laporan praktikum dioda zener

DIODA ZENER

I.              Tujuan :

1.             Observasi dan pengukuran karakteristik dioda zener

2.             Mengaplikasikan dioda zener sebagai regulator tegangan sederhana

II.           Dasar Teori

Dioda pada umumnya merupakan komponen elektronika yang 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 arys searah (DC).

Dioda merupakan komponen semikonduktor yang hanya dapat melewatkan arus / tegangan satu arah saja. Kata dioda berasal dari pendekatan kata yaitu dua elektroda yang mana (di berarti dua) mempunyai dua buah elektroda yaitu Anoda dan Katoda. Dalam percobaan kali ini kita akan mrlakukan percobaan dioda zener. Dimana pada percobaan kali ini bertujuan unutk dapat mengobservasi dan pengukuran karakteristik dioda zener dan dapat mengaplikasikan dioda zener sebagai regulator tegangan sederhana, dari tujuan tersebut maka percobaan ini perlu dilakukan.

Dioda zener merupakan alah satu komponen pelindung surja sekunder yang digunakan untuk menjepit tegangan surja secara akurat. Dioda zener mampu menyalurkan arus dalam suatu rangkaian ke arah yang berlawanan apabila terdapat tegangan yang malampaui batas tegangan zener (Resi Ratnasari, 2014:1).

Zener memiliki karakter yang unik karena bekerja pada Reverse Bias, berbeda dengan dioda biasa. Perbedaan lain antara zener dan dioda lainnya adalah doping yang lebih banyak pada sambungan P dan N. Ternyata dengan perlakuan ini tegangan breakdown dioda bisa makin cepat tercapai. Jika pada dioda biasa baru terjadi breakdown pada tegangan ratusan Volt, pada zener breakdown bisa terjadi pada angka puluhan dan satuan volt. Di datasheet ada zener yang memiliki tegangan  sebesar 1,5 volt, 3,5 volt dan sebagainya. Zener memiliki rangkaian pengganti tersendiri yang terdiri dari dioda, resistor, dan sumber tegangan yang tersusun seri (Widodo Budiharto, 2005: 58).

Struktur dioda zener tidaklah jauh berbeda dengan dioda biasa, hanya tingkat dopingnya saja yang sangat berbed. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda biasa, namun perlu dipertegas adanya daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda naik dengan cepat. Daerah breakdown inilah titik fokus penerapan dari dioda zeener. Sedangkan pada dioda biasa tidak diperbolehkan pemberian tegangan mundur sampai pada daerah breakdown karena bisa merusak dioda (Surjono, 2007:41).

Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan menvariasi tingkat dopingnya. Tingkat doping yang tinggi akan meningkatkan jumlah pengotoran sehingga tegangan zenernya ( ) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan tingkat doping yang rendah diperoleh  yang tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari  = 1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari 1 / 4 hingga 50 W. Karena temperatur dan kemampuan arusnya yang tinggi, maka jenis silikon sering dipakai pada dioda zener.

Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai penyetabil tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar penyetabil pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi sebagai penyetabil tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Dengan kata lain, apabila dilihat pada gambar dibawah, maka tegangan sumber ( ) yang diberikan pada rangkaian harus lebih besar dari  atau arus pada dioda zener harus lebih besar  minimum.

Rangkaian dasar penyetabil tegangan.

Oleh karena itu persyaratan yang harus dipenuhi agar rangkaian berfungsi sebagai penyetabil tegangan adalah berkenaan dengan nilai  dan . Pertama,  harus lebih besar dari  minimum.  ini berhubungan dengan , karena bila nilai  minimum, maka  menjadi maksimum, sehingga menjadi minimum. Kedua,  harus lebih besar dari  minimum,  minimum ini akan menjamin bahwa dioda mendapatkan tegangan breakdown (Surjono, 2007: 43).

 =

 =  =

 =    

 =

Dalam (Sutrisno, 1986:111) parameter dioda zener adalah sebagai berikut:

1.             Tegangan dadal,

2.             Koefisien suhu (perubahan tegangan zener terhdap suhu),

3.             Kemampuan daya (lesapan daya maksimum),

4.             Hambata isyarat kecil , yaitu hambatan zener terhadap perubahan tegangan kecil, atau untuk isyarat AC kecil.

III.        Alat dan Komponen

1.      Modul praktikum, breadboard dan komponennya

2.      Mikro dan Mili-Ammeter dc

3.      Voltmeter dc

4.      DC Power supply

IV.        Prosedur Percobaan

1.             Rangkaikan seperti pada gambar 3.5 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 3.1. Usahakan arus zener IZ jangan sampai melebihi 50 mA.

3.      Dari data pada tabel 3.1, 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 3.2.

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 3.3.

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 3.3 dan bandingkan kedua hasil tersebut.

