· Suatu persambungan dibentuk antara bahan semikonduktor tipe-p dan tipe-n, kombinasi tersebut mempunyai sifat-sifat penyearah. Karekteristik volt-ampere dari suatu alat berkutub dua (disebut dioda persambungan) ditelaah. Kapasitansi melewati persambungan ini dihitung.
PERSAMBUNGAN p-n DIRANGKAI TERBUKA
· Apabila takmurnian donor dimasukkan di suatu satu sisi dan akseptor dimasukkan di sisi yang lain dari sebuah kristal semikonduktor suatu persambungan p-n akan terbentuk. Secara skematik dapat kita lihat seperti Gambar 3-1a.
· 
· Daerah muatan ruang. Oleh karena lintas persambungan terdapat kerapatan, mula-mula lubang akan berdifusi (berbaur) ke sebelah kanan persambungan dan elektron ke sebelah kirinya. Kita melihat bahwa lubang-lubang positif yang menetralkan ion-ion akseptor dekat persambungan dalam silikon tipe-p telah menghilang sebagai akibat rekombinasi dengan elektron yang telah berdifusi melewati persambungan. Demikian juga elektron-elektron yang menetralkan di silikon tipe-n telah bergabung dengan lubang yang berasal dari bahan tipe-p dan yang telah menyeberangi persambungan. Ion yang tak ternitralkan di sekitar persambungan di sebut muatan yang tak tertutupi. Bentuk yang umum dari rapat muatan ρ (Gambar 3-1b) , bergantung pada bagaimana tersebut diberi takmurnian. Oleh karena muatan-muatan dikosongkan dari daerah persambungan daerah tersebut disebut daerah pengosongan (depletion), daerah muatan ruang atau daerah transisi. 
· Kekuatan medan listrik. Rapat muatan ruang sama dengan nol di persambungan, positif di sebelah kanan dan negatif di sebelah kiri persambungan. Dalam rangkaian terbuka tidak ada gerakan muatan yang stasioner melewati persambungan. Keseimbangan dicapai apabila kekuatan medan listrik cukup kuat untuk menahan proses difusi. 
· Potensial. Perubahan potensial di daerah pengosongan diperlihatkan dalam Gambar 3-1d dan merupakan negatif dari integral fungsi ε pada Gambar 3-1c. perubahan ini membentuk barier (kemiringan) energi potensial yang menahan kelanjutan difusi lubang melintasi persambungan tersebut.
PERSAMBUNGAN p-n SEBAGAI PENYEARAH
· Ciri pokok dari persambungan p-n adalah bahwa persambungan ini merupakan penyearah, yang dengan mudah mengalirkan arus dalam satu arah, akan tetapi menahan aliran dalam arah yang berlawanan.
· 
· Prategangan balik. Dalam Gambar 3-2 sebuah baterai dihubungkan melewati persambungan p-n. kutub negatif baterai dihubungkan dengan sisi p dari persambungan dan kutub positif dengan sisi n. Polaritas hubungan ini adalah demikian sehingga lubang dari tipe-p dan elektron dalam tipe-n bergerak menjauhi persambungan.
● Prategangan Maju. Suatu tegangan luar dengan polaritas seperti dalam Gambar 3-3 (berlawanan dengan yang ditunjukkan dengan Gambar 3-2), disebut dengan prategangan maju. Suatu dioda p-n mempunyai penurunan tegangan ohmik sama dengan nol melintasi kristal. Dengan prategangan maju, lubang dari tipe-p melewati persambungan ke tipe-n, dimana lubang tersebut membentuk arus minoritas terinjeksi. Dengan jalan yang sama elektron melintasi persambungan menjadi arus minoritas yang diinjeksi kedalam sisi p. lubang-lubang bergerak dari kiri ke kanan membentuk arus dalam arah arus yang sama dengan arus elektron yang bergerak dari kanan ke kiri. Oleh karena itu arus yang dihasilkan melewati persambungan adalah jumlah dari arus minoritas lubang dan elektron.
● Kontak Ohmik. Dalam Gambar 3-2 (3-3) diperlihatkan prategangan luar mundur (maju) diterapkan pada dioda p-n. Kita telah menganggap, bahwa prategangan luar langsung muncul melintasi persambungan dan mempunyai pengaruh menaikkan (menurunkan) potensial elektro statik lintas persambungan. Untuk membenarkan anggapan ini kita harus menentukan bagaimana kontak listrik dari rangkaian prategangan luar ke semikonduktor dibuat.dua persambungan logam semikonduktor untuk kedua ujung dari dioda. Kita mengharap suatu potensial kontak akan timbul lintas persambungan-persambungan tambahan ini. Akan tetapi kita akan mengnggap bahwa kontak-kontak logam semikonduktor yang diperlihatkan Gambar 3-2 dan 3-3 telah dibuat demikian rupa sehingga melakukan penyearahan. Dengan perkataan lain, potensial kontak lintas persambungan-persambungan ini adalah tetap tidak tergantung pada arah dan besar arus. Kontak ini disebut kontak ohmik.
● Tegangan maju yang besar. Misalkan tegangan maju v dalam Gambar 3-3 dinaikan sampai V mendekati Vo. Barier akan hilang dan arus akan besar sekali, melebihi nilai kemampuan (rating) dari dioda.dalam prakteknya kita tak pernah dapat mengecilkan bariae sampai dengan nol, karena apabila arus naik tanpa batas tahanan tubuh kristal dan tahanan kontak-kontak ohmik akan membatasi arus tersebut. Oleh karena itu tak lagi mungkin menganggap semua tegangan V akan muncul sebagai perubahan lintas persambungan p-n.
KARAKTERISTIK VOLT-AMPERE
- Persambungan p-n, arus I dihubungkan dengan oleh persamaan
Nilai positif dari I berarti arus mengalir dari sisi p ke sisi n. Suatu dioda berprategangan maju (forward biased) apabila V positif , yang menunjukkan bahwa sisi p dari persambungan adalah posisi terhadap sisi n. simbol η sama dengan satu untuk germanium dan kira-kira sama dengan dua untuk yang kecil.
Simbol VT menyatakan ekivalen tegangan dari temperatur, diberikan dalam persamaan dibawah ini:
Pada temperatur kamar (T = 3000K), VT = 0,026 V = 26 mV
Gamabar 3-6 karakteristik volt ampere
- Apabila dioda berprategangan mundur dan
adalah beberapa kali VT, yang di berikan. Oleh karena itu I0 disebut arus balik jenuh. - Prategangan balik VZ yang menyebabkan arus balik yang besar dan mendadak dikatakan bahwa dioda tersebut berada dalam daerah dadal (breakdown).
- Tegangan potong masuk atau tegangan ambang Vγ ditunjukkan dalam Gambar 3-7. Di atas Vγ, arus akan naik cepat sekali. Dapat dilihat Vγ kira-kira sama dengan 0,2 V untuk germanium dan 0,6 V untuk silikon. Ketergantungan arus pada tegangan yang lebih kecil pada permukaan menyebabkan penundaan lebih lanjut dari naiknya karakteristik terutama untuk karakteristik silikon.
Gambar 3-7 karakteristik volt ampere
- Kareakterisik logaritmik. Menelaah suatu keluarga dari karateritik-karakteristik dioda silikon dalam Gambar 3-8 akan memberikan banyak pelajaran. Keluarga dari dioda germanium yang mempunyai kemampuan yang setara akan mirip, kecuali arus-arus yang bersesuaian dicapai pada tegangan yang lebih rendah.
