DIODA ZENER SEBAGAI REGULATOR TEGANGAN
Disusun Oleh :
Nama : Nidia Ivana Simangunsong Nim : 4153121045 Kelas : Fisika Dik D 2015
Universitas Negri Medan ( UNIMED ) TP.2016/2017
KATA PENGANTAR Puji dan syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karna atas karunia dan rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah yang berjudul “Dioda Zener Sebagai Regulator Tegangan ”. Dalam makalah ini penulis menyajikan pemaparan mengenai fungsi dioda zener sebagai regulator tegangan yang diharapkan dapat menambah wawasan dan pengetahuan bagi peserta diskusi pada khususnya dan bagi pembaca pada umumnya. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada dosen pengampu mata kuliah “Elektronika Dassar I’’ yang telah memberikan bimbingan dan saran yang berharga dalam penyusunan makalah ini sehingga dapat terselesaikan dengan baik. Sebagai seorang manusia tentu saja penulis tak luput dari kesalahan dan kekurangan. Oleh karna itu penulis mengaharapkan kritik dan saran yang membangun jika terdapat kesalahan atau kekurangan dalam makalah ini.
Medan, Oktober 2016 Penulis
Nidia Ivana Simangunsong
DAFTAR ISI
KATA PENGGANTAR----------------------------------------------------------------------------------- i DAFTAR ISI ----------------------------------------------------------------------------------------------- ii BAB I PENDAHULUAN A. B. C. D.
Latar Belakang---------------------------------------------------------------------------------- 1 Rumusan Masalah------------------------------------------------------------------------------ 1 Tujuan Makalah-------------------------------------------------------------------------------- 1 Macam Macam Semikonduktor----------------------------------------------------------------
BAB II PEMBAHASAN A. B. C. D. E. F.
Pengertian Semikonduktor----------------------------------------------------------------------- 2 Struktur Atom Semikonduktor------------------------------------------------------------------ 2 Bahan Bahan Semi Konduktor------------------------------------------------------------------ 3 Macam Macam Semikonduktor----------------------------------------------------------------- 4 Semikonduktor Tipe N dan Semi Konduktor Tipe P-----------------------------------------4 Arus Pada Semikonduktor----------------------------------------------------------------------- 4
BAB III PENUTUP 3.1 Kesimpulan ------------------------------------------------------------------------------------------- 5 DAFTAR PUSTAKA-------------------------------------------------------------------------------------- 5
BAB I PENDAHULUAN LATAR BELAKANG Dioda Zener (Zener Diode) adalah Komponen Elektronika yang terbuat dari Semikonduktor dan merupakan jenis Dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi di rangkaian Reverse Bias (Bias Balik). Pada saat dipasangkan pada Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Dioda Zener akan memiliki karakteristik dan fungsi sebagaimana Dioda Normal pada umumnya. Fungsi Dioda zener adalah untuk menstabilkan tegangan searah (DC). Dioda Zener pada umumnya di pasang secara seri dengan sebuah resistor. Dioda zener ini bisa dipakai sebagai komponen utama dalam regulator untuk membatasi tegangan sesuai dengan yang diinginkan. B.
RUMUSAN MASALAH
Adapun rumusan masalah dari makalah ini adalah sebagai berikut: 1. Apakah pengertian dioda zener? 2. Bagaimana prinsip kerja dioda zener ? 3. Apa saja fungsi dari dioda zener ? 4. Bagaimana cara kerja dioda zener pada rangkain regulator tegangan ? C. TUJUAN MASALAH Tujuan dari makalah ini agar peserta diskusi atau pembaca dapat mengetahui: 1. Apa itu dioda zener 2. Perbedaan dioda zener dengan dioda biasa 3. Prinsip kerja dioda zener 4. fungsi dari dioda zener 5. Cara kerja dioda zener pada rangkain regulator tegangan.
