2.11 Diode Zener

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

b) Rangkaian simulasi dan Prinsip Kerja

c) Video Simulasi

6. Download File

1. Pendahuluan [kembali]

Dioda Zener adalah dioda 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 dioda biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah. Dioda terdiri dari sambungan p-n khusus, dirancang untuk melakukan arah sebaliknya bila voltase tertentu tercapai. Dioda Zener memiliki breakdown voltage 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.

2. Tujuan [kembali]

Untuk mengetahui tentang Dioda Zener lebih dalam
Untuk mengetahui pengaplikasian Dioda Zener
Untuk mengetahui cara kerja Dioda Zener

3. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

Voltmeter

Voltmeter DC yaitu alat ukur biasa digunakan untuk mengukur tegangan DC dengan cara mengukur beda potensial dari tegangan DC antara 2 titik suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Penambah sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan d’arsonval menjadi sebuah voltmeter arus searah.

Rentang Pengukuran DC: 200mV-1000V
Resolusi: 0.1mV pada rentang 200mV
Akurasi: ±(0.5% + 2 digit) pada rentang 200mV
Input Impedance: 10MΩ
Jenis Tampilan: LCD 3 1/2 digit
Auto-Ranging: Ya
Kategori Keselamatan: CAT III 600V, CAT II 1000V
Fitur Tambahan: Penyimpanan data, pengukuran nilai maksimum/minimum, True RMS.

Proteus 8 Professional

Proteus professional merupakan suatu software yang digunakan untuk melakukan simulasi untuk perangkat elektronik oleh para penggiat atau develop, mulai dari rangkaian yang paling sederhana hingga rangkaian yang sangat kompleks. Dengan adanya software ini dapat memudahkan bagi para desainer dalam melakukan simulasi rangkaian elektronik dengan desain yang telah dirancang dan sangat membantu sekali dikarenakan dana mengurangi kesalahan yang tidak diinginkan. Software ini memiliki banyak kelebihan salah satunya yaitu mode simulasi yang pada software ini tampilkan yaitu paket ISIS dimana terdapat banyak sekali komponen-komponen elektronika baik komponen aktif maupun pasif. Selain itu juga terdapat beberapa alat ukur seperti Voltmeter DC/ac, Amperemeter DC/ac, osiloskop, function generator, dll.

Baterai

Baterai adalah perangkat penyimpan energi yang mengubah energi kimia menjadi energi listrik saat diperlukan. Spesifikasi baterai mencakup kapasitas (mAh atau Ah), tegangan, dan siklus hidup. Ada beberapa jenis baterai yang umum digunakan, termasuk baterai alkaline, lithium-ion, nickel-cadmium, dan lead-acid. Baterai alkaline umumnya terjangkau dan cocok untuk perangkat sehari-hari, sedangkan baterai lithium-ion lebih ringan, memiliki kapasitas tinggi, dan umum digunakan dalam perangkat mobile. Baterai nickel-cadmium memiliki siklus hidup yang baik dan tahan terhadap suhu ekstrem, sementara baterai lead-acid sering digunakan dalam kendaraan bermotor. Pemilihan jenis baterai tergantung pada kebutuhan aplikasi dan karakteristik kinerja yang diinginkan.

Osiloskop

Sebuah alat ukur yang berfungsi menunjukan bentuk sinyal listrik berupa grafik dari tegangan terhadap waktu yang tertampil pada layarnya. Singkatnya alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyak listrik agar dapat dilihat dan dipelajari.

B. Bahan

Ground

Ground adalah titik balik untuk arus searah atau sinyal bolak-balik, atau titik referensi untuk berbagai titik voltase dan sinyal listrik di sirkuit elektronik. Ground adalah alat yang berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.

Dioda Zener

Dioda Zener adalah komponen elektronika yang terbuat dari semikonduktor dan merupakan jenis Dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan dari arus AC menjadi arus DC. Kutup positif zener dihubungkan dengan positif sebuah sumber tegangan DC yang tidak rata yaitu masih ada kerutan bekas arus gelombang AC sehingga mencatu-balik, sebuah dioda Zener akan bertingkah seperti sebuah korsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus dioda tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya yaitu voltase yang tertulis di badan zener.

Resistor

Resistor adalah salah satu komponen elektronik pasif yang membatasi arus yang mengalir dalam rangkaian dan bertindak sebagai penghubung antara dua komponen elektronik. Tegangan yang melintasi resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V = IR). Warna Resistor ini menggunakan Untuk mengetahui nilai resistor terdapat 2 cara yang dapat dilakukan

Di mana gelang pertama menunjukkan digit pertama, gelang kedua menunjukkan digit kedua, gelang ketiga menunjukkan angka pengali (dikalikan dengan digit pertama dan kedua), serta gelang keempat menunjukkan nilai toleransi. Dilansir dari Sciencing, nilai toleransi menunjukkan seberapa besar nilai terukur dari resistansi yang sebenarnya berbeda dari nilai teoritisnya dan dihitung menggunakan persentase.

4. Dasar Teori [kembali]

Analisis dari Dioda Zener sedikit mirip dengan analsis dioda semi konduktor. Keadaan status dari dioda harus ditentukan dengan menghapusnya dari jaringan, diikuti dengan dimasukkannya model yang benar dan dihapusnya kuantitas jaringan lainnya yang tidak diketahui.

Bentuk regulator zener sederhana

Vi dan R Tetap

Analisisnya secara mendasar dapat dilakukan dengan 2 langkah:

1. Menentukan keadaan dioda zener dengan menghapusnya dari jaringan dan menghitung tegangan pada rangkaian terbuka yang dihasilkan

                                         (perubahan regulator zener setelah di terapkan langkah 1)

2. Masukkan ekuivalen sirkuit yang benar dan pecahkan sisa yang tidak diketahui
   Karena tegangan dan elemen paralel harus sama maka kita temukan.

                                       (memasukkan zener ekuivalen untuk situasi hidup (on))

Arus dioda zener harus dikerjakan dengan pengaplikasian hukum khirchoff tentang kuat arus, yaitu:

                                                                               dimana:

                                   Daya yang dikeluarkan oleh dioda zener ditentukan oleh:

                                     itu harusnya lebih sedikit dari Pzm spesifik untuk perangkat

           Sebelum lanjut, penting jika langkah pertama harusnya dilakukan hanya untuk menentukan keadaan dioda zener. Jika dioda zener dalam keadaan "on", maka tegangan pada dioda buka V volts melainkan Vz volts. itu akhirnya terkunci pada level ini dan tidak akan mencapai level V volts.

Vi Tetap, RL Variabel
       Untuk menetapkan resistansi beban minimum dari (rangkaian 4) yang akan menyalakan dioda zener,secara sederhana hitunglah nilai dari RL yang nantinya akan mendapatkan hasil dari tegangan VL=Vz, dengan kata lain:

                                                   Sedangkan untuk mencari RL, kita punya:

Semua nilai resistansi beban lebih besar daripada RL yang didapat dari persamaan (2.20) akan memastikan bahwa dioda zener dalam keadaan "on" dan diodanya dapat digantikan oleh Vz sumber ekuivalen. Kondisi yang ditentukan oleh persamaan (2.20) menetapkan RL minimum, tapi IL maksimum sebagaimana:

Sekalinya diode sudah dalam kondisi "on", tegangan yang melalu R akan tetap pada

                                                                       Dan IR tetap di:

                                                                           Arus Zener:

           Menghasilkan minimum Iz ketika IL maksimum dan maksimum Iz ketika minimum IL,karena IR adalah konstan. Karena Iz terbatas pada Izm seperti yang tertera pada lembaran data,itu tidak mempengaruhi besaran dari RL dan IL juga

                                   Masukkan Izm untuk Iz mendapatkan hasil minimum dari IL

                                                   Dan resistansi beban maksimum ialah:

RL Tetap,Vi Variabel

       Untuk nilai tetap dari RL pada (rangkaian 4) tegangan Vi haruslah cukup besar untuk menyalakan dioda zener. Tegangan minimum nyalanya Vi=Vi min yang ditetapkan oleh:


                             Nilai maksimum dari Vi dibatasi oleh aru maksimum zener Izm.
                                                                   Karen Izm=IR-IL,

                               Karen IL tetap pada Vz/RL dan Izm adalah nilai maksimum dari Iz,
                                                   maka maksimumVi didefinisikan dengan:

5. Percobaan [kembali]

a) Prosedur [kembali]

1. Mempersiapkan Alat dan Bahan seperti yang telah tertera pada Sub-Bab Alat dan Bahan diatas

2. Merangkai Rangkaian sesuai dengan jenisnya masing-masing,

a. Pertama merangkai controlling network

b. Kongfigurasikan rangkaian tersebut untuk V> 20.7 dan V<20.7

c. Merangkai basic zener regulator

d. Tentukan keadaan dioda zener , masukkan persamaan zener untuk keadaan "on"

e. Rangkai zener dioda regulator

f. Tentukan v dari regulator ,hubungkan dengan keadaan on

g. Rangkai pengatur tegangan

h. Rangkaian 2.121 Pengatur tegangan untuk contoh 2.28

b) Rangkaian Simulasi dan Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian 2.110

Prinsip Kerja : Vshine, dioda zener, dan osiloskop disusun secara paralel pada rangkaian. Pada vshine diberi tegangan sebesar 20V yang akan diumpankan ke resistor 1 yang bermuatan 10k ohm. Setelah itu alur yang mengalir di r1 dialirkan ke dioda zener menuju ke dioda lalu dan arus kedua kw osiloskop. Terjadi percabangan arus. Setelah rangkaian di running akan mincul grafik yang menunjukkan gelombang sinusoidal.

Rangkaian 2.111 (a)

Prinsip Kerja : Resistor, baterai 1 dan baterai 2 disusun seperti pada gambar rangkaian diatas. Seetelah itu dipasangkan voltmeter dan ampermeter yang digunakan untuk memeriksa arus dan tegangan yang mengalir pada rangkaian diatas.

