Aplikasi dioda pada Rangkaian Elektronika

Dioda merupakan komponen semikonduktor yang paling sederhana. Meskipun begitu, aplikasi dioda pada rangkaian elektronika bisa dikatakan banyak. Terutama dalam berbagai aplikasi sistem elektronika modern.

Berbagai rangkaian elektronika dan rangkaian listrik banyak menggunakan dioda sebagai salah satu komponen pendamping yang sangat penting untuk menghasilkan keluaran tertentu sesuai dengan perancangan yang diinginkan. Dioda dikatakan komponen semikonduktor yang paling sederhana karena hanya mempunyai 2 cara kerja utama, yaitu forward biased dan reverse biased. Selain itu dioda juga hanya mempunyai 2 kaki, yaitu Anoda dan Katoda.

Dioda akan mengalirkan arus DC ketika difungsikan sebagai forward biased, dan akan memblok tegangan DC ketika difungsikan sebagai reverese biased. Dalam mengalirkan arus DC, dioda akan menurunkan tegangan sebesar 0.6 Volt. Angka ini merupakan tegangan batas ambang bawah dari sebuah dioda silikon pada umumnya. Secara umum, ketika dioda dialirkan langsung dari arus DC sebagai forward biased, maka dioda dianggap hubung singkat dengan mengalirkan arus tersebut.

Berikut ini berbagai aplikasi dioda yang banyak digunakan pada rangkaian elektronika, yakni sebagai penyearah arus AC, pemotong sinyal, clamper, dasar gerbang logika, pendobel tegangan, pengaman polaritas DC, dan proteksi arus pada solar cell.

Aplikasi dioda sebagai Rectifier (Penyearah)

Aplikasi dioda sebagai penyearah tegangan AC atau rectifier adalah rangkaian dasar dari sebuah power supply yang paling banyak digunakan pada hampir semua rangkaian elektronika. Ada terdapat beberapa rangkaian variasi dari penyearah dioda, yang mana masing-masing variasi rangkaian dioda memiliki karakteristik sinyal output yang berbeda pula.

Beberapa jenis dasar dioda sebagai rectifier atau penyerah adalah rangkaian setengah gelombang (half wave rectifier), gelombang penuh center tap (full wave center tapped), dan rangkaian jembatan gelombang penuh (full wave bridge rectifier).

rangkaian penyearah setengah gelombangrangkaian penyearah gelombang penuh dengan jembatan dioda rangkaian penyearah gelombang penuh dengan center tap (CT)

Gambar diatas merupakan contoh aplikasi dioda sebagai rangkaian dioda penyearah yang masing-masing mempunyai hasil gelombang sinyal yang berbeda. Mengenai cara kerja dan pemahaman lebih lanjut tentang rangkaian dioda sebagai rangkaian penyearah akan dijelaskan pada postingan tersendiri.

Aplikasi dioda sebagai Clipper (Pemotong sinyal)

Rangkaian clipper adalah rangkaian yang berfungsi untuk memotong bagian sinyal tertentu sesuai dengan yang diinginkan. Biasanya rangkaian pemotong sinyal atau clipper banyak digunakan pada rangkaian pemancar FM, yang mana biasanya rangkaian tersebut berfungsi untuk membantu mengurangi noise.

Selain itu aplikasi dioda clipper juga dipakai untuk rangkaian pengaman tegangan dan memastikan sinyal tegangan output tidak melebihi batas level tertentu. rangkaian clipper bisa disebut juga sebagai rangkaian pembatas tegangan. Berikut ini adalah contoh rangkaian dari dioda yang digunakan sebagai clipper atau pemotong sinyal.

gambar: electronics-tutorials.ws

Aplikasi dioda sebagai rangkaian penjepit (clamping circuits)

Rangkaian clamper adalah rangkaian yang berfungsi untuk menjepit atau menggeser tegangan puncak dari sinyal menjadi ke level tertentu yang diinginkan. Tegangan puncak yang diubah atau di geser bisa puncak positif atau negatif sinyal. Rangkaian clamper disebut juga dengan rangkaian level shifter atau DC restorer. Berikut adalah contoh rangkaian penjepit sinyal dengan menggunakan dioda.

Dioda sebagai rangkaian logika dasar

Dioda merupakan salah satu komponen dasar dari rangkaian gerbang logika digital yang ada saat ini. Sebelum ditemukan transistor dan IC, untuk membuat rangkaian digital sederhana dapat digunakan beberapa dioda yang disusun sedemikian rumah hingga menjadi rangkaian gerbang digital tertentu sepertu gerang AND, NAND, NOT dan lain-lain.

Dioda dijadikan sebagai dasar gerbang logika digital didasarkan pada kondisi pemanfaatan impedansi rendah dan tinggi dengan level tegangan tertentu sehingga menghasilkan kondisi 0 dan 1 meskipun memiliki beberapa keterbatasan jika dibandingkan dengan gerbang logika dasar yang menggunakan transistor.

dioda sebagai rangkaian gerbang logika dasar
Dioda sebagai rangkaian gerbang logika dasar

Rangkaian diatas adalah contoh dari rangkaian dioda sebagai dasar gerbang logika, yang mana dalam hal ini yang ditampilkan adalah contoh dari rangkaian gerbang logika OR. Kedua dioda dirangkai sebagai forward bias terhadap input positif. Ketika salah satu saklar A atau B tertutup, maka tegangan positif akan mengalir pada dioda dan menghasilkan output 1.

