Praktikum Elektronika - Theorema Dioda Zener

  Judul: Theorema Dioda Zener  

  Tujuan :

1)      Dapat menyebutkan karakteristik dioda zener.

2)      Dapat membedakan fungsi dari dioda zener dengan dioda fungsi dari biasa dengan benar.

3)      Dapat mengukur tegangan dan arus zener dengan benar. 

Landasan Teori

Zener memiliki karakter yang unik karena bekerja pada reverse bias, berbeda dengan dioda biasa. Perbedaan lain antara zener dan dioda lainnya adalah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N. Ternyata dengan perlakuan ini tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasa baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener breakdown bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya. Zener memiliki rangkaian pengganti tersendiri yang terdiri dari dioda, resistor, dan sumber tegangan yang tersusun seri (Budiharto dan Rahardi, 2005). 

Dioda Zener adalah perangkat semikonduktor silikon yang memungkinkan arus mengalir baik ke arah maju maupun sebaliknya. Diada terdiri dari sambungan p-n khusus, dirancang untuk melakukan arah sebaliknya bila voltase tertentu tercapai Dioda Zener memiliki rowwwwage terbalik yang terdefinisi dengan baik, di mana ia mulai menghantarkan arus, dan beroperasi terus menerus dalam mode bias balik tanpa mengalami kerusakan. Selain itu, penurunan voltase dioda tetap konstan pada berbagai voltase, fitur yang membuat dioda Zener cocok untuk digunakan dalam regulasi voltase.  Dioda Zener beroperasi seperti dioda normal saat berada dalam mode bias maju, dan memiliki voltase tum-on antara 0,3 dan 0,7 V. Namun, bila terhubung dalam mode terbalik, yang biasa dilakukan pada sebagian besar aplikasinya, sebuah Arus kebocoran kecil bisa mengalir. Seiring meningkatnya tegangan balik ke tegangan pemecah yang telah ditentukan sebelumnya. Dioda Zener beroperasi seperti dioda normal saat berada dalam mode bias maju dan memiliki voltase tum.cn antara 03 dan 0,7 V. Namun, bila terhubung dalam mode terbalik, yang biasa dilakukan pada sebagian besar aplikasinya, sebuah Arus kebocoran kecil bisa mengalir. Seiring meningkatnya tegangan balik ke tegangan pemecah yang telah ditentukan sebelumnya (Vz), arus mulai mengalir melalui dioda. Arus meningkat sampai maksimum, yang ditentukan oleh resistor seri, setelah itu stabil dan tetap konstan pada rentang tegangan terapan yang luas (Muji, 2007).

Fungsi dari dioda zener adalah sebagai penstabil tegangan. Selain itu dioda zener juga dapat dipakai sebagai pembatas tegangan pada level tertentu untuk keamanan rangkaian. Karena kemampuan arusnya yang kecil maka pada penggunaan dioda zener sebagai penstabil tegangan untuk arus besar diperlukan sebuah buffer arus. Adapun symbol dioda zener:

 

(Muda, 2013).

Dioda merupakan komponen elektronika yang mempunyai dua elektroda (terminal), dapat berfungsi sebagai penyearah arus listrik. Ada dua jenis dioda yaitu dioda tabung dan dioda semikonduktor. Dalam pembahasan ini hanya dibahas dioda semikonduktor saja sebab dioda tabung sekarang jarang dipakai. Dapat disimpulkan bahwa sambungan semikonduktor PN hanya dapat mengalirkan arus listrik pada saat diberi prasikap maju (Io diabaikan karena terlalu kecil). Dengan kata lain sambungan semikonduktor P-N hanya dapat mengalirkan arus ke satu arah. 

