Menjelajahi Teknologi Dioda Lanjutan: Varicap, PIN, IMPATT, Gunn, dan Lainnya
Dioda Varicap atau Varactor
Dioda varicap, juga disebut varactor, adalah juncsi bias mundur di mana lebar daerah pematikan—dan sehingga kapasitansi—bervariasi dengan tegangan yang diterapkan. Efeksi ini sangat terasa pada varicap, memungkinkan pengaturan yang presisi dari rangkaian resonansi. Skematis di bawah menunjukkan paket dual-dioda katoda umum.
Dalam jaringan resonansi, kapasitansi varicap mengubah frekuensi rangkaian sebagai respons terhadap tegangan kontrol (V_control). Kapasitor seri dengan nilai besar menjaga tegangan kontrol dari menguntasi indiktor, menjaga frekuensi resonansi sambil masih memungkinkan penyesuaian halus. Untuk lebih lanjut tentang pengaturan varicap dalam penerima radio AM, lihat bab “Electronic Varicap Diode Tuning”.
Varicap ada dalam beberapa jenis—abrupt, hyperabrupt, dan super-hyperabrupt—setiap menawarkan goyangan kapasitansi yang progresif lebih besar. Rasio tipis adalah 4:1 untuk abrupt, 10:1 untuk hyperabrupt, dan 20:1 untuk super-hyperabrupt. Variasi rentang luas ini menjadikannya ideal untuk osilator dan filter yang menyapu lintasan frekuensi besar. Varactor juga digunakan dalam rangkaian pengali frekuensi; lihat “Practical Analog Semiconductor Circuits” untuk contoh terperinci.
Dioda Snap (Step-Recovery Diode)
Dioda snap, atau step-recovery diode, unggul dalam pengali frekuensi rasio tinggi hingga 20 GHz. Selama bias maju, muatan menumpuk di persimpangan PN. Setelah bias mundur, muatan yang tersimpan dilepaskan, menyebabkan dioda berperilaku sebagai sumber arus impedansi rendah hingga muatan habis. Pada titik itu, ia secara tiba-tiba “snap” ke keadaan impedansi tinggi, menghasilkan impuls tegangan tajam yang kaya harmonik. Ini menjadikan dioda snap ideal untuk generator comb dan pengali 2× atau 4× daya sedang.
Dioda PIN
Dioda PIN adalah perangkat switching yang cepat, kapasitansi rendah. Mereka berbeda dari dioda PIN fotonik karena dirancang untuk switching RF daya tinggi. Wilayah intrinsik di antara lapisan P dan N menciptakan daerah pematikan lebar, menghasilkan kapasitansi bias mundur yang lebih rendah dibandingkan dioda switching konvensional.
Aplikasi tipis termasuk T/R switch dalam sistem radar dan switch antena untuk penerima penunjuk arah. Beberapa dioda daya umum, seperti 1N4007, dapat berfungsi sebagai dioda switching PIN berkat lapisan intrinsik mereka. Dioda PIN juga bertindak sebagai resistor yang dikontrol tegangan dalam attenuator variabel, memperluas performa flat-response ke band microwave.
Dioda IMPATT
Dioda IMPATT (Impact Avalanche Transit-Time) adalah generator RF daya tinggi yang beroperasi dari 3 GHz hingga 100 GHz. Dibuat dari silikon, gallium arsenide, atau silicon carbide. Bias mundur di atas tegangan breakdownnya, daerah pematikan tipis mempercepat pemicu, memicu lawin yang menghasilkan efek resistensi negatif. Saat dikomposi ke rangkaian resonansi, resistensi negatif ini mendorong osilasi pada level daya tinggi.
Dalam desain praktis, bias tee menyediakan bias DC mundur sambil mengisolasi sinyal RF. Transmiter radar daya rendah kadang-kadang menggunakan dioda IMPATT, meskipun derau tinggi membuatnya tidak cocok untuk front-end penerima.
Dioda Gunn
Dioda Gunn terdiri sepenuhnya dari material semikonduktor N-tipe, biasanya gallium arsenide. Ketika tegangan yang cukup diterapkan, elektron pindah dari band konduksi energi rendah ke band energi lebih tinggi, menciptakan resistensi diferensial negatif yang mendukung osilasi. Frekuensi osilasi bergantung pada waktu transit elektron di seluruh lapisan N yang tidak di-dope ringan, yang berbanding terbalik dengan ketebalan lapisan.
Dioda Gunn tersedia untuk operasi dari 10 GHz hingga 200 GHz, menghasilkan 5 mW hingga 65 mW daya. Saat dikomposi ke rangkaian resonansi, mereka juga dapat berfungsi sebagai penguat kompak.
Dioda Shockley
Dioda Shockley adalah thyristor empat lapis yang memicu thyristor yang lebih besar saat tegangan yang diterapkan melebihi tegangan breakovernya (≈ 20 V). Ia hanya menghantar dalam satu arah. Sampekannya yang dua arah adalah DIAC.
Dioda Arus Konstan
Dioda arus konstan (juga disebut dioda pembatas arus atau pengatur arus) berperilaku seperti JFET dua terminal. Ia mempertahankan arus maksimum tetap terlepas dari variasi tegangan. Jika tegangan pasokan meningkat, dioda meningkatkan penurunan tegangannya untuk menjaga arus pada titik regulasinya.
Perangkat ini sering digunakan untuk melindungi LED dan dioda laser dari lonjakan arus di seluruh rentang tegangan pasokan yang luas. Pemilihan titik regulasi yang tepat sangat penting, terutama untuk dioda laser yang kurang toleran terhadap variasi arus maju.
Dioda SiC
Dioda silikon karbida (SiC) dapat beroperasi pada suhu hingga 400 °C, menjadikannya cocok untuk lingkungan keras seperti penambangan minyak bawah tanah, mesin turbin gas, dan transmisi otomotif. Ketahanan radiasi SiC—100× lebih besar dari silikon—menarik untuk aplikasi nuklir dan angkasa. Selain itu, konduktivitas termal yang superior SiC memungkinkan disipasi panas yang efisien, sementara tegangan breakdown tinggi (beberapa kilovolt) memungkinkan desain daya tinggi yang kompak. Perkiraan industri menunjukkan perangkat daya SiC dapat mengurangi kerugian energi listrik di jaringan listrik hingga 100 %.
Dioda Polimer
Dioda polimer organik, dibuat pada suhu rendah, memungkinkan komponen elektronik yang dicetak inkjet. Sementara sebagian besar penelitian difokuskan pada OLED, kemajuan sedang berlangsung dalam tag RFID yang dicetak dan pengarah frekuensi tinggi. Sebuah rectifier berbasis pentasen telah mencapai operasi pada 50 MHz, dengan target 800 MHz. Perkembangan terbaru termasuk dioda MIM (metal-insulator-metal) yang berfungsi sebagai clipper Zener back-to-back dan perangkat seperti dioda tunnel, keduanya menjanjikan untuk elektronik fleksibel dan berbiaya rendah.
