Kel 7 Dioda Zener.docx

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Dioda pada umumnya merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penyearah (rectifier) untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dioda menjadi sangat penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah (DC). Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu anoda dan katoda. Anoda digunakan untuk polaritas positif dan katoda untuk polaritas negatif.

1.1 Rumusan masalah 

Apa pengertian diode zener?



Apa fungsi diode zener?



Bagaimana prinsip kerja diode zener?



Bagaimana cara pemakaian diode zener?

1.2 Tujuan 

Untuk mengetahui pengertian diode zener



Untuk mengetahui fungsi diode zener



Untuk mengetahui prinsip kerja diode zener



Untuk mengetahui cara pemakaian diode zener

1.3 Manfaat Memberikan pemahaman mengenai Dioda Zener secara terperinci dan sistematis agar dapat digunakan secara tepat dan akurat

1

BAB II PEMBAHASAN 2.1 Pengertian Dioda Zener 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. Efek Dioda jenis ini ditemukan oleh seorang Fisikawan Amerika yang bernama Clarence Melvin Zener pada tahun 1934 sehingga nama Diodanya juga diambil dari nama penemunya yaitu Dioda Zener. 2.2 Fungsi Dioda Zener Dioda zener banyak digunakan pada rangkaian elektronika terutama pada rangkaian power supply. Hal ini terkait dengan sifat dari dioda zener yang memiliki tegangan breakdown tertentu, sehingga dapat dipakai untuk menyetabilkan nilai tegangan output power supply pada nilai tegangan tertentu. Selain itu ada beberapa fungsi dioda zener yang lain seperti pembatas level sinyal input, pengaman ESD (elektro static discharge) dan pendeteksi level tegangan. Dioda zener adalah dioda yang mengalirkan arus tidak hanya pada arah maju (forward) seperti dioda biasa namun bisa juga mengalirkan arus pada arah balik (reverse) jika tegangan pada katodanya melebihi tegangan breakdown dari dioda zener. Nama “Zener” diambil dari nama penemu karakteristik dioda zener, Clarence Zener. Berikut ini beberapa fungsi dioda zener beserta rangkaian dan penjelasannya.

Penyetabil Level Tegangan

Fungsi penyetabil tegangan banyak digunakan pada power supply. Dioda zener disini berfungsi menjaga tegangan output power supply pada level tertentu. Pada aplikasi sederhana, dioda zener dipasang secara paralel terhadap input. Besarnya tegangan output kemudian mengacu pada tegangan dioda zener. Dengan cara ini maka tegangan output akan tetap stabil meski tegangan

2

input berubah-ubah.Berikut ini contoh rangkaian power supply dengan dioda zener sebagai penyetabil tegangan.

Gambar diatas adalah skema rangkaian power supply 12V sederhana dengan dioda zener sebagai penyeetabil tegangan. Resistor R1 berfungsi membatasi arus yang masuk ke dioda zener dan Transistor Q1 berfungsi menguatkan arus yang berkurang karena R1 tersebut. Besarnya tegangan output power supply ini adalah tegangan pada zener dikurangi tegangan forward dioda pada kaki transistor B-E. Jadi pada rangkaian diatas, besarnya tegangan aoutput adalah 12 dikurangi 0.6 yaitu sebesar 11.4V.

Pendeteksi Level Tegangan Tertentu Fungsi lain dari dioda zener adalah mendeteksi level tegangan tertentu pada sebuah titik. Prinsipnya menggunakan karakteristik dioda zener yang memiliki tegangan breakdown pada level tertentu dan bersifat tetap. Pada fungsi ini dioda zener dipasang seri terhadap input. Misalnya kita menggunakan zener 5V maka saat tegangan input melebihi tegangan zener akan keluar tegangan output yang besarnya sama dengan tegangan input dikurangi tegangan zener.

Berikut ini contoh rangkaian pendeteksi level tegangan dengan dioda zener.

3

Pada rangkaian diatas tampak sebuah pendeteksi level tegangan dengan indikator sebuah led D3. Cara kerjanya adalah saat tegangan input dibawah 5V maka tegangan pada kaki anoda dioda zener D2 sama dengan nol (tegangan input 5V dikurangi tegangan zener 5V). Kemudian agar led D3 menyala maka transistor Q2 harus ON, dan syarat transistor untuk ON yaitu pada tegangan basis harus ada tegangan sebesar 0.6V lebih tinggi dari emitor.

Karena emitor transistor dihubungkan ke ground maka besarnya tegangan pada basis agar transistor Q2 ON adalah sebesar 0.6V. Dengan mengacu pada perhitungan tegangan zener yang sama maka besarnya tegangan input minimal agar led D3 menyala adalah sebesar 0.6V ditambah dengan tegangan zener 5V sama dengan 5.6V.

Artinya, rangkaian diatas mendeteksi level tegangan minimal 5.6V dengan indikator led D3. Jika tegangan input kurang dari 5.6V maka led D3 akan padam dan jika tegangan input lebih tinggi atau sama dengan 5.6V maka led D3 akan menyala. Pada prakteknya kondisi tersebut memang tidak bisa ideal, misalnya saat tegangan sedikit diatas 5V tampak led D3 akan mulai menyala redup. Ini disebabkan karena spesifikasi dari dioda zener sendiri.

