Dioda Zener (Zener Diode)

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). Pada saat dipasangkan pada

Rangkaian Forward Bias (Bias Maju), Dioda Zener akan memiliki karakteristik dan

fungsi sebagaimana Dioda Normal pada umumnya.

Gambar Kurva karakteristik Dioda Zener

Prinsip Kerja Dioda Zener

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 ( Vz ). 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.

Analisa rangkaian regulator dioda zener ini secara matematis, kita menggunakan

dioda zener dengan tegangan zener sebesar 12.6 V, tegangan power supply

sebesar 45 V, dan sebuah resistor seri sebesar 1 kΩ. Rangkaian dioda zener

sederhana ditunjukkan pada gambar 4a.

Apabila tegangagn dioda zener sebesar 12.6 V dan tegangan power supply sebesar

45 V, maka tegangan resistor adalah 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Maka arus yang

mengalir dalam rangkaian tersebut, sebesar 32.4V/1kΩ = 32.4 mA (gambar 4b).

Gambar 4 (a) Regulator dioda zener dengan resistor 1 kΩ. (b) Menghitung tegangan

dan arus

Daya dapat dihitung dengan mengalikan tegangan dengan arus (P = VI), sehingga

kita bisa menghitung dissipasi daya pada resistor dan dioda zener dengan mudah

Presistor = (32.4 mA) (32.4 V) = 1.0498 W

Pdioda = (32.4 mA) (12.6 V) = 408.24 mW

Sebuah dioda zener dengan rating daya 0.5 W bisa digunakan pada rangkaian ini,

sedangkan rating daya resistornya adalah 1.5 W atau 2 W.

Jika diperbesar ukuran resistor menjadi 100 kΩ. Kita gunakan rangkaian yang sama

seperti pada gambar 4, hanya saja resistornya diperbesar hingga 100 kΩ. Maka

rangkaiannya ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5 Rangkaian regulator zener dengan resistor seri 100 kΩ

Sekarang arus yang mengalir dalam rangkaian menjadi seperseratus dari rangkaian

sebelumnya yaitu 324 μA (arus pada rangkaian sebelumnya sebesar 32.4 mA).

Sedakarang dissipasi dayanya 100 kali lebih kecil dari sebelumnya

Presistor = (324 μA) (32.4 V) = 10.498 mW

Pdioda = (324 μA) (12.6 V) = 4.0824 mW

Sekarang dissipasi daya pada masing-masing komponen menjadi lebih kecil.

Sehingga suhu pada dioda dan resistor menjadi lebih dingin karena dissipasi

dayanya berkurang. Tetapi sayangnya, ada masalah lain yang muncul. Ingat bahwa

fungsi dari rangkaian regulator adalah menghasilkan tegangan yang stabil untuk

menyuplai rangkaian lainnya. Dengan kata lain, tujuan kita adalah menyuplai daya

ke suatu rangkaian pada tegangan 12.6 V, berapapun arus yang diminta oleh

rangkaian tersebut, tegangannya tidak drop dan harus tetap 12.6 V. Kita kembali

pada rangkaian awal yaitu rangkaian pada gambar 4. Rangkaian regulator tersebut

akan digunakan untuk menyuplai suatu beban yang memiliki resistansi sebesar 500

Ω dan dirangkai paralel dengan dioda zener seperti ditunjukkan pada gambar 6.

Gambar 6 Regulator zener dengan resistor seri 1 kΩ dan beban 500 Ω.

Apabila tegangan dari regulator dipertahankan pada level 12.6 V untuk menyuplai

beban berupa resistor 500 Ω, maka beban tersebut akan meminta arus sebesar 12.6

V / 500 Ω = 25.2 mA. Tegangan resistor sebesar 45 V – 12.6 V = 32.4 V. Berarti

arus yang mengalir dalam rangkaian sebesar 32.4 mA. Karena arus yang disuplai

oleh sumber tegangan sebesar 32.4 mA, sedangkan arus yang diminta oleh beban

sebesar 25.2 mA, maka masih ada kelebihan arus yaitu arus yang mengalir ke dioda

zener sebesar 32.4 mA – 25.2 mA = 7.2 mA.

Analisa rangkaian dioda zener yang “lebih irit”, yaitu rangkaian dioda zener yang

memiliki resistansi sebesar 100 kΩ. Rangkaian regulator tersebut juga akan

digunakan untuk menyuplai energi pada beban berupa resistor sebesar 500 Ω

seperti ditunjukkan pada gambar 7. Rangkaian regulator ini dapat menghasilkan

tegangan yang konstan sebesar 12.6 V. Nanti kita akan mengetahui bahwa

rangkaian pada gambar 7 ini gagal dalam meregulasi tegangan.

Gambar 7 Dioda zener yang gagal untuk meregulasi tegangan pada suatu beban

Dengan menggunakan resistor yang berukuran 100 kali lebih besar yaitu 100 kΩ,

maka tegangan pada beban resistor 500 Ω hanya sebesar 224 mV, sangat jauh dari

yang diharapkan yaitu 12.6 V. Pada kondisi ini, dioda zener menjadi off dan diganti

dengan open circuit.

Analisa rangkaian ini tanpa menyertakan dioda zener seperti ditunjukkan pada

gambar 8. Karena dirangkai seri, maka resistansi total dari kedua resistor tersebut

sebesar 100.5 kΩ. Dengan menggunakan hukum Ohm, maka kita bisa menghitung

arus dalam rangkaian tersebut yaitu sebesar 45 V/100.5 kΩ = 447.76 μA. Arus yang

mengalir pada tiap komponen memiliki nilai yang sama karena dirangkai seri. Maka

tegangan pada resistor beban, 500 Ω, sebesar 224 mV. Karena dioda zener

dirangkai paralel dengan resistr beban, maka tegangan resistor sama dengan

tegangan dioda zener yaitu sebesar 224 mV. Tegangan ini tentu saja terlalu rendah

dan dioda zener tidak bisa aktif. Agar dioda zener bisa aktif, tegangan minimumnya

adalah 12.6 V.

Gambar 8 Rangkaian tanpa regulator dioda zener

Berikut ini tabel yang menunjukkan daftar dioda zener dengan rating tegangan zener

dan dissipasi daya maksimum yang tersedia di pasaran.

Tabel 1 Dioda zener dengan rating tegangan zener yang tersedia di pasaran