Page 2 of 15
LAPORAN PRAKTIKUM
LABORATORIUM ELEKTRONIKA ANALOG
PERCOBAAN VII
Dioda Zener sebagai Penstabil Tegangan (Regulator)
Nama Praktikan : Nabila Mutiara Anjani (1314030007)
Nama Rekan Kerja : 1. Desti Mutia (1314030044)
2.M Yoga Arie S (1314030062)
\
Kelas/Kelompok : TT-3B/ 01
Tanggal Pelaksanaan Praktikum : 30 September 2015
Tanggal Penyerahan Laporan : 7 Oktober 2015
TEKNIK TELEKOMUNIKASI
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
2015
DAFTAR ISI
HALAMAN
COVER ....…………………………………………….......………………………………...1
DAFTAR ISI …………………………………….......……………………………………...2
7.1. TUJUAN..……………………………………………………………………………....3
7.2. DASAR TEORI ..……………………………………………………………………....7
7.3. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN...………………………………………….........8
7.4. CARA MELAKUKAN PERCOBAAN.………..………………………………….......8
7.5. DATA HASIL PERCOBAAN……………………...…………………………….........9
7.6. ANALISA ……………………...…………………….....................................…….......10
7.7. KESIMPULAN ....………………………………………...……………………….......12
7.8. DAFTAR PUSTAKA……………………………………...……………………….......13
LAMPIRAN
PERCOBAAN VII
TUJUAN
Menyelidiki penggunaan dan batas operasi zener sebegai penstabil tegangan
DASAR TEORI
Dioda zener adalah dioda yang dirancang untuk bisa melakukan arus balik dengan aman dan dengan drop tegangan hanya beberapa volt saja. Simbol dioda zener menyerupai dioda biasa kecuali garis melintang pada kepala panah yang digunakan untuk menyatakan sudut karakteristik balik. Pada arah maju dioda zener berperilaku seperti dioda pada umumnya. Dalam hal ini dioda zener dapat memberi batasan tegangan sesuai dengan dihubungkan dengan suatu tegangan balik yang cukup akan melakukan suatu arus balik. Hal ini tidak ditunjukkan sebelumnya karena biasanya akan merusak dioda.
Gambar 2.1
Phenomena tegangan breakdown dioda ini mengilhami pembuatan komponen elektronika lainnya yang dinamakan zener. Dengan memberi jumlah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N, ternyata tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasanya baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan volt, pada zener 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.
Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau "tegangan Zener".
Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda 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), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis dioda yang dipakai.
Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping berat, yang memungkinkan elektron untuk tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.
Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%.
Pemakaian Dioda Zener biasanya 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 rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui 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.
Dioda Zener digunakan secara luas dalam sirkuit elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan. Sebuah dioda zener juga digunakan sebagai regulator tegangan shunt, dan regulator tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber tegangan tetap.
Dioda zener dibuat sedemikian rupa sehingga daerah deplesinya lebih besar daripada dioda biasa. Akibatnya medan listrik yang dihasilkan juga lebih besar. Dioda zener memiliki sifat yang mirip dengan dioda biasa. Pada kondisi bias maju, karakteristik dioda zener sama dengan dioda biasa. Pada kondisi bias maju, karakteristik dioda zener sama dengan dioda biasa. Jadi jika diberikan tegangan luar yang besarnya melebihi tegangan kontak maka arus akan mengalir.
Gambar a. Karakteristik Dioda
Pada kondisi bias balik, dioda zener juga memiliki karaktristik yang sama dengan dioda biasa asalkan tegangan yang diberikan tidak terlalu besar. Jika tegangan besar dan melibihi tegangan zener, maka arus mengalir pada arah yang berbeda. Dioda zener tidak dapat mempertahankan keadaan "matinya" jika tegangan terbalik yang diberikan melibihi V zener.
Hal ini terjadi karena saat tegangan terbalik mencapai V zener, medan listrik pada daerah deplesi menjadi sangat besar sehingga dapat mendorong elektron keluar dari struktur atomnya yang mengakibatkan terbentuknya pasangan elektron-lubang yang banyak. Dengan terbentuknya pasangan elektron-lubang maka mengalirlah arus dalam keadaan yang terbalik. Mekanisme ini disebut dengan zener breakdown..Tegangan terbalik ini tidak merusakkan dioda zener bila masih berada di bawah nilai yang diizinkan, tegangan ini biasanya tetap meskipun diberi variasi beban sehingga dioda ini sering digunakan sebagai regulator tegangan. Untuk mengatasi perbedaan tegangan antara tegangan sumber dengan beban digunakanlah sebuah tahanan seri (Rs).