4

Pembatas Level Sinyal Input Karakteristik dioda zener yang mampu menjaga level tegangan pada kaki katoda dan anodanya juga bsa kita gunakan sebagai rangkaian pembatas level sinyal input. Sebagai contoh misalnya pada input audio atau input video pada televisi. Untuk mencegah kerusakan rangkaian karena level input yang terlalu tinggi maka dapat kita pasang dioda zener pada terminal inputnya. Jika tegangan input yang masuk melebihi tegangan zener maka akan dipangkas sesuai tegangan zener.

Berikut ini contoh rangkaian aplikasi dioda zener sebagai pembatas level input.

Pada rangkaian diatas terdapat dua dioda zener yang diseri sebagai pembatas level sinyal input. Dioda D6 berfungsi sebagai pembatas level positif sedangkan D7 merupakan pembatas level negatif. Rangkaian diatas akan memangkas sinyal input pada level tegangan zener ditambah 0.6V. Nilai tambahan 0.6V diperoleh dari tegangan forward dioda yang lain. Misalnya pada level positif, D6 akan membatasi level sebesar 5V sedangkan D7 karena pada tegangan reverse bekerja secara forward maka berlaku tegangan forward sebesar 0.6V.

5

Pengaman Electro Static Discharge (ESD) Electro Static Discharge atau sering disingkat dengan ESD adalah muatan listrik statis yang muncul dari beberapa kondisi seperti gesekan antar dua benda yang berbeda. Elektro static sangat berbahaya ketika dia melakukan discharge melalui komponen atau rangkaian elektronika. Hal ini karena besarnya muatan statis pada ESD sagatlah besar mencapai ribuan Volt.

Untuk mengamankan komponen dan rangkaian dari bahaya kerusakan yang ditimbulkan akibat elekcro static discharge ini, kita bisa gunakan dioda zener yang dipasang pada port atau terminal yang terhubung keluar seperti jack atau soket. Misalnya pada jalur input USB atau koneksi data HDMI.

Berikut ini contoh rangkaian aplikasi dioda zener sebagai pengaman ESD pada port IC Mikro kontroler.

Itulah beberapa contoh fungsi dioda zener pada rangkaian elektronika. Tentu ada beberapa fungsi dioda zener yang lain yang belum saya tulis disini.

6

2.3 Pemakaian Dioda Zener

Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik, sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya.

Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan parallel, dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.

7

Pengujian dioda zener membutuhkan catu daya dc variabel. Rangkaian seperti pada gambar di bawah ini:

Pada sirkuit di atas, catu daya variabel digunakan untuk mengatur tegangan input ke nilai yang cocok untuk dioda zener sedang diuji. Resistor R1 membatasi arus yang melalui dioda. Dengan zener dioda terhubung seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas tidak ada arus akan mengalir sampai tegangan pada dioda sama dengan tegangan zener. Jika dioda terhubung dalam arah yang berlawanan, arus akan mengalir pada tegangan rendah, biasanya kurang dari 1 volt. Aliran arus listrik pada tegangan rendah di kedua arah menunjukkan bahwa dioda zener rusak. 2.4 Penerapan Dioda Zener Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz). Rangkaian Dasar Stabilizer Dengan Dioda Zener Pada dioda zener terdapat nilai Izm (Arus zener maksimum) yang telah ditentukan oleh pabrik dan arus zener tidak boleh melebihi Izm tersebut, karena akan mengakibatkan kerusakan pada dioda zener. RS adalah hambatan yang berfungsi sebagai pembatas arus untuk rangkaian stabilizer tegangan. Apabila tegangan Vi lebih tinggi dari Vz dan RL lebih besar dari RL minimum maka fungsi dari stabilizer tegangan pada dioda zener dapat bekerja, oleh karena itu RL harus lebih besar dari RLmin. RLmin dapat ditentukan pada saat VL = Vz sebagai berikut.

8

Nilai RLmin ini akan menjamin dioda zener bekerja secara konsisten. Bila zener sudah bekerja, berarti VL = Vz = konstan, dan dengan menganggap Vi tetap maka turun tegangan pada RS (VR) juga tetap, yaitu Arus pada dioda zener (Iz) tidak boleh melebihi nilai Izm yang telah ditentukan pabrik, untuk membatasi arus zener ini dapat mengatur nilai RS dengan rumusan diatas.

2.5 Harga Batas Dioda Zener Harga batas yang di maksud dalam pembahasan ini adalah suatu keterangan tentang datadata komponen dioda zener yang harus di penuhi dan tidak boleh dilampaui batas maximumnya dan tidak boleh berkurang jauh dari batas minimumnya. Adapaun harga batas tersebut memuat antara lain keterangan tentang tegangan break down ( Uz ) arus maximumnya dioda zener ( Iz ) tahanan dalam dioda zener ( Rd ). Semua harga komponen yang terpasang pada dasarnya akan mempunyai 2 kondisi yaitu : 1.

