Dioda Zener | Dokumen 471 dioda zener
Dioda Zener (Zener Diode)
Dioda Zener (Zener Diode) adalah Komponen Elektronika yang terbuat dari
Semikonduktor dan merupakan jenis Dioda yang dirancang khusus untuk dapat
beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Pada saat dipasangkan pada
Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Dioda Zener akan memiliki karakteristik dan
fungsi sebagaimana Dioda Normal pada umumnya.
Gambar Kurva karakteristik Dioda Zener
Prinsip Kerja Dioda Zener
Dioda Zener akan menyalurkan arus listrik yang mengalir ke arah yang berlawanan
jika tegangan yang diberikan melampaui batas “Breakdown Voltage” atau Tegangan
Tembus Dioda Zenernya ( Vz ). Karakteristik ini berbeda dengan Dioda biasa yang
hanya dapat menyalurkan arus listrik ke satu arah. Tegangan Tembus (Breakdown
Voltage) ini disebut juga dengan Tegangan Zener.
Analisa rangkaian regulator dioda zener ini secara matematis, kita menggunakan
dioda zener dengan tegangan zener sebesar 12.6 V, tegangan power supply
sebesar 45 V, dan sebuah resistor seri sebesar 1 kΩ. Rangkaian dioda zener
sederhana ditunjukkan pada gambar 4a.
Apabila tegangagn dioda zener sebesar 12.6 V dan tegangan power supply sebesar
45 V, maka tegangan resistor adalah 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Maka arus yang
mengalir dalam rangkaian tersebut, sebesar 32.4V/1kΩ = 32.4 mA (gambar 4b).
Gambar 4 (a) Regulator dioda zener dengan resistor 1 kΩ. (b) Menghitung tegangan
dan arus
Daya dapat dihitung dengan mengalikan tegangan dengan arus (P = VI), sehingga
kita bisa menghitung dissipasi daya pada resistor dan dioda zener dengan mudah
Presistor = (32.4 mA) (32.4 V) = 1.0498 W
Pdioda = (32.4 mA) (12.6 V) = 408.24 mW
Sebuah dioda zener dengan rating daya 0.5 W bisa digunakan pada rangkaian ini,
sedangkan rating daya resistornya adalah 1.5 W atau 2 W.
Jika diperbesar ukuran resistor menjadi 100 kΩ. Kita gunakan rangkaian yang sama
seperti pada gambar 4, hanya saja resistornya diperbesar hingga 100 kΩ. Maka
rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5 Rangkaian regulator zener dengan resistor seri 100 kΩ
Sekarang arus yang mengalir dalam rangkaian menjadi seperseratus dari rangkaian
sebelumnya yaitu 324 μA (arus pada rangkaian sebelumnya sebesar 32.4 mA).
Sedakarang dissipasi dayanya 100 kali lebih kecil dari sebelumnya
Presistor = (324 μA) (32.4 V) = 10.498 mW
Pdioda = (324 μA) (12.6 V) = 4.0824 mW
Sekarang dissipasi daya pada masing-masing komponen menjadi lebih kecil.
Sehingga suhu pada dioda dan resistor menjadi lebih dingin karena dissipasi
dayanya berkurang. Tetapi sayangnya, ada masalah lain yang muncul. Ingat bahwa
fungsi dari rangkaian regulator adalah menghasilkan tegangan yang stabil untuk
menyuplai rangkaian lainnya. Dengan kata lain, tujuan kita adalah menyuplai daya
ke suatu rangkaian pada tegangan 12.6 V, berapapun arus yang diminta oleh
rangkaian tersebut, tegangannya tidak drop dan harus tetap 12.6 V. Kita kembali
pada rangkaian awal yaitu rangkaian pada gambar 4. Rangkaian regulator tersebut
akan digunakan untuk menyuplai suatu beban yang memiliki resistansi sebesar 500
Ω dan dirangkai paralel dengan dioda zener seperti ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6 Regulator zener dengan resistor seri 1 kΩ dan beban 500 Ω.
Apabila tegangan dari regulator dipertahankan pada level 12.6 V untuk menyuplai
beban berupa resistor 500 Ω, maka beban tersebut akan meminta arus sebesar 12.6
V / 500 Ω = 25.2 mA. Tegangan resistor sebesar 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Berarti
arus yang mengalir dalam rangkaian sebesar 32.4 mA. Karena arus yang disuplai
oleh sumber tegangan sebesar 32.4 mA, sedangkan arus yang diminta oleh beban
sebesar 25.2 mA, maka masih ada kelebihan arus yaitu arus yang mengalir ke dioda
zener sebesar 32.4 mA – 25.2 mA = 7.2 mA.