Dioda adalah suatu komponen elektronik  yang hanya melewatkan arus dalam satu arah (forward bias). Dioda sering digunakan untuk menyearahkan arus AC dan juga melewatkan arus masukan ke suatu rangkaian tetapi memblokir arus dari arah yang berlawanan. Pada dasarnya secara garis besar dioda silikon (penyearah) dan dioda zener mempunyai karakteristik yang sama, tetapi pada prinsip kerjanya adalah berbeda. Dioda zener mempunyai karakteristik normal, yaitu dilalui oleh arus seperti dida biasa, yang mana bila di bias dalam arah maju. Jika di  bias secara reverse, ia akan bekerja dengan cara yang sama, tetapi turun secara drastis pada saat tegangan dioda zener itu sendiri tercapai. Penerapan utama yang fungsinya mempertahankan tegangan beban Dc pada harga yang kurang/lebih pada suatu batas ukuran yang telah ditetapkan (Yani, 2011).

Dioda adalah komponen elektronik yang dibuat dari bahan  semikonduktor (silikon atau germanium) tipe p dan tipe n yang disatukan. Dioda memiliki dua kaki yaitu anoda yang dihubungkan pada sumber tegangan positif dan katoda yang dihubungkan pada sumber negatif. Arus listrik mengalir dari anoda ke katoda. Jika kaki anoda dihubungkan ke sumber negatif dan kaki katoda dihubungkan ke sumber positif, maka akan terjadi bias mundur (reverse bias) sehingga dioda akan memiliki hambatan yang sangat besar sehingga arus tidak bisa lewat. Dioda memiliki fungsi unik yaitu selain hanya dapat mengalirkan arus ke satu arah saja, tetapi disisi lain juga dapat menahan arus yang berlawanan arah. Dioda secara aplikasinya terbagi menjadi dua, yaitu dioda penyearah dan dioda sinyal. Dioda sinyal membutuhkan bias maju dengan tegangan rendah. Dioda penyearah membutuhkan hubungan tegangan bias mundur yang tinggi dan nilai arus yang besar. Selain itu, ada pula yang dinamakan dioda zener. Dioda zener adalah dioda silikon yang telah mendapatkan banyak doping. Berbeda dengan dioda lain, dioda zener bekerja pada bias mundur dengan tegangan yang rendah. Dioda zener akan mencapai tegangan breakdown secara cepat saat mencapai tegangan jatuh (Fauzan, dkk, 2016).Berdasarkan fungsinya, dioda dibagi menjadi beberapa jenis yaitu dioda penyearah, dioda zener, dioda LED, dioda Photo, dioda schottky. Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengubah arus ac menjadi dc. Dioda Zener merupakan dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda ini dikenal juga sebagai Voltage Regulation Diode yang bekerja pada daerah reverse (kuadran III). Potensial dioda zener berkisar mulai 2,4 sampai 200 volt dengan disipasi daya dari ¼ hingga 50 watt. Fungsi dari komponen ini biasanya dipakai untuk pengamanan rangkaian setelah tegangan Zener (Kiniasih, dkk, 2017). 

Secara sederhana rangkaian pemotong (clipper) adalah rangkaian yang tegangan sinyal  output sama (proporsional) dengan tegangan sinyal input dan akan dipotong pada nilai tertentu. Rangkaian pemotong (clipper) terdiri dari pemotong positif, pemotong negatif dan pemotong positif-negatif Rangkaian clipper yang mempunyai gelombang output full-wave ini menggunakan dua dioda zener dimana pada masing-masing katodanya diberi common. Bentuk gelombang keluaran akan terpotong pada tegangan zener ditambah teangan forward sebesar 0.7V dari dioda lainnya. Jika siklus setengah positif akan dipotong dengan jumlah dioda zener, ZD1 plus 0,7 V dari ZD2 dan sebaliknya untuk siklus setengah negative (Sofyan, dkk, 2019)

  Alat dan Bahan

• Breadboard          = 1 Unit
• Dioda Zener         = 1 Buah
• Resistor 220Ω      = 2 Buah
• DC Power Suplly   = 1 Unit
• Multimeter Digital = 1 Unit

 

Prosedur Kerja

1. Siapkanlah semua alat dan bahan yang diperlukn saat melaksanakan percobaan.  
2. Periksa kembali semua alat dan bahan, pastikan semua alat dalam keadaan yang baik. 
3. Rangkaikan seperti pada gambar dibawah ini pada breadboard.