Rangkaian 2.111 (b)

Prinsip Kerja : Voltmeter 1, dioda zener d1 dan voltmeter 2 dipasang secara paralel pada rangkaian, selanjutnya juga dipasang resistor r1 sebesar 10k, baterai sebesar 20v dan amperemeter yang menggunakan satuan miliamper seperti rangkaian diatas.

Rangkaian 2.112

Prinsip Kerja : AC voltmeter dihubungkan secara paralel dengan dioda zener. Diberikan baterai sebagai sumber dengan tegangan 20V yang akan diumpankan ke r1 yang bermuatan 10k ohm. Setelah itu arus dialirkan ke dioda zener yang nantinya akan dihasilkan arus yang lebih sedikit karena sifat dioda zener yang menstabilkan dan menyeleksi arus. Setelah itu arus dialirkan kembali ke kutub positif baterai.

Rangkaian 2.113

Prinsip Kerja : Baterai, resistor 2 dan ac voltmeter dihubungkan secara paralel pada rangkaian. Diberikan tegangan 12V kepada baterai lalu diumpankan ke resistor 1. Setelah itu, arus yang berada di resistor 1 diumpankan ke kaki resistor 2 dan ke open circuit (terjadi percabangan). Setelah itu arus yang berada di r2 akan diumpankan kembali ke baterai. Pada open circuit tidak terjadi pengaliran arus.

Rangkaian 2.114

Prinsip Kerja : Baterai 1, baterai 2, resistor 2 dan ac voltmeter dihubngkan secara paralel pada rangkaian. Diberikan tegangan sebesar 12v pada baterai 1 lalu diumpankan ke resistor 1 yang bermuatan 10k ohm. Setelah itu, arus yang mengalir pada r1 diumpankan ke kaki r2 dan ke baterai 2. Pada hal ini terjadi percabangan arus. Setelah itu, arus yang mengalir di r2 akan dialirkan ke ground dan baterai 2 (ada percabangan).

Rangkaian 2.115

Prinsip Kerja : Baterai, dioda zener dan resistor RL dihubungkan secara paralel. Diberikan tegangan sebesar 16V pada baterai yang akan diumpankan ke resistor 1 yang bermatan 1k om. Setelah itu, arus akan diumpankan ke r2 dan dioda zener (terjadi percabangan). Arus yang berada pada resisitor RL akan dialirkan ke ground dan dioda zener (terjadi percabangan). Arus mengalir yang melewati dioda zener dihasilkan arus yang lebih kecil karena dioda zener menyeleksi dan menstabilkan arus pada rangkaian.

Rangkaian 2.116

Prinsip Kerja : Baterai dan resistor RL dipasang secara paralel. Diberikan tegangan sebesar 16V pada baterai yang akan diumpakan ke resistor 2 yang bermuatan 1k ohm. Setelah itu resistor 1 mengalirkan tegangna ke resistor RL yang bermuatan 1.2k ohm dan ke rangkaian terbuka. Selanjutnya, dari resistor RL dilanjutkan arus menuju ground. Pada open circuit tidak dilewati arus karena merupakan arus terbuka.

Rangkaian 2.118

Prinsip Kerja : Baterai 1, baterai 2, resistor r2 dan ac voltmeter dipasang secara paralel. Baterai 1 diberi tegangan 16V yang akan diumpankan ke resistor r1 yang bernilai 1k ohm. Setelah itu, resistor r1 mengalirkan arus ke dua cabang yaitu ke resistor r2 yang bermuatan 3k ohm dan baterai 2 yang bermuatan 10v. Setelah itu arus yang mengalir di resistor r2 akan mengalir ke ground. Lalu arus yang mengaliri baterai 2 akn diumpankan ke ground.

Rangkaian 2.119

Prinsip Kerja : Baterai 1, dioda zener dan potensio dipasang secara paralel pada rangkaian. Diberikan tegangan 50v pada baterai yang akan diumpankan ke resistor 1 yang bernilai 1k ohm. Setelah itu, arus dari R1 akan mengaalir ke 2 cabng yaitu dioda zener yang bernilai 10v dan potensio yang bernilai 1k ohm. Setelah itu, alur yang mengalir di potensio akan kembali ke baterai. Tetapi alur tidak dapat mengalir di dioda zener karea bertemu kaki katoda.

Rangkaian 2.121

Prinsip Kerja : Baterai, dioda zener, resistor r2, dan ac voltmeter disusun secara paralel. Diberikan tegangan sebesar 12v pada b1 yang akan diumpankan ke resistor r1 yang bernilai 220 ohm. Setelah itu, arus diteruskan ke dioda zener yang bernilai 20v dan resistor 2 yang bernilai 1.2k ohm. Lalu arus yang dialirkan di r2 ditruskan kembali ke baterai.

c) Video Simulasi [kembali]

Rangkaian 2.110