Pada dasarnya dioda zener adalah dioda biasa yang mempunyai tegangan zener (breakdown) yang kecil. Dirancnag untuk digunakan sebagai regulator tegangan. Selalu dioperasikan pada daerah reverse (bias balik) pada tegangan zenernya (VZ)
Rangkaian Stabilizer pada Dioda Zener
Pada dioda zener terdapat Izm (Arus Zener Maksimum) yang biasanya ditentukan oleh pabrik. Arus zener (Iz) tidak boleh melibihi arus karena akan menyebabkan kerusakan pada dioda zener tersebut. Rs merupakan hambantan yang berfungsi sebagai pembatan arus untuk stabilizer tegangan. Apabila tegangan input (Vi) lebih besar dari tegangan zener (Vz) dan Rl lebih besar dari Rl minimum maka fungsi stabilizer pada dioda zener dapat bekerja. Oleh karena itu rl harus lebih besar dari RL min. Dan Rl min dapat diketahui dengan
Bila zener sudah bekerja, berarti Vl =Vz= konstan. Dengan menganggap vi tetep maka turun tegangan pada Rs (Vr) yitu :
Sehingga arus yang mengalir pada Rs (IR ) dan arus yang mengalir pada zener (Iz) adalah
ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN
Powes Upplay (1-18) V (GW INSTEK) : 1 buah
Multimeter digital (SANWA) : 1 buah
diode zener 9,1 V (4379) : 1 buah
diode zener 7,5 V (4737) : 1 buah
resistor : 47 Ω, 100 Ω, 470 Ω, dan 10 k Ω
CARA MELAKUKAN PERCOBAAN
Buatlah rangkaian seperti Gambar 1 dibawah :
Aturlah tegangan supplay sebesar 10 V, Rs sebesar 47 dan RL sebesar 10k
Ukurlah tegangan Vout dengan Voltmeter elektronik!
Naikkan tegangan suplai menjadi 12 V lalu ulangi langkah 3!
Gantilah beban RL menjadi 470 tegangan suplay tetap 12 V dan ulangi langkah 3 !
Gantilah RL menjadi 100 dan ulang langkah 3 !
Ulangi percobaan diatas dengan diode zener 7.5 Volt dan tegangan sumber 8 dan 10 V
DATA HASIL PERCOBAAN
No.Percobaan : 7 Pelaksana Praktikum : 30 September 2015Judul :Dioda Zener sebagai Penyerahan Laporan : 7 Oktober 2015 Penstabil Tegangan Mata Kuliah : Lab. Elka Analog Nama Praktikan : Nabila Mutiara AnjaniKelas/kelompok : TT-3B/ 01 Nama Rekan Kerja : Desti MutiaTahun Akademik : 2015 M.Yoga Arie SadewoNo.Percobaan : 7 Pelaksana Praktikum : 30 September 2015Judul :Dioda Zener sebagai Penyerahan Laporan : 7 Oktober 2015 Penstabil Tegangan Mata Kuliah : Lab. Elka Analog Nama Praktikan : Nabila Mutiara AnjaniKelas/kelompok : TT-3B/ 01 Nama Rekan Kerja : Desti MutiaTahun Akademik : 2015 M.Yoga Arie Sadewo
No.Percobaan : 7 Pelaksana Praktikum : 30 September 2015
Judul :Dioda Zener sebagai Penyerahan Laporan : 7 Oktober 2015
Penstabil Tegangan
Mata Kuliah : Lab. Elka Analog Nama Praktikan : Nabila Mutiara Anjani
Kelas/kelompok : TT-3B/ 01 Nama Rekan Kerja : Desti Mutia
Tahun Akademik : 2015 M.Yoga Arie Sadewo
No.Percobaan : 7 Pelaksana Praktikum : 30 September 2015
Judul :Dioda Zener sebagai Penyerahan Laporan : 7 Oktober 2015
Penstabil Tegangan
Mata Kuliah : Lab. Elka Analog Nama Praktikan : Nabila Mutiara Anjani
Kelas/kelompok : TT-3B/ 01 Nama Rekan Kerja : Desti Mutia
Tahun Akademik : 2015 M.Yoga Arie Sadewo
Tabel 1 Dioda Zener Jenis 4739 (Vz = 9.1 V)
Tegangan Sumber(Vs)
RL
Tegangan Output (Vo)
IS
(mA)
IL
(mA)
10
10 K
9.67
8.76
0.96
12
10K
10.18
37.7
1.01
12
470
9.85
45
21.8
12
100
8.14
82.5
83.6
Tabel 2 Dioda Zener Jenis 4737 (Vz = 9.1 V)
Tegangan Sumber(Vs)
RL
Tegangan Output (Vo)
8
10 K
7.3
10
10K
7.5
10
470
7.48
10
100
6.78
ANALISA DAN PEMBAHASAN
Jelaskan pengaruh kenaikan tegangan input pada tegangan output, tegangan dan arus yang melewati Rs!
Jelaskan pengaruh perubahan RL terhadap arus Rs dan pada dioda zener !
Hitunglah harga RL paling kecil yang diperbolehkan, dimana zener tidak akan mengatur tegangan output jika RL lebih kecil dari harga ini !
Pada keadaan bagaimana daya maksimum akan didispasikan dalam zener ? jelaskan jawaban saudara !
Jawab :
Apabila nilai tegangan input dinaikan pada tegangan output, tegangan dan arus yang melewati Rs
Apabila nilai tegangan input dinaikan, makategangan output akan semakin besar. Berdasarkan hukum ohm V=IR dapat terlihat bahwa tegangan berbanding lurus dengan arus dan resistansi. Maka apabila tegangan input diperbesar maka nilai tegangan dan arus pada Rs akan semakin besar pula.
