Menjelaskan Pengertian Dioda Zener dengan singkat

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 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 0.6 Volt yang biasa untuk diode silikon. Tegangan jatuh ini tergantung dari jenis diode yang dipakai.

Sebuah dioda 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 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 tegangan tembus yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan Zener.

Sebagai contoh, sebuah dioda 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%.

Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.

Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek avalanche, seperti di dalam diode avalanche. Kedua tipe diode ini sebenarnya dibentuk melalui proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe diode ini. Dalam diode silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek Zener adalah efek utama dan efek ini menunjukan koefisiensi temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur positif.

Dalam dioda Zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya. Sehingga, diode 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi temperatur yang sensitif.

Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk membuat diode-diode yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari 5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur muncul dengan singkat pula. Sebuah diode untuk 75 Volt memiliki koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah diode 12 Volt.

Semua diode di pasaran dijual dengan tanda tulisan atau kode voltase operasinya ditulis dipermukaan kristal diode , biasanya dijual dinamakan dioda Zener.

Karakteristik beberapa dioda zener

Catatan

Uz        =Tegangan Zener

ID(ma)   = Arus Dioda Zener

ID(ohm) = Tahanan Dalam Zener

Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini menandakan bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita dapat menghitung impedansi dengan cara :

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).

Pengaplikasian Dioda Zener Pada Rangkaian

Dioda banyak diaplikasikan pada rangkaian penyearah arus (rectifier) power suplai atau konverter AC ke DC. Di pasar banyak ditemukan dioda seperti 1N4001, 1N4007 dan lain-lain. Masing-masing tipe berbeda tergantung dari arus maksimum dan juga tegangan breakdown-nya.

Zener banyak digunakan untuk aplikasi regulator tegangan (voltage regulator). Zener yang ada dipasaran tentu saja banyak jenisnya tergantung dari tegangan breakdown-nya. Di dalam datasheet biasanya spesifikasi ini disebut Vz (zener voltage) lengkap dengan toleransinya, dan juga kemampuan dissipasi daya.

LED sering dipakai sebagai indikator yang masing-masing warna bisa memiliki arti yang berbeda. Menyala, padam dan berkedip juga bisa berarti lain. LED dalam bentuk susunan (array) bisa menjadi display yang besar. Dikenal juga LED dalam bentuk 7 segment atau ada juga yang 14 segment. Biasanya digunakan untuk menampilkan angka numerik dan alphabet.

  • Voltage Regulator

Dioda Zener biasanya diaplikasikan yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).

  • Rangkaian penyearah arus listrik dari AC ke DC
  • Rangkaian regulator tegangan

Implementasi diode sebagai pelipat ganda frekuensi. misal frekuensi input 50 Hz maka output menjadi 100 Hz.

  • Dioda sebagai pencampur sinyal
  • Implementasi LED
  • Dioda sebagai saklar (Switch)

Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Germanium

Dioda germanium memiliki arus bocor yang lebih besar daripada dioda silikon.  Pada suhu ruang germanium akan memiliki 1000 pembawa minoritas dari silikon. Sehingga dioda silikon lebih banyak disukai. Akan tetapi dioda germanium juga mempunyai kelebihan dari dioda silikon yaitu memiliki tegangan “turn on” yang rendah dan resistansinya lebih rendah. Untuk aplikasi tertentu dioda germanium masih dipakai.

Karakteristik Sambungan pn Hubungan arus dan tegangan pada diode sambungan pn dinyatakan dengan persamaan :

I =I0 ( e V/h VT – 1)

Dengan Io = Arus balik Jenuh

h = 1 untuk germanium dan 2 untuk silikon

VT = 1 / 11600 ( kesetaraan volt dalam suhu )

= 0,026 volt pada suhu kamar T = 300 K

Karakteristik maju diode pn untuk germanium dan silikon terlihat pada gambar. Terlihat ada tegangan ambang Vf. Dibawah tegangan ambang arus diode sangat kecil. Tegangan ambang besarnya kira-kira 0,2 V untuk Germanium dan 0,6 volt untuk silikon.

Prasikap balik yang besar (VZ), terjadi arus balik yang mendadak besar. Didaerah ini diode dikatakan berada didaerah.

Pengaruh suhu. Pengaruh suhu terhadap perubahan Io adalah kira-kira 7% / oC. Karena (1,07) 10 = 2, maka arus Io menjadi berlipat dua untuk setiap kenaikan 10 oC.

Arsu Io pada suhu T adalah :
Io (T) =Io1 x 2 (T-T1)/10

Dengan Io1 : Arus Io pada suhu T1.

Kapasitansi Transisi. Prasikap balik mengakibatkan pembawaan mayoritas menjauhi sambungan, maka daerah defleksi menjadi lebar. Dapat dianggap ada pengaruh kapasitansi transisi C

Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya :

  • Bentuk fisiknya kecil
  • Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar
  • Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt
  • Tahan terhadap arus besar max 10 ampere
  • Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja.

Karakteristik Dan Aplikasi Dioda Silikon

Dioda silikon banyak digunakan pada peralatan catu daya sebagai penyearah arus, pengaman tegangan kejut dan sebagainya. Contoh : 1N4001, 1N4007, 1N5404 dan lain-lain.

Dioda penyearah adalah jenis dioda yang terbuat dari bahan Silikon yang berfungsi sebagai penyearah tegangan / arus dari arus bolak-balik (ac) ke arus searah (DC) atau mengubah arus AC menjadi DC. Secara umum dioda ini disimbolnya.

Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut :

  1. Bentuk fisiknya kecil
  2. Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga digunakan sebagai saklar elektronik
  3. Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere
  4. Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt
  • Kesimpulan

Berdasarkan paparan di atas dapat disimpulkan bahwa dioda berfungsi sebagai penyearah (rectifier) untuk mengubah tegangan bolak-balik (AC) menjadi tegangan searah (DC). Dioda menjadi sangat penting karena hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah (DC).

Dioda daya umumnya digunakan sebagai penyearah arus/tegangan (rectifier) dengan karakteristik puncak tegangannya maksimum dan arus maju maksimum. Dioda daya pada umumnya terbuat dari bahan silikon.

Dioda daya merupakan salah satu komponen semikonduktor yang banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya seperti pada rangkaian penyearah, freewheeling (bypass) pada regulator-regulator penyakelaran, rangkaian pemisah, rangkaian umpan balik dari beban ke sumber, dan lain-lain. Dalam penerapannya, seringkali dioda daya dianggap sebagai saklar ideal walaupun dalam prakteknya ada perbedaan.

Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik. Arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu.

Salah satu komponen lain yang penting dalam elektronika adalah dioda. Dioda adalah merupakan peranti semikonduktor yang dasar. Diode memiliki banyak tipe dan tiap tipe memiliki fungsi dan karakteristik masing-masing.

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”.

Dioda germanium mempunyai katakteristik atau sifat diantaranya :

  1. Bentuk fisiknya kecil
  2. Digunakan untuk rangkaian yg power outputnya besar
  3. Tahan terhadap tegangan tinggi max 500 volt
  4. Tahan terhadap arus besar max 10 ampere
  5. Tegangan yg hilang hanya 0,7 volt saja.

Dioda silikon mempunyai karakteristik atau sifat sebagai berikut :

  • Bentuk fisiknya kecil
  • Sering di pakai dalam rangkaian adaptor sebagai perata arus, dapat juga digunakan sebagai saklar elektronik
  • Tahan terhadap arus besar max sekitar 150 ampere
  • Tahan terhadap tegangan tinggi max 1000 volt
  • Saran

Apabila pembaca hendak menggunakan suatu dioda dalam suatu rangkaian baik itu dioda zener, germanium maupun silikon , sebaiknya pembaca melakukan pengecekan terlebih dahulu terhadap dioda tersebut.

DAFTAR PUSTAKA
Ansori, Insya. 2013. Dioda Dan Prinsip Kerjanya
           (http://insyaansori.blogspot.com/2013/02/dioda-dan-prinsip-kerjanya.html)
Purnama, Agus. 2012. Dioda Zener
(http://elektronika-dasar.web.id/teori-elektronika/dioda-zener/)
Wikipedia. 2013. Diode
(http://id.wikipedia.org/wiki/Diode)
Dachi, Yardianto. 2013. Mengenal Karakteristik Dan Jenis Dioda
(http://adydachi.heck.in/mengenal-karakteristik-dan-jenis-dioda.xhtml)
Iqbal, Muhammad. 2010. Komponen Dasar Elektronika Dioda
(http://lupa11lagi.blogspot.com/2010/11/komponen-dasar-elektronika-dioda.html)
(http://duniaelektonika.blogspot.com/2013/01/jenis-jenis-dioda-beserta-fungsinya.html)
(http://on-by.blogspot.com/2013/02/dioda-zener.html)
Boylestad, R., & Nashelsky, L. 1989. Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth Edition. Delhi : Prentice Hall of India.
http://elektronika-dasar.com/teori-elektronika/dioda-zener/
http://id.wikipedia.org/wiki/Dioda_Zener
Malvino, A.P.1984. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta : Erlangga
Hendra. 2009. Tugas; Makalah; Dioda Daya; BAB I, (Online), (http://tugashendra.blogspot.com/2009/04/tugas-makalah-dioda-daya-bab-1.html), diakses 04 Maret 2012.
Wikipedia. 2012. Diode, (Online), (http://id.wikipedia.org/wiki/Diode), diakses 04 Maret 2012
Ariztik. 2010. Apa itu Dioda (Online), (http://ariztik.wordpress.com/apa-itu-dioda/), diakses 04 Maret 2012
Smkmuh 3 klaten. 2012. Prinsip kerja Dioda (Online), (http://smkmuh3ku.sch.id/?pilih=news&mod=yes&aksi=lihat&id=14), diakses 04 Maret 2012
Aldera. 2008. Dioda. (http://duniaelektronika.blogspot.com/2008/08/dioda-adalah-piranti-semikonduktor.html). diakses 04 Maret 2012