Analisa rangkaian dioda zener yang “lebih irit”, yaitu rangkaian dioda zener yang
memiliki resistansi sebesar 100 kΩ. Rangkaian regulator tersebut juga akan
digunakan untuk menyuplai energi pada beban berupa resistor sebesar 500 Ω
seperti ditunjukkan pada gambar 7. Rangkaian regulator ini dapat menghasilkan
tegangan yang konstan sebesar 12.6 V. Nanti kita akan mengetahui bahwa
rangkaian pada gambar 7 ini gagal dalam meregulasi tegangan.
Gambar 7 Dioda zener yang gagal untuk meregulasi tegangan pada suatu beban
Dengan menggunakan resistor yang berukuran 100 kali lebih besar yaitu 100 kΩ,
maka tegangan pada beban resistor 500 Ω hanya sebesar 224 mV, sangat jauh dari
yang diharapkan yaitu 12.6 V. Pada kondisi ini, dioda zener menjadi off dan diganti
dengan open circuit.
Analisa rangkaian ini tanpa menyertakan dioda zener seperti ditunjukkan pada
gambar 8. Karena dirangkai seri, maka resistansi total dari kedua resistor tersebut
sebesar 100.5 kΩ. Dengan menggunakan hukum Ohm, maka kita bisa menghitung
arus dalam rangkaian tersebut yaitu sebesar 45 V/100.5 kΩ = 447.76 μA. Arus yang
mengalir pada tiap komponen memiliki nilai yang sama karena dirangkai seri. Maka
tegangan pada resistor beban, 500 Ω, sebesar 224 mV. Karena dioda zener
dirangkai paralel dengan resistr beban, maka tegangan resistor sama dengan
tegangan dioda zener yaitu sebesar 224 mV. Tegangan ini tentu saja terlalu rendah
dan dioda zener tidak bisa aktif. Agar dioda zener bisa aktif, tegangan minimumnya
adalah 12.6 V.
Gambar 8 Rangkaian tanpa regulator dioda zener
Berikut ini tabel yang menunjukkan daftar dioda zener dengan rating tegangan zener
dan dissipasi daya maksimum yang tersedia di pasaran.
Tabel 1 Dioda zener dengan rating tegangan zener yang tersedia di pasaran
Dioda Zener (Zener Diode) adalah Komponen Elektronika yang terbuat dari
Semikonduktor dan merupakan jenis Dioda yang dirancang khusus untuk dapat
beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Pada saat dipasangkan pada
Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Dioda Zener akan memiliki karakteristik dan
fungsi sebagaimana Dioda Normal pada umumnya.
Gambar Kurva karakteristik Dioda Zener
Prinsip Kerja Dioda Zener
Dioda Zener akan menyalurkan arus listrik yang mengalir ke arah yang berlawanan
jika tegangan yang diberikan melampaui batas “Breakdown Voltage” atau Tegangan
Tembus Dioda Zenernya ( Vz ). Karakteristik ini berbeda dengan Dioda biasa yang
hanya dapat menyalurkan arus listrik ke satu arah. Tegangan Tembus (Breakdown
Voltage) ini disebut juga dengan Tegangan Zener.
Analisa rangkaian regulator dioda zener ini secara matematis, kita menggunakan
dioda zener dengan tegangan zener sebesar 12.6 V, tegangan power supply
sebesar 45 V, dan sebuah resistor seri sebesar 1 kΩ. Rangkaian dioda zener
sederhana ditunjukkan pada gambar 4a.
Apabila tegangagn dioda zener sebesar 12.6 V dan tegangan power supply sebesar
45 V, maka tegangan resistor adalah 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Maka arus yang
mengalir dalam rangkaian tersebut, sebesar 32.4V/1kΩ = 32.4 mA (gambar 4b).
Gambar 4 (a) Regulator dioda zener dengan resistor 1 kΩ. (b) Menghitung tegangan
dan arus
Daya dapat dihitung dengan mengalikan tegangan dengan arus (P = VI), sehingga
kita bisa menghitung dissipasi daya pada resistor dan dioda zener dengan mudah
Presistor = (32.4 mA) (32.4 V) = 1.0498 W
Pdioda = (32.4 mA) (12.6 V) = 408.24 mW
Sebuah dioda zener dengan rating daya 0.5 W bisa digunakan pada rangkaian ini,
sedangkan rating daya resistornya adalah 1.5 W atau 2 W.
Jika diperbesar ukuran resistor menjadi 100 kΩ. Kita gunakan rangkaian yang sama
seperti pada gambar 4, hanya saja resistornya diperbesar hingga 100 kΩ. Maka
rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 5.
Gambar 5 Rangkaian regulator zener dengan resistor seri 100 kΩ
Sekarang arus yang mengalir dalam rangkaian menjadi seperseratus dari rangkaian
sebelumnya yaitu 324 μA (arus pada rangkaian sebelumnya sebesar 32.4 mA).
Sedakarang dissipasi dayanya 100 kali lebih kecil dari sebelumnya
Presistor = (324 μA) (32.4 V) = 10.498 mW
Pdioda = (324 μA) (12.6 V) = 4.0824 mW
Sekarang dissipasi daya pada masing-masing komponen menjadi lebih kecil.
Sehingga suhu pada dioda dan resistor menjadi lebih dingin karena dissipasi
dayanya berkurang. Tetapi sayangnya, ada masalah lain yang muncul. Ingat bahwa
fungsi dari rangkaian regulator adalah menghasilkan tegangan yang stabil untuk
menyuplai rangkaian lainnya. Dengan kata lain, tujuan kita adalah menyuplai daya
ke suatu rangkaian pada tegangan 12.6 V, berapapun arus yang diminta oleh
rangkaian tersebut, tegangannya tidak drop dan harus tetap 12.6 V. Kita kembali
pada rangkaian awal yaitu rangkaian pada gambar 4. Rangkaian regulator tersebut
akan digunakan untuk menyuplai suatu beban yang memiliki resistansi sebesar 500
Ω dan dirangkai paralel dengan dioda zener seperti ditunjukkan pada gambar 6.
Gambar 6 Regulator zener dengan resistor seri 1 kΩ dan beban 500 Ω.
Apabila tegangan dari regulator dipertahankan pada level 12.6 V untuk menyuplai
beban berupa resistor 500 Ω, maka beban tersebut akan meminta arus sebesar 12.6
V / 500 Ω = 25.2 mA. Tegangan resistor sebesar 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Berarti
arus yang mengalir dalam rangkaian sebesar 32.4 mA. Karena arus yang disuplai
oleh sumber tegangan sebesar 32.4 mA, sedangkan arus yang diminta oleh beban
sebesar 25.2 mA, maka masih ada kelebihan arus yaitu arus yang mengalir ke dioda
zener sebesar 32.4 mA – 25.2 mA = 7.2 mA.
Analisa rangkaian dioda zener yang “lebih irit”, yaitu rangkaian dioda zener yang
memiliki resistansi sebesar 100 kΩ. Rangkaian regulator tersebut juga akan
digunakan untuk menyuplai energi pada beban berupa resistor sebesar 500 Ω
seperti ditunjukkan pada gambar 7. Rangkaian regulator ini dapat menghasilkan
tegangan yang konstan sebesar 12.6 V. Nanti kita akan mengetahui bahwa
rangkaian pada gambar 7 ini gagal dalam meregulasi tegangan.
Gambar 7 Dioda zener yang gagal untuk meregulasi tegangan pada suatu beban
Dengan menggunakan resistor yang berukuran 100 kali lebih besar yaitu 100 kΩ,
maka tegangan pada beban resistor 500 Ω hanya sebesar 224 mV, sangat jauh dari
yang diharapkan yaitu 12.6 V. Pada kondisi ini, dioda zener menjadi off dan diganti
dengan open circuit.
Analisa rangkaian ini tanpa menyertakan dioda zener seperti ditunjukkan pada
gambar 8. Karena dirangkai seri, maka resistansi total dari kedua resistor tersebut
sebesar 100.5 kΩ. Dengan menggunakan hukum Ohm, maka kita bisa menghitung
arus dalam rangkaian tersebut yaitu sebesar 45 V/100.5 kΩ = 447.76 μA. Arus yang
mengalir pada tiap komponen memiliki nilai yang sama karena dirangkai seri. Maka
tegangan pada resistor beban, 500 Ω, sebesar 224 mV. Karena dioda zener
dirangkai paralel dengan resistr beban, maka tegangan resistor sama dengan
tegangan dioda zener yaitu sebesar 224 mV. Tegangan ini tentu saja terlalu rendah
dan dioda zener tidak bisa aktif. Agar dioda zener bisa aktif, tegangan minimumnya
adalah 12.6 V.
Gambar 8 Rangkaian tanpa regulator dioda zener
Berikut ini tabel yang menunjukkan daftar dioda zener dengan rating tegangan zener
dan dissipasi daya maksimum yang tersedia di pasaran.
Tabel 1 Dioda zener dengan rating tegangan zener yang tersedia di pasaran