Dioda SMD Light Emitting Dioda (LED)
Pencahayaan LED – Jenis pencahayaan yang menggunakan dioda pemancar cahaya sebagai sumber penerangan. LED, Perangkat semikonduktor yang mengubah listrik menjadi cahaya dengan menggunakan gerakan elektron.

Keuntungan: LED lebih efisien dari pada lampu neon atau lampu pijar. LED tidak mengandung merkuri atau racun, tidak memancarkan sinar UV. LED tidak menarik bug. LED tahan terhadap guncangan dan getaran. LED kecil menghasilkan panas yang sangat kecil. LED tidak menghasilkan gelombang Frekuensi Radio.

SMD Switching Dioda
Dioda P-N tunggal dalam paket diskrit. Diode switching menyediakan fungsi yang sama dengan Switch.

MemilikiMemiliki resistansi tinggi di bawah tegangan yang diberikan (Saklar Terbuka), sedangkan di atas tegangan berubah ke resistansi rendah (Saklar tertutup). Switching Dioda digunakan dalam perangkat seperti modulasi cincin.

SMD Schottky Dioda Dikenal sebagai dioda pembawa panas, dioda semikonduktor yang memiliki penurunan tegangan maju rendah dan tindakan pengalihan yang sangat cepat.

Penurunan tegangan kecil di terminal dioda ketika arus mengalir melalui dioda. Dioda normal memiliki penurunan tegangan antara 0,6 hingga 1,7 volt. Sementara penurunan tegangan Dioda Schottky antara 0,15 dan 0,45 volt. Turunnya tegangan memberikan efisiensi sistem yang lebih baik dan kecepatan switching yang lebih tinggi. Sambungan Semikonduktor-Logam terbentuk, sehingga menciptakan penghalang Schottky.

SMD Current Limiting Diode (CLD) Dikenal sebagai “Current Control Diode” atau “Constant Current Diode” melakukan fungsi yang cukup unik.

Mirip dengan dioda zener, yang mengatur tegangan pada arus tertentu, batas CLD atau mengatur arus pada rentang tegangan yang lebar. CLD menggunakan proses “Field Effect” yang serupa dengan teknik difusi yang digunakan untuk pembuatan JFET dengan karakteristik listrik yang dioptimalkan untuk impedansi output tinggi dan kemampuan pengatur arus.

SMD Small Signal Diode
Semikonduktor non-linear kecil yang digunakan dalam sirkuit elektronik di mana frekuensi tinggi atau arus kecil dalam televisi, radio dan sirkuit logika digital.

Dioda sinyal kecil lebih kecil ukurannya dibandingkan dengan dioda daya biasa. Persimpangan PN dioda sinyal kecil biasanya dikemas dalam kaca untuk8 melindunginya dan umumnya memiliki pita hitam atau merah di salah satu ujung tubuhnya yang mengidentifikasi sebagai ujung katoda terminal. Dioda sinyal kecil memiliki arus dan peringkat daya yang lebih rendah dibandingkan dengan dioda penyearah tetapi dapat berfungsi lebih baik dalam aplikasi frekuensi tinggi atau dalam aplikasi switching dan kliping yang berhubungan dengan gelombang pulsa berdurasi pendek.

SMD Zener Diode
Jenis khusus dioda yang memungkinkan arus mengalir ke arah dengan cara yang sama seperti Dioda Ideal, tetapi akan mengalir ke arah sebaliknya ketika tegangan berada di atas nilai tertentu yang dikenal sebagai tegangan tembus.

Banyak dioda yang digambarkan sebagai dioda “Zener” bergantung pada kerusakan avalanche sebagai mekanisme. Aplikasi umum termasuk menyediakan tegangan referensi untuk regulator tegangan, atau melindungi perangkat semikonduktor dari pulsa tegangan sesaat.

SMD Transient Voltage Suppression (TVS) Diode
Dioda perlindungan yang dirancang untuk melindungi sirkuit elektronik terhadap transien dan tegangan berlebih seperti EFT (transien yang sangat cepat) dan ESD (pelepasan elektro-statis).