BAB II PEMBAHASAN A. Pengertian Dioda Zener Dioda Zener adalah diode 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 diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah. Dioda Zener pada umumnya di pasang secara seri dengan sebuah resistor.Output arus dari dioda zener akan di batasi sesuai dengan nilai yang tertulis pada fisik dioda zener tersebut.Nilai pada dioda zener yang ditunjukkan pada fisik seperti 3v.1 atau hanya membatasi tegangan keluaran pada 3,1 volt. Dioda yang biasa tidak akan mengalirkan arus listrik untuk mengalir secara berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan rusaknya. Jika melampaui batas tegangan operasional, diode 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), diode ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage) sekitar 0.6Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai. Sebuah diode Zener memiliki sifat yang hampir sama dengan diode biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat dengan tegangan tembus yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener. Sebuah diode 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 diode Zener yang dicatu-balik akan menunjukan perilaku tegangan tembus 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 terbatasi, sehingga diode Zener biasanya digunakan untuk membangkitkan tegangan referensi, untuk menstabilisasi tegangan aplikasi-aplikasi arus kecil, untuk melewatkan arus besar diperlukan rangkaian pendukung IC atau beberapa transistor sebagai output. Tegangan tembusnya dapat dikontrol secara tepat dalam proses doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang paling biasa adalah 5% dan 10%. Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan diode Zener.
B. Prinsip Kerja Dioda Zener Dioda zener adalah salah satu jenis dioda yang memiliki sisi exsklusif pada daerah breakdownnya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai stabilizer atau pembatas tegangan. Struktur dioda zener hampir sama dengan dioda pada umumnya, hanya konsentrasi doping saja yang berbeda. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda pada umumnya, namun pada daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda naik dengan cepat seperti pada gambar karakteristik dioda zener dibawah. Daerah breakdown inilah yang menjadi referensi untuk penerapan dari dioda zener. Sedangkan pada dioda biasa daerah breakdown merupakan daerah kritis yang harus dihindari dan tidak diperbolehkan pemberian tegangan mundur sampai pada daerah breakdown, karena bisa merusak dioda biasa. Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan memvariasi konsentrasi doping. Konsentrasi doping yang tinggi, akan meningkatkan jumlah pengotoran sehingga tegangan zenernya (Vz) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan konsentrasi doping yang rendah diperoleh Vz yang tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari Vz 1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari ¼ hingga 50 W.
Dalam Rangkaian diatas, Dioda Zener dipasang dengan prinsip Bias Balik (Reverse Bias), Rangkaian tersebut merupakan cara umum dalam pemasangan Dioda Zener. Dalam Rangkaian tersebut, tegangan Input (masuk) yang diberikan adalah 12V tetapi Multimeter menunjukan tegangan yang melewati Dioda Zener adalah 2,8V. Ini artinya tegangan akan turun saat melewati Dioda Zener yang dipasang secara Bias Balik (Reverse Bias). Sedangkan fungsi Resistor dalam Rangkaian tersebut adalah untuk pembatas arus listrik Akan tetapi, tegangan yang melewati Dioda Zener akan sama yaitu 2,8V. Oleh karena itu, Dioda Zener merupakan Komponen Elektronika yang cocok untuk digunakan sebagai
Voltage Regulator (Pengatur Tegangan), Dioda Zener akan memberikan tegangan tetap dan sesuai dengan Tegangan Zenernya terhadap Tegangan Input yang diberikan.
C. Regulator Tegangan Regulator tregangan adalah bagian power supply yang berfungsi untuk memberikan stabilitas output pada suatu power supply. Output tegangan DC dari penyearah tanpa regulator mempunyai kecenderungan berubah harganya saat dioperasikan. Adanya perubahan pada masukan AC dan variasi beban merupakan penyebab utama terjadinya ketidakstabilan pada power supply. Pada sebagian peralatan elektronika, terjadinya perubahan catu daya akan berakibat cukup serius. Untuk mendapatkan pencatu daya yang stabil diperlukan regulator tegangan. Regulator tegangan untuk suatu power supply paling sederhana adalah menggunakan dioda zener. Rangkaian dasar penggunaan dioda zener sebagai regulator tegangan dapat dilihat pada gambar rangkaian dibawah.
