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).

A(noda) K(atoda)

Karakteristik Dioda Zener

VF

IF

0,6

VZ

Simbol Dioda Zener

Regulator Shunt

DZ

R

VS VOUTIZ

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.

R

VVI

VV

ZSZ

ZOUT

LSZ

L

ZL

S

ZSS

LZS

III

R

VI

R

VVI

III

Supaya terjadi regulasi maka : IZ harus > 0.

Ini hanya akan terjadi jika : IS > IL.

atau : VS > (VZ + IL.R)

DZ

RS

VS VOUTIZ RLIL

IS

VZ

Kondisi BerbebanPada kondisi berbeban, arus sumber (IS) akan terbagi dua menjadi IZ dan IL.

Tegangan Thevenin

SSL

LTH V

RR

RV .

Tegangan Thevenin adalah tegangan pada beban RL jika zener dilepas dari rangkaian. Besarnya tegangan Thevenin ini ialah :

Selama VTH < VZ maka IZ = 0 sehingga tidak akan terjadi regulasi tegangan.Regulasi tegangan baru akan terjadi jika VTH > VZ sehingga IZ > 0.

RS

VS VTHIZ = 0 RLIL

IS

Dropout Point

)()()(

)(

)()(

)(

)()(

MAXLMINSMINZ

LSZ

MINS

ZMINSMAXS

MAXS

ZMINSMINS

III

III

I

VVR

R

VVI

Jika VS turun atau IL naik maka IZ bisa menjadi nol sehingga zener menjadi tidak dadal dan VOUT menjadi turun atau tidak ter-regulasi.

Titik kritis terjadi jika : IL(MAX) = IS(MIN)

Maka hubungan RS(MAX) dengan VS(MIN) adalah :

)(

)()(

MAXL

ZMINSMAXS I

VVR

Disipasi DayaJika 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

DZ

RS

VS VOUTIZ RLIL

IS

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-1Hitunglah 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 = 12mAPZ = IZ.VZ = 12mA.6V = 72mW.

DZ6V

RS 1k

VS VOUTIZRL

1kIL

IS

Hubungan Seri Dioda ZenerGuna 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

Z1

RS

VS VOUT

IZ

RL

IL

IS

Z2

VZ1

VZ2

Contoh-2

Hitunglah VOUT dan daya hilang pada Z1 dan Z2.Penyelesaian :Jika IZ > 0 maka VOUT = VZ1 + VZ2 = 15VIL = VOUT / RL = 15mAIS = (VS – VOUT)/RS = 30mAIZ = IS – IL = 15mA

Daya pada Z1 : PZ1 = IZ.VZ1 = 90mWDaya pada Z2 : PZ2 = IZ.VZ2 = 135mW

Z16V

RS 300W

VS

24VVOUT

IZ

RL1kW

IL

IS

Z29V

VZ1

VZ2

Riak pada beban

Karakteristik Dioda Zener

VF

IF

0,6

VZ

DI

DV

Jika IZ naik maka VZ akan naik.RZ = DVZ / DIZ

Jika VS naik maka VOUT naik.Kenaikan VOUT ditentukan oleh RZ.

S

Z

SS

ZZ

S

Z

ZZZ

SSS

S

MINSMAXSMINSMAXS

S

ZMINSMINS

S

ZMAXSMAXS

R

R

RI

RI

V

V

RIV

RIV

R

VVII

R

VVI

R

VVI

DD

DD

DDDD

.

.

.

.

)()()()(

)()(

)()(