perc_4 regulasi tegangan

PERCOBAAN 4

DIODE ZENER DAN REGULASI TEGANGAN 4.1 Tujuan :

1) Observasi dan pengukuran karakteristik diode zener. 2) Mendemonstrasikan diode zener yang digunakan sebagai regulator

tegangan sederhana. 4.2 Dasar Teori :

4.2.1 Diode zener

Praktikum Rangkaian Elektronika 1 Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

20

Sebagian besar penggunaan diode zener adalah untuk regulator

tegangan pada dc power supplies. Diode zener adalah device pn junction silicon yang berbeda dengan diode rectifier, karena diode zener beroperasi pada daerah reverse. Pada gambar 4.1 ditunjukkan kurva karakteristik diode zener. Dari kurva tersebut terlihat bahwa, ketika diode mencapai tegangan breakdown, maka tegangannya hampir dapat dikatakan konstan, meskipun terjadi perubahan arus yang besar.

Gambar 4.1 : Karakteristik kurva V-I dari diode zener yang umum

Diode zener di desain untuk ber-operasi pada reverse breakdown.

Kemampuan untuk menjaga tegangan konstan pada terminalnya adalah kunci utama dari diode zener.

Nilai minimum arus reverse (IZK), harus dijaga agar diode tetap pada breakdown untuk dapat menghasilkan regulasi tegangan. Begitu juga arus maksimumnya (IZM) harus dijaga agar tidak melebihi power dissipasinya, yang dapat merusakkan diode.

4.2.2 Rangkaian Equivalen Diode Zener

Pada gambar 4.2(a) memperlihatkan model ideal dari dioda zener pada reverse breakdown. Pada keadaan ini tegangan konstan yang diberikan oleh dioda sama dengan tegangan nominalnya. Pada gambar 4.2(b) ditunjukan practical model (model dalam praktek) dari dioda zener, dimana terdapat resistansi zener (RZ). Karena kurva tegangan tidak benar-benar vertikal, maka perubahan arus zener menghasilkan perubahan kecil pada tegangan zener, seperti diilustrasikan pada gambar 4.2(c). Perbandingan antara tegangan dan arus zener adalah resistansi zener.

Z

ZZ I

VR

=

Z

ZZ I

VR

=

RZ

Gambar 4.2 : Rangkaian equivalen dioda zener

Diode zener beroperasi pada nilai daya tertentu. Besarnya daya maksimum yang diperbolehkan, dispesifikasikan dengan power dissipasi dc [PD(max)]. Sebagai contoh, dioda zener dengan seri 1N746 mempunyai nilai PD(max) = 500 mW dan seri 1N3305A mempunyai nilai PD(max) = 50 W. Power dissipasi dc ditentukan dengan persamaan :

ZZD IVP =

Masing-masing diode zener mempunyai tegangan nominal VZ.

Sebagai contoh, dioda zener dengan seri 1N4738 mempunyai nilai tegangan nominal VZ = 8,2 Volt, dengan toleransi 10 %, sehingga nilai tegangannya 7,38 Volt sampai dengan 9,02 Volt. Sedangkan arus dc maksimum untuk diode zener (IZM) dapat didekati dengan persamaan :


21

Z

DZM V

PI (max)=

4.2.3 Regulasi Zener Dengan Tegangan Input Bervariasi

Gambar 4.3 menggambarkan bagaimana diode zener dapat

digunakan untuk meregulasi tegangan dc yang bervariasi. Apabila tegangan input bervariasi (dengan batasan tertentu), maka diode zener menjaga tegangan output pada terminalnya mendekati konstan.

Gambar 4.3 : Regulasi zener dengan variasi tegangan input

Sebagai contoh, diode zener dengan nomor seri 1N4740 mempunyai

spesifikasi : VZ = 10 Volt, IZK = 0,25 mA, dan PD(max) = 1 W. Arus dc maksimumnya dapat dicari dari data tersebut adalah


22

mAV

PI

Z

DZM 10010

1(max) ===

Untuk arus minimum (IZK), maka tegangan minimum pada R = 220 adalah

mVmARIV ZKR 55)220)(25,0( ===

Karena VR = VIN VZ, maka VIN = VR + VZ = 55 mV + 10 V = 10,055 V Untuk arus maksimum (IZM), maka tegangan maksimum pada R = 220 adalah

VmARIV ZMR 22)220)(100( === Oleh karena itu, VIN = VR + VZ = 22 V + 10 V = 32 V Contoh tersebut memperlihatkan bahwa diode zener dapat meregulasi tegangan input yang bervariasi mulai dari 10,055 V sampai dengan 32 V menjadi tegangan output yang mendekati 10 V. 4.2.4 Regulasi Zener Dengan Beban yang Bervariasi

Gambar 4.4 memperlihatkan regulator tegangan zener dengan beban

resistor yang bervariasi. Dari rangkaian tersebut diode zener akan menjaga tegangan output pada RL mendekati konstan, sepanjang arus zener lebih besar dari IZK dan lebih kecil dari IZM.

Gambar 4.4 : Regulasi zener dengan variasi beban

Ketika terminal output pada regulator zener adalah open (RL = ),

maka arus bebannya adalah nol, sehingga semua arus melalui zener. Keadaan seperti ini disebut dengan tanpa beban (no load).

Apabila terminal output pada regulator zener dihubungkan dengan RL, maka sebagian arus akan melewati zener, dan sebagian lain akan melewati beban RL. Apabila nilai RL dikurangi, maka arus beban IL akan bertambah dan arus zener IZ akan berkurang. Apabila nilai IZ minimum, atau sama


23

dengan IZK maka arus beban menjadi maksimum. Pada keadaan ini disebut dengan beban maksimum (full load).

4.2.5 Prosentase Regulasi

Prosentase regulasi merupakan figure of merit yang digunakan untuk men-spesifikasikan kinerja dari suatu regulator tegangan. Untuk regulasi zener dengan tegangan input bervariasi, maka prosentase regulasi didefinisikan :

%100regulasiProsentase

=IN

OUT

VV

Sedangkan untuk regulasi zener dengan beban bervariasi, maka

prosentase regulasi didefinisikan :

%100regulasiProsentase

=LOADFULL

LOADFULLLOADNO

VVV

4.3 Peralatan yang digunakan :

1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter dc 3) Voltmeter dc 4) DC Power supply

4.4 Rangkaian Percobaan :

ITIZ IL

RS = 220

= 220

Gambar 4.5 : Rangkaian percobaan regulasi zener 4.5 Prosedur Percobaan dan Tugas :


24

1) Rangkaikan seperti pada gambar 4.5 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard.

2) Pada percobaan kurva karakteristik zener, beban RL dilepas dan

tegangan dari dc power supply di set pada 0 V. Ukurlah VZ dan IZ mulai dari 0 V, kemudian dinaikkan secara perlahan dengan step 1 V sampai mencapai kurang lebih 15 V, kemudian tuliskan datanya pada tabel 4.1. Usahakan arus zener IZ jangan sampai melebihi 50 mA.

3) Dari data pada tabel 4.1, gambarkan kurva karakteristik zener untuk

kondisi bias reverse.

4) Dari gambar hasil langkah ke (3), carilah tegangan knee dan resistansi zener (RZ) dan catatlah hasilnya pada tabel 4.2.

5) Pada percobaan regulasi tegangan, pasangkan kembali beban RL

(untuk beban penuh) kemudian ukurlah arus source IT, arus zener IZ, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh VO(FL), kemudian tuliskan datanya pada tabel 4.3.

6) Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil

dari langkah (4), hitunglah arus source IT, arus zener IZ, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh VO(FL), kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 4.3 dan bandingkan kedua hasil tersebut.

S

outinT R

VVI

= , LZT III += dan ZZZout RIVV +=

7) Untuk pengukuran tanpa beban (no load), resistansi beban RL dilepas,

kemudian ukurlah arus source IT, arus zener IZ, dan tegangan output tanpa beban VO(NL), dan catatlah datanya pada tabel 4.4.

8) Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil

dari langkah (4), hitunglah arus source IT, arus zener IZ, dan tegangan output tanpa beban VO(NL), kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 4.4 dan bandingkan kedua hasil tersebut.

9) Dari hasil langkah (5) sampai dengan (8), tentukan prosentase regulasi

dari zener, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 4.3 dan 4.4 kemudian bandingkan kedua hasil tersebut.

Tabel 4.1 : Data pengukuran karakteristik zener

Tegangan input, Vin

(Volt) Tegangan zener, VZ

(Volt) Arus zener, IZ(A dan mA)

0 Praktikum Rangkaian Elektronika 1 Jurusan Teknik Telekomunikasi, Politeknik Elektronika Negeri Surabaya

25


26

1 2 3 4 5 6

Tegangan input, Vin(Volt)

Tegangan zener, VZ (Volt)

Arus zener, IZ(A dan mA)

7 8 9 10 11 12 13 14 15

Tabel 4.2 : Tegangan knee dan resistansi zener

Tegangan knee zener . . . . Volt Resistansi zener (RZ) . . . .

Tabel 4.3 : Data zener regulator beban penuh Untuk : Vin = 15 Volt

Parameter Pengukuran Perhitungan Eror (%) IT IZ IL

Vo (FL)

Tabel 4.4 : Data zener regulator tanpa beban

Untuk : Vin = 15 Volt

Parameter Pengukuran Perhitungan Eror (%) IT IZ

Vo (NL) VR (%)

PERCOBAAN 4 DIODE ZENER DAN REGULASI TEGANGAN Gambar 4.2 : Rangkaian equivalen dioda zener Gambar 4.5 : Rangkaian percobaan regulasi zener

Arus zener, IZ Arus zener, IZ Tegangan knee zener

. . . . VoltResistansi zener (RZ)

. . . . (

perc_4 regulasi tegangan

Documents