Pengertian Dioda Zener dan Prinsip Kerja Dioda Zener - Industri elektronika modern saat ini banyak memanfaatkan teknologi semikonduktor yang memiliki tingkat kehandalan lebih tinggi. Dengan menggunakan teknologi semikonduktor suatu perangkat elektronik dapat dibuat dengan ukuran yang lebih kecil dan memiliki kinerja yang lebih optimal.
Seperti halnya power supply modern yang berukuran minimalis seperti charger smartphone dan charger laptop yang menggunakan komponen-komponen hasil teknologi semikonduktor pada rangkaian pembatas atau penstabil tegangannya. Teknologi semikonduktor yang digunakan tersebut adalah dioda zener.
Pengertian Dioda Zener
Dioda zener merupakan jenis dioda yang dirancang khusus agar bisa beroperasi pada rangkaian reverse bias (bias mundur) dan dioda ini merupakan komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor.
Dioda zener juga merupakan salah satu komponen yang paling banyak digunakan karena mudah dan sederhana dibandingkan komponen lainnya. Penggunaan dioda zener juga banyak dijumpai dalam rangkaian pada perangkat elektronik yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari.
Umumnya, alat ini digunakan sebagai pembatas dan untuk kestabilan arus listrik, karena arus listrik akan lebih baik digunakan jika dalam keadaan stabil. Pada saat dipasangkan pada rangkaian forward bias (bias maju), dioda zener akan memiliki karakteristik dan fungsi sebagaimana dioda biasa pada umumnya yakni penyearah arus.
Aksn tetapi, jika dioda zener dipasangkan dalam rangkaian reverse bias (bias mundur) dioda akan mencapai batas "breakdown voltage" dan tegangan ini kemudian menjadi tegangan referensi. Efek dioda jenis ini ditemukan pada tahun 1943 oleh Clarence Melvin Zener yang merupakan Fisikawan berkebangsaan Amerika sehingga nama diodanya juga diambil dari nama penemunya yakni Dioda Zener.
Prinsip Kerja Dioda Zener
Pada dasarnya, Dioda Zener akan menyalurkan arus listrik yang mengalir ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui batas “Breakdown Voltage” atau Tegangan Tembus Dioda Zenernya. Karakteristik ini berbeda dengan Dioda biasa yang hanya dapat menyalurkan arus listrik ke satu arah. Tegangan Tembus (Breakdown Voltage) ini disebut juga dengan Tegangan Zener. Sebuah dioda zener yang dipasangkan dalam rangkaian reverse bias akan emnunjukan perilaku tegangan tembus yang terkontrol dan akan melewatkan arus listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan zener.
Untuk lebih jelas mengenai Dioda Zener, mari kita lihat Rangkaian dasar Dioda Zener dibawah ini :
Dalam Rangkaian diatas, Dioda Zener dipasang dengan prinsip Bias Balik (Reverse Bias), Rangkaian tersebut merupakan cara umum dalam pemasangan Dioda Zener. Dalam Rangkaian tersebut, tegangan Input (masuk) yang diberikan adalah 12V tetapi Multimeter menunjukan tegangan yang melewati Dioda Zener adalah 2,8V. Ini artinya tegangan akan turun saat melewati Dioda Zener yang dipasang secara Bias Balik (Reverse Bias). Sedangkan fungsi Resistor dalam Rangkaian tersebut adalah untuk pembatas arus listrik. Untuk menghitung Arus Listrik (Ampere) tersebut, kita dapat menggunakan Hukum Ohm seperti dibawah ini :
(Vinput – Vzener) / R = I
(12 – 2,8) /460 = 19,6mA
Jika menggunakan Tegangan yang lebih tinggi, contohnya 24V. Maka arus listrik yang mengalir dalam Rangkaian tersebut akan semakin besar :
(24 – 2,8) / 460 = 45mA
Akan tetapi, tegangan yang melewati Dioda Zener akan sama yaitu 2,8V. Oleh karena itu, Dioda Zener merupakan Komponen Elektronika yang cocok untuk digunakan sebagai Voltage Regulator (Pengatur Tegangan), Dioda Zener akan memberikan tegangan tetap dan sesuai dengan Tegangan Zenernya terhadap Tegangan Input yang diberikan.
Pada umumnya Tegangan Dioda Zener yang tersedia di pasaran berkisar di antara 2V sampai 70V dengan daya (power) dari 500mW sampai dengan 5W.
Untuk menghitung disipasi daya Dioda Zener, kita dapat menggunakan rumus :
P = Vz I
Contoh :
P = 2,8 x 19,6
P = 54,9mW
1. Cara Kerja Dioda Zener pada Rangkaian Paralel
Pada rangkaian ini, dioda zener dipasang secara paralel pada jalur input tegangan DC. Adapun besarnya tegangan output pada rangkaian tersebut yakni sebesar tegangan dioda zener, contohnya seperti menggunakan dioda zener 5V6, maka tegangan outputnya yaitu 5.6V.
Untuk mengetahui cara kerjanya, kalian bisa mengubah nilai tegangan input. Misalnya seperti menaikkan menjadi 12V atau juga bisa diturunkan menjadi 8V. Jika komponen dioda tersebut dapat berfungsi dengan baik, maka untuk tegangan outputnya akan tetap berada di kisaran 5.6V meskipun besarnya tegangan input mengalami perubahan.
Jadi, besaran tegangan output pada rangkaian di atas sama besarnya dengan tegangan yang dimiliki oleh dioda zener.
2. Cara Kerja Dioda Zener pada Rangkaian Seri
Pada gambar di atas, dioda zener dipasang secara seri pada jalur input tegangan DC. Besarnya tegangan output pada rangkaian tersebut yaitu tegangan output dikurang dengan tegangan dioda. Contohnya seperti menggunakan dioda zener 5V6 dengan tegangan input 10V, maka tegangan outputnya adalah 4.4V.
Untuk mengetahui cara kerjanya, kalian bisa mengubah nilai tegangan inputnya. Misalnya dinaikkan menjadi 12V atau diturunkan menjadi 8V. Jika dioda tersebut masih berfungsi dengan baik, maka untuk besarnya tegangan output akan naik turun sama seperti tegangan input.
Hal tersebut bisa terjadi karena besarnya tegangan yang dimiliki oleh dioda zener akan selalu tetap. Jadi, besar tegangan output pada rangkaian di atas sama seperti besar tegangan input yang dikurangi dengan tegangan dioda zener.
Vout = Vin - Vzener
Bentuk dan Simbol Dioda Zener
Berikut adalah bentuk dan simbol dari Dioda zener:
Fungsi Dioda Zener
Dioda zener memiliki beberapa fungsi dalam rangkaian elektronik, diantaranya adalah:
- Dioda zener berfungsi untuk menstabilkan tegangan dalam sebuah rangkaian elektronik.
- Komponen semikonduktor yang terdapat pada dioda zener berfungsi sebagai regulator (tegangan shunt) pada sambungan paralel.
- Dalam rangkaian reverse bias, dioda zener akan menjadi tegangan referensi.
- Pengaman Electro Static Discharge (ESD).
Cara Mengukur Dioda Zener
Mengukur baik tidaknya dioda zener sama saja seperti mengukur dioda penyearah yang biasa digunakan pada rangkaian power supply.
Untuk melakukan pengukurannya, lebih mudah menggunakan AVO meter atau multimeter yang memang memiliki fitur untuk mengukur dioda dimana jika posisi kaki dioda disesuaikan dengan gambar dibawah ini yang akan menunjukkan angka tertentu pada display digital maupun analog.
Pada saat melakukan pengukuran dengan multimeter dan ternyata ketika di bolak-balik polaritasnya tetap menunjukkan angka pada meter. Maka, dapat dipastikan dioda tersebut sudah short atau bocor.
Rumus Dioda Zener
Umumnya, rumus yang digunakan untuk melakukan perhitungan pada dioda zener adalah sebagai berikut:
Is = (Vs - Vz) / (Rs)
Keterangan:
Is = Besarnya arus yang mengalir
Rs = Tegangan resistor
Vs = Sumber tegangan
Vz = Tegangan dioda zener
Agar kalian bisa dengan mudah memahami rumus dioda zener, maka kalian juga perlu memahami bagaimana cara kerja dioda zener dalam sebuah rangkaian.
Cara Membaca Kode Dioda Zener
Coba kalian perhatikan pada komponen dioda zener, sebenarnya tidak ada standar khusus untuk pembacaan kode. Karena memang dioda zener dibuat berbeda-beda dan tergantung kepada manufaktur mana yang sudah membuat komponen tersebut.
Namun, jika kalian ingin memahami bagaimana cara membacanya, maka kalian bisa lihat ulasan di bawah ini tentang bagaimana cara membaca kodenya.
Contoh, apabila kalian menemukan tulisan 5V6 dalam komponen dioda zener, maka yang dimaksud dari kode tersebut adalah dioda zener menstabilkan tegangan output sebesar 5,6 VDC.
Adapun yang dimaksud dengan pembacaan kode dioda zener tergantung pada manufaktur yang membuatnya. Kalian bisa melihat kode zener di bawah ini, karena kode dioda zener di bawah ini suda memiliki kode tersendiri yang perlu kalian ketahui.
1. Kode 1N
- 1N4764A adalah 100 volt
- 1N4763A adalah 91 Volt
- 1N4762A adalah 82Volt
- 1N4761A adalah 75 volt
- 1N4760A adalah 68 volt
- 1N4759A adalah 62 volt
- 1N4758A adalah 56 volt
- 1N4757A adalah 51 volt
- 1N4756A adalah 57 volt
- 1N4755A adalah 43 volt
- 1N4754A adalah 39 volt
- 1N4753A adalah 36 volt
- 1N4752A adalah 33 volt
- 1N4751A adalah 30 volt
- 1N4750A adalah 27 volt
- 1N4749A adalah 24 volt
- 1N4748A adalah 22 volt
- 1N4747A adalah 20 volt
- 1N4746A adalah 18 volt
- 1N4745A adalah 16 volt
- 1N4744A adalah 15 volt
- 1N4743A adalah 13 volt
- 1N4742A adalah 12 volt
- 1N4741A adalah 11 volt
- 1N4740A adalah 10 volt
- 1N4739A adalah 9.1 volt
- 1N4738A adalah 8.2 volt
- 1N4737A adalah 7.5 volt
- 1N4736A adalah 6.8 volt
- 1N4735A adalah 6.2 volt
- 1N4734A adalah 5.6 volt
- 1N4733A adalah 5.1 volt
- 1N4732A adalah 4.7 volt
- 1N4731A adalah 4.3 volt
- 1N4730A adalah 3.9 volt
- 1N4729A adalah 3.6 volt
- 1N4728A adalah 3.3 volt
2. Kode MA5
Selain kode di atas, masih ada kode lainnya yang perlu kalian ketahui supaya dapat menggunakan komponen dioda zener dengan baik, berikut kodenya:
- MA5xxx adalah 1/8 watt
- MA4xxx adalah ¼ watt
- MA3xxx adalah 0.3 watt
- MA2xxx adalah 0.5 watt
- MA1xxx adalah 1 watt
Kemudian untuk tiga angka berikut yang belum disebutkan di atas yaitu untuk menunjukkan tegangan kerjanya, diantaranya:
- MA3091 adalah 9.1 volt
- MA1056 adalah 5.6 volt
- MA2180 adalah 18 volt
- MA3100 adalah 10 volt
Dioda zener memiliki tegangan tertinggi 200 volt dan tegangan terendahnya adalah 2.4 volt, daya maksimal yang dimiliki oleh dioda zener yaitu 5 watt.