Kondisi normal , sesuai dengan ketentuannya

2.

Kondisi tidak normal , tidak sesuai dengan ketentuannya.

a. Mungkin kurang dari ketentuannya b. Mungkin melebihi ketentuannya Untuk alasan itu semua, maka kita perlu sekali memperhatikan data-data yang ada untuk setiap jenis komponen agar komponen yang digunakan sesuai dengan yang diharapkan yaitu bisa bekerja baik dan tahan lama . Kondisi yang demikian dinamakan kondisi yang normal namun kondisi yang tidak normal adalah suatu kondisi yang perlu mendapatkan perhatian. Oleh karena itu kita perlu mempelajari harga batas dioda zener , agar kita dapat mengoperasikan komponen sesuai dengan data yang dimiliki . Sebab kondisi yang tidak normal terutama kondisi dimana komopenen diberi tegangan melebihi batas maximumnya , maka komponen tersebut dapat rusak maka hal ini perlu sekali di antisipasi sehingga tidak akan terjadi kerusakan komponen akibat kesalahan pemberian bias. Maka di sarankan setiap pemakai komponen sebelum merangkai harap melihat data karakteristiknya seperti yang terlampir pada lembar informasi.

9

Memahami Kerja Dioda Zener Dioda zener dikerjakan secara terbalik (reverse), tidak seperti dioda biasa yang dikerjakan secara maju (forward). Jika dikerjakan seperti dioda biasa maka pada dioda zener berlaku aturan dioda biasa yaitu tegangan maju sebesar 0.7V.

Berdasarkan penjelasan diawal artikel tadi, secara umum dapat diambil kesimpulan bahwa dioda zener memiliki besar tegangan breakdown tertentu dan bersifat tetap. Besarnya tegangan breakdown diukur antara kaki katoda dan anoda, dalam hal ini katoda lebih positif dari anoda karena dikerjakan secara terbalik (reverse). Jadi intinya adalah tegangan antara katoda dan anoda selalu tetap.

Untuk menjelaskan dioda zener biasanya saya menggunakan dua rangkaian dioda zener yaitu secara paralel (shunt) dan secara seri (series). Dengan melakukan percobaan dari dua rangkaian ini semoga lebih mudah dipahami prinsip kerja dioda zener. Untuk memudahkan pemahaman harus dipenuhi dulu syarat bahwa besarnya tegangan input (Vin) harus lebih tinggi dari nilai tegangan dioda zener. Misalnya kita gunakan dioda zener 5V6 maka besarnya tegangan input harus lebih tinggi, misal sebesar 10V

2.6 Prinsip kerja dioda zener pada rangkaian paralel

10

Pada rangkaian diatas, dioda zener dipasang secara paralel terhadap jalur masukan tegangan DC. Besarnya tegangan output (Vout) pada rangkaian diatas adalah sebesar tegangan dioda zener, misalnya digunakan dioda zener 5V6 maka tegangan outputnya akan sebesar 5.6V.

Kemudian untuk mengetahui kerja dioda zener, kita akan ubah-ubah nilai tegangan input misal kita naikkan jadi 12V atau kita turunkan jadi 8V. Jika dioda zener berfungsi dengan baik maka besarnya tegangan output akan selalu tetap sebesar 5.6V meskipun besarnya tegangan input berubah-ubah. Kesimpulannya besar tegangan output pada rangkaian diatas sama dengan besar tegangan dioda zener.

2.7 Prinsip kerja dioda zener pada rangkaian seri

Pada rangkaian diatas, dioda zener dipasang secara seri terhadap jalur masukan tegangan DC. Besarnya tegangan output (Vout) pada rangkaian diatas adalah tegangan input dikurangi tegangan dioda zener, misalnya digunakan dioda zener 5V6 dan tegangan input 10V maka tegangan outputnya akan sebesar 4.4V. Kemudian untuk mengetahui kerja dioda zener, kita akan ubah-ubah nilai tegangan input misal kita naikkan jadi 12V atau kita turunkan jadi 8V. Jika dioda zener berfungsi dengan baik maka besarnya tegangan output juga akan naik turun selaras dengan tegangan input. hal ini terjadi

11

karena besarnya tegangan pada dioda zener selalu tetap. Kesimpulannya besar tegangan output pada rangkaian diatas sama dengan besar tegangan input dikurangi tegangan dioda zener.

12

BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan Dioda Zener adalah diode yang memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener". Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah. Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, diode biasa akan menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas. Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar panah), diode ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai.

3.2 Saran Penulis menyadari bahwa makalah ini jauh dari kata sempurna,kedepannya Penulis akan lebih fokus dan detail dalam menjelaskan tentang makalah ini dengan sumber-sumber yang lebih banyak yang tentunya dapat dipertanggung jawabkan.Oleh karena itu,kritik dan saran dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan penulisan makalah ini.

13

DAFTAR PUSTAKA http://nulis-ilmu.com/prinsip-kerja-dioda-zener/ https://teknikelektronika.com/fungsi-dioda-cara-mengukur-dioda/

14

15