Mas Qo'qo' Tersenyumlah ketika direndahkan.

Pengertian Dioda Tunnel

4 min read

dioda tunnel

Halo teman-teman semua, kali ini masqoqo.com ingin mengulas tentang pengertian dioda tunnel. Dioda Tunnel ini adalah jenis dioda yang mempunyai kemampuan untuk beroperasi dengan kecepatan yang sangat tinggi dan dapat berfungsi dengan baik Gelombang Mikro (Microwave).

Sehingga dimungkinkan untuk penggunaan pada Efek Mekanika Kuantum (Quantum Mechanical Effect) yang disebut dengan Tunneling (Terowongan). Dioda Tunnel ini ditemukan oleh Dr. Leo Esaki pada tahun 1, oleh karena itu Dioda Tunnel sering disebut juga sebgagai Dioda Esaki.

Sebelum saya melanjutkan pembahasan tentang pengertian dioda tunnel ini, tolong disimak dengan baik ya teman-teman supaya Anda paham.

Pengertian Dioda Tunnel

Pengertian Dioda Tunnel

Dioda Tunnel ini biasa sering disebut Dioda Terowongan merupakan salah satu jenis dioda yang memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam kecepatan tinggi.

Serta dapat bekerja dengan baik pada Gelombang Mikro sehingga dapat digunakan pada Efek Mekanika Kuantum yang biasanya sering disebut dengan Tunneling. 

Dioda Tunnel dan Dioda Terowongan biasanya diolah dari Germanium, Gallium Arsenide atau Gallium Antimonide.

Nah, silikon tidak digunakan sebagai bahan pembuat Dioda Tunnel karena Dioda Tunnel membutuhkan waktu transisi antara arus puncak (Ip) dan level arus lembah (lv) yang sangat cepat.

RasioLp/lvpada Silikon ini tidak sebaik Gallim Arsenide maupun bahan pembuat Dioda Tunnel lainnya.

Karakteristik Dioda Tunnel

Karakteristik-Dioda-Tunnel
https://rodablog.com/

Berdasarkan gambar diatas ini bisa dilihat bahwa saat tegangan bias maju (forward bias)kecil diberikan ke dioda terowongan maka untuk arus juga akan bertambah. Semakin meningkatnya tegangan bias maju, maka arus akan meningkat mencapau puncak arus (Ip).

Nah, jika tegangan ini mengalami peningkatan lebih sedikit pada nilai yang tertentu, arus akan berubah menjadi menurun untuk mencapai titik paling rendah atau biasanya juga disebut sebagai arus lembah (Lv).

Jika tegangan ini yang didapatkan mengalami peningkatan lebih lanjut, arus pada komponen dioda juga akan meningkat lagi.

Tegangan bias maj ini yang dibutuhkan sebagai penggerak dioda menuju ke puncak arus dan kemudian mengalami penurunan menuju ke lembah arus disebut dengan puncah tegangan (Vp). Sementara ini untuk tegangan yang ada pada lembaj itu sendiri biasa sebagai tegangan lembah (Vv).

Nah, wilayah dimana arus mengalam penurunan dari Ip ke Iv ketika diberikan tegangan maju ini disebut sebagai wilayah Resistansi Negatif (wilayah antara Vp dengan Vv pada Grafik).

Komponen Dioda Tunnel

Komponen Dioda Tunnel

Struktur utama dioda merupakan dua kutub elektroda berbahan konduktor yang masing-masing terhubung dengan semikonduktor silikon jenis p dan silikon jenis n.

Anoda merupakan elektroda yang terhubung dengan silikon jenis p dimana elektron yang terkadang lebih sedikit.

Katoda merupakan elektroda yang terhubung dengan silikon jenis n dimana elektron yang terkandung lebih banyak.

Nah, pertemuan antara silikon n dan silikon p ini akan membentuk suatu perbatasan yang disebut P-N Junction. Material semikonduktor yang digunakan umumnya berupada silikon atau germanium.

Adapun juga semikonduktor jenis p diciptakan dengan menambah material yang mempunyai elektron valensi kurang dari 4 (Contohnya Boron) serta semikonduktor jenis n ini diciptakan dengan menambahkan material yang mempunyai elektro valensi lebih dari 3 (Contohnya Fosfor)

Cara Kerja Dioda Tunnel

Cara Kerja Dioda Tunnel

Berdasarkan teori mekanika ini, sebuah partikel harus memperoleh energi yang sama dengan tinggi penghalang energi potensial. Nah, jika harus bergerak dari satu sisi penghalang ke sisi lain.

Jika tidak, maka energi harus disuppply dari beberapa sumber eksternal. Nah, sehingga elektron persimpangan sisi-N bisa melompati penghalang persimpangan untuk mencapai sisi-P persimpangan.

Proses ini juga terjadi tanpa kehilangan energi pada bagian elektron. Perilaku mekanika kuantum tersebut menunjukkan proses tunneling.

Perangkat P-N junction dengan pengotor tinggi disebut Dioda Tunnel. Fenomena tunneling tersebut memberikan efek pembawa mayoritas.

P∝exp (-A* E_B *W)

Dimana:

‘E’ merupakan energi penghalang

‘P’ merupakan probabilitas bahwa partikel melintas penghalang

‘W’ merupakan lebar penghalang

Sederhananya, cara kerja dioda ini dapat dijelaskan dalam 3 kondisi, yaitu kondisi Tegangan Positif (Forwaed biased), Tegangan Negatif (Reverse biased) dan Tanpa Tegangan (Unbiased).

1. Kondisi Tanpa Tegangan

Kondisi Tanpa Tegangan

Pada waktu kondisi tidak diberikan tegangan akan terbentuk suatu perbatasan medan listrik pada daerah P-N junction.

Hal ini juga terjadi diawali dengan proses difusi, yaitu bergeraknya muatan elektro dari sisi n ke sisi p. Elektron-elekron tersebut ini akan menempati suatu tempat di sisi p yang disebut dengan holes.

Pergerakan elektron-elektron ini akan meninggalkan ion-ion positif dari sisi n, serta holes yang terisi dengan elektron menimbulkan ion-ion negatif dari sisi p.

Ion-ion ini tidak akan bergerak membentuk medan listrik statis yang menjadi penghalang pergerakan elektron pada dioda.

2. Kondisi Tegangan Negatif (Reverse-Bias)

Kondisi Tegangan Negatif

Pada bagian ini anoda juga disambungkan dengan terminal negatif sumber listrik dan bagian katoda disambungkan dengan terminal positif.

Adanya tegangan eksternal ini akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub.

Pemberian tegangan negatif ini akan membuat ion-ion negatif tertarik ke sisi katoda (n-type) dan diberi tegangan positif dan ion-ion positif ke sisi anoda (p-type) yang diberi tegangan negatif.

Pergerakan ion-ion tersebut ini akan searah dengan medan listrik statis yang menghalangi pergerakan elektron.

Sehingga penghalang tersebut akan semakin tebal ion-ion yang mengakibatkan listrik tidak bisa mengalir melalui dioda serta rangkaian diibaratkan menjadi rangkaian terbuka.

3. Kondisi Tegangan Positif (Forward-Bias)

Kondisi Tegangan Positif

Pada bagian ini juga, bagian anoda disambungkan dengan terminal positif, sumber listrik serta pada bagian katoda disambungkan dengan terminal negatif.

Adanya juga tegangan eksternal akan mengakibatkan ion-ion yang menjadi penghalang aliran listrik menjadi tertarik ke masing-masing kutub ion-ion negatif akan tertarik ke sisi anoda yang positif dan ion-ion positif akan tertarik ke sisi katoda yang negatif.

Nah, dengan hilangnya penghalang-penghalang tersebut akan memungkinkan pergerakan elektron di dalam dioda, sehingga arus listrik ini dapat mengalir seperti pada rangkaian tertutup.

Konstruksi Dioda Tunnel

Konstruksi Dioda Tunnel
https://rodablog.com/

Mari kita bahas tentang arus komponen dalam dioda tunnel dan arus puncak, tegangan pundah pada dioda tunnel.

Arus Komponen Dalam Dioda Tunnel

Nah, berikut ini adalah arus total dalam komponen dioda terowongan:

It = Itun + Idioda + Iexcess

Arus yang yang mengalir di dalam dioda terowongan sama seperti arus yang mengalir pada dioda PN-Junction normal yang diberikan yaitu:

Idioda = Ido * (exp ( ?*Vt )) -1
Keterangan:
Ido – Membalikkan arus saturasi
Vt – Tegangan setara suhu
V -Tegangan melintasi dioda
η – Faktor koreksi 1 untuk Ge dan 2 untuk Si
Hal ini karena tunneling parasit melewati kotoran ini, excess atau kelebihan arus akan semakin dikembangkan dan ini merupakan arus tambahan yang dimata titik lembah bisa ditentukan. Adapun arus tunneling yang diberikan yaitu sebagaimana berikut contoh dibawah ini:
Itun = (V/R0) * exp (- (V/V0)m )
Dimana, V0 = 0.1 hingga 0.5 volt dan m = 1 hingga 3
R0 = Resistansi dioda tunnel.

Arus Puncak, Tegangan Puncak pada Dioda Tunnel

Tegangan puncak dan arus puncak pada tunnel maksimun. Pada umumnya juga untuk dioda terowongan, pemutus tegangan ini akan lebih dari tegangan puncak. Kelebihan arus dan arus komponen dioda ini bisa diabaikan.

Nah, untuk arus dioda terowongan minimun atau maksimun ada sebagaimana berikut contoh dibawah ini:

V = Vpuncak, dItun/dV = 0
(1/R0) * (exp (- (V/V0)m ) – (m * (V/V0 )m * exp (- (V/V0)m) = 0

Kemudian, 1 – m * (V/V0)m = 0

Vpeak = ((1/m) (1/m) ) * V0 * exp (-1/m)
Resistansi Negatif Maksimun dari Dioda Tunnel
Resistansi negatif dari sinyal kecil diberikan di bawah ini

Rn = 1/(dI/dV) = R0/(1 – (m * (V/V0)m ) * exp (- (V/V0)m )/R0 = 0

Jika dI/dV = 0, Rn adalah maksimum, maka

 

(m * (V/V0)m) * exp (- (V/V0)m)/R0 = 0

Jika V = V* (1 + 1/m) (1/m) maka akan maksimum, sehingga persamaannya akan

(Rn) maks = – (R0 * ((exp (1 + m))/m))/m

Kelebihan dan Kekurangan Dioda Tunnel

Kelebihan dan Kekurangan Dioda Tunnel

Kelebihan Dioda Tunnel

  • Tidak peka terhadap radiasi nuklir
  • Daya rendah
  • Kecepatan tinggi
  • Kemudahan operasi
  • Kebisingan rendah
  • Biaya rendah

Kekurangan Dioda Tunnel

  • Rentang tegangan ini yang dapat dioperasikan dengan baik dalam 1 volt atau dibawah.
  • Menjadi perangkat dua terminal, ia tidak menyediakan isolasi antara rangkaian output dan inout.

Penutupan

Demikian Pembahasan kali ini, semoga artikel saya ini bisa bermanfaat untuk teman-teman semua. Sekian dan Terimakasih, jangan lupa di share ya hehehe terus mampir di website masqoqo.com.

 

Mas Qo'qo' Tersenyumlah ketika direndahkan.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan.