Zener Diodas


[menuju akhir]

 1. Tujuan [kembali]

  • Untuk mengetahui dioda zener lebih dalam    
  • Untuk mengetahui pengaplikasian dioda zener

2. Alat Dan Bahan [kembali]

  • Resistor
Komponen elektronika yang bersifat menghambat arus listrik dan juga merupakan komponen pasif karena komponen ini tidak membutuhkan arus listrik agar berfungsi.

Gambar Resistor

Gambar Resistor di proteus
Gambar Resistor di Proteus



  • Battery
Baterai (Battery) adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.
Gambar Battery 

Gambar Battery di Proteus

  • Dioda Zener
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).

Gambar Dioda Zener

Gambar Dioda Zener di Proteus






  • Sinyal AC (SINE)
Arus listrik AC (alternating current), merupakan listrik yang besarnya dan arah arusnya selalu berubah-ubah dan bolak-balik.


  • 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.

Gambar Osiloskop

Gambar Osiloskop pada Proteus







  • Ground
Ground adalah alat yang berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.
Gambar Ground

Gambar Ground di Proteus

  • DC Voltmeter
DC Voltmeter adalah alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensialtegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
Gambar  DC Voltmeter di Proteus

Gambar DC Voltmeter

3. Dasar Teori [kembali]

2.1 Dioda Zener 

     Analisis jaringan yang menggunakan dioda Zener sangat mirip dengan yang diterapkan analisis dioda semikonduktor di bagian sebelumnya. 

Gambar 2.105 Dioda zener (a) ON, (b) OFF 
Bentuk dari regulator zener sederhana

Gambar 2.106

2.2 Vi dan R 

Analisis secara mendasar dibagi dua langkah, yaitu :
1. Tentukan status dioda Zener dengan menghapusnya dari jaringan dan menghitung tegangan pada rangkaian terbuka yang dihasilkan.

   Menerapkan langkah 1 ke jaringan Gambar. 2.106 akan menghasilkan jaringan Gambar. 2.107
Gambar 2. 107

di mana penerapan aturan pembagi tegangan akan menghasilkan
(2.16)
2. Ganti sirkuit ekivalen yang sesuai dan pecahkan untuk yang tidak diketahui yang diinginkan.
     Untuk jaringan Gambar 2.106, status "hidup" akan menghasilkan jaringan yang setara dari Gambar. 2.108. Karena tegangan pada elemen paralel harus sama,

Gambar 2.108
Karena tegangan pada elemen paralel harus sama,

(2.17)
Arus dioda Zener harus ditentukan oleh aplikasi arus Kirchhoff hukum

(2.18)
dimana 

Daya yang hilang oleh dioda Zener ditentukan oleh
(2.19)
Jika dioda Zener ada di "On" state, tegangan melintasi dioda bukan V volt. Ketika sistem dihidupkan, dioda Zener akan menyala "segera" begitu tegangan melintasi dioda Zener adalah VZ volt.

2.3 Memperbaiki Vi, Variabel RL

Beban terlalu kecil resistansi RL akan menghasilkan tegangan VL yang melintasi resistor beban kurang dari VZ, dan Perangkat Zener akan dalam kondisi "mati".
Untuk menentukan RL, nilai tahanan beban yang lebih besar dari RL yang diperoleh dari Persamaan (2.20) akan memastikan bahwa dioda Zener dalam keadaan "on" dan dioda dapat diganti oleh sumber VZ-nya setara.
(2.20)

Kondisi yang ditentukan oleh Persamaan. (2.20) menetapkan RL minimum tetapi pada gilirannya menentukan maksimum IL
(2.21)
Setelah dioda dalam keadaan "on", tegangan melintasi R tetap
(2.22)
dan IR tetap 

(2.23)
arus zener menghasilkan IZ minimum ketika IL adalah maksimum dan IZ maksimum ketika IL adalah a nilai minimum karena IR konstan.
(2.24)
Karena IZ terbatas pada IZM sebagaimana disediakan pada lembar data, itu mempengaruhi jangkauan RL dan karena itu IL. Mengganti IZM untuk IZ menetapkan IL minimum 
(2.25)
dan resistensi beban maksimum sebagai berikut 
(2.26)

2.4 Memperbaiki RL, Variabel Vi 

Untuk nilai tetap RL pada Gambar 2.106, tegangan Vi harus cukup besar untuk berputar dioda Zener aktif. Tegangan minimum menyalakan Vi Vimin ditentukan oleh
(2.27)
Nilai maksimum Vi dibatasi oleh arus zener maksimum saat ini IZM sejak IZM = IR = IL
(2.28)
Karena IL ditetapkan pada VZ / RL dan IZM adalah nilai maksimum IZ, Vi maksimum didefinisikan oleh
(2.29)

4. Percoban [kembali]

Rangkaian 1

Rangkaian 2

Rangkaian 3

Rangkaian 4

Rangkaian 5

Rangkaian 6


Rangkaian 7

Rangkaian 8

Rangkaian 9

Rangkaian 10

Rangkaian 11

5. Video [kembali]

6. Example [kembali]

 example 2.24

Tentukan referensi tegangan yang dihasilkan oleh jaringan pada gambar dibawah ini, yang manakah digunakan LED putih untuk mengindikasikan daya nya nyala. Berapakah level kuat arus yang melalui LED dan daya dialirkan dari sumbernya? bagaimana daya diserap oleh LED bandingkan dengan 6V dioda zener?

Solusi:
Pertama kita nge cek apakah ada tegangan yang cukup yang diterapkan untuku menghidupkkan semua seri elemen dioda. LED putih akan turun sekitar 4 V diatasnya , yang 6 V dan 3,3 V dioda zener memiliki tota 9,3 V dan silikon bias maju dioda memiliki 0,7 V, untuk total 14 V.


Example 2.25

Jaringan pada (rangkaian 1) dirancang untuk membatasi tegangan hingga 20 V selama bagian positif tegangan yang diberikan dan hingga 0 V untuk ekskursi negatif dari tegangan yang diberikan.  Periksa operasinya dan plot bentuk gelombang tegangan di seluruh sistem untuk sinyal yang diterapkan.  Asumsikan sistem memiliki resistansi masukan yang sangat tinggi sehingga tidak akan mempengaruhi jaringan.
           (rangkaian 1)

Solution:


Untuk tegangan positif yang diberikan kurang dari potensial Zener 20 V, dioda Zener akan berada dalam perkiraan keadaan rangkaian terbuka, dan sinyal input hanya akan mendistribusikan dirinya ke seluruh elemen, dengan mayoritas masuk ke sistem karena memiliki tegangan seperti itu. tingkat resistensi yang tinggi.

Setelah tegangan melintasi dioda Zener mencapai 20 V, dioda Zener akan menyala seperti yang ditunjukkan pada (Rangkaian 2) dan tegangan melintasi sistem akan terkunci pada 20 V. Kenaikan lebih lanjut dalam tegangan yang diberikan hanya akan muncul di resistor seri dengan  tegangan melintasi sistem dan dioda bias maju masing-masing tetap pada 20 V dan 0,7 V.  Tegangan di seluruh sistem ditetapkan pada 20 V, seperti yang ditunjukkan pada (Rangkaian 2), karena 0,7 V dioda tidak berada di antara terminal keluaran yang ditentukan.  Oleh karena itu, sistem aman dari peningkatan tegangan lebih lanjut.

 Untuk wilayah negatif dari sinyal yang diterapkan, dioda silikon dibiaskan terbalik dan menghadirkan rangkaian terbuka ke kombinasi seri elemen.  Hasilnya adalah bahwa sinyal yang diterapkan secara negatif penuh akan muncul pada dioda rangkaian terbuka dan tegangan negatif pada sistem terkunci pada 0 V, seperti ditunjukkan pada (Rangkaian 3).

 Oleh karena itu, tegangan melintasi sistem akan muncul seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah.

Example 2.26

a. untuk jaringan dioda zener pada (rangkaian 7), tentukan VL,VR,Iz, dan Pz.
b.ulangi bagian a tetapi dengan RL = 3 kohm.


Solution:

a.

 karena V=8,73 V kurang dari Vz=10 V, dioda dalam keadaan off, seperti yang terlihat                                           
pada gambar dibawah.
masukkan hasil ekuivalen open sirkuit dalam jaringan yang sama pada gambar (Rangkaian 7), kita mengetahui:

b.

karena V= 12 V lebih besar dari z= 10V ,dioda dalam keadaan nyala jaringan pada (rangkaian 8) menghasilkan:


-Problem[kembali]

Problem 2.11 ( Zener Diodes) 

42.     a. Tentukan VL, IL, IZ dan IR untuk jaringan dari gambar 2.186 jika RL = 180 ohm

          b. Ulangi langkah bagian (a) jika RL = 470 ohm

          c. Tentukan nilai dari RL yang akan menetapkan kondisi daya maksimum untuk dioda Zener

          d. Tentukan nilai minimum R L untuk memastikan bahwa dioda Zener dalam keadaan "aktif"

43.     a. Desainlah jaringan pada Gambar. 2.187 untuk mempertahankan VL pada 12 V untuk variasi                      beban ( IL ) dari 0 mA hingga 200 mA. Artinya, tentukan RS dan VZ . 

          b. Tentukan Pz max untuk dioda Zener bagian (a). 

46.         Buatlah sketsa output dari jaringan Gambar 2.145 jika inputnya adalah gelombang persegi 50V.               Ulangi untuk Gelombang persegi 5-V. 

Jawaban :

42. a. Menetukan :

  • VL = RL . Vi : ( R + RL) = 180 ohm . 20 V : ( 220 + 180 ) ohm = (3.600 : 400) V = 9 V
  • IL = VL : RL = 9 V : 180 ohm = 0,05 A = 50 mA 
  • IZ = 0 , karena V<VZ, dioda menjadi mati dan kesetaraan diganti dengan sirkuit terbuka 
  • VR = Vi - VL  = 20 V - 9 V = 11 V
  • IR = VR : R = 11 : 220 = 50 mA.

      b. Ulangi bagian (a) dengan 

       

  • VL = RL . Vi : ( R + RL) = 470 ohm . 20 V : ( 220 + 470 ) ohm = (9.400 : 690) V = 13,62 V
  • IL = VL : RL = 13,62 V : 470 ohm = 0,029 A = 29 mA 
  • karena V=VL = 13,62 V yang mana itu lebih besar dari VZ 10 V, maka dioda akan dalam keadaaan aktif/on dan jaringannya menjadi VL = VZ = 10 V
  • VR = Vi - VL  = 20 V - 10 V = 10 V
  • IR = VR : R = 10 : 220 = 45 mA.
  • IZ = IR - IL = 45 mA - 29 mA = 16 mA

      c. Menetukan nilai RL maximum

 

  •         RLmax = Vz : ILmin = Vz : ( IR - IZ ) = 10 V: ( 45mA-16mA) = 10 V : 29mA =  344,8Ω

      d. Menentukan nilai RL minimum 

 

  •         RLmin= R.VZ : ( Vi - VZ ) = 220 . 10 : (20 - 10) = 220Ω

- Soal Pilihan Ganda

1. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan :
    -Arus sumber (IS)
    -Arus zener (IZ)

a. IS = 53 mA, IZ = 19,1 mA 

b. IS = 55 mA, IZ = 23,8 mA 

c. IS = 57 mA, IZ = 37,6 mA 

d. IS = 58 mA, IZ = 35,3 mA 

e. IS = 59 mA, IZ = 22,5 mA 

Jawaban : D. 

Penyelesaian :

Diketahui VIN = 12 volt ; Rs = 120 ohm ; VZ = 5 volt

Menentukan arus sumber (IS)

IS= VIN−VOUT: RS

IS=12V−5V: 120=7: 120=0,058A=58mA

Menentukan arus zener (IZ)

Iz=IS−IRL

Karena nilai IS sudah diketahui sebesar 58mA maka tinggal mencari nilai IRL. IRL = VOUT : RL , sehingga IRL = 5 V : 220 ohm = 0,0227= 22,7mA

Maka IZ = 58 mA- 22,7 mA = 35,3 mA

2. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan RLmin.

a. 81,26

b. 82,16

c. 86,12

d. 86,21

e. 88,26

Jawaban : D.

Penyelesaian :

IRL= VOUT: RL
IRL=5V: 220Ω =0,023A=23mA

Sehingga :
Iz=IS−IRL
Iz=58mA−23mA=35mA

Tahanan beban minimum (RLmin)

RLmin=VZ:IS
RLmin=A5V:58mA=86,21Ω

3. Jika nilai PIV dioda terlampaui, maka

a) Dioda berjalan buruk
b) Dioda rusak
c) Dioda berperilaku seperti dioda zener
d) Tidak satupun di atas

Jawaban : B.

7. Link Download [kembali]


[menuju awal]