Dari persamaan 3-9, dengan anggapan V beberapa kali VT, sehingga kita dapat mengabaikan bilangan satu
KETERGANTUNGAN KARAKTERISTIK V/I PADA TEMPERATUR
- Hubungan volt-ampere mengandung temperatur secara implisit dalam dua simbol VT dan I0. perubahan I0 secara teoritis dengan T adalah 8 persen/0C untuk silikon dan 11 persen/0C untuk germanium. Sebab perbedaan ini adalah dalam dioda fisis terdapat komponen dari arus balik jenuh yang disebabkan oleh karena kebocoran dipermukaan yang tidak diperhitungkan. Oleh karena kebocoran ini tidak tergantung dari perubahan temperatur, diharapkan memperoleh kecepatan perubahan yang lebih kecil dari I0 dengan temperatur. Dari data eksperimen di amati bahwa arus balik jenuh naik sekitar 7 persen/0C untuk silikon dan germanium. Oleh karena (1,07)10 ≈ 2,0 kita menarik kesimpulan bahwa arus balik jenuh kira-kira lipat dua setiap kenaikan temperatur 100C. Apabila I0 = I01 pada T = T1, maka pada temperatur T, I0 diberikan oleh
I0 (T) = I01 x 2 (T-T1)/10
Apabila temperatur dinaikan pada suatu tegangan tertentu, arus akan naik. Akan tetapi apabila kita menurunkan V, maka I dapat dikembalikan pada harga sebelumnya. Untuk silikon atau germanium (pada temperatur kamar)
Diperlukan untuk mempertahankan arus I yang tetap. Perlu juga diperhatikan bahwa 
turun dengan naiknya T.
TAHANAN DIODA
- Tahanan statik R dari dioda didefinisikan sebagai perbandingan V/I dari tegangan arus. Di setiap titik dari karakteristik volt-ampere dari dioda tahanan R sama dengan kebalikan dari kemiringan dari garis yang menghubungakn titik operasi dengan pangkal. Tahanan statik akan banyak berubah dengan V dan I, dan tidak merupakan parameter yang berguna. Sifat-sifat penyearah dari satu dioda diberikan dalam lembaran spesifikasi dari pabrik dengan memberikan maksimum tergangan ke depan VF yang diperlukan untuk mencapai arus depan IF dan juga arus balik maksimum IR untuk suatu tegangan balik VR Nilai-nilai khas dari dioda silikon epitaksial planar adalah VF = 0,8 V pada IF = 10 mA (bersesuaian dengan RF = 80 Ω) dan IR = 0,1 μA pada VR = 50 V (bersesuaian dengan RR = 500 M).
- Karakteristik dioda yang sebagian-sebagian linier. Pendekatan sinyal besar, yang sering kali cukup teliti untuk penyelesaian soal-soal keteknikan, adalah perumusan sebagian-sebagian linier untuk karakteristik dioda semikonduktor ditunjukkan dalam Gambar 3-9. Titik patahnya tidak di pangkal dan oleh karenanya Vγ disebut juga tegangan ambang atau penyimpangan.
Gambar 3-9
- Dioda akan bekerja sebagai suatu rangkaian terbuka, bila V < Vγ,
- Sebaliknya akan berkerja sebagai rangkaian tertutup dan mempunyai kenaikan tahanan r = dV/dI yang tetap, bila V > Vγ. (r juga dinyatakan dengan Rf dan disebut tahanan maju).
- Pendekatan untuk ayunan arus sampai 50 mA menghasilkan harga-harga sebagai berikut; germanium Vγ = 0,3 V, Rf = 6 Ω: silikon Vγ = 0,65 V, Rf = 5,5 Ω
KAPASITANSI CT DARI MUATAN RUANG ATAU TRANSISI
- Prategangan balik menyebabkan pembawa mayoritas bergerak memenuhi persambungan, dengan demikian menghasilkan muatan-muatan yang tidak lincah. Oleh karena itu ketebalan lapisan muatan ruang di persambungan bertambah dengan kenaikan tegangan balik. Hal ini dipandang dengan efek kapasitif. Kita dapat mendifinisikan kenaikan kapasitansi CT dengan
Dimana dQ adalah kenaikan muatan disebabkan oleh perubahan tegangan dV. Akibat devinisi ini perubahan tegangan dV dalam waktu dt, menghasilkan arus i = dQ/dt, diberikan oleh
- Oleh karena itu pengetahuan tentang CT penting dalam memandang sebuah dioda (atau transistor) sebagai elemen rangkaian. Besarnya CT disebut kapasitansi daerah transisi, daerah pengososngan, muatan-ruang atau barier.