TVS Dioda adalah perangkat longsoran silikon yang biasanya dipilih untuk waktu tanggap cepat (tegangan penjepit rendah), kapasitansi rendah, dan arus bocor rendah. Dioda TVS tersedia dalam konfigurasi rangkaian dioda unidirectional (uni-polar) atau bi-directional (bi-polar).

SMD Bridge Rectifier
Susunan empat atau lebih dioda dalam konfigurasi rangkaian jembatan yang memberikan polaritas keluaran yang sama untuk polaritas masukan.

Digunakan untuk mengubah input arus bolak-balik (AC) menjadi output arus searah (DC). Penyearah jembatan menyediakan penyearah gelombang penuh dari input AC dua kawat, sehingga menghasilkan bobot dan biaya yang lebih rendah bila dibandingkan dengan penyearah dengan input 3-kawat dari transformator dengan belitan sekunder yang dipusat-pusat.

D. Implementasi Dioda pada Rangkaian

Penyearah Setengah Gelombang Penerapan dioda yang paling banyak dijumpai adalah sebagai penyearah. Penyearah berarti mengubah arus bolak-balik (AC) menjadi arus searah (DC). Sebagian besar peralatan elektronik membutuhkan sumber daya yang berupa arus searah. Untuk kebutuhan daya dan tegangan yang kecil biasanya cukup digunakan baterai atau accu, namun untuk lebih dari itu diperlukan power supply yang berupa penyearah.
Penyearah yang paling sederhana adalah penyearah setengah gelombang, yaitu yang terdiri dari sebuah dioda. Melihat dari namanya, maka hanya setengah gelombang saja yang akan disearahkan. Gambar 2.1 menunjukkan rangkaian penyearah setengah gelombang.
Rangkaian penyearah setengah gelombang mendapat masukan dari skunder trafo yang berupa sinyal AC berbentuk sinus, vi = Vm Sin ωt (gambar 2.1 (b)). Dari persamaan tersebut, Vm merupakan tegangan puncak atau tegangan maksimum. Harga Vm ini hanya bisa diukur dengan CRO yakni dengan melihat langsung pada gelombangnya. Sedangkan pada umumnya harga yang tercantum pada skunder trafo adalah tegangan efektif. Hubungan antara tegangan puncap Vm dengan tegangan efektif (Veff) atau tegangan rms (Vrms) adalah:

Tegangan (arus) efektif atau rms (root-mean-square) adalah tegangan (arus) yang terukur oleh voltmeter (amper-meter). Karena harga Vm pada umumnya jauh lebih besar dari pada Vγ (tegangan cut-in dioda)10 maka pada pembahasan penyearah ini Vγ diabaikan.
Prinsip kerja penyearah setengah gelombang adalah bahwa pada saat sinyal input berupa siklus positif maka dioda mendapat bias maju sehingga arus (i) mengalir ke beban (RL), dan sebaliknya bila sinyal input berupa siklus negatif maka dioda mendapat bias mundur sehingga tidak mengalir arus. Bentuk gelombang tegangan input (vi) ditunjukkan pada (b) dan arus beban (i) pada (c) dari gambar 2.1.
Resistansi dioda pada saat ON (mendapat bias maju) adalah Rf, yang umumnya nilainya lebih kecil dari RL. Pada saat dioda OFF (mendapat bias mundur) resistansinya besar sekali atau dalam pembahasan ini dianggap tidak terhigga, sehingga arus dioda tidak mengalir atau i = 0.
Arus yang mengalir ke beban (i) terlihat pada gambar (c) bentuknya sudah searah (satu arah) yaitu positif semua. Apabila arah dioda dibalik, maka arus yang mengalir adalah negatif. Frekuensi sinyal keluaran dari penyearah setengah gelombang ini adalah sama dengan frekuensi input (dari jala-jala listrik) yaitu 50 Hz. Karena jarak dari puncak satu ke puncak berikutnya adalah sama.

Arus dioda yang mengalir melalui beban RL (i) dinyatakan dengan:

Bila diperhatikan meskipun sinyal keluaran masih berbentuk gelombang, namun arah gelombangnya adalah sama, yaitu positip (gambar c). Berarti harga rata-ratanya tidak lagi nol seperti halnya arus bolak-balik, namun ada suatu harga tertentu. Arus rata-rata ini (Idc) secara matematis bisa dinyatakan:

Untuk penyearah setengah gelombang diperoleh:

Tegangan keluaran dc yang berupa turun tegangan dc pada beban adalah:

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, yang berarti Rf bisa diabaikan, maka :

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (Vγ) perlu dipertimbangkan, yaitu:

Dalam perencanaan rangkaian penyearah yang juga penting untuk diketahui adalah berapa tegangan maksimum yang boleh diberikan pada dioda. Tegangan maksimum yang harus ditahan oleh dioda ini sering disebut dengan istilah PIV (peak-inverse voltage) atau tegangan puncak balik. Hal ini karena pada saat dioda mendapat bias mundur (balik) maka tidak arus yang mengalir dan semua tegangan dari skunder trafo berada pada dioda. Bentuk gelombang dari sinyal pada dioda dapat dilihat pada gambar 2.2. PIV untuk penyearah setengah gelombang ini adalah:

Bentuk gelombang sinyal pada dioda seperti gambar 2.2 dengan anggapan bahwa Rf dioda diabaikan, karena nilainya kecil sekali dibanding13 RL. Sehingga pada saat siklus positif dimana dioda sedang ON (mendapat bias maju), terlihat turun tegangannya adalah nol. Sedangkan saat siklus negatip, dioda sedang OFF (mendapat bias mundur) sehingga tegangan puncak dari skunder trafo (Vm) semuanya berada pada dioda.

Penyearah Gelombang Penuh
Rangkaian penyearah gelombang penuh ada dua macam, yaitu dengan menggunakan trafo CT (center-tap = tap tengah) dan dengan sistem jembatan. Gambar 2.3 menunjukkan rangkaian penyearah gelombang penuh dengan menggunakan trafo CT.

Terminal skunder dari Trafo CT mengeluarkan dua buah tegangan keluaran yang sama tetapi fasanya berlawanan dengan titik CT sebagai titik tengahnya. Kedua keluaran ini masing-masing dihubungkan ke D1 dan D2, sehingga saat D1 mendapat sinyal siklus positip maka D1 mendapat sinyal siklus negatip, dan sebaliknya. Dengan demikian D1 dan D2 hidupnya bergantian. Namun karena arus i1 dan i2 melewati tahanan beban (RL) dengan arah yang sama, maka iL menjadi satu arah (gambar 2.3 c).
Terlihat dengan jelas bahwa rangkaian penyearah gelombang penuh ini merupakan gabungan dua buah penyearah setengah gelombang yang hidupnya bergantian setiap setengah siklus. Sehingga arus maupun tegangan rata-ratanya adalah dua kali dari penyearah setengah gelombang. Dengan cara penurunan yang sama, maka diperoleh:

Apabila harga Rf jauh lebih kecil dari RL, maka Rf bisa diabaikan, sehingga:

Apabila penyearah bekerja pada tegangan Vm yang kecil, untuk memperoleh hasil yang lebih teliti, maka tegangan cut-in dioda (Vγ) perlu dipertimbangkan, yaitu

Tegangan puncak inverse yang dirasakan oleh dioda adalah sebesar 2Vm. Misalnya pada saat siklus positip, dimana D1 sedang hidup (ON) dan D2 sedang mati (OFF), maka jumlah tegangan yang berada pada dioda D2 yang sedang OFF tersebut adalah dua kali dari tegangan skunder trafo. Sehingga PIV untuk masing-masing dioda dalam rangkaian penyearah dengan trafo CT adalah:

