1

EFEK HALL DAN SAMBUNGAN P-N

1. Efek Hall

a) Medan Magnet

Medan magnet dalam ilmu Fisika adalah suatu medan yang dibentuk dengan

menggerakan muatan listrik (arus listrik) yang menyebabkan munculnya gaya di muatan listrik

yang bergerak lainnya (Putaran mekanika kuantum dari satu partikel membentuk medan magnet

dan putaran itu dipengaruhi oleh dirinya sendiri seperti arus listrik; inilah yang menyebabkan

medan magnet dari ferromagnet "permanen"). Sebuah medan magnet adalah medan vektor: yaitu

berhubungan dengan setiap titik dalam ruang vektor yang dapat berubah menurut waktu. Arah

dari medan ini adalah seimbang dengan arah jarum kompas yang diletakkan di dalam medan

tersebut.

Gambar 1. Aliran Arus Melalui Kawat Penghantar Pembentuk Medan Magnet

Hasil kerja Maxwell telah banyak menyatukan listrik statis dengan kemagnetan, yang

menghasilkan sekumpulan empat persamaan mengenai kedua medan tersebut. Namun,

berdasarkan rumus Maxwell, masih terdapat dua medan yang berbeda yang menjelaskan gejala

yang berbeda. Einsteinlah yang berhasil menunjukkannya dengan relativitas khusus,

bahwa medan listrik dan medan magnet adalah dua aspek dari hal yang sama (tensor tingkat 2),

dan seorang pengamat bisa merasakan gaya magnet di mana seorang pengamat bergerak hanya

merasakan gaya elektrostatik. Jadi, dengan menggunakan relativitas khusus, gaya magnet adalah

manifestasi dari gaya elektrostatik dari muatan listrik yang bergerak, dan bisa diprakirakan dari

2

pengetahuan tentang gaya elektrostatik dan gerakan muatan tersebut (relatif terhadap seorang

pengamat).

Magnetisme adalah salah satu fenomena dimana material mengeluarkan gaya menarik

atau menolak pada material lainnya. Beberapa material yang memiliki sifat magnet adalah besi,

dan beberapa baja, dan mineral lodestone; namun, seluruh material pasti terpengaruh walaupun

sedikit saja oleh kehadiran medan magnet, meskipun dalam kebanyakan kasus pengaruhnya

sangat kecil untuk dideteksi tanpa alat khusus.

Gaya magnet (gaya Lorentz) adalah gaya dasar yang terjadi karena gerakan muatan

listrik. Persamaan Maxwell menjelaskan awal dan sifat dari medan yang mengatur gaya-gaya

tersebut (lihat hukum Biot-Savart). Oleh karena itu, magnetisme terlihat ketika partikel

bermuatan dalam gerak. Ini dapat terjadi baik dari gerakan elektron dalam sebuah arus listrik,

menghasilkan "elektromagnetisme", atau dari gerakan orbitalmekanika-kuantum (tidak

ada gerakan orbital elektron sekitar nukleus seperti planet sekitar matahari, tetapi ada "kecepatan

elektron efektiv") dan spin dari elektron, menghasilkan apa yang dikenal sebagai "magnet

permanen".

Gambar 2. Garis Medan Magnet di atas Selembar Kertas.

Ketika sebuah partikel bermuatan bergerak melalui sebuah medan magnet B, akan menimbulkan

sebuah gaya F diberikan oleh perkalian silang yaitu sebagai berikut :

Keterangan :

adalah muatan listrik dari partikel tersebut

adalah vektor kecepatan partikel

adalah medan magnet

3

Karena ini adalah sebuah perkalian silang atau cross product, gaya ini tegak

lurus terhadap gerakan partikel dan medan magnet. Namun, gaya magnetik tidak bekerja pada

partikel melainkan mengganti arah gerakan partikel, tetapi tidak dapat menyebabkan dia untuk

menambah atau mengurangi kecepatan.

Untuk muatan yang bergerak dalam medan magnet akan mengalami gaya Lorentz

sebesar:

F = q v B sin θ

Keterangan :

q = besarnya muatan (C)

v = kecepatan muatan

B = medan magnet

θ = sudut antara arah gerakan muatan terhadap medan B

Gaya Lorentz akan tibul pada kawat penghatar dengan panjang L yang dialiri arus listrik

sebesar I, kemudian kawat tersebut diletakkan pada daerah yang dipengaruhi medan magnet B.