Dioda sebagai Voltage Multiplier (Pendobel tegangan)

Rangkaian dioda sebagai pendobel tegangan atau voltage multiplier terdiri dari beberapa dioda dan kombinasi kapasitor. Pada dasarnya, pendobel tegangan akan menghasilkan tegangan ganjil atau genap dari sinyal input terhadap outputnya. berikut ini adalah contoh rangaian dioda sebagai voltage multiplier.

Contoh rangkaian dioda sebagai pendobel tegangan atau voltage multiplier

Gambar diatas merupakan contoh rangkaian pendobel tegangan dengan menggunakan dioda setengah gelombang yang menghasilkan tegangan keluaran dua kali lipat dari masukannya. Yang mana tegangan masukan merupakan tegangan AC bukan DC. Arus AC masuk pada dioda D1 yang dirangkai secara forward biased, dan dioda D2 dirangkai secara reverse biased.

Kapasitor C1 akan mengisi hingga tegangan puncak dicapai melalui dioda D1. Ketika tegangan AC setengah siklus masuk melalui C1, maka D1 akan berfungsi sebagai forward biased dan D2 akan berfungsi sebagai forward biased. Setelah itu kapasitor C2 akan mulai mengisi D2 dan C1 secara menyeluruh sehingga pada kapasitor C2 akan didapatkan dua kali tegangan Vm atau tegangan puncak dari input.

Setelah itu ketika tegangan AC berada pada siklus positif, maka D2 yang terpasang bias terbalik atau reverse biased, tegangan yang berada pada kapasitor C2 akan keluar melalui beban, dan seterusnya, dan seterusnya. Oleh karena itulah kita akan mendapatkan tegangan dobel pada rangkaian tersebut.

Sebenarnya dengan konfigurasi dioda dan kapasitor diatas tidak hanya dua kali tegangan output yang bisa kita dapatkan, bahkan tripler, atau quadrupler bisa kita peroleh dengan menambahkan kombinasi dioda dan kapasitor sama seperti rangkaian di atas.

Dioda sebagai Pengaman polaritas DC

Polaritas arus DC memang berbeda dengan arus AC yang tidak memiliki persoalan pada polaritas. pada arus DC, ketika polaritas catu daya yang masuk pada rangkaian elektronika dapat mengakibatkan hal yang fatal. Artinya polaritas arus DC yang terbalik dapat merusak rangkaian atau perangkat elektronika terserbut.

Untuk itulah diperlukan sebuah pengaman polaritas terhadap rangkaian elektronika yang mayoritas menggunakan arus DC sebagai catuannya untuk menghindari kerusakan akibat catu daya terbalik karena ketidaksengajaan.

Dioda merupakan salah satu komponen yang dapat digunakan sebagai pengaman polaritas terbalik dari arus DC. Untuk menggunakannya sangat mudah, cukup bagian positif catu daya atau baterai di hubungkan secara seri terhadap input catuan positif dari rangkaian elektronika yang akan dilindungi. Dioda tersebut harus dipasangkan secara forward biased. Berikut ini adalah contoh rangkaian sederhana dari pengaman polaritas tegangan DC.

dioda sebagai pengaman polaritas dc
Contoh rangkaian dioda sebagai pengaman polaritas DC

Dioda sebagai Pelindung tekanan tegangan (Voltage Spike Suppression)

Pada kasus beban induktif seperti relay misalnya, ketika dialiri arus listrik dan terdapat medan magnet pada lilitan tersebut, pada saat dilepaskan kembali, maka pada lilitan tersebut akan menjadi induktif dan akan menimbulkan tegangan tinggi secara tiba-tiba atau tegangan tinggi kejut. Hal ini karena disebabkan oleh medan magnet yang tersimpan pada lilitan yang terdapat pada komponen relay tersebut. Hal itu akan menimbulkan kerusakan terhadap rangkaian yang terhubung pada beban induktif tersebut.

Oleh sebab itulah dibutuhkan sebuah dioda yang terhubung paralel dengan beban induktor yang terhubung pada rangkaian elektronika untuk meredam tegangan tinggi secara tiba-tiba karena timbulnya aliran medan magnet.rangkaian driver relayGambar diatas merupakan salah satu rangkaian yang menggunakan dioda sebagai pengaman dari lonjakan tegangan tinggi yang timbul dari akibat medan magnet pada lilitan relay. Sebuah dioda di rangkai secara paralel terhadap bagian lilitan relay untuk mencegah timbulnya medan magnet induktif. Dengan dipasangkan dioda, maka rangkaian akan terhindar dari lonjakan tegangan tinggi secara tiba-tiba ketika relay aktif dan di off kan.