Penyearah gelombang penuh sistem jembatan
Penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini bisa menggunakan sembarang trafo baik yang CT maupun yang biasa, atau bahkan bisa juga tanpa menggunakan trafo. Rangkaian dasarnya adalah seperti pada gambar 2.4.
Prinsip kerja rangkaian penyearah gelombang penuh sistem jembatan dapat dijelaskan melalui gambar 2.4. Pada saat rangkaian jembatan mendapatkan bagian positip dari siklus sinyal ac, maka (gambar 2.4 b):
– D1 dan D3 hidup (ON), karena mendapat bias maju
– D2 dan D4 mati (OFF), karena mendapat bias mundur
Sehingga arus i1 mengalir melalui D1, RL, dan D3. Sedangkan apabila jembatan memperoleh bagian siklus negatip, maka (gambar 2.4 c):
– D2 dan D4 hidup (ON), karena mendapat bias maju
– D1 dan D3 mati (OFF), karena mendapat bias mundur
Sehingga arus i2 mengalir melalui D2, RL, dan D4. Arah arus i1 dan i2 yang melewati RL sebagaimana terlihat pada gambar 2.4 b dan c adalah sama, yaitu dari ujung atas RL menuju ground. Dengan demikian arus yang mengalir ke beban (iL) merupakan penjumlahan dari dua arus i1 dan i2, dengan menempati paruh waktu masing-masing (gambar 2.4 d).
Besarnya arus rata-rata pada beban adalah sama seperti penyearah gelombang penuh dengan trafo CT, yaitu: Idc = 2Im/π = 0.636 Im (persamaan 2.8). Untuk harga Vdc dengan memperhitungkan harga Vγ adalah:

Harga 2Vγ ini diperoleh karena pada setiap siklus terdapat dua buah dioda yang berhubungan secara seri
Disamping harga 2Vγ ini, perbedaan lainnya dibanding dengan trafo CT adalah harga PIV. Pada penyearah gelombang penuh dengan sistem jembatan ini PIV masing-masing dioda adalah:

 Rangkaian Clipper (pemotong)
Rangkaian clipper (pemotong) digunakan untuk memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan yang berada di bawah atau di atas level tertentu. Contoh sederhana dari rangkaian clipper adalah penyearah setengah gelombang. Rangkaian ini memotong atau menghilangkan sebagian sinyal masukan di atas atau di bawah level nol.
Secara umum rangkaian clipper dapat digolongkan menjadi dua, yaitu: seri dan paralel. Rangkaian clipper seri berarti diodanya berhubungan secara seri dengan beban, sedangkan clipper paralel berarti diodanya dipasang paralel dengan beban. Sedangkan untuk masing-masing jenis tersebut dibagi menjadi clipper negatip (pemotong bagian negatip) dan clipper positip (pemotong bagian positip). Dalam analisa ini diodanya dianggap ideal.
Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper seri adalah sebagai berikut:
1. Perhatikan arah dioda
 bila arah dioda ke kanan, maka bagian positip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian negatip akan dipotong (berarti clipper negatip)
 bila arah dioda ke kiri, maka bagian negatip dari sinyal input akan dilewatkan, dan bagian positip akan dipotong (berarti clipper positip)
2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada)
3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol pada level baterai (yang sudah ditentukan pada langkah 2 di atas)
4. Batas pemotongan sinyal adalah pada sumbu nol semula (sesuai dengan sinyal input) Rangkaian clipper seri positip adalah seperti gambar 2.5. dan rangkaian clipper seri negatif adalah gambar 2.6

Petunjuk untuk menganalisa rangkaian clipper paralel adalah sebagai berikut:
1. Perhatikan arah dioda.  bila arah dioda ke bawah, maka bagian positip dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper positip)  bila arah dioda ke atas, maka bagian negatip dari sinyal input akan dipotong (berarti clipper negatip)
2. Perhatikan polaritas baterai (bila ada).
3. Gambarlah sinyal output dengan sumbu nol sesuai dengan input.
4. Batas pemotongan sinyal adalah pada level baterai.
Rangkaian clipper paralel positip adalah seperti gambar 2.7 dan rangkaian clipper paralel negatip adalah gambar 2.8.

