5.2 Diod semikonduktor 2021

FIZIK TING 5

ELEKTRONIK

5.2 DIOD SEMIKONDUKTOR



Model awal telivisyen dan radio Model lebih baru telivisyen dan radio

Apa yang boleh dikatakan tentang saiz telivisyen dan radio?

Model awal telivisyen dan radio Model lebih baru telivisyen dan radio

Bolehkah anda mengenali sebahagian daripada komponen?

Penebat Konduktor Semikonduktor

Bahan-bahan boleh dikelaskan mengikut kebolehan mereka
mengalirkan arus elektrik. Bahan boleh dikelaskan kepada

penebat, konduktor dan semikonduktor.

Apabila satu beza keupayaan dikenakan merentasi
konduktor, elektron akan bergerak dalam arah yang sama
ke terminal positif dan arus dihasilkan.

Semikonduktor ialah bahan
yang mempunyai rintangan
antara konduktor dan penebat.

Germanium dan silikon
merupakan

Semikonduktor tulin

Semikonduktor Tulin Silikon & germanium berada dalam
kumpulan IV jadual perkalaan

Apa yang boleh dikatakan Bilangan elektron bebas dalam
tentang bilangan elektron semikonduktor sedikit dari konduktor.
bebas dalam semikonduktor? Oleh itu, rintangan semikonduktor lebih
Apa yang boleh dikatakan tinggi daripada konduktor.
tentang rintangan
semikonduktor?

Terdapat empat electron yang
terdapat pada petala luar bagi
satu atom silicon.

Apabila setiap atom silicon
berkongsi empat electron valens
dengan empat electron valens dari
atom-atom silicon yang lain, ikatan
kovalen yang sempurna terbentuk
dengan tidak meninggalkan
sebarang elektron bebas.

Pada suhu rendah semikonduktor
tulin menjadi penebat kerana tiada
elektron bebas untuk mengalirkan
arus.

Rintangan semikonduktor pada
suhu yang rendah adalah tinggi

Pada suhu yang tinggi, semikonduktor
tulen menjadi konduktor. Ini kerana
sebahagian elektron mempunyai
cukup tenaga untuk melepaskan
daripada ikatan dan menjadi elektron
bebas.

Rintangan semikonduktor pada suhu
tinggi adalah rendah

Kekosongan yang dihasilkan oleh
elektron bebas dipanggil ‘lohong’ dan
ia bercas positif.

Dua jenis pembawa cas dalam semikonduktor:
Elektron dan lohong

Jika satu beza keupayaan dikenakan merentasi semikonduktor:
• Electron bebas akan tertarik pada terminal positif
• Elektron daripada atom jiram ditolak untuk mengisi lohong.
• Proses ini menghasilkan lohong yang lain dan seterusnya akan diisi oleh

elektron lain.
• Pergerakan electron bertentangan dengan arah ‘pergerakan lohong’.
• Pergerakan electron dan ‘lohong’ menyumbang kepada pengaliran arus.

Movement of ‘holes’

Movement of electrons

Dua cara untuk meningkatkan
kekonduksian elektrik bagi
semikonduktor.

Menambah suhu semikonduktor. Haba dibekalkan oleh
kenaikan suhu ditukar ke tenaga kinetik elektron.

Menambah bendasing ke dalam semikonduktor tulin
melalui proses pendopan.

What is doping
process?

Pendopan ialah proses penambahan bendasing ke
dalam semikonduktor tulen untuk meningkatkan
kekonduksian elektrik.

Atom bendasing yang ditambah mesti mempunyai

saiz atom yang sama dengan semikonduktor tulen.

Dua jenis semikonduktor boleh didapati:
Semikonduktor Jenis-n dan
Semikonduktor Jenis-p

Semikonduktor jenis-n didop dengan semikonduktor jenis-p didop dengan
bahan pentavlen atom (5 elektron- bahan trivalen atom (3 elektron-
valens) untuk meningkatkan elektron valens) untuk meningkatkan lohong
dalam semikonduktor. dalam semikonduktor.

Aspek Semikonduktor Semikonduktor
jenis-n jenis-[
Semikonduktor
tulen Silicon, Silicon,germanium
germanium
Bahan dopp Boron,
Phosporus, aluminium,galium
Fungsi bahan dop arsenic, antimony
Atom penerima
Atom penderma

Elektron valens Pentavalent Trivalent

Pembawa cas (5 elektron-valens) (3 elektron-valens)
majority
elektron Lohong
Pembawa cas
minoriti Lohong elektron

STANDARD

PEMBELAJARAN 1

5.2.1 Menghuraikan fungsi
diod semikonduktor

Tenaga elektrik yang dihantar kepada pengguna
daripada stesen jana kuasa elektrik adalah dalam
bentuk arus ulang-alik (a.u.). Namun dalam
kehidupan harian, banyak peralatan elektrik hanya
dapat berfungsi menggunakan arus terus (a.t.). Oleh
itu, bekalan arus ulang-alik perlu ditukarkan kepada
arus terus. Peranti elektrik yang digunakan ialah
diod semikonduktor.

Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor

Radas: diod, sel kering, pemegang sel, mentol dan dawai penyambung

1. Sambungkan diod dalam keadaan Pincang ke depan Pincang songsang
pincang ke depan (Rajah (a)) iaitu
terminal positif sel kering
disambungkan kepada anod dan
terminal negatif disambungkan kepada
anod.

2. Perhatikan mentol.
3. Songsangkan sambungan sel kering

supaya diod dalam keadaan pincang
songsang seperti Rajah (b) iaitu
terminal positif sel kering
disambungkan kepada katod dan
terminal negatif disambungkan kepada
anod.

Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor

1. Apakah fungsi diod dalam aktiviti ini?

Membenarkan arus mengalir dalam satu
arah sahaja.

2. Tentukan keadaan apabila diod Pincang ke depan Pincang songsang
membenarkan arus mengalir melaluinya.

Pincang ke depan

3. Jika sel kering ditukarkan kepada
bekalan kuasa arus ulang-alik, apakah
yang akan berlaku kepada mentol
tersebut?

Mentol akan menyala dan padam berselang-
seli.

Aktiviti 1 Tujuan: Huraikan fungsi diod semikonduktor

4. Bagaimana diod dihasilkan?

Gabungan semikonduktor jenis-p dan
semikonduktor jenis-n membentuk satu
simpan p-n.

Pincang ke depan Pincang songsang

Diod ialah alat elektronik yang
membenarkan arus mengalir dalam satu
arah sahaja.

Simpang p-n

Simpang p-n terbentuk apabila
semikonduktor jenis-n dan jenis-p
bergabung bersama.

Sempadan antara jenis-p dan jenis-n
dipanggil simpang p-n.

Di simpang p-n, elektron dari belah
jenis-n bergerak ke sebelah jenis-p
dan bergabung dengan lohong.

Lohong dari sebelah jenis-p
bergerak ke sebelah jenis-n, di
mana mereka bergabung dengan
elektron.

 Jenis-n bercas positif dan jenis-p
bercas negatif.

Lapisan susutan

Kawasan di sekitar simpang sudah
tiada lagi lohong atau elektron.

 Lapisan yang tiada pembawa cas
ini merupakan konduktor elektrik
yang lemah.

Kawasan neutral di
mana tiada pembawa
cas dikenali sebagai
lapisan susutan

Fungsi lapisan susutan ialah
menghalang sebarang pergerakan
cas daripada menyeberangi
sempadan dalam lapisan susutan.

Voltan Simpang Pada simpang p-n, elektron bebas dari bahan
jenis-n menghanyut merentasi simpang p-n
untuk mengisi lohong pada bahan jenis-p.

Hasilnya, bahan jenis-n bercas positif manakala
bahan jenis-p bercas negatif.

Oleh itu, wujud beza keupayaan yang merentasi
simpang – voltan simpang.

Di simpang:
ion positif dihasilkan pada kawasan
jenis-n yang disebabkan oleh
kehilangan elektron

Ion-ion positif ini menghalang
lohong daripada kawasan jenis-p di
sebelah kiri simpang daripada
menyeberang simpang.

Di simpang:
ion negatif dihasilkan pada kawasan
jenis-p disebabkan berlebihan elektron

Ion-ion negatif ini menghalang
elektron daripada kawasan jenis-n di
sebelah kanan simpang daripada
menyeberang simpang.

Fungsi voltan simpang untuk
menghalang pembawa cas daripada
menghanyut menyeberangi simpang.

Nilai voltan merentasi simpang
bagi silicon = 0.6 V
Germanium = 0.1 V

Syarat untuk arus elektrik mengalir
merentasi simpang p-n jika
disambungkan kepada bateri ialah beza
keupayaan yang dikenakan merentasi
diod mesti melebihi voltan simpang.

Apabila diod pincang ke Apabila diod pincang
depan, arus mengalir. songsang, arus tidak
Rintangan rendah mengalir. Rintangan tinggi

Cara sambungan Pincang ke depan
semikonduktor jenis p dan
jenis-n ke terminal bateri Semikonduktor jenis-p disambung ke terminal
positif dan jenis-n ke terminal negatif.

