Praktikum Elektronika – Theorema Dioda Zener

Landasan Teori

Zener memiliki aksara yang unik karena melakukan pekerjaan pada reverse bias, berlainan dengan dioda biasa. Perbedaan lain antara zener dan dioda lainnya yaitu doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N. Ternyata dengan perlakuan ini tegangan breakdown dioda bisa kian cepat tercapai. Jika pada dioda biasa gres terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener breakdown mampu terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang mempunyai tegangan Vz sebesar 1.5 volt, 3.5 volt dan sebagainya. Zener mempunyai rangkaian pengganti tersendiri yang berisikan dioda, resistor, dan sumber tegangan yang tersusun seri (Budiharto dan Rahardi, 2005). 

Dioda Zener yakni 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 jikalau voltase tertentu tercapai Dioda Zener mempunyai rowwwwage terbalik yang terdefinisi dengan baik, di mana beliau mulai menghantarkan arus, dan beroperasi terus menerus dalam mode bias balik tanpa mengalami kerusakan. Selain itu, penurunan voltase dioda tetap konstan pada aneka macam voltase, fitur yang membuat dioda Zener cocok untuk dipakai dalam regulasi voltase.  Dioda Zener beroperasi seperti dioda wajar saat berada dalam mode bias maju, dan mempunyai voltase tum-on antara 0,3 dan 0,7 V. Namun, kalau terhubung dalam mode terbalik, yang umum dijalankan pada sebagian besar aplikasinya, suatu Arus kebocoran kecil mampu mengalir. Seiring meningkatnya tegangan balik ke tegangan pemecah yang sudah ditentukan sebelumnya. Dioda Zener beroperasi seperti dioda wajar ketika berada dalam mode bias maju dan memiliki voltase tum.cn antara 03 dan 0,7 V. Namun, bila terhubung dalam mode terbalik, yang biasa dijalankan pada sebagian besar aplikasinya, sebuah Arus kebocoran kecil mampu mengalir. Seiring meningkatnya tegangan balik ke tegangan pemecah yang telah diputuskan sebelumnya (Vz), arus mulai mengalir melalui dioda. Arus meningkat sampai maksimum, yang ditentukan oleh resistor seri, sesudah itu stabil dan tetap konstan pada rentang tegangan terapan yang luas (Muji, 2007).

Fungsi dari dioda zener yakni selaku penstabil tegangan. Selain itu dioda zener juga dapat dipakai selaku 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:

 

Dioda ialah komponen elektronika yang mempunyai dua elektroda (terminal), mampu berfungsi selaku penyearah arus listrik. Ada dua jenis dioda yakni dioda tabung dan dioda semikonduktor. Dalam pembahasan ini cuma dibahas dioda semikonduktor saja alasannya adalah dioda tabung kini jarang digunakan. Dapat disimpulkan bahwa sambungan semikonduktor PN cuma mampu mengalirkan arus listrik pada saat diberi prasikap maju (Io diabaikan karena terlalu kecil). Dengan kata lain sambungan semikonduktor P-N hanya mampu mengalirkan arus ke satu arah. 

Dioda yaitu sebuah bagian elektronik  yang cuma melupakan arus dalam satu arah (forward bias). Dioda sering digunakan untuk menyearahkan arus AC dan juga melupakan arus masukan ke sebuah rangkaian tetapi memblokir arus dari arah yang bertentangan. Pada dasarnya secara garis besar dioda silikon (penyearah) dan dioda zener memiliki karakteristik yang sama, tetapi pada prinsip kerjanya ialah berbeda. Dioda zener mempunyai karakteristik wajar , ialah dilalui oleh arus mirip dida biasa, yang mana kalau di bias dalam arah maju. Jika di  bias secara reverse, dia akan bekerja dengan cara yang serupa, 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 yakni komponen elektro yang dibuat dari bahan  semikonduktor (silikon atau germanium) tipe p dan tipe n yang disatukan. Dioda memiliki dua kaki yakni 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 kasatmata, maka akan terjadi bias mundur (reverse bias) sehingga dioda akan memiliki kendala yang sangat besar sehingga arus tidak mampu melalui. Dioda mempunyai fungsi unik yakni selain hanya mampu mengalirkan arus ke satu arah saja, namun disisi lain juga mampu menahan arus yang berlawanan arah. Dioda secara aplikasinya terbagi menjadi dua, yakni dioda penyearah dan dioda sinyal. Dioda sinyal membutuhkan bias maju dengan tegangan rendah. Dioda penyearah membutuhkan korelasi tegangan bias mundur yang tinggi dan nilai arus yang besar. Selain itu, ada pula yang dinamakan dioda zener. Dioda zener ialah dioda silikon yang sudah menerima banyak doping. Berbeda dengan dioda lain, dioda zener melakukan pekerjaan pada bias mundur dengan tegangan yang rendah. Dioda zener akan mencapai tegangan breakdown secara cepat saat meraih tegangan jatuh (Fauzan, dkk, 2016).Berdasarkan fungsinya, dioda dibagi menjadi berbagai macam yaitu dioda penyearah, dioda zener, dioda LED, dioda Photo, dioda schottky. Dioda penyearah ialah jenis dioda yang yang dibuat dari materi Silikon yang berfungsi selaku penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (dc) atau mengganti arus ac menjadi dc. Dioda Zener ialah dioda junction P dan N yang terbuat dari bahan dasar silikon. Dioda ini dikenal juga selaku 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 sampai 50 watt. Fungsi dari bagian ini lazimnya digunakan untuk pengamanan rangkaian sesudah tegangan Zener (Kiniasih, dkk, 2017). 