Adapun besarnya gaya lorentz dipengaruhi oleh besar medan magnet, kuat arus, dan sudut yang

dibentuk oleh medan magnet. Gaya Lorentz sebagai berikut :

Florentz = B I L sin α

Keterangan :

B = kuat medan magnet (Tesla)

I = kuat arus yang mengalir pada kawat (ampere)

l = panjang kawat (meter)

α = sudut yang dibentuk oleh B dan I

Arah gaya Lorentz dapat ditentukan dengan menggunakan kaidah tangan kanan kedua yaitu :

Telapak tangan kanan dibuka, jari-jari dirapatkan kecuali ibu jari.

Ibu jari sebagai arah arus, jari-jari lainnya adalah arah induksi magnet

Arah telapak tangan menunjukkan arah gaya Lorentz

Sudut θ adalah sudut yang dibentuk oleh ibu jari dengan jari-jari lainnya.

4

Gambar 3. Kaidah tangan kanan.

b) Efek Hall

Efek hall adalah peristiwa membeloknya arus listrik dalam pelat konduktor karena

adanya pengaruh medan magnet. Peristiwa ini pertama kali ditemukan oleh ilmuwan bernama Dr

Edwin Hall pada tahun 1879. Beliau menemukan bahwa jika medan magnet sebuah magnet akan

tegak lurus dengan suatu permukaan pelat emas yang dialiri arus. Sehingga terbentuk beda

potensial pada ujung-ujung pelat yang saling berlawanan.

Prinsip utama efek Hall adalah gaya Lorentz. Gaya Lorentz akan terjadi ketika sebuah

bahan konduktor berbentuk pelat dan diberi medan magnet yang dialiri arus listrik. Permukaan

atas pelat konduktor tersebut akan sejajar dengan muatan positif yang arahnya ke atas.,sedangkan

bagian bawah konduktor akan sejajar dengan muatan negative yang mengarah ke bawah. Oleh

karena itu akan timbul medan listrik dan beda potensial pada penghantar.

Setiap bahan konduktor dan semikonduktor akan memiliki konstanta Hall yang berbeda.

Hal ini dikarenakan jenis pembawa muatan yang berbeda. Dalam praktikum ini akan ditentukan

koefisien bahan semikonduktor yaitu Germanium (semikonduktor intrinsic) dan n

Germanium(semikonduktor ekstrinsik).

Jika medan magnet B diletakkan tegak lurus pada suatu pelat logam (konduktor atau

semikonduktor) dengan cara menempatkan plat tersebut diantara muka-muka kutub sebuah

elektromagnet. Medan ini akan mengarahkan gaya pembelok F pada plat sebagaimana

dirumuskan dalam il x B , yang menunjukkan ke arah kanan seperti pada Gambar 1.

Gambar 4. Model Percobaan Efek Hall

5

Oleh karena gaya yang mengarah ke samping pada plat tersebut adalah disebabkan oleh

gaya pembawa muatan, yaitu qv x B. Pembawa-pembawa muatan positif (hole) atau negatif

(electron) akan cenderung mengarah ke kanan ketika pembawa muatan ini hanyut (drift)

sepanjang plat logam. Hal inilah yang menyebabkan beda-beda potensial kecil V di antara

sumbu x dan y. Secara keseluruhan fenomena ini disebut dengan Efek Hall.

Gambar 5. Beda Potensial Pada Plat Sumbu X dan Y

Adapun pembentuk potensial dan medan listrik pada efek hall dijabarkan sebagai berikut :

𝑞𝑣𝐵 = 𝑞𝐸𝐻 → 𝑣𝐵 = 𝐸𝐻

𝐼 = 𝑛𝑞𝑣𝐴 → 𝑣 = 𝐼

𝑛𝑞𝐴=

𝐼

𝑛𝑞𝑑𝑡

Potensila Hall : 𝑉𝐻 = 𝐸𝐻𝑑 = 𝑣𝐵𝑑 =𝐼𝐵𝑅𝐻

𝑡

Koefisien Hall : 𝑅𝐻 =𝐼

𝑛𝑞

The number of conduction electrons per unit volume H

zx

edV

BIN

Apabila suatu medan listrik E diaplikasikan sepanjang sumbu x positif (mendatar) pada

keping semikonduktor jenis-p, dan suatu medan magnet diaplikasikan sepanjang sumbu z (masuk

dalam bidang gambar), maka medan magnet akan timbul gaya Lorentz pada lubang yang arahnya

dari bawah ke atas sebesar F = qv x B (= qvxBz).

Gaya Lorentz ini menyebabkan terjadi penumpukan lubang pada sisi atas sehingga timbul

medan listrik yang arahnya dari sisi atas ke bawah Ey (= qEy).

Selama tidak ada arus mengalir sepanjang arah y pada keadaan setimbang, gaya listrik

sepanjang arah y sama dengan gaya Lorentz.

qEy= qvxBz

Ey= vxBz

6

Pada keadaan seperti ini, medan listrik diketahui sebagai efek Hall disebut medan Hall,

dan tegangan terminal disebut tegangan Hall,

VH= Ey d

dengan d adalah tebal semikonduktor jenis-p di atas.

• Untuk kerapatan arus lubang

Jp = Ip/A = qpvp= qppE

dengan A adalah luas penampang semikonduktor dan p menyatakan mobilitas lubang, maka

terdapat hubungan

Ey= [Jp/qp] Bz= RH Jp Bz

RH= 1/qp

disebut koefisien Hall.

• Untuk semikonduktor jenis-n dihasilkan

RH= -1/qn

• Penghitungan tegangan Hall untuk arus dan medan magnet yang diketahui dihasilkan:

p = 1/qRH = Jp Bz /qEy = [(I/A)Bz/q(VH/d)] =[Ibzd/qVHA]

2. Sambungan P-N Semikonduktor dan Dioda sambungan P-N

Semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak diantara

konduktor dan isolator. Sifat semikonduktor sensitif terhadap temperatur, cahaya, dan medan

magnit. Pada semikonduktor terdapat sambungan p-n. Adapun sambungan p-n terdapat pada

dioda, transistor, dan Integrated Circuit (IC).

Dioda

Dioda adalah komponen elektronika aktif yang memiliki dua kutub sambungan p-n yaitu

P (positif) dan N (negatif). Dioda terdiri dari gabungan dua elektroda yaitu anoda dan

katoda. Sifat lain dari dioda adalah menghantarkan arus pada tegangan maju dan

menghambat arus pada aliran tegangan balik. Fungsi pada dioda bermacam disesuaikan

jenis dioda yaitu sebagai penyearah untuk dioda bridge, penstabil tegangan untuk dioda

zener, sebagai pembuang level sinyal di atas atau di bawah untuk clipper, sebagai sensor

cahaya untuk photodioda, sebagai indikator untuk LED.

7

Transistor

Transistor adalah komponen elektronika aktif yang bersifat semikonduktor serta memiliki

tiga kaki elektroda yaitu Basis (dasar), Kolektor (pengumpul), Emitor (pemancar).

Transistor memiliki dua jenis yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Pada transistor juga terdapat

seperti dioda untuk sambungan p-n pada transistor NPN yaitu emitor-basis berpanjar

maju dan kolektor-basis berpanjar mundur. Transistor berfungsi sebagai penguat,

pemutus dan penyambung (switching), stabilitasi tegangan, modulasi sinyal, dan

sebagainya.

Gambar 6. Transistor tipe NPN

Gambar 7.Transistor tipe PNP

Integrated Circuit (IC)

Integrated Circuit (IC) yaitu komponen elektronika berupa bahan semikonduktor yang

terdiri dari gabungan komponen aktif dengan komponen pasif yang berukuran kecil.

Adapun komponen aktif seperti dioda, dan transistor. Sedangkan komponen pasif berupa

kapasitor dan resisitor. Komponen ini berfungsi sebgai decoder, encoder, dan memory.

Gambar 8. Integrated Circuit (IC)

8

a) Semikonduktor Tipe-n

Pada semikonduktor instrinsik jumlah elektron bebas dan hole nya sama.

Konduktivitas pada semikonduktor intrinsik sangat rendah, dikarenakan terbatasnya

jumlah pembawa muatan yaitu hole dan elektron bebas. Oleh karena itu, jika bahan

silikon (semikonduktor intrinsik) ini diberi doping dengan bahan ketidakmurnian

bervalensi lima, maka diperoleh semikonduktor tipe n. Adapun bahan doping bervalensi

lima ada antimoni (Sb), fosfor, dan arsenik.