Diode zener dipasang paralel atau shunt dengan L dan R . Regulator ini hanya memerlukan sebuah diode zener terhubung seri dengan resistor RS . Perhatikan bahwa diode zener dipasang dalam posisi reverse bias. Dengan cara pemasangan ini, diode zener hanya akan berkonduksi saat tegangan reverse bias mencapai tegangan breakdown dioda zener. Penyearah berupa rangkaian diode tipe jembatan (bridge) dengan proses penyaringan atau filter berupa filter-RC. Resistor seri pada rangkaian ini berfungsi ganda. Pertama, resistor ini menghubungkan C1 dan C2 sebagai rangkaian filter. Kedua, kapasitor ini berfungsi sebagai resistor seri untuk regulator tegangan (dioda zener). Diode zener yang dipasang dapat dengan sembarang dioda zener dengan tegangan breakdown misal dioda zener 9 volt. Tegangan output transformer harus lebih tinggi dari tegangan breakdown dioda zener, misalnya untuk penggunaan dioda zener 9 volt maka gunakan output transformer 12 volt. Tegangan breakdown dioda zener biasanya tertulis pada body dari dioda tersebut.
D. Fungsi Lain Dioda Zener Pembatas Level Sinyal Input
Karakteristik dioda zener yang mampu menjaga level tegangan pada kaki katoda dan anodanya juga bsa kita gunakan sebagai rangkaian pembatas level sinyal input. Sebagai contoh misalnya pada input audio atau input video pada televisi. Untuk mencegah kerusakan rangkaian karena level input yang terlalu tinggi maka dapat kita pasang dioda zener pada terminal inputnya. Jika tegangan input yang masuk melebihi tegangan zener maka akan dipangkas sesuai tegangan zener. Berikut ini contoh rangkaian aplikasi dioda zener sebagai pembatas level input.
Dioda D6 berfungsi sebagai pembatas level positif sedangkan D7 merupakan pembatas level negatif. Pengaman Electro Static Discharge (ESD) Electro Static Discharge atau sering disingkat dengan ESD adalah muatan listrik statis yang muncul dari beberapa kondisi seperti gesekan antar dua benda yang berbeda. Elektro static sangat berbahaya ketika dia melakukan discharge melalui komponen atau rangkaian elektronika. Hal ini karena besarnya muatan statis pada ESD sagatlah besar mencapai ribuan Volt. Untuk mengamankan komponen dan rangkaian dari bahaya kerusakan yang ditimbulkan akibat elekcro static discharge ini, kita bisa gunakan dioda zener yang dipasang pada port atau terminal yang terhubung keluar seperti jack atau soket. Misalnya pada jalur input USB atau koneksi data HDMI. Berikut ini contoh rangkaian aplikasi dioda zener sebagai pengaman ESD pada port IC Mikro kontroler.
E. Pemakaian Dioda Zener Dioda Zener 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 diode Zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan mencapai tegangan tembus diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah ditetapkan sebelumnya. Sebuah diode 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.
BAB III PENUTUP A.
KESIMPULAN
Dioda zener dan dioda biasa memiliki banyak persamaan tetapi berbedanya pada saat dioda biasa di berikan tegangan yang melampaui tegangan tembus dioda akan rusak tetapi pada dioda zenner pada saat diberikan tegangan yang melampaui batas "tegangan tembus" (breakdown voltage) , dioda akan menyalurkan arus listrik kearah yang berlawanan.
DAFTAR PUSTAKA Amdani, Khairul. Elektronika Dasar. Medan : Universitas Negeri Medan. 2016. Bishop, Owen. Dasar – Dasar Elektronika. Jakarta : Erlangga. 2004 Lovede, George. Intisari Elektronika.Jakarta. PT Eleks Media Komputindo. 1988 Owen, Bishop. Dasar-DasarElektronika. Jakarta: Erlangga, 2004. Prihono dkk. Jago Elekktronika Secara Otodidak. Surbaya : PT. Kawas Pustaka. 2009.