 Rangkaian Pelipat Tegangan
Dengan menggunakan rangkaian pelipat tegangan (voltage multiplier) pada skunder trafo yang relatif kecil dapat diperoleh tegangan searah keluaran sebesar dua, tiga, empat atau lebih kali lipat tegangan input. Rangkaian ini banyak digunakan pada pembangkit tegangan tunggu namun dengan arus yang kecil seperti pada catu daya tabung gambar.

Gambar 2.13 merupakan rangkaian pelipat tegangan dua kali setengah gelombang.
Pada saat tegangan skunder trafo berpolaritas positip (setengah siklus positip), maka dioda D1 menghantar dan dioda D2 tidak menghantar. Secara ideal dioda yang sedang menghantar dianggap hubung singkat. Oleh karena itu C1 diisi tegangan melalui D1 hingga mencapai Vm dengan polaritas seperti ditunjukkan pada gambar 2.13 b.
Pada saat setengah siklus berikutnya yaitu siklus negatip, maka dioda D1 tidak menghantar dan dioda D2 menghantar. Oleh karena itu kapasitor C2 diisi tegangan dari skunder trafo sebesar Vm dan dari C1 sebesar Vm, sehingga total sebesar 2 Vm.
Apabila pada output diberi resistor beban (RL), maka tegangan pada ujung C2 turun selama siklus positip dan diisi kembali hingga 2 Vm selama siklus negatip. Bentuk gelombang output pada ujung C2 adalah seperti bentuk output penyearah setengah gelombang dengan filter C. Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.
Rangkaian yang ditunjukkan pada gambar 2.14 adalah pelipat tegangan dua kali gelombang penuh. Selama siklus positip dari skunder trafo dioda D1 menghantar dan C1 mengisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D2 tidak menghantar (gambar 2.14 b). Selama siklus negatip dioda D2 menghantar dan C2 mengisi tegangan hingga Vm, sedangkan dioda D1 tidak menghantar (gambar 2.14 c). Tegangan puncak inverse (PIV) untuk setiap dioda adalah 2 Vm.
Jika tidak ada beban, maka tegangan pada ujung C1 dan C2 adalah 2 Vm. Jika beban dipasang pada output, maka bentuk gelombang pada ujung C1 dan C2 adalah seperti halnya pada kapasitor yang diumpankan dari penyearah gelombang penuh. Perbedaannya adalah bahwa pada rangkaian pelipat tegangan ini C1 dan C2 berhubungan secara seri, sehingga nilainya lebih kecil dari masing-masing C.
Dari rangkaian pelipat tegangan dua kali seperti yang sudah dijelaskan di depan kemudian dapat dikembangkan rangkaian pelipat tiga, empat kali tegangan input. Gambar 2.15 merupakan rangkaian pelita tegangan tersebut. Dari penjelasan di depan kiranya sudah cukup jelas bagaimana prinsip kerja rangkaian ini.

E. Perhitungan Dioda
 Dioda Zener
Dioda zenner merupakan salah satu komponen pasif elektronika yang umumnya berfungsi sebagai penstabil tegangan. Dioda ini memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik ke arah yang berlawanan (dari katoda ke anoda) jika tegangan yang diberikan melampaui batas “tegangan tembus” (breakdown voltage) atau “tegangan Zener”. Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah dari anoda ke katoda.

Dioda zenner ini sendiri bentuknya sangat kecil namun pada umumnya dapat dikenali dari fisiknya yang terbuat dari kaca dan berwarna keemasan. garis hitam yang berada di salah satu ujung badan zener merupakan katoda, sedangkan ujung satunya adalah anoda.
Rangkaian & Rumus

Rangkaian Dasar Dioda Zener
D = Dioda zener
RS = Resistor sumber
VS/VIN = Tegangan sumber/input
VOUT = Tegangan output
IS = Arus sumber
IZ = Arus Zener

Berlaku persamaan :

Dari persamaan diatas terlihat bahwa besarnya arus sumber yang dibutuhkan adalah besarnya tegangan input dikurang tegangan output lalu hasil tersebut dibagi dengan nilai R yang terhubung pada sumber. Nilai dari VOUT dapat langsung diketahui dari VZ karena terhubung paralel sehingga VOUT = VZ. Perlu diingat bahwa rangkaian diatas belum dipasang beban (RL), artinya perhitungan diatas hanya digunakan untuk mencari seberapa besar arus maksimal yang dapat dihasilkan pada output atau beban.