Gambar 10. Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe-n

Pada struktur kristal tersebut bahan semikonduktor silikon yang bervalensi empat

saling berpasangan satu dengan lainnya. Namun, dari doping bahan antimoni (Sb) yang

bervalensi lima atom donor) maka terdapat elektron bebas pada tipe-n. Oleh karena itu

pada tipe-n jumlah elektron bebasnya meningkat dan hole nya menurun, disebabkan

bergabungnya elektron dengan hole (rekombinasi).

Selain itu dalam ini dikarenakan atom donor (Sb) telah ditinggalkan elektron

valensinya maka menjadi ion bermuatan positif. Sedangkan elektron bebasnya menjadi

pembawa mayoritas, dan hole nya menjadi pembawa minoritas. Adapun gambar bahan

semikonduktor tipe-n sebagai berikut :

9

Gambar 11. Bahan Semikonduktor Tipe-n

b) Semikonduktor Tipe-p

Pada semikonduktor intrinsik yang di doping dengan atom dengan valensi tiga

akan diperoleh semikonduktor tipe-p. Adapun bahan doping yang bervalensi tiga yaitu

boron (B), galium, dan indium. Oleh karen bahan semikonduktor silikon bervalensi

empat maka jika di doping dengan valensi tiga, maka terdapat ruang kosong dari valensi

empat yang tidak ditempati (membentuk hole). Sehingga atom bervalensi tiga disebut

sebagai akseptor dikarenakan membentuk hole yang siap menerima elektron.

Gambar 12. Struktur Kristal Semikonduktor Tipe-p

Selain itu pada semikonduktor tipe-p ini terdapat banyak hole sebagai pembawa

mayoritas, sedangkan pembawa minoritasnya berupa elektron. Karena atom akseptor

telah menerima elektron maka akan bermuatan negatif. Adapun gambar bahan

semikonduktor tipe-p sebagai berikut :

10

Gambar 13. Bahan Semikonduktor Tipe-p

c) Semikonduktor sambungan p-n

Semikonduktor pada sambungan p-n itu terjadi semikonduktor tipe-p yang

disambungkan dengan tipe-n yang menimbulkan reaksi antara titik sambungan p-n.

Pada tipe-n memiliki sejumlah elektron yang akan lepas atau sebagai ion donor,

sedangkan pada tipe-p memiliki hole yang siap menerima elektron atau sebagai akseptor.

Oleh karena itu perbatasan titik sambungan terjadi difusi elektron dari tipe-n ke tipe-p

dan distribusi hole dari tipe-p ke tipe-n. Proses difusi elektron ini mengakibatkan medan

listrik dan terjadi deplesi (daerah pengosongan) antara hole dan elektron yang saling

meniadakan.

Gambar 14. Hole dan Elektron berkombinasi Membentuk Daerah Pengosongan (Deplesi)

Tebal dari lapisan deplesi keadaan ini beberapa mikron dan medan listrik di

daerah ini sebesar 104 sampai 106 V/cm.

Gambar 15. Daerah Pengosongan (Deplesi) pada Sambungan p-n

11

d) Langkah sambungan p-n dari keadan awal sampai keadaan setimbang

Keadaan Awal

Gambar 16. Semikonduktor Tipe-p dan Tipe-n

Keadaan awal ini terdapat semikonduktor tipe-p yang merupakan atom

akseptor dikarenakan siap menerima elektron maka disebut muatan negatif.

Sedangkan tipe-n merupakan semikonduktor sebagai atom donor dikarenakan

mengeluarkan elektronnya sehingga disebut muatan positif. Dari keadaan awal

ini semikonduktor tipe-p dan tipe-n disambungkan menjadi sambungan tipe

p-n. Titik sambungan antara tipe-p dan tipe-n akan terjadi suatu reaksi yang

disebut difusi.

Peristiwa Difusi

Gambar 17. Difusi pada Sambungan p-n

Pada sambungan p-n ini terjadi reaksi difusi yaitu difusi elektron dari

tipe-n ke tipe-p dikarenakan ion donor mengalirkan elektron ke ion akseptor

secara terus menerus sampai muatan elektron tidak cukup energi untuk

mengalir. Selain itu terdapat distribusi hole dari tipe-p ke tipe-n yang saling

meniadakan sehingga kosong dari pembawa muatan dan terbentuk daerah

pengosongan atau deplesi (keadaan setimbang).

12

Keadaan Setimbang

Gambar 18. Daerah Pengosongan (Deplesi) Sambungan p-n

Proses difusi elektron dan distribusi hole yang terus menerus saling

meniadakan , sehingga pada sekitar daerah sambungan kosong dari muatan dan

terbentuk daerah pengosongan (deplesi) . Hilangnya pembawa muatan di

daerah ini meninggalkan lapisan muatan positif di daerah tipe-n dan lapisan

muatan negatif di daerah tipe-p yang terbentuk layar tipis di daerah deplesi

sebagai insulator.

Pada sisi p tinggal ion akseptor yang bermuatan negatif dan pada sisi n

tinggal ion donor yang bermuatan positif. Namun, proses ini tidak berlangsung

secara terus menerus, karena potensial dari ion positif dan negatif akan

menghalanginya.Tegangan atau potensial ekivalen pada daerah pengosongan

ini disebut tegangan penghalang. Adapun besarnya tegangan penghalang untuk

jenis germanium yaitu 0,2 volt, sedangkan untuk jenis silikon tegangan

penghalang sebesar 0,6 volt.

2.1 Bias mundur pada sambungan P-N

Gambar 19. Bias Mundur Semikonduktor Tipe P-N

13

Ketika P-N Junction diberikan sumber tegangan dimana semikonduktor tipe p

dihubungkan dengan tegangan negatif dan semikonduktor tipe n dihubungkan dengan

tegangan positif, maka keadaan seperti ini disebut dengan bias mundur (reverse bias)

sambungan P-N.

Bias mundur menyebabkan elektron dari tipe n akan bergerak menjauhi lapisan

deplesi. Begitu pula dengan hole dari tipe p akan bergerak menjauhi lapisan deplesi. Hal ini

menyebabkan lapisan deplesi melebar sehingga medan listrik makin besar. Medan listrik

inilah yang nantinya mencegah mengalirnya arus pada rangkaian. Walaupun tegangan terus

diperbesar namun arus tetap sangat kecil.

Gambar 20. Aliran Lubang dan Elektron Pada Bias Mundur Sambungan P-N

2.2 Bias Maju Pada Sambungan P-N

Gambar 21. Bias Maju Semikonduktor Sambungan P-N

Ketika P-N Junction diberikan tegangan dari luar, dengan semikonduktor tipe p

dihubungkan pada tegangan positif sedangkan semikonduktor tipe n dihubungkan dengan

tegangan negative, maka keadaan seperti ini disebut dengan bias maju (forward bias)

sambungan P-N.

14

Bias maju menyebabkan elektron dari tipe n akan bergerak menuju lapisan deplesi.

Begitu pula dengan hole dari tipe p akan bergerak menuju lapisan deplesi. Hal ini

menyebabkan terjadinya arus pada P-N junction. Semakin besar tegangan yang diberikan

maka semakin besar pula arus yang dihasilkan.

Gambar 22. Aliran Lubang dan Elektron Pada Bias Maju

Sambungan P-N jika diberi :

Bias maju : akan ada arus yang mengalir pada rangkaian (menghantar arus)

Bias mundur : arus yang mengalir sangat kecil (hamper nol) atau menghambat arus

Dengan sifat-sifat tersebut, sambungan P-N digunakan sebagai diode (alat untuk membuat arus

mengalir pada satu arah saja).

3. Dioda Sambungan P-N

Dioda adalah komponen elektronika yang hanya memperbolehkan arus listrik mengalir

dalam satu arah sehingga dioda biasa disebut juga sebagai “Penyearah” (Rectifier). Dioda terbuat

dari bahan semikonduktor jenis silicon dan germanium. Simbol dioda dalam rangkaian

elektronika diperlihatkan pada gambar berikut :

Gambar 23. Dioda

Semikonduktor merupakan elemen dasar dari komponen elektronika seperti dioda,

transistor dan sebuah IC (integrated circuit). Semikonduktor adalah unsur yang susunan atomnya

memiliki elektron valensi lebih dari 1 dan kurang dari 8. Tentu saja yang paling "semikonduktor"

15

adalah unsur yang atomnya memiliki 4 elektron valensi. Disebut semi atau setengah konduktor,

karena bahan ini memang bukan konduktor murni.

Dioda PN Jika dua tipe bahan semikonduktor ini dilekatkan, maka akan didapat

sambungan P-N (p-n junction) yang dikenal sebagai diode Pada pembuatannya memang material

tipe P dan tipe N bukan disambung secara harpiah, melainkan dari satu bahan (monolitic) dengan

memberi doping (impurity material) yang berbeda.

Jika diberi tegangan maju (forward bias), dimana tegangan sisi P lebih besar dari sisi N,

elektron dengan mudah dapat mengalir dari sisi N mengisi kekosongan elektron (hole) di sisi P.

Potensial luar dari sumber tegangan memberikan gaya tarik terhadap elektron dan hole, sehingga

elektron dan hole pada dipole bergerak mengarah ke sumber tegangan. Akibatnya depletion

region menyusut. Hal ini membuka kembalikemungkinan bagi carrier untuk menyeberangi

junction, dan bergerak mengelilingi rangkaian. Pada rangkaian timbul arus listrik.

Sebaliknya jika diberi tegangan balik (reverse bias), dapat dipahami tidak ada elektron

yang dapat mengalir dari sisi N mengisi hole di sisi P, karena tegangan potensial di sisi N lebih

tinggi. Dioda akan hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja, sehingga dipakai untuk aplikasi

rangkaian penyearah Potensial luar dari sumber tegangan memberikangaya tolak terhadap

elektrondan hole, sehingga elektron dan hole pada dipole bergerak menjauhi sumber tegangan.

Akibatnya depletion region melebar dan potential barrier meningkat Pada rangkaian tidak

timbul arus listrik.

4. LED

LED adalah dioda sambungan semikonduktor P-N yang jika diberi prasikap maju akan

mengeluarkan cahaya tampak. Simbol dioda ini adalah dan rangkaiannya dapat ditunjukkan

pada gambar V-5

Gambar 24. Rangkaian LED

16

Jika elektron bebas pada semikonduktor tipe N terletak pada pita energi yang lebih tinggi

daripada hole didaerah semikonduktor tipe P maka jika elektron bebas berkombinasi dengan hole

perbedaan (kelebihan) energi ini akan diubah menjadi panas atau cahaya. Pada Ge dan Si energi

tersebut sebagian besar tidak ada. Tetapi pada Ga As atau Ga P atau Ga As P sebagian besar

energi diubah menjadi cahaya. LED tidak akan mengeluarkan cahaya jika dipasang pada

prasikap balik. Operasi LED pada arah balik akan menyebabkan LED cepat rusak. Penggunaan

LED adalah untuk indikator, memasukkan informasi ke memori komputer optik, untuk

penggunaan dalam komunikasi yang menggunakan kabel serat optik dan lain-lain.

5. Kurva Karakteristik Dioda

Gambar 25. Kurva Karakteristik Dioda

Hubungan antara besarnya arus yang mengalir melalui diode dengan tegangan VA-K

dapat dilihat pada kurva karakteristik diode. Pada gambar tesebut menunjukkan dua macam

kurva, yakni diode germanium dan diode silicon. Pada saat diode diberi bias maju, yakni bila

VA-K positip, maka arus ID akan naik dengan cepat setelah VA-K mencapai tegangan cut in

(Vᵧ). Tegangan cut-in (Vᵧ) ini kira-kira sebesar 0,2 Volt untuk diode germanium dan 0,6 V untuk

diode silicon. Dengan pemberian tegangan baterai sebesar ini, maka potensial penghalang pada

persambungan akan teratasi, sehingga arus diode mulai mengalir dengan cepat.

Bagian kiri bawah dari grafik pada gambar merupakan kurva karakteristik diode saat

mendapatkan bias mundur. Disini juga terdapat dua kurva, yaitu untuk diode germanium dan

silicon. Besarnya arus jenuh mundur (reverse saturation current) Is untuk diode germanium

17

adalah dalam orde mikro amper dalam contoh ini adalah 1 µA. Sedangkan untuk diode silicon Is

adalah dalam orde nano amper dalam hal ini adalah 10 nA.