Secara sederhana rangkaian pemotong (clipper) yaitu rangkaian yang tegangan sinyal  output sama (proporsional) dengan tegangan sinyal input dan akan dipotong pada nilai tertentu. Rangkaian pemotong (clipper) berisikan pemotong faktual, pemotong negatif dan pemotong kasatmata-negatif Rangkaian clipper yang mempunyai gelombang output full-wave ini memakai 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 yang lain. Jika siklus setengah nyata 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 dikala melaksanakan percobaan.  
2. Periksa kembali semua alat dan materi, pastikan semua alat dalam keadaan yang baik. 
3. Rangkaikan seperti pada gambar dibawah ini pada breadboard.
   

   Gbr. Rangkangai yang dipakai

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 hingga kurang lebih 9V, tulis hasil pada table kerja 2.1. 
6. Usahakan arus zener Iz jangan hingga melebihi 50ma. Kemudian gambarkan kurva karakteristik zener untuk kondisi Reverse Bias. 
7. Cari tegangan knee dan resistansi zenernya Rz. Kemudian catat jadinya 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 sarat Voff, dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistensi zener, lalu tuliskan risikonya 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 jadinya pada table 2.4 
11. Hitunglah arus source, arus zener, dan tegangan output tanpa beban dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistensi zener, lalu tulis karenanya pada table kerja 2.4 dan bandingkan kedua hasil tersebut 
12. Dari hasil kerja pada langkah 8 sampai 11 pastikan presentase regulasinya dari dioda zener, catatlah pada table kerja 2.3 dan 2.4 lalu 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%

 

Dioda Zener yakni perangkat semikonduktor silikon yang memungkinkan arus mengalir baik ke arah maju maupun sebaliknya. Diada terdiri dari sambungan p-n khusus, dirancang untuk melaksanakan arah sebaliknya jikalau 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 yakni sebagai penstabil tegangan. Selain itu dioda zener juga mampu digunakan 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 dibutuhkan sebuah buffer arus.   

Zener memiliki aksara yang unik karena melakukan pekerjaan pada reverse bias, berlainan dengan dioda biasa. Perbedaan lain antara zener dan dioda yang lain 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 mampu terjadi pada angka puluhan dan satuan volt.

Pada praktikum virtual kali ini aku memakai tegangan input dengan besar mulai dari 1, 2, 3, 4, dan 5 volt. Pada tegangan input 1 volt didapatlah tegangan zenernya adalah sebesar 0.50 volts dan arusnya sendiri adalah sebesar 2.27 mA. Pada tegangan input 2 volt saya mendapatkan hasil tegangan zenernya sebesar 1 volts dan arus zenernya adalah sebesar 4.54 mA. Pada tegangan input 3 volt, aku menerima hasil dari tegangan zenernya adalah sebesar 1.50 volts dan arus zenernya sebesar 6.82 mA. Pada tegangan input 4 volt saya menerima hasil tegangan zenernya yakni 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 adalah sebesar 11,4 mA.

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

Karakteristik dari dioda zener yakni dapat menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang bertentangan bila tegangan yang diberikan melampaui batas atau disebut juga dengan tegangan tembus (Breakdown Voltage) atau tegangan Zener. Dioda zener mampu mengalirkan arus kearah yang bertentangan sementara dioda biasa cuma dapat menyalurkan arus listrik kesatu arah saja.

Struktur dioda zener tidaklah jauh dengan dioda yang umum, cuma tingkat dopinya saja yang sungguh berlainan. Kurva karakteristik dioda zener juga sama mirip dioda biasa, namun perlu dipertegas adanya tempat 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 perlindungan tegangan mudur sampai pada kawasan breakdown, alasannya akan merusak breakdown.

Kesimpulan

1. Dioda semikonduktor merupakan dioda yang melakukan pekerjaan pada tempat dadal (Breakdown). 
2. Karakteristik dari dioda zener yakni mampu menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jikalau tegangan yang diberikan melebihi batas atau disebut juga dengan tegangan tembus (Breakdown Voltage) atau tegangan Zener. 
3. Dioda zener dapat mengalirkan arus kearah yang berlawanan sementara dioda biasa cuma mampu menyalurkan arus listrik kesatu arah saja 
4. Dioda zener mampu dipakai untuk menciptakan kestabilan tegangan dari sebuah sumber yang tidak stabil. 
5. Dioda zener akan berada pada posisi Breakdown ketika ada tegangan yang melampaui tegangan dioda zener.
6. Dioda zener yang diberikan bias mundur (Reverse Bias) tetap mampu mengalirkan arus kalau diberikan tegangan yang lebih besar dari sebuah nilai tertentu ynag disebut dengan tegangan zener. 
7. Dioda zener memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melebihi batas (tegangan zener) atau lazimdisebut 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).