Huraikan gerakan Elektron akan bergerak merentasi simpang ke terminal

elektron dan lohong. positif manakala lohong seolah-olah bergerak arah

bertentangan ke terminal negatif.

Bandingkan voltan bateri Voltan bateri (1.5 V) lebih besar

dengan voltan simpang

Ketebalan lapisan susutan nipis

Nilai rintangan diod rendah

Arus mengalir? Arus mengalir

Kerana pembawa cas boleh merentasi
simpang, lapisan susutan semakin nipis
dan rintangan diod semakin berkurang.

Cara sambungan Pincang Songsang
semikonduktor jenis p dan
jenis-n ke terminal bateri Semikonduktor jenis-p disambung ke terminal
negatif dan jenis-n ke terminal positif

Huraikan gerakan Elektron dan lohong ditarik menjauhi simpang. Tidak
elektron dan lohong. ada pembawa cas merentasi simpang.

Bandingkan voltan bateri Simpang lebih besar
dengan voltan simpang tebal

Ketebalan lapisan susutan

Nilai rintangan diod tinggi
Arus mengalir? Arus tidak mengalir

Tidak ada pembawa cas yang merentasi
simpang, lapisan susutan semakin tebal
dan rintangan diod semakin bertambah.

STANDARD

PEMBELAJARAN 2

5.2.2 Berkomunikasi
tentang kegunaan diod
semi konduktor dan
kapasitor dalam
rektifikasi arus ulang
alik

Rektifikasi ialah proses penukaran arus ulang
alik kepada arus terus.

Terdapat dua jenis rektifikasi:
1. Rektifikasi gelombang separuh
2. Rektifikasi gelombang penuh

Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi
Rektifikasi gelombang separuh

Lukis isyarat input untuk arus ulang alik Lukis isyarat output yang
dipaparkan pada skrin OSK.

Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi Apakah peranan diod
dalam litar rektifikasi?
Rektifikasi gelombang separuh.
Diod tukarkan arus ulang
Terangkan mengapa isyarat output yang alik kepada arus terus
dihasilkan seperti dipaparkan di skrin OSK
Dalam separuh kitar pertama:
Diod pincang ke depan dan arus mengalir.

Dalam separuh kitar kedua:
Diod pincang songsang dan arus tidak mengalir.

Aktiviti 2 Tujuan: Membina litar rektifikasi

Rektifikasi penuh gelombang Lukis isyarat input arus ulang alik

Lukis isyarat output
A → D1 → X → Y → D3 → B

Rektifikasi gelombang penuh (c) Nyatakan arah arus mengalir melalui
perintang R bagi setiap separuh kitaran.
(a) Nyataka arah arus dalam
separuh kitar pertama: X → Y Arus ulang-alik yang mengalir melalui
perintang R bagi setiap separuh
A → D1 → X → Y → D3 → B kitaran adalah sama.

(b) Nyatakan arah arus dalam Draw the input a.c current signal
separuh kitar kedua:

B → D2 → X → Y → D4 → A

Draw the output signal

Rektifikasi Proses rektifikasi yang membenarkan arus mengalir
gelombang penuh dalam satu litar lengkap pada satu arah yang sama.

Rektifikasi gelombang penuh



3. Dengan menggunakan litar rektifikasi
separuh gelombang yang dibina dalam
soalan 1, sambung suatu kapasitor secara
selari dnengan perintang R.

(a) Apakah peranan kapasitor dalam litar
rektifikasi?

Rektifikasi gelombang separuh dan gelombang
penuh menghasilkan arus terus yang tidak rata.
Oleh itu, kapasitor digunakan untuk meratakan
arus dalam litar rektifikasi.

(b) Terangkan bagaimana kapasitor boleh
meratakan arus.

• Ketika beza keupayaan meningkat, arus mengalir melalui
perintang R, kapasitor dicaskan dan menyimpan tenaga.

• Apabila beza keupayaan menyusut, kapasitor akan dinyahcas agar
arus output tidak menurun ke sifar. Tenaga yang disimpan dalam
kapasitor akan kekalkan beza keupayaan merentasi perintang, R.

4. Dengan menggunakan litar rektifikasi
gelombang penuh yang dibina dalam
soalan 2, sambung suatu kapasitor secara
selari dengan perintang R.

(a) Draw the wave form produced.



















Diod benarkan arus mengalir di dalam satu
arah sahaja.

Terminal +ve bateri disambung ke anod
diod / semiconductor jenis-p