Pengertian Dan Prinsip Kerja Dioda Tunnel

Pengertian Dan Fungsi Dioda Tunnel – Bagi anda yang ingin mempelajari elektronika atau bekerja dalam bidang elektronika tentunya harus paham mengenai pengertian dan bagaimana cara kerja komponen dioda.

Komponen dioda sendiri memiliki banyak sekali jenisnya, dimana setiap jenis memiliki bentuk dan fungsi yang berbeda-beda. Beberapa jenis komponen dioda adalah dioda zener, dioda penyearah, dioda schottky, dioda photo (dioda cahaya), dioda bridge, gunn dioda dan lainnya yang sudah kami bahas pada artikel sebelumnya.

Dioda Tunnel

 

Nah, dari sekian banyaknya jenis dioda, salah satu jenis dioda yang paling umum digunakan adalah dioda tunnel atau dioda terowongan. Pada artikel kali ini kami akan menjelaskan mengenai dioda thunnel secara lengkap mulai dari pengertian dan prinsip kerjanya. Untuk lebih jelasnya mari langsung saja simak pembahasan lengkapnya berikut ini.

Baca juga: Jenis Jenis Dioda Dan Gambarnya Lengkap

Pengertian Dioda Tunnel

Pengertian Dioda Tunnel

Dioda tunnel atau yang biasa disebut dengan dioda terowongan merupakan salah satu jenis dioda yang memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam kecepatan tinggi dan bisa bekerja dengan baik pada gelombang mikro (Microwave) sehingga bisa digunakan pada efek mekanika kuantum (Quantum Mechanilcal Effect) yang biasa disebut sebagai tunneling atau terowongan.

Komponen dioda tunnel pertama kali ditemukan pada tahun 1957 oleh Dr. Leo Esaki, inilah yang menjadi alasan mengapa dioda tunnel juga sering disebut dengan Diosa Esaki. Jenis dioda yang satu ini dibuat dari konsentrasi  ketidakmurnian yang tinggi sehingga akan menimbulkan efek tunnel.

Dua Terminal Persimpangan P-N pada komponen dioda ini akan di doping berat yaitu kurang lebih 1000 kali lebih tinggi jika dibandingkan dengan jenis dioda pada umumnya. Karena doping berat itulah maka lebar lapisan deplesi akan dipersempit atau dipertipis menjadi nilai yang kecil mencapai 1/10.000 m.

Hal tersebut secara tidak langsung juga akan membuat Reverse Breakdown Voltage (Tegangan Jatuh Mundur) dioda menjadi sangat kecil dan hampir mendekati nilai “0” sehingga  menyebabkan resistansi negatif ketika dioda tunnel menerima tegangan bias maju. Fenomena seperti ini merupakan fenomena kuantum aneh yang biasa disebut sebagai resonant tunneling.

Pada umumnya dioda tunnel terbuat dari Germanium, Gallium Arsenide atau Gallium Antimonide. Sedangkan untuk silikon tidak dimanfaatkan sebagai bahan untuk membuat dioda tunnel. Ini karena dalam proses pembuatannya membutuhkan waktu transisi arus puncak (Ip) dengan arus lembah (Iv) yang sangat cepat. Selain itu, Rasio Ip/Iv pada bahan silikon tidak sebagus bahan Gallium Arsenide ataupun bahan yang digunakan untuk membuat dioda tunnel lainnya.

Karakteristik Dioda Tunnel

Karakteristik Dioda Tunnel

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

Namun jika tegangan mengalami peningkatan lebih sedikit pada nilai yang tertentu, arus akan berubah menjadi munurun untuk mencapai titik paling rendah atau yang biasa disebut sebagai arus lembah (Iv). Jika tegangan yang didapatkan mengalami peningkatan lebih lanjut, arus pada komponen dioda juga akan meningkat lagi.

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

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

Konstruksi Dioda Tunnel

Arus Komponen dalam Dioda Tunnel

Berikut ini adalah arus total dalam komponen dioda terowongan:

It = Itun + Idioda + Iexcess

Arus yang mengalir 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, excess atau kelebihan arus akan semakin dikembangkan dan ini merupakan arus tambahan yang dimana titik lembah bisa ditentukan. Adapun arus tunneling yang diberikan adalah sebagai berikut:

Itun = (V/R0) * exp (- (V/V0)m )

Di mana, 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 maksimum. Pada umumnya untuk dioda terowongan, pemutus tegangan ini akan lebih dari tegangan puncak. Kelebihan arus dan arus komponen dioda bisa diabaikan.

Untuk arus dioda terowongan minimum atau maksimum adalah sebagai berikut:

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 Maksimum 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

Cara Kerja Dioda Tunnel

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

Jika tidak, energi harus disupply dari beberapa sumber eksternal. Sehingga elektron persimpangan sisi-N dapat melompati penghalang persimpangan untuk mencapai sisi-P persimpangan.

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

Perangkat PN-junction dengan pengotor tinggi disebut sebagai dioda tunnel. Fenomena tunneling tersebut memberikan efek pembawa mayoritas.

P∝exp⁡ (-A* E_b *W)

Dimana :

‘E’ adalah energi penghalang,
‘P’ adalah probabilitas bahwa partikel melintasi penghalang,
‘W’ adalah lebar penghalang

Penggunaan Dioda Tunnel

Dioda Tunnel

Pada pembahasan selanjutnya kami akan menjelaskan mengenai penggunaan dioda tunnel. Penggunaan jenis dioda satu ini berbeda dengan jenis dioda lainnya. Berikut ini adalah pengunaan dioda terowongan dalam kehidupan sehari-hari:

  • Dioda tunnel ini umumnya difungsikan sebagai peralatan saklar karena memiliki kecepatan cahaya yang cukup tinggi.
  • Waktu switching merupakan urutan nanodetik atau bahkan pikodetik.
  • Dioda ini juga memiliki fitur triple bernilai kurva dari arus sehingga biasa digunakan sebagai salah satu alat yang mampu menyimpan memori logik.
  • Karena memiliki nilai kapasitansi yang cukup kecil, induktansi dan resistansi negatif, komponen dioda ini banyak digunakan sebagai osilator gelombang mikro pada frekuensi kurang lebih sekitar 10 GHz.
  • Karena memiliki resistansi negatif, komponen dioda ini juga digunakan sebagai rangkaian osilator relaksasi.

Kelebihan Dioda Tunnel

Kelebihan Dioda Tunnel

Komponen dioda tunnel ini memiliki banyak kelebihan jika dibandingkan dengan jenis dioda lainnya. Adapun kelebihan-kelebihan yang dimiliki oleh jenis dioda ini adalah sebagai berikut:

  • Biaya yang rendah dan murah
  • Tingkat kebisingan yang rendah
  • Kemudah dalam operasi
  • Kecepatan yang tinggi
  • Membutuhkan daya rendah
  • Kurang peka terhadap radiasi nuklir

Kekurangan Dioda Tunnel

Dioda Tunnel

Selain memiliki banyak kelebihan, dioda tunnel juga tak luput dari kekurangan. Berikut ini adalah kekurangan dari komponen dioda tunnel:

  • Dioda ini menjadi perangkat dua terminal, dimana tidak menyediakan isolasi antara rangkaian output dan input.
  • Rentang tegangan, yang bisa difungsikan dengan baik dalam 1 volt atau di bawah.

Baca juga: Pengertian Dan Fungsi Dioda Schottky

Demikian penjelasan yang dapat kami sampaikan mengenai pengertian dioda tunnel, prinsip kerja, lengkap beserta karakteristiknya. Semoga dengan adanya pembahasan ini bisa menambah pengetahuan anda dan bisa memudahkan pekerja yang pekerjaannya berhubungan dengan informasi ini. Semoga bermanfaat, sampai jumpa kembali di pembahasan menarik yang lainnya.

Leave a Comment