Dioda Tunnel Adalah ☑️ Berikut Ulasan Lengkap Mengenai Pengertian Dioda Tunnel dan Cara Kerjanya ☑️ Fungsi Dioda Tunnel dan Simbolnya ☑️
Dioda tunnel adalah komponen semikonduktor yang dapat beroperasi dengan kecepatan tinggi. Dioda tunnel sendiri pada dasarnya dibuat dari Germanium, Gallium Arsenide, dan Bahan Silikon.
Faktanya jenis dioda ini digunakan dalam detektor dan konverter frekuensi. Dioda tunnel memiliki resistansi negatif di wilayah operasinya.
Oleh karena itu, dioda tunnel banyak digunakan di berbagai perangkat seperti amplifier, osilator dan semua rangkaian switching.
Pertanyaannya, lalu apa itu dioda tunnel? Di materi dioda tunnel kali ini, Kelas PLC akan menjelasakannya secara lengkap disini.
Pengertian Dioda Tunnel
Dioda tunnel adalah jenis dioda semikonduktor yang secara efektif memiliki “resistensi negatif” karena efek mekanika kuantum yang disebut tunneling.
Dengan memanfaatkan efek mekanika kuantum, dioda tunnel mampu beroperasi dengan cepat dan dapat berfungsi dengan baik ke dalam pita frekuensi radio gelombang mikro.
Dioda tunnel dicirikan oleh ketebalan kecil “persimpangan p-n”, konsentrasi dopan yang sangat tinggi di kedua sisi (semikonduktor doping tipe “p” dan “n”) dan resistansi dinamis negatif untuk range tegangan polarisasi tertentu .
Dioda tunnel ditemukan pada tahun 1957 oleh fisikawan Jepang Leo Esaki (karenanya kadang-kadang juga bisa disebut dioda Esaki).
Selama penelitian tentang sambungan semikonduktor, ia memperhatikan fitur yang sejauh ini belum pernah ada sebelumnya berdasarkan efek tunneling.
Efek tunneling ini menyebabkan pembawa muatan bergerak melalui lapisan penghalang sempit pada tegangan yang sangat rendah.
Simbol Dioda Tunnel
Simbol dioda tunnel ditunjukkan pada gambar di atas. Dalam dioda tunnel, semikonduktor tipe-p bertindak sebagai anoda dan semikonduktor tipe-n bertindak sebagai katoda.
Kita tahu bahwa anoda adalah elektroda bermuatan positif yang menarik elektron sedangkan katoda adalah elektroda bermuatan negatif yang memancarkan elektron.
Pada dioda tunnel, semikonduktor tipe-n memancarkan atau menghasilkan elektron sehingga disebut sebagai katoda.
Di sisi lain, semikonduktor tipe-p menarik elektron yang dipancarkan dari semikonduktor tipe-n sehingga semikonduktor tipe-p disebut sebagai anoda.
Karakteristik Dioda Tunnel
Dari diagram karakteristik di atas kita dapat melihat bahwa ketika tegangan bias maju kecil diterapkan ke dioda tunnel, Maka arus juga meningkat.
Saat tegangan bias maju meningkat, arus meningkat dan mencapai puncak (Ip). Namun ketika tegangan naik sedikit hingga nilai tertentu arus menjadi minimum atau biasa disebut arus lembah (Iv).
Jika tegangan yang diberikan dinaikkan lebih lanjut, Maka arus di dioda tunnel akan mulai naik lagi. Tegangan bias maju diperlukan untuk menggerakkan dioda tunnel ke arus maksimum atau puncak.
Kemudian arus turun menuju lembah arus yang disebut tegangan puncak (Vp) sedangkan tegangan di lembah disebut tegangan lembah (Vv).
Ketika tegangan maju diterapkan daerah di mana arus mulai turun dari Ip ke Iv disebut daerah resistansi negatif (wilayah antara Vp dan Vv bisa dilihat pada grafik diatas ).
Komponen Dioda Tunnel
Struktur dasar dioda terdiri dari dua elektroda yang terbuat dari elektroda konduktif masing-masing terhubung ke semikonduktor silikon tipe-p dan silikon tipe-n.
Persimpangan silikon n dan silikon p membentuk batas yang disebut persimpangan PN. Bahan semikonduktor yang paling umum digunakan adalah silikon atau germanium.
Semikonduktor tipe-P dibuat dengan menambahkan bahan dengan kurang dari 4 elektron valensi seperti boron.
Sementara itu semikonduktor tipe-n dibuat dengan menambahkan material dengan elektron valensi lebih dari 4 seperti fosfor.
Cara Kerja Dioda Tunnel
Menurut prinsip mekanika sebuah partikel harus mencapai penghalang energi yang sama dengan ketinggian energi potensialnya.
Jika harus bergerak dari satu sisi penghalang ke sisi lain. Kalau tidak, maka daya harus disediakan oleh beberapa sumber daya eksternal.
Dengan demikian elektron persimpangan di sisi N dapat melompati penghalang persimpangan untuk mencapai sisi P dari persimpangan.
Tidak ada kehilangan energi dari elektron saat proses ini terjadi. Perilaku mekanika kuantum mencirikan proses tunneling.