 = ,             =  dan  =

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 3.4.

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 3.4 dan bandingkan kedua hasil tersebut.

9.      Dari hasil langkah (5) sampai dengan (8), tentukan prosentase regulasi dari zener, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 3.3 dan 3.4 kemudian bandingkan kedua hasil tersebut

V.           Data Hasil Percobaan

1.             Data pengukuran karakteristik zener

Tegangan Input, (Volt)	Tegangan Zener, (Volt)	Arus Zener, ( A dan mA)
0	0	0
1	1	1,43
2	1,8	1,86
3	2,8	1,86
4	3,8	1,64
5	5,2	1,29
6	6,2	0,86
7	6,8	5,27
8	6,6	0,4
9	6,6	3,8
10	6,6	4,4
11	6,6	6
12	6,6	7
13	6,6
14	6,6

2.             Tegangan knee dan resistansi zener

Tegangan knee zener	6,6 Volt
Resistansi zener ( )	70 Ω

3.             Data Zener Regulator Penuh Beban

 = 100 Ω

 = 390 Ω

 = 15 Volt

Parameter	Pengukuran (A)	Perhitungan (A)	Error (%)
	0,165 A	0,15 A	10 %
	1,1 A	0,11 A	99 %
	0,068 A	0,161 A	58 %
( )	0,032 A	0,032 A	0 %

4.             Data Zener Regulator Tanpa Beban

 = 15 Volt

 = 100 Ω

Parameter	Pengukuran (A)	Perhitungan (A)	Error (%)
	0,096 A	0,149 A	36 %
	0,096 A	0,065 A	48 %
( )	0,068 A	0,068 A	0 %
(%)	112,5 %	112,5 %	0 %

VI.        Pembahasan

Pada praktikum kali ini kami melakukan percobaan “Dioda Zener”. Dimana seperti kita ketahui Dioda Zener adalah dioda yang berbeda dari dioda biasanya, yang mana dioda biasa hanya bisa mengalirkan arus satu arah saja sedangkan dioda zener juga bisa mengalirkan arus pada arah sebaliknya. Hal ini disebabkan karena dioda zener memiliki Voltase Break Through pada Voltase tertentu. Voltase Break Through disebut sebagai Voltase zener. Dioda zener biasa dipakai pada arah balik sehingga voltase diodanya konstan sebesar voltase zener. Dioda zener berfungsi sebagai penstabil tegangan (regulator).

Dioda zener sendiri didefinisikan sebagai komponen elektronika yang terbuat dari bahan semikonduktor dan merupakan jenis dioda yang dirancang khusus untuk dapat beroperasi dirangkaian reverse bias (bias balik). Pada saat dipasang pada rangkaian Fordward bias maju, dioda zener memiliki karakteristik dan fungsi sebagai dioda normal pada umumnya.

Pada percobaan kali ini kami melakukan empat macam percobaan, pertama yaitu menentukan karakteristik dioda zener, kedua mengukur tegangan knee dan resistansi zener, ketiga zener regulator penuh beban. Dan keempat zener regulator tanpa beban.

Percobaan ini bertujuan mengobservasi dan pengukuran karakteristik dioda zener dan mengaplikasikan dioda zener sebagai regulator tegangan sederhana.

Pada percobaan pertama ialah mengukur karakteristik dioda zener, dimana pada percobaan kali ini kami menggunakan tegangan 0 volt – 14 volt dan percobaan dilakukan sekali pada masing-masing tegangan yang berbeda-beda. Pertama ialah menyiapkan semua alat dan bahan yang digunakan setelah itu barulah membuat rangkaian seperti yang ada pada penuntun praktikum. Setelah tersusun atau terangkai barulah diukur nilai tegangan ( ) dengan cara meletakan kabel probe dan kabel buaya osiloskop diujung atas dan bawah dioda zener kami menggunakan  mulai dari  0 Volt – 14 Volt. Dengan menggunakan persamaan:

 = skala terbaca  Volt Div

Dimana  =

·                 = 0 Volt

 = 0 Volt

·                 = 1 Volt

 = 0,5  1 = 1 Volt

·                 = 2 Volt

 = 0,9  2 = 1,8 Volt

·                 = 3 Volt

 = 1,4  2 = 2,8 Volt

·                 = 4 Volt

 = 1,9  2 = 3,8 Volt

·                 = 5 Volt

 = 2,6  2 = 5,2 Volt

·                 = 6 Volt

 = 3,1  2 = 6,2 Volt

·                 = 7 Volt

 = 3,4  2 = 6,8 Volt

·                 = 8 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 9 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 10 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 11 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 12 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 13 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

·                 = 14 Volt

 = 3,3  2 = 6,6 Volt

Dari data percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan yang masuk ( ) maka semakin besar pula nilai  (tegangan zener). Selain itu dapat disimpulkan bahwa semakin besar tegangan input ( ) maka semakin lama nilai  akan konstan atau tetap. Dimana hasil percobaan ini sesuai pada literatur tentang karakteristik dioda zener yang ada pada hasil praktikum diatas.