- Persambungan berubah-mendadak. Pandang suatu persambungan dengan perubahan mendadak dari ion akseptor di satu pihak ke ion donor di pihak yang lain. Persambungan seperti ini secara eksperimental dibentuk dengan misalnya menempatkan indium, yang bervalensi tiga menempel pada pada germanium tipe-n dan memanaskan sistem tersebut pada temperatur tinggi dalam waktu yang pendek. Sedikit indium larut dalam germanium dan germanium tipe-n menjadi tipe-p dipersambungan campuran (alloy) atau paduan (fusion). Kerapatan ion Akseptor NA tidak perlu sama dengan ion takmurnian donor. Bahkan seingkali lebih menguntungkan untuk mempunyai persambungan uang tidak simetrik. Gambar 3-10 menunjukkan rapat muatan sebagai fungsi dari jarak dari suatu persambungan campuran, dimana rapat takmurnian akseptor dianggap jauh lebih besar dari konsentrasi donor. Oleh karena muatan total harus sama dengan nol, maka
NAWp = NDWn
Gambar 3-10
- Apabila NA>>ND, maka WP << WN ≈ W. Hubungan antara potensial dan rapat muatan diberikan oleh persamaan (3-1)
Garis-garis gaya listrik dimulai dari donor ion positif dan berakhir pada yang negatif . oleh karena itu tidak ada garis gaya ke sebelah kanan dari x = WN dari Gambar 3-10 dan ε = - dV/dx = 0 di x = Wn ≈ W.
- Dioda Varactor. Makin besar tegangan baliknya, semakin besar/lebar muatan ruang W, dan oleh karenya CT semakin kecil. Dengan jalan yang sama, untuk kenaikan prategangan maju (Vd positif) W berkurang dan CT naik.
Gambar 3-12
- Kapasitas persambungan p-n berprategangan balik, yang berubah dengan tegangan, bermanfaat dalam sejumlah rangkaian. Salah satunya penalaan (tunning) rangkaian resonan LC dengan mempergunakan tegangan. Pemakaian yang lain adalah rangkaian jembatan yang dapat membuat keseimbangan sendiri (self-balancing) dan penguat yang khusus, yang disebut penguat parameterik.
- Dioda yang dibuat kusus untuk pemakaian-pemakaian tersebut, yang didasarkan pada kapasitansi yang berubah dengan tegangan disebut varaktor, varikap atau voltakap. Suatu model rangkaian dari sebuah dioda varactor dengan prategangan balik diperlihatkan dalam Gambar 3-13. Tahanan Rs tahanan seri ohmik dari dioda. Nilai-nilai khas (typical) bagi CT dan Rs adalah 20pF dan 8,5 Ω, untuk prategangan balik sebesar 4 V. Tegangan balik dioda Rr paralel dengan CT biasanya besar (> 1M) dan karenannya biasanya di abaikan.
- Kapasitansi transisi atau pengosongan, yang diperlukan dalam rangkaian-rangkaian untuk bentuk gelombang cepat atau frekuensi tinggi, harus sekecil mungkin. Ini disebabkan karena dioda didorong ke dalam keadaan berprategangan balik, bila diperlukan untuk menahan transmisi suatu sinyal. Akan tetapi, apabila kapasitansi barier CT cukup besar, arus yang harus ditahanoleh konduktans yang rendah dari dioda berprategangan balik akan mengalir melalui kapasitor