Perangkat sambungan PN pengotor tinggi disebut dioda tunnel. Tunneling menghasilkan efek pembawa mayoritas. Berikut adalah persamaannya.
P∝exp (-A* E_b *W)
Dimana:
‘E’ adalah energi penghalang
‘P’ adalah probabilitas bahwa partikel melintas penghalang
‘W’ adalah lebar penghalang
Operasi Dioda Tunnel
Setelah mengetahui pengertian dioda tunnel dan cara kerjanya. Prinsip kerja dioda tunnel dapat dengan sederhana dijelaskan sebagai tiga kondisi, yakni:
- Kondisi Tegangan Positif (forward biased).
- Kondisi Tegangan Negatif (reverse biased).
- Kondisi Tanpa Tegangan (unbiased).
Adapun penjelasan dari masing masing kondisi tersebut dijelasakan dibawah ini.
Kondisi Tegangan Positif (Forward Biased)
Pada bagian ini anoda dihubungkan ke terminal positif dan catu daya serta katoda dihubungkan ke terminal negatif.
Dengan adanya tegangan eksternal ion tertarik ke kutub yang menghalangi aliran listrik ion negatif ditarik ke arah anoda positif dan ion positif ditarik ke arah katoda negatif.
Hilangnya penghalang ini memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus mengalir seperti rangkaian tertutup.
Kondisi Tegangan Negatif (Reverse Biased)
Pada bagian ini anoda dihubungkan ke terminal negatif catu daya dan katoda dihubungkan ke terminal positif. Kehadiran tegangan eksternal menarik ion ke setiap kutub yang menghalangi aliran listrik.
Ketika tegangan negatif diterapkan ion negatif tertarik ke sisi katoda (tipe-N) ketika tegangan positif diterapkan dan ion positif tertarik ke sisi anoda (tipe-P) ketika tegangan negatif diterapkan.
Pergerakan ion-ion ini searah dengan medan listrik statis yang mencegah pergerakan elektron, sehingga penghalang menjadi lebih tebal dari ion-ion yang mencegah listrik mengalir melalui dioda dan dibandingkan dengan sirkuit terbuka di sekitarnya.
Kondisi Tanpa Tegangan (Unbiased)
Ketika kondisi tidak diberikan tegangan akan membentuk batas medan listrik di daerah sambungan P-N. Hal ini terjadi diawali dengan proses difusi.
Proses difusi yakni prose pergerakan muatan listrik dari sisi N ke sisi P. Elektron ini akan menempati posisi di sisi p dan disebut hole.
Pergerakan elektron ini akan melepaskan ion positif dari sisi n dan lubang yang terisi elektron akan menghasilkan ion negatif dari sisi p.
Ion-ion yang tidak bergerak ini menciptakan medan listrik yang bertindak sebagai penghalang pergerakan elektron di dioda.
Kelebihan dan Kekurangan Dioda Tunnel
Seperti berbagai macam macam komponen elektronika lainnya dioda tunnel memiliki kelebihan dan kekurangan. Berikut kelebihan dan kekurangan dioda tunnel.
Kelebihan
Berikut adalah kelebihan yang dimiliki oleh dioda tunnel.
- Kecepatan switching yang cukup tinggi.
- Dapat menangani frekuensi tinggi.
- Pembuatannya sederhana.
- Low Noise.
- Disipasi daya rendah.
- Pengoperasiannya berkecepatan tinggi.
- Menghasilkan fitur resistansi negatif yang dapat digunakan dalam osilator dan amplifier.
Kekurangan
Berikut adalah kekurangan yang dimiliki oleh dioda tunnel.
- Dioda ini merupakan perangkat berdaya rendah.
- Harganya sedikit mahal dibandingkan dioda pada umumnya.
- Tidak ada isolasi antara input & output karena ini adalah perangkat dua terminal.
- Range output daya dibatasi hanya beberapa miliwatt karena potensi DC yang diterapkan harus rendah dibandingkan dengan potensi celah pita dioda.
Penggunaan Dioda Tunnel
Berikut adalah penggunaan atau aplikasi dioda tunnel dalam kehidupan sehari hari.
- Dioda tunnel digunakan dalam osilator yang berbeda seperti alat relaksasi, microwave, dll.
- Digunakan sebagai perangkat switching dengan kecepatan sangat tinggi.
- Digunakan seperti perangkat penyimpanan memori logika.
- Digunakan sebagai osilator gelombang mikro dengan frekuensi tinggi.
- Digunakan sebagai osilator, amplifier, dan sakelar.
- Digunakan sebagai komponen frekuensi tinggi.
- Digunakan di FM receiver dan rangkaian osilator karena merupakan perangkat arus rendah.
Kesimpulan
Dioda tunnel dapat digunakan untuk osilator, amplifier, sakelar, dll. Dioda ini dapat digunakan sebagai komponen frekuensi tinggi karena responsnya yang cepat, namun tidak dipilih karena aksesibilitas perangkat yang lebih baik.
Demikian informasi terkait pengertian dioda tunnel, simbol, cara kerja, kelebihan, kekurangan, dan penggunaanya yang bisa tim Kelasplc.com jabarkan. Semoga bisa memberikan wawasan untuk Kamu semuanya.
