Diode Zener

Diode Zener
• Pada dasarnya diode zener adalah diode
biasa yang mempunyai tegangan zener
(breakdown) yang kecil.
• Dirancang untuk digunakan sebagai
regulator tegangan.
• Selalu dioperasikan pada daerah reverse
pada tegangan dadalnya atau tegangan
zenernya (VZ).
IF
A(noda)
K(atoda)
VZ
VF
06
0,6
Simbol Dioda Zener
Karakteristik Dioda Zener
Regulator Shunt
VOUT = VZ
VS − VZ
IZ =
R
Jika VS > VZ maka zener akan dadal sehingga tegangan VOUT akan
dipertahankan oleh zener sebesar tegangan dadalnya atau VZ.
Dengan demikian maka VOUT akan konstan sebesar VZ. Dengan
kata lain, tegangan VOUT akan diregulasi sebesar VZ, walaupun
tegangan VS naik.
Perhatikan bahwa zener beroperasi didaerah reverse-nya.
Kondisi Berbeban
Pada kondisi berbeban, arus sumber (IS) akan terbagi dua
menjadi IZ dan IL.
IS = IZ + IL
VS − VZ
IS =
RS
VZ
IL =
RL
Supaya terjadi regulasi maka : IZ harus > 0.
Ini hanya akan terjadi jika : IS > IL.
atau : VS > (VZ + IL.R)
IZ = IS − IL
Tegangan Thevenin
Tegangan Thevenin adalah tegangan pada beban RL jika zener
dilepas dari rangkaian. Besarnya tegangan Thevenin ini ialah :
VTH
RL
=
.VS
RL + RS
Selama VTH < VZ maka IZ = 0 sehingga tidak akan terjadi regulasi
tegangan.
Regulasi tegangan baru akan terjadi jika VTH > VZ sehingga IZ > 0.
Dropout Point
Jika VS turun atau IL naik maka IZ bisa menjadi nol sehingga zener
menjadi tidak dadal dan VOUT menjadi turun atau tidak ter-regulasi.
I S ( MIN ) =
VS ( MIN ) − VZ
RS ( MAX ) =
RS ( MAX )
VS ( MIN ) − VZ
Titik kritis terjadi jika : IL(MAX) =
IS(MIN)
Maka hubungan RS(MAX) dengan
VS(MIN) adalah :
I S ( MIN )
IZ = IS − IL
I Z ( MIN ) = I S ( MIN ) − I L ( MAX )
RS ( MAX ) =
VS ( MIN ) − VZ
I L ( MAX )
Disipasi Daya
Jika pada suatu komponen ada tegangan jatuh sebesar V dan ada
arus mengalir sebesar I maka pada komponen tersebut akan ada
daya hilang sebesar P = V.I
Daya yang diserap zener :
PZ = VZ.IZ
Daya yang diserap tahanan RS :
PRS = IS.(VS – VZ)
Daya yang diserap beban RL :
PRL = IL.VOUT
Karena VOUT = VZ maka
PRL = IL.VZ
Daya yang diserap ini akan diubah menjadi panas.
Panas yang berlebihan dapat merusak komponen
yang bersangkutan.
Oleh karena itu perlu dijaga agar daya yang diserap
suatu komponen tidak melampaui batas daya yang
aman atau yang diperkenankan.
Nilai aman ini dapat diperoleh dari data sheet
komponen yang bersangkutan.
Untuk dioda zener, disipasi daya yang tersedia
adalah 250mW, 400mW, 1W, 5W, 10W, 25W 50W
dan seterusnya.
Untuk tahanan, disipasi daya yang tersedia adalah
125mW, 250mW, 500mW, 1W, 2W, 3W, 5W, 10W
sampai ribuan Watt.
Contoh-1
Hitunglah tegangan VS minimum
agar VOUT tetap 6V.
Hitung daya pada zener jika VS
dinaikkan menjadi 24V.
Penyelesaian :
IL = VOUT/RL = 6V/1k = 6mA.
Pada VS minimum, IZ = 0
sehingga IS = IL = 6mA.
VS(MIN) = VZ + IL.RS = 6V + 6mA.1k
= 12V.
Jika VS = 24V maka
IS = (24V – 6V)/1k = 18mA.
IZ = IS – IL = 12mA
PZ = IZ.VZ = 12mA.6V = 72mW.
Hubungan Seri Dioda Zener
Guna mendapatkan tegangan yang lebih besar maka beberapa
buah zener dapat dihubungkan seri, sehingga :
VTOT = VZ1 + VZ2 + . . . . + VZn
Selain pertambahan tegangan, kemampuan daya total juga
bertambah menjadi :
PTOT = PZ1 + PZ2 + . . . .+ PZn
Contoh-2
Hitunglah VOUT dan daya
hilang pada Z1 dan Z2.
Penyelesaian :
Jika IZ > 0 maka
VOUT = VZ1 + VZ2 = 15V
IL = VOUT / RL = 15mA
IS = (VS – VOUT)/RS = 30mA
IZ = IS – IL = 15mA
Daya pada Z1 : PZ1 = IZ.VZ1 = 90mW
Daya pada Z2 : PZ2 = IZ.VZ2 = 135mW
Riak pada beban
IF
I S ( MAX ) =
VZ
VF
0,6
I S ( MIN ) =
VS ( MAX ) − VZ
RS
VS ( MIN ) − VZ
RS
I
I S ( MAX ) − I S ( MIN ) =
VS ( MAX ) − VS ( MIN )
V
Karakteristik Dioda Zener
∆VS ≅ ∆I S .RS
∆VZ ≅ ∆I Z .RZ
Jika IZ naik maka VZ akan naik.
RZ = ∆VZ / ∆IZ
Jika VS naik maka VOUT naik.
Kenaikan VOUT ditentukan oleh RZ.
∆VZ ∆I Z .RZ RZ
=
≅
∆VS ∆I S .RS RS
RS