Hukum KVL
Vs = VRS +Vz atau Vs = VRS + VL
Note : karena dioda dan RL paralel maka tegangan pada dioda dan RL dan output akan sama
Hukum KCL
Is = Iz + IL
berdasarkan hukum KVL dan KCL diatas, dapat dilihat bahwa nilai tegangan input berbanding lurus dengan tegangan dan arus pada RS
Pengaruh perubahan RL terhadap arus Rs (Is) dan arus pada dioda zener (Iz) adalah : semakin besar nilai RL maka semakin kecil nilai arus pada RL(IL). Apabila nilai IL kecil maka nilai Is dan Iz akan besar. Begitu pula sebaliknya, semakin kecil RL maka nilai IL akan semakin besar. Apabila nilai IL semakin besar maka nilai Is akan semakin kecil.
Harga RL paling kecil yang diperbolehkan, dimana zener tidak akan mengatur tegangan output, jika RL lebih kecil dari harga
RLmin=Rs.VzVs-Vz
Dioda zener (V=9.1)
RLmin=47 X9.110-9.1=475,222
RLmin=47 X9.112-9.1=147,482
Dioda zener (V= 7.5 V)
RLmin=47 X7.58-7.5=705
RLmin=47 X7.510-7.5=141
Berdasarkan perhitungan diatas RL min yang diperoleh pada table 1 untuk Vs = 10V adalah 475,222 untuk Vs =12 V adalah 147,482 . Untuk tabel 2 Vs = 8V adalah 705 sedangkan Vs = 10V adalah 141 .
Keadaan saat daya maksimum akan didisparsikan dalam zener yaitu pada saat arus melewati dioda melebihi nilai arus dioda maksimum (Izm) yang ditemukan oleh pabrik.
TUGAS
Jelaskan prinsip dioda Zener ?
Jawab : dioda zener adalah dioda komponen elektronika yang terbuat dari semi konduktor dan merupakan jenis dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi dirangkaian revers bias. Pada saat dipasangkan pada rangkaian forward bias (bias maju), dioda zener akan memilik karakteristik dan fungsi sebagaimana dioda normal pad umumnya.
Pada dasarnya, dioda zener akan menyalurkan arus listrik yang mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas "Breakdown voltage" dan tegangan tembus dioda zenernya. Karakteristik ini berbeda dengan dioda biasa. Yang hanya dapat menyalurkan arus listrik ke satu arah. Tegangan ini disebut tegangan zener. Pada kondisi reverse bias dioda zener akan bekerja sebagai penstabil tegangan. Biasanya dioda zener di pasang secara seri dengan resistor. Jika ada tegangan melalui dioda zener melebihi tegangan breakdown yang ditentukan misalnya maka output tegangan terukur akan sama 9.1 V. Ini artinya tegangan akan turun saat melewati dioda zener yang dipasang secara bias balik. (revers bias). Sedangkan fungsi resistor dalam rangkaian untuk pembatas arus listrik.
Jika tegangan dinaikan terus, amak arus akan semakin besar. Akan tetapi tegangan yang melewati dioda zener akan sama. Oleh karena itu, dioda zener merupakan komponen elektronika yang cocok untuk digunakan sebagai voltage regulator. Dioda zener akan memberikan tegangan tetap dan sesuai dengan tegangan zenernya terhadap tegangan input yang diberikan.
Sebutkan jenis-jenis dioda zener yang dilengkapi dengan batas tegangan output zenernya ?
KESIMPULAN
Pada dioda zener forward bias (bias maju) besarnya tegangan hampir sama meskipun nilai resistansinya berbeda. Nilai arus pada dioda zener bergantung pada nilai resistansi yang terpasang. Semakin besar resistansi maka nilai arusnya semakin kecil.
Pada dioda zener revers bias (bias mundur) besarnya tegangan nya selalu seama walaupun nilai nilai resistansinya berubah-ubah. Nilai arus pada dioda zener juga selalu sama. Hal ini disebabkan karena dioda mendapatkan tegangan yang melampaui batas, sehingga terjadi tegangan breakdown.
DAFTAR PUSTAKA
Akbar, Harlimah.2015.Pengertian Dioda Zener Fungsi Dioda Zener Prinsip Kerja Dioda Zener diakses melalui http://sikilrayapen.blogsopt.com/2015/03/pengertian-dioda-zener-fungsi-dioda.html diakses pada Minggu 4 Oktober 2015
Wulandari, Ita.2015.Laporan Praktikum Elektronika Karakteristik Arus Tegangan Dioda Zener diakses melalui http://scribd.com/2015/12/laporan-praktikum.html diakses pada Minggu 4 oktober 2015
Wibby,Aldryani .2013. Laporan Praktikum dioda zener sebagai penstabil tegangan(regulator) diakses melalui http://scribd.com diakses pada Selasa 5 Oktober 2015
LAMPIRAN