   

   Gbr. Rangkangai yang digunakan
   

   
   
4. Lepaskan beban pada R1 buat tegangan supply sebesar 0V.  
5. Lakukan pengukuran Vz dan Iz mulai dari 0V kemudian naikkan secara perlahan dari 1V sampai kurang lebih 9V, tulis hasil pada table kerja 2.1. 
6. Usahakan arus zener Iz jangan sampai melebihi 50ma. Kemudian gambarkan kurva karakteristik zener untuk kondisi Reverse Bias. 
7. Cari tegangan knee dan resistansi zenernya Rz. Kemudian catat hasilnya pada table kerja 2.2 
8. Pasanglah kembali beban pada RL pada percobaan regulasi tegangan, lalu ukur arus source IT, arus zener arus bebam, dan tegangan keluaran (output) beban penuh Voff, lalu tulis datanya pada table kerja 2.3. 
9. Hitung arus source, arus zener, arus beban, dan tegangan keluaran (output) beban penuh Voff, dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistensi zener, kemudian tuliskan hasilnya pada table kerja 2.3 dan bandingkan kedua hasil tersebut. 
10. Lepaskan resistensi tegangan tanpa beban, lalu ukur arus source, arus zener, tegangan output tanpa beban dan catat hasilnya pada table 2.4 
11. Hitunglah arus source, arus zener, dan tegangan output tanpa beban dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistensi zener, kemudian tulis hasilnya pada table kerja 2.4 dan bandingkan kedua hasil tersebut 
12. Dari hasil kerja pada langkah 8 sampai 11 tentukan presentase regulasinya dari dioda zener, catatlah pada table kerja 2.3 dan 2.4 kemudian bandingkan kedua hasil tersebut.   

Data Hasil

Tabel 1.1 Data pengukuran karakteristik Zener

Tegangan Input, Vin (volt)	Tegangan zener, Vz (Volt)	Iz, (Milliampre)
1	0,50	2,27
2	1	4,54
3	1,50	6,82
4	2	9,09
5	2,50	11,4

 

Tabel 1.2 Tegangan Knee dan Resistansi Zener

Tegangan Knee Zener	1,5 Volt
Resistansi Zener (RZ)	0,588Ω

 

Tabel 1.3 Data Zener Regulator Beban Penuh

Parameter	Perhitungan	Percobaan	Eror (%)
IT	0,012 A	0,011 A	1%
IZ	0 A	0 A	100%
IL	0,012 A	0,011 A	1%
VR (%)	0,032 A	0,032 A	0%

 

Pembahasan 

Dioda Zener adalah perangkat semikonduktor silikon yang memungkinkan arus mengalir baik ke arah maju maupun sebaliknya. Diada terdiri dari sambungan p-n khusus, dirancang untuk melakukan arah sebaliknya bila voltase tertentu tercapai Dioda Zener memiliki rowwwwage terbalik yang terdefinisi dengan baik, di mana ia mulai menghantarkan arus, dan beroperasi terus menerus dalam mode bias balik tanpa mengalami kerusakan.  Fungsi dari dioda zener adalah sebagai penstabil tegangan. Selain itu dioda zener juga dapat dipakai sebagai pembatas tegangan pada level tertentu untuk keamanan rangkaian. Karena kemampuan arusnya yang kecil maka pada penggunaan dioda zener sebagai penstabil tegangan untuk arus besar diperlukan sebuah buffer arus.   

Zener memiliki karakter yang unik karena bekerja pada reverse bias, berbeda dengan dioda biasa. Perbedaan lain antara zener dan dioda lainnya adalah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N. Ternyata dengan perlakuan ini tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasa baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener breakdown bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt.

