Cara Kerja Dioda Zener Dan Karakteristiknya
Cara kerja dioda zener adalah melewatkan arus listrik yang melebihi tegangan breakdown dioda ketika diberikan arus bias balik. Cara kerja dioda seperti ini berbeda dengan dioda biasa pada umumnya. Dimana akan memblokir arus yang diberikan secara bias balik.
Sepeerti kita ketahui, secara umum dioda akan melewatkan tegangan yang diberikan secara bias maju. Artinya kita harus menghubungkan sumber tegangan positif dengan terminal anoda dioda. Jika kita menghubungkan dengan posisi sebaliknya (sumber tegangan positif dihubungkan ke terminal katoda dioda) maka dioda akan mencegah arus untuk mengalir melewatinya.
Bila tegangan bias balik yang diterapkan pada dioda ini teralalu besar melampaui tegangan balik maksimum dioda, maka dapat menyebabkan kerusakan pada dioda tersebut. Pada dioda zener telah dirancang agar mempunyai karakteristik khusus sehingga memiliki kemampuan untuk melewatkan tegangan pada arah bias balik.
Ketika dioda zener diberikan tegangan pada arah bias maju, maka dioda zener akan bersifat seperti dioda biasa untuk melewatkan arus listrik. Namun saat diberikan tegangan balik, alih alih mencegahnya dioda zener akan melewatkan tegangan balik tersebut ketika sudah melebih ambang batas tegangan breakdown dioda. Hal ini akibat proses pelepasan longsor yang terjadi pada lapisan deplesi.
Pelepasan longsor yang terjadi tersebut menyebabkan dioda akan melewatkan arus listrik untuk membatasi kenaikan tegangan ini. Aliran arus yang mengalir melalui dioda zener ini akan meningkat sehingga harus dibatasi menggunakan resistor yang dipasangkan secara seri dengan dioda.
Pembatasan arus listrik yang dilakukan oleh resistor ini menghasilkan besar tegangan yang stabil pada titik pertemuan resistor dengan dioda (titik Vz). Titik Vz yang menghasilkan tegangan konstan dan stabil ini disebut dengan tegangan dioda zener dan menjadi ukuran spesifikasi dioda zener. Besar tegangan zener pada dioda antara 1 Volt hingga mencapai puluhan Volt.
Karakteristik dioda zener yang mampu mempertahankan tegangan secara konstan ini sering digunakan untuk rangkaian catu daya sebagai penstabil tegangan. Karena dengan adanya zener yang dipasang pada hasil keluaran tegangan DC akan semakin memperkecil riak gelombang yang terjadi pada rangkaian catu daya.
Contoh bentuk pengguanaan dioda zener pada rangakain catu daya ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Resistor Rs pada gambar regulator tegangan diatas dipadang secara seri dengan dioda zener berfungsi untuk membatasi arus listrik yang mengalir. Tegangan output yang stabil Vo dihasilkan utnuk diberikan kepada beban RL.
Dioda zener ditempatkan dengan cara menghubungkan terminal katoda dioda dengan sumber tegangan positif. Sehingga aliran tegangan yang terjadi pada dioda adalah bias balik. Penggunaan hambatan Rs adalah untuk membatasi aliran arus pada rangkaian beban.
Ketika tidak ada beban, aliran arus yang mengalir pada resistor Rs adalah nol (Io = 0). Namun saat diberikan beban R maka aliran arus pada resistor rs akan meningkat seiring kebutuhan arus pada beban R. Karena itu diperlukan pemilihan resistor Rs yang tepat sesuai dengan besarnya aliran arus yang diperlukan oleh beban agar tidak terjadi kerusakan pada Rs.
Sepeerti kita ketahui, secara umum dioda akan melewatkan tegangan yang diberikan secara bias maju. Artinya kita harus menghubungkan sumber tegangan positif dengan terminal anoda dioda. Jika kita menghubungkan dengan posisi sebaliknya (sumber tegangan positif dihubungkan ke terminal katoda dioda) maka dioda akan mencegah arus untuk mengalir melewatinya.
Bila tegangan bias balik yang diterapkan pada dioda ini teralalu besar melampaui tegangan balik maksimum dioda, maka dapat menyebabkan kerusakan pada dioda tersebut. Pada dioda zener telah dirancang agar mempunyai karakteristik khusus sehingga memiliki kemampuan untuk melewatkan tegangan pada arah bias balik.
Cara Kerja Dioda Zener
Ketika dioda zener diberikan tegangan pada arah bias maju, maka dioda zener akan bersifat seperti dioda biasa untuk melewatkan arus listrik. Namun saat diberikan tegangan balik, alih alih mencegahnya dioda zener akan melewatkan tegangan balik tersebut ketika sudah melebih ambang batas tegangan breakdown dioda. Hal ini akibat proses pelepasan longsor yang terjadi pada lapisan deplesi.
Pelepasan longsor yang terjadi tersebut menyebabkan dioda akan melewatkan arus listrik untuk membatasi kenaikan tegangan ini. Aliran arus yang mengalir melalui dioda zener ini akan meningkat sehingga harus dibatasi menggunakan resistor yang dipasangkan secara seri dengan dioda.
Pembatasan arus listrik yang dilakukan oleh resistor ini menghasilkan besar tegangan yang stabil pada titik pertemuan resistor dengan dioda (titik Vz). Titik Vz yang menghasilkan tegangan konstan dan stabil ini disebut dengan tegangan dioda zener dan menjadi ukuran spesifikasi dioda zener. Besar tegangan zener pada dioda antara 1 Volt hingga mencapai puluhan Volt.
Karakteristik Dioda Zener Sebagai Regulator Tegangan
Karakteristik dioda zener yang mampu mempertahankan tegangan secara konstan ini sering digunakan untuk rangkaian catu daya sebagai penstabil tegangan. Karena dengan adanya zener yang dipasang pada hasil keluaran tegangan DC akan semakin memperkecil riak gelombang yang terjadi pada rangkaian catu daya.
Contoh bentuk pengguanaan dioda zener pada rangakain catu daya ditunjukkan pada gambar dibawah ini :
Dioda zener ditempatkan dengan cara menghubungkan terminal katoda dioda dengan sumber tegangan positif. Sehingga aliran tegangan yang terjadi pada dioda adalah bias balik. Penggunaan hambatan Rs adalah untuk membatasi aliran arus pada rangkaian beban.
Ketika tidak ada beban, aliran arus yang mengalir pada resistor Rs adalah nol (Io = 0). Namun saat diberikan beban R maka aliran arus pada resistor rs akan meningkat seiring kebutuhan arus pada beban R. Karena itu diperlukan pemilihan resistor Rs yang tepat sesuai dengan besarnya aliran arus yang diperlukan oleh beban agar tidak terjadi kerusakan pada Rs.
Sementara besar tegangan yang mengalir pada beban R akan sama dengan tegangan output zener Vz. Besar tegangan Vz ini akan konstan di bawah nilai tegangan maksimum diode zener. Sehingga tegangan masukan DC untuk diode zener harus lebih tinggi dengan nilai tegangan maksimum zener.
Pada rangkaian power supplai biasanya bersama dengan zener akan dipasang secara paralel kapasitor dekopling untuk mengatasi riak listrik yang sering muncul. Kapasitor dekopling ini berfungsi seperti kapasitor reservoir untuk menghasilkan keluaran arus DC yang lebih halus.
Sekarang kita sudah mengerti cara kerja dioda zener sebagai sebuah komponen pestabil tegangan. Dimana zeer harus selalu dipasang secara bias balik dan diseri dengan sebuah resistor sebagai pembatas arus. Sementara beban akan dipasang secara paralel dengan dioda zener dengan konsumsi tegangan yang stabil.
Contoh perhitungan pada dioda zener :
Sebuah rangkaian regulator tegangan mempunyai sumber tegangan DC masukan sebesar 12 Volt ingin menghasilkan tegangan keluaran sebesar 5 Volt menggunakan sebuah dioda zener dengan daya maksimum 2 Watt. Maka :
1. Arus maksimum yang mengalir pada dioda adalah :
Imax = W / V = 2W / 5V = 0,4A = 400mA
2. Nilai minimum untuk resistor Rs adalah :
Rs = (Vinput - Vz ) / Iz = (12 - 5) / 0,4A = 17,5 Ω
3. Besar arus beban Io yang melewati zener jika terdapat beban R = 1KΩ terhubung adalah :
Io = Vz / R = 5V / 1000Ω = 0,005A = 5 mA
4. Arus Iz pada beban penuh adalah :
Iz = Is - Io = 0,4A - 0,005A = 0,395A =395 mA
Demikian materi pembahasan cara kerja dioda zener yang merupakan bentuk lain dari dioda dengan karakteristik khusus. Pada materi berikutnya kita akan membahas satu jenis dioda lagi yang memiliki sifat dan kegunaan lain, namun masih termasuk ke dalam kelompok komponen semikonduktor.
Posting Komentar untuk "Cara Kerja Dioda Zener Dan Karakteristiknya"