Apabila tegangan VA-K yang berpolaritas negative tersebut dinaikkan terus, maka suatu

saat akan mencapai tegangan bresk-down dimana arus Is akan naik dengan tiba-tiba. Pada saat

mencapai tegangan break-down ini, pembawa minoritas dipercepat hingga mencapai kecepatan

yang cukup tinggi untuk mengeluarkan electron va;lensi dari atom. Kemudian electron ini juga

dipercepat untuk membebaskan yang lainnya sehingga arusnya semakin besar. Pada diode biasa

pencapaian tegangan break down ini selalu dihindari karena diode bisa rusak.

6. Sambungan p-n dihubungkan dengan baterai/tegangan

Kutub + pada tipe-p dan kutub – pada tipe-n

Gambar 26. Rangkaian dan Kurva pada Bias Maju Dioda.

Semakin besar tegangan semakin besar arus yang dihasilkan. Tegangan seperti ini dinamakan

tegangan maju/bias maju ( forward bias)

Kutub positif (+) pada tipe-n dan kutub negatif (–) pada tipe-p yang dihubungkan batre kutub

positif menuju ke tipe-p (negatif)

Gambar 27. Rangkaian Bias Mundur Dioda

18

Elektron-elektron pada tipe-n dipaksa meninggalkan tipe-n tanpa melewati tipe-p, sehingga

daerah deplesi makin besar menjadi Medan listrik makin besar

Gambar 28. Kurva Karakteristik Dioda.

Medan listrik akan mencegah mengalirnya arus pada rangkaian. Walaupun tegangan terus

diperbesar namun arus tetap sangat kecil. Tegangan ini dinamakan tegangan mundur/bias

mundur (backward bias)

Jika tegangan mundur terus diperbesar maka suatu saat arus mundurnya bertambah secara tajam.

Keadaan ini dikatakan sambungan p-n bocor. Potensial pada keadaan ini dinamakan potensial

rusak (breakdown voltage)

7. Rangkaian Penyearah Gelombang

Rangkaian arus bolak-balik :

Gambar 29. Rangkaian dan Bentuk Gelombang Penyearah Penuh

19

Jika rangkaian diberi dioda : Pada V + dapat melewati dioda karena ketika V – terbentuk lapisan

deplesi yang menghambat arus.

Gambar 30. Rangkaian dan Bentuk Gelombang Penyearah Setengah Gelombang

9. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh

Susunan rangkaian 4 dioda :

Gambar 31. Penyearah Gelombang Penuh Dengan 4 Dioda.

Terjadinya gelombang tersebut, perhatikan :

Gambar 32. Penyearah Setengah Gelombang pada 2 Dioda

20

Ketika titik P lebih negatip dari titik S, 20iode yang dapat dialiri arus adalah D2 dan D4

Gambar 33. Penyearah Setengah Gelombang pada 2 Dioda.

Dapat disimpulkan bahwa bagaimanapun tanda tegangan input, tegangan outputnya selalu

bernilai positip

10. Prinsip Perataan Gelombang

Seringkali diperlukan tegangan searah yang nilainya tidak berubah-ubah untuk menjadikan

tegangan penyearah gelombang AC menjadi lebih rata, maka digunakan rangkaian sebagai

berikut :

Gambar 34. Rangkaian Penyearah Gelombang

Pada rangkaian diatas terdapat filter kapasitor pada bagian output, hal ini karena fungsi kapasitor

pada rangkaian diatas adalah untuk menekan riak yang terjadi dari proses penyearah gelombang

21

AC. Setelah dipasang kapasitor maka output dari rangkaian penyearah gelombang penuh ini akan

menjadi tegangan DC.

Dihasilkan arus searah yang rata

Gambar 35. Bentuk Gelombang dan Arah Aliran Arus Setengah Gelombang

Gelombang a-b : Arus mengalir melalui D1 , R dan D3, saat itu kapasitor mulai terisi

sampai penuh dan timbul tegangan yang besarnya sama dengan tegangan hambatan.

Gelombang b-c : Arus mengalir mulai berkurang, namun tegangan 21elative tetap

(mungkin berkurang sedikit akibat arus bocor), akibatnya tegangan hambatan tidak

berubah banyak.

Gelombang c-d : Arus mengalir melalui D2 , R dan D4. Pada saat arus mulai naik

kapasitor akan tetap mempertahankan tegangan sehingga besarnya sama dengan tegangan

hambatan. Tegangan yang berkurang sedikit akibat arus bocor dapat dipulihkan kembali

dan dapat mencapai maksimum. Selanjutnya proses seperti sebuah siklus