Setelah mengukur tegangan zener selanjutnya kami mengukur arus zener. Dimana kami merangkai atau membuat rangkaian, setelah dirangkai tegangan  yang digunakan sama seperti sebelumnya yaitu 0 Volt – 14 Volt. Dimana  ditentukan dengan menggunakan osiloskop dimana nilainya ditentukan dengan persamaan:

 = skala terbaca  Volt Div

 =

 =  =

·                  = 0 Volt                        = 0 A

·                  = 1 Volt                        = 1,43 A

·                  = 2 Volt                        = 1,86 A

·                  = 3 Volt                        = 1,86 A

·                  = 4 Volt                        = 1,64 A

·                  = 5 Volt                        = 1,29 A

·                  = 6 Volt                        = 0,86 A

·                  = 7 Volt                        = 5,27 A

·                  = 8 Volt                        = 0,4 A

·                  = 9 Volt                        = 3,8 A

·                  = 10 Volt                      = 4,4 A

·                  = 11 Volt                      = 6 A

·                  = 12 Volt                      = 7 A

·                  = 13 Volt                      =

·                  = 14 Volt                      =

Berdasarkan percobaan diatas dapat kita simpulkan bahwa pada  dari 1 – 5 Volt akan terbentuk gelombang sinusoidal selain itu arus zener ( ) semakin besar apabila nya diperbesar, sedangkan pada  6 – 14 Volt tidak terbentuk gelombang sinusoidal. Dan nya tidak dipengaruhi besar kecilnya arus.

Pada percobaan yang kedua kami melakukan percobaan tegangan Knee dan Resistansi zener. Dan pada percobaan ini diperoleh tegangan Knee zener ialah sebesar 6,6 Volt, dan resistansi zener ( ) ialah sebesar 70 Ω.

Pada percobaan ketiga kami melakukan percobaan tentang reguator penuh beban. Dimana disini kami menggunakan  = 100 Ω dan  = 390 Ω (beban) dengan tegangan  sebesar 15 Volt. Dimana langkah pertama ialah membuat atau menyusun rangkaian seperti pada gambar yang terdapat pada penuntun percobaan. Setelah itu barulah mengukur , ,  dan ( ) berdasarkan hasil pengukuran atau percobaan didapatlah data sebagai berikut:

 = 0,165 A

 = 1,1 A

 = 0,068 A

( ) = 0,032 A

Dengan hasil perhitungan sebagai berikut:

 =  =  = 0,15 A

 =  = 0,11 A

Dimana  dan  digunakan dari percobaan kedua

 =      = 0,16 A

Pada percobaan keempat yaitu percobaan zener tanpa beban dimana sama seperti percobaan ketiga hanya saja disini yang tidak sama yaitu rangkaian yang digunakan pada percobaan, dimana pada rangkaian percobaan keempat ini tidak menggunakan beban, dari hasil percobaan didapatlah  = 0,096 A,  = 0,096 A,  = 0,068 A,  (%) = 112,5 %. Disini  = 15 Volt. Dan dari hasil perhitungan yang diperoleh yaitu  = 0,149 A,  = 0,065 A,  = 0,064 A,  (%) = 112,5 %.

VII.     Kesimpulan 

Dari hasil percobaan yang telah dilakukan, maka dapat disimpulkan sebagai berikut:

1.              Dioda semikonduktor merupakan dioda yang bekerja pada daerah dadal (Break Down).

2.             Dioda zener dapat digunakan untuk menghasilkan kestabilan tegangan dari suatu sumber yang tidak stabil.

3.             Dioda zener akan berada pada posisi Break Down ketika ada tegangan yang melebihi tegangan dioda zener.

4.             Dioda zener yang diberikan bias mundur tetap dapat mengalirkan arus jika diberikan tegangan yang lebih besar dari suatu nilai tertentu yang disebut dengan tegangan zener.

5.             Dioda zener memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik mengalir kearah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan malampaui batas (tegangan zener) atau biasa disebut juga dengan “Break Down Voltage”.

VIII.  Daftar Pustaka

Surjono. 2007. Elektronika: teori dan penerapan. Jawa timur: Cerdas Ulet Kreatif Publisher.

Sutrisno. 1986. Elektronika Teori dan penerapan. Bandung: ITB.

Ratnasari, Resi. 2014. Koordinasi proteksi arester PCB dan Dioda Zener dengan elemen dekopling pada peralatan listrik. Malang: Universitas Brawijaya.

Widodo. 2005. Teknik reparasi PC dan Monitor. Jakarta: PT Elec Media Komputindo.