Pada praktikum virtual kali ini saya menggunakan tegangan input dengan besar mulai dari 1, 2, 3, 4, dan 5 volt. Pada tegangan input 1 volt didapatlah tegangan zenernya yaitu sebesar 0.50 volts dan arusnya sendiri yaitu sebesar 2.27 mA. Pada tegangan input 2 volt saya mendapatkan hasil tegangan zenernya sebesar 1 volts dan arus zenernya yaitu sebesar 4.54 mA. Pada tegangan input 3 volt, saya mendapat hasil dari tegangan zenernya yaitu sebesar 1.50 volts dan arus zenernya sebesar 6.82 mA. Pada tegangan input 4 volt saya mendapatkan hasil tegangan zenernya yaitu sebesar  2 volts dan arusnya sebesar 9.09 mA. Pada tegangan input 5 volt saya mendapatkan hasil tegangan zenernya yaitu sebesar 2.50 volts dan arusnya yaitu sebesar 11,4 mA.

Dioda zener akan berada pada posisi Breakdown ketika ada tegangan yang melebihi tegangan dioda zener Dioda zener yang diberikan bias mundur (Reverse Bias) tetap dapat mengalirkan arus jika diberikan tegangan yang lebih besar dari suatu nilai tertentu ynag disebut dengan tegangan zener.

Karakteristik dari dioda zener yaitu dapat menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas atau disebut juga dengan tegangan tembus (Breakdown Voltage) atau tegangan Zener. Dioda zener dapat mengalirkan arus kearah yang berlawanan sementara dioda biasa hanya dapat menyalurkan arus listrik kesatu arah saja.

Struktur dioda zener tidaklah jauh dengan dioda yang biasa, hanya tingkat dopinya saja yang sangat berbeda. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda biasa, namun perlu dipertegas adanya daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda akan naik dengan cepat. Daerah brealdown inilah titik focus penerapan pada dioda zener. Sedangkan pada dioda biasa tidak diperbolehkan pemberian tegangan mudur sampai pada daerah breakdown, karena akan merusak breakdown.

Kesimpulan

1. Dioda semikonduktor merupakan dioda yang bekerja pada daerah dadal (Breakdown). 
2. Karakteristik dari dioda zener yaitu dapat menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas atau disebut juga dengan tegangan tembus (Breakdown Voltage) atau tegangan Zener. 
3. Dioda zener dapat mengalirkan arus kearah yang berlawanan sementara dioda biasa hanya dapat menyalurkan arus listrik kesatu arah saja 
4. Dioda zener dapat digunakan untuk menghasilkan kestabilan tegangan dari suatu sumber yang tidak stabil. 
5. Dioda zener akan berada pada posisi Breakdown ketika ada tegangan yang melebihi tegangan dioda zener.
6. Dioda zener yang diberikan bias mundur (Reverse Bias) tetap dapat mengalirkan arus jika diberikan tegangan yang lebih besar dari suatu nilai tertentu ynag disebut dengan tegangan zener. 
7. Dioda zener memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas (tegangan zener) atau biasa disebut juga dengan “Breakdown Voltage”.

 

Daftar Pustaka

Budiharto, Widodo dan Saftian Rahardi. 2005. Teknik Reparasi PC dan Monitor. Jakarta : Media Komputido.

Fauzan, Rizqi Ahmad. Dkk. 2016. Karakteristik Dioda (E9). Jurnal Elektronika Dasar II. 1(5).

K. Sulistiyawati Dewi. Dkk. 2017. Karakteristik Dioda. Jurnal Elektronika Dasar. 1 (1).

Muda, Imam. 2013. Elektronika Dasar. Malang : Gunung Samudera.

Setiyo, Muji. 2017. Listrik dan Elektronika Dasar Otomotif. Magelang : Unnima Press.

Sofyan, Sheilla Aprillia. Dkk. 2019. Prototipe Frekuensi Meter Digital Dengan Rentang Ukur 1 Hz – 100 kHz Berbasis Mikrokonroler. Jurnal Elektra. 4 (1).

Yani,   Ahmad. Penggunaan Rangkaian Multivibrator Sebagai Saklar Penuh. Jurnal Saintikom. 10 (3).