Rangkaian Dioda Zener dengan Beban
Rangkaian diatas merupakan contoh penerpan dioda zener pada beban. Pada rangkaian tersebut kita dapat mengetahui besaran arus zener (IZ), arus beban (IRL) dan tahanan minimum (RLmin) yang dapat dipasang. Apabila tahanan yang dipasang terlalu kecil, maka arus yang dialirkan akan semakin besar sehingga dapat membuat dioda zener tidak berkerja sebagaimana mestinya.
UntukUntuk menentukan arus zener (IZ), berlaku persamaan :

Arus sumber (IS) dan arus beban (IRL) masing masing didapat dari :

Untuk mengetahui nilai beban minimum (RLmin) yang dapat dipasang, perlu mengetahui nilai dari arus sumber (IS) dan tegangan zener (VZ) atau tegangan output (VOUT). Mencari beban minimum (RLmin) artinya mencari arus maksimum yang dapat dialirkan ke beban sesuai dengan hukum ohm. Arus maksimum terjadi apabila arus yang mengalir ke dioda zener = 0 A.
Sehingga untuk menentukan RLmin , berlaku persamaan:

Contoh Soal untuk Dioda Zener

1. Simbol dioda
Gambar simbol skematik dioda terlihat seperti pada gambar 1a. Sisi p disebut sebagai anoda dan sisi n disebut sebagai katoda. Gambar 1b. menunjukan beberapa bentuk fisik dari dioda. Beberapa atau tidak selalu kaki katoda pada dioda dikenali dengan adanya tanda gelang berwarna. Sedangkan gambar 1.c menunjukan gambar rangkaian bias maju suatu dioda dimana kaki anoda tersambung dengan kutub positif baterai dan kaki katoda tersambung dengan kutub negatif baterai.

2. Kurva Dioda D
Dengan memberi bias maju kepada dioda seperi gambar 1.c diatas, kita dapat mengukur arus dan tegangan dioda. Kemudian kita buat plot data hasil pengukuran menjadi gambar grafik kurva dioda seperti pada gambar 2.
Pada gambar tersebut nampak bahwa pada bagian bias maju dimana arus dioda naik secara cepat dimulai pada suatu nilai tegangan tertentu yang dikenal sebagai tegangan lutut (knee voltage) Vk = 0,7 V.
Dari gambar juga tampak bahwa setelah tegangan dioda melewati tegangan lutut arus akan naik, hal ini disebapkan adanya parameter yang disebut sebagai ohmic resistance dalam dioda. Karena dioda terbentuk dari gabungan komponen sisi p dan n dimana masing-masing mempunyai nilai hambatan tertentu maka dalam dioda terdapat hambatan dalam yang disebut sebagai hambatan bulk yang merupakan penjumlahan kedua hambatan ohmic dioda.
RB = Rp + Rn

Gambar 2.

3. Pendekatan ideal dioda
Kurva dioda seperti pada gambar 2 kadang berbeda untuk masingmasing dioda, walaupun untuk dioda silikon nilai tegangan knee akan27 tetap 0,7 V. Untuk mempermudah analisa suatu rangkaian dioda akan coba dibuat 3 pendekatan yang bisa dipergunakan. Yang pertama adalah pendekatan ideal suatu dioda dimana dioda disimpulkan seperti sebuah saklar pada suatu rangkaian yanga akan menutup jika dibias maju dan akan terbuka jika dibias mundur.

Gambar 4.
Dari gambar kurva dioda ideal nampak bahwa dioda seolah-olah mempunyai hambatan = 0 saat dibias maju dan hambatan tak terhingga saat dibias mundur. 4.

Pendekatan ke-2 dioda Dalam pendekatan ini, kita gambarkan dioda sebagai sebuah saklar yang terhubung seri dengan tegangan lutut Vk = 0,7 V. Jika tegangan pengganti tevenin yang tersambung ke dioda melebihi 0,7 V maka saklar akan menutup.

5. Pendekatan ke-3 dioda
Pendekatan ini jarang dipergunakan karena nilai hambatan bulk sangat kecil sehingga bisa diabaikan. Jika nilai hambata bulk memenuhi syarat : RB < 0,01 RT (tahanan tevenin di depan dioda) maka RB bisa diabaikan. Dalam pendekatan ini dioda digambarkan sebagai sebuah saklar yang tersambung seri dengan tegangan lutut dan sebuah hambatan bulk.
NilaiNilai VD = 0,7 V + IDRB

Gambar 6. Pendekatan

Contoh soal pembahasan pendekatan dioda
Suatu rangkaian dioda tampak seperti gambar 7. Hitung nilai IL dan VL untuk masing-masing pendekatan 1, 2, dan 3 untuk gambar 7.a dan 7b. Untuk pendekatan ke-3 dimisalkan menggunakan dioda 1N4001 dengan RB = 0,23 Ω.

Jawab : Untuk gambar 7a :
1) Pendekatan ideal : Karena dioda dibias maju maka dioda dianggap sebagai saklar tertutup sehingga tegangan sumber akan terukur pada beban atau VL = Vs = 10 V.
Dengan menggunakan hukum ohm didapatkan nilai arus beban :

2) Pendekatan ke-2 : Karena dioda dibias maju, maka tegangan beban VL akan berupa tegangan sumber dikurangi drop tegangan di dioda.

Dan

3) Pendekatan ke-3 : Karena nilai RB = 0,23 Ω dan sangan kecil jika dibandingkan dengan nilai RL = 1 KΩ, maka nilai RB dapat diabaikan sehingga nilai IL dan VL akan sama dengan nilai IL pada pendekatan ke-2 sebesar 9,3 mA dan nilai VL = 9,3 V. Untuk gambar 7b :
Untuk menyelesaikan soal seperti gambar 7b. maka terlebih dahulu perlu dibuat penyederhanaan menggunakan teori tevenin norton seperti gambar dibawah ini.

Terlihat ada rangkaian pembagi tegangan dengan hambatan 6 KΩ dan hambatan 3 KΩ sebelum dioda jika dilihat dari tegangan sumber. Sehingga didapatkan nilai teganagn tevenin (tegangan di hambatan 3 KΩ ) sebesar :

Dan nilai tahanan tevenin (tahanan paralel antara 3KΩ dan 6KΩ) = 2 KΩ
1. Pendekatan Dioda ideal Dari gambar penyederhanaan tevenin bisa dihitung nilai IL sebesar :

R adalah hambatan seri antara 1 KΩ dan 2 KΩ Dan nilai VL = IL x RL = 4 mA x 1 KΩ = 4 V
2. Pendekatan ke-2 : Karena tegangan dioda sebesar 0,7 V maka nilai IL :

Dan nilai VL = IL x RL = 3,77 mA x 1 KΩ = 3,77 V
3. Pendekatan ke-3 Karena nilai RB = 0,23 Ω dan sangat kecil jika dibandingkan dengan nilai RL = 1 KΩ, maka nilai RB dapat diabaikan sehingga nilai IL dan VL akan sama dengan nilai IL pada pendekatan ke-2 sebesar 3,77 mA dan nilai VL = 3,77 V.
Soal untuk pendekatan ke-3 : Jika nilai tahanan beban pada gambar 7a. diganti dengan tahanan senilai 10 Ω maka hitung IL dan VL.
Jawab :

ekuivalen dengan

Sehingga total hambatan menjadi RT = 0,23 Ω + 10 Ω = 10,23 Ω
Tegangan yang melewati RT sebesar VT = 10 V – 0,7 V = 9,3 V30
Maka nilai

dan
VL = IL x RL = 0,909 x 10 Ω = 9,09 V
6. Analisa Up-Down
Analisa ini digunakan untuk lebih memahami suatu rangkaian. Misalkan dioda dirangkai seperi pada gambar berikut :

Pada pendekatan ke-2 ada 3 parameter yaitu Vs (tegangan sumber), RL (hambatan beban) dan Vk (tegangan knee) dan ada 5 parameter yang tergantung dari ketiga nilai tersebut yaitu VL (tegangan beban), IL (arus beban), PD (daya dioda) , PL (daya beban), dan PT (daya total). Jika tegangan sumber dinaikkan maka akan terlihat parameter mana yang akan naik (Up), turun (Down) atau tetap (No change).
 Jika tegangan sumber naik sedikit, penurunan dioda masih 0,7V, yang berarti tegangan beban harus dinaikkan. Jika tegangan beban meningkat, arus beban meningkat. Peningkatan arus beban berarti bahwa daya dioda dan daya beban meningkat. Daya total adalah jumlah daya dioda dan daya beban, sehingga daya total harus meningkat.

Dari pernyataan tersebut bisa dibuat tabel sebagai berikut :

	VL	IL	PD	PL	PT
Vs naik	U	U	U	U	U
RL naik	N	D	D	D	D
Vk naik	D	D	U	D	D

7. Garis beban dioda
Garis beban seperti yang sering akan dijumpai pada transistor digunakan untuk mengetahui nilai sebenarnya dari suatu arus dan tegangan dioda pada suatu rangkaian.
MisalMisal dioda dirangkai bias maju seperti gambar berikut :

Maka akan didapatkan garis beban dengan melalui tahap sebagai berikut:

Berdasarkan rumus tersebut akan kita cari nilai ID jika VD = 0 dan VD = VS.
1. Untuk VD = 0 maka nilai

2. Untuk VD = VS= 2 V maka nilai

Dari kedua nilai ID tersebut dan nilai VD masing-masing ke dalam kurva dioda maka dapat ditarik garis yang nantinya akan disebut garis beban. Titik yang berpotongan antara garis beban dan garis kurva dioda disebut titik Q yang akan menunjukkan nilai sebenarnya dari arus dioda dan tegangan dioda untuk rangkaian dioda tersebut.

Daftar Pustaka
https://www.gurupendidikan.co.id/dioda/
https://cerdika.com/dioda/?amp
https://www.studiobelajar.com/dioda/#:~:text=Struktur%20utama%20dioda%20adalah%20dua,adalah%20elektroda%20yang%20terhubung%20dengan
https://teknikelektronika.com/fungsi-dioda-cara-mengukur-dioda/#:~:text=Dioda%20pada%20umumnya%20mempunyai%202,mengalirkan%20arus%20ke%20arah%20sebaliknya.
https://blog.ub.ac.id/arsitek/mengenal-apa-itu-dioda-jenis-dan-fungsinya-dalam-arsitektur/
http://myelectronicnote.blogspot.com/p/smd-diodes.html?m=1
https://www.google.com/url?sa=t&source=web&rct=j&url=http://staffnew.uny.ac.id/upload/131666733/pendidikan/Elektronika%2B-%2BTeori%2Bdan%2BPenerapan-BAB2-sc.pdf&ved=2ahUKEwiJ_uv88YDxAhV_4nMBHUBbBNAQFjAAegQIBBAC&usg=AOvVaw3g7-G5gZYjfkEt72FA0FXt
Buku.Elektronika.Teori.dan.Penerapan.by.Herman.Dwi.Surjono.Ph.D.
https://www.aiesie.com/blog/memahami-dioda-zener-beserta-rumus-dan-perhitungannya/
http://bismarmaulani.blogspot.com/2011/04/teori-dioda.html?m=1