The Zener Diodes

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

1. Tujuan [kembali]

Untuk mengetahui dioda zener lebih dalam
Untuk mengetahui pengaplikasian dioda zener

2. Alat dan Bahan [kembali]

Resistor
Komponen elektronika yang bersifat menghambat arus listrik dan juga merupakan komponen pasif karena komponen ini tidak membutuhkan arus listrik agar berfungsi.

Gambar Resistor

Gambar Resistor di Proteus

Battery
Baterai (Battery) adalah sebuah sumber energi yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi listrik yang dapat digunakan seperti perangkat elektronik.
Gambar Battery

Gambar Battery di Proteus

Dioda Zener
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).

Gambar Dioda Zener

Gambar Dioda Zener di Proteus

Sinyal AC (SINE)
Arus listrik AC (alternating current), merupakan listrik yang besarnya dan arah arusnya selalu berubah-ubah dan bolak-balik.

Osiloskop
sebuah alat ukur yang berfungsi menunjukan bentuk sinyal listrik berupa grafik dari tegangan terhadap waktu yang tertampil pada layarnya. Singkatnya alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyak listrik agar dapat dilihat dan dipelajari.

Gambar Osiloskop

Gambar Osiloskop pada Proteus

Ground
Ground adalah alat yang berfungsi untuk menetralisir cacat (noise) yang disebabkan baik oleh daya yang kurang baik, ataupun kualitas komponen yang tidak standar.
Gambar Ground

Gambar Ground di Proteus
DC Voltmeter
DC Voltmeter adalah alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensialtegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika.
Gambar DC Voltmeter di Proteus

Gambar DC Voltmeter
3. Dasar Teori [kembali]
Analisis dari Dioda Zener sedikit mirip dengan analsis dioda semi konduktor. Keadaan status dari dioda harus ditentukan dengan menghapusnya dari jaringan, diikuti dengan dimasukkannya model yang benar dan dihapusnya kuantitas jaringan lainnya yang tidak diketahui.
(bentuk regulator zener sederhana)
Vi dan R Tetap
analisisnya secara mendasar dapat dilakukan dengan 2 langkah:
1.Menentukan keadaan dioda zener dengan menghapusnya dari jaringan dan menghitung tegangan pada rangkaian terbuka yang dihasilkan
(perubahan regulator zener setelah di terapkan langkah 1)

2.masukkan ekuivalen sirkuit yang benar dan pecahkan sisa yang tidak diketahui

Karena tegangan dan elemen paralel harus sama maka kita temukan:

(memasukkan zener ekuivalen untuk situasi hidup(on))

Arus dioda zener harus dikerjakan dengan pengaplikasian hukum khirchoff tentang kuat arus,
yaitu:
dimana:

Daya yang dikeluarkan oleh dioda zener ditentukan oleh:
itu harusnya lebih sedikit dari Pzm spesifik untuk perangkat

Sebelum lanjut, penting jika langkah pertama harusnya dilakukan hanya untuk menentukan keadaan dioda zener.
Jika dioda zener dalam keadaan "on",maka tegangan pada dioda buka V volts melainkan Vz volts. itu akhirnya terkunci pada level
ini dan tidak akan mencapai level V volts.

Vi Tetap, RL Variabel
Untuk menetapkan resistansi beban minimum dari (rangkaian 4) yang akan menyalakan dioda zener,secara sederhana hitunglah nilai dari RL yang nantinya akan mendapatkan hasil dari tegangan VL=Vz, dengan kata lain:
Sedankan untuk mencari RL, kita punya:
(2.20)

semua nilai resistansi beban lebih besar daripada RL yang didapat dari persamaan (2.20) akan memastikan bahwa dioda zener dalam keadaan "on" dan diodanya dapat digantikan oleh Vz sumber ekuivalen.

Kondisi yang ditentukan oleh persamaan (2.20) menetapkan RL minimum, tapi IL maksimum
sebagaimana:
Sekalinya diode sudah dalam kondisi "on", tegangan yang melalu R akan tetap pada:

Dan IR tetap di:

Arus Zener:

Menghasilkan minimum Iz ketika IL maksimum dan maksimum Iz ketika minimum IL,karena IR adalah konstan.
Karena Iz terbatas pada Izm seperti yang tertera pada lembaran data,itu tidak mempengaruhi besaran dari RL dan IL juga

Masukkan Izm untuk Iz mendapatkan hasil minimum dari IL

Dan resistansi beban maksimum ialah:
RL Tetap,Vi Variabel
untuk nilai tetap dari RL pada (rangkaian 4) tegangan Vi haruslah cukup besar untuk menyalakan dioda zener. Tegangan minimum nyalanya Vi=Vi min yang ditetapkan oleh:

Nilai maksimum dari Vi dibatasi oleh aru maksimum zener Izm.
Karen Izm=IR-IL,
Karen IL tetap pada Vz/RL dan Izm adalah nilai maksimum dari Iz,
maka maksimumVi didefinisikan dengan:

>-Example [kembali]
example 2.24
Tentukan referensi tegangan yang dihasilkan oleh jaringan pada gambar dibawah ini, yang manakah digunakan LED putih untuk mengindikasikan daya nya nyala. Berapakah level kuat arus yang melalui LED dan daya dialirkan dari sumbernya? bagaimana daya diserap oleh LED bandingkan dengan 6V dioda zener?

Solusi:
Pertama kita nge cek apakah ada tegangan yang cukup yang diterapkan untuku menghidupkkan semua seri elemen dioda. LED putih akan turun sekitar 4 V diatasnya , yang 6 V dan 3,3 V dioda zener memiliki tota 9,3 V dan silikon bias maju dioda memiliki 0,7 V, untuk total 14 V.

Example 2.25
Jaringan pada (rangkaian 1) dirancang untuk membatasi tegangan hingga 20 V selama bagian positif tegangan yang diberikan dan hingga 0 V untuk ekskursi negatif dari tegangan yang diberikan. Periksa operasinya dan plot bentuk gelombang tegangan di seluruh sistem untuk sinyal yang diterapkan. Asumsikan sistem memiliki resistansi masukan yang sangat tinggi sehingga tidak akan mempengaruhi jaringan.
(rangkaian 1)
Solution:

Untuk tegangan positif yang diberikan kurang dari potensial Zener 20 V, dioda Zener akan berada dalam perkiraan keadaan rangkaian terbuka, dan sinyal input hanya akan mendistribusikan dirinya ke seluruh elemen, dengan mayoritas masuk ke sistem karena memiliki tegangan seperti itu. tingkat resistensi yang tinggi.

Setelah tegangan melintasi dioda Zener mencapai 20 V, dioda Zener akan menyala seperti yang ditunjukkan pada (Rangkaian 2) dan tegangan melintasi sistem akan terkunci pada 20 V. Kenaikan lebih lanjut dalam tegangan yang diberikan hanya akan muncul di resistor seri dengan tegangan melintasi sistem dan dioda bias maju masing-masing tetap pada 20 V dan 0,7 V. Tegangan di seluruh sistem ditetapkan pada 20 V, seperti yang ditunjukkan pada (Rangkaian 2), karena 0,7 V dioda tidak berada di antara terminal keluaran yang ditentukan. Oleh karena itu, sistem aman dari peningkatan tegangan lebih lanjut.

Untuk wilayah negatif dari sinyal yang diterapkan, dioda silikon dibiaskan terbalik dan menghadirkan rangkaian terbuka ke kombinasi seri elemen. Hasilnya adalah bahwa sinyal yang diterapkan secara negatif penuh akan muncul pada dioda rangkaian terbuka dan tegangan negatif pada sistem terkunci pada 0 V, seperti ditunjukkan pada (Rangkaian 3).

Oleh karena itu, tegangan melintasi sistem akan muncul seperti yang ditunjukkan pada Gambar dibawah.

Example 2.26

a. untuk jaringan dioda zener pada (rangkaian 7), tentukan VL,VR,Iz, dan Pz.

b.ulangi bagian a tetapi dengan RL = 3 kohm.

Solution:

karena V=8,73 V kurang dari Vz=10 V, dioda dalam keadaan off, seperti yang terlihat

pada gambar dibawah.

masukkan hasil ekuivalen open sirkuit dalam jaringan yang sama pada gambar (Rangkaian 7), kita mengetahui:

karena V= 12 V lebih besar dari z= 10V ,dioda dalam keadaan nyala jaringan pada (rangkaian 8) menghasilkan:

-Problem [kembali]

PProblem 2.11 ( Zener Diodes)

42. a. Tentukan VL, IL, IZ dan IR untuk jaringan dari gambar 2.186 jika RL = 180 ohm

b. Ulangi langkah bagian (a) jika RL = 470 ohm

c. Tentukan nilai dari RL yang akan menetapkan kondisi daya maksimum untuk dioda Zener

d. Tentukan nilai minimum R L untuk memastikan bahwa dioda Zener dalam keadaan "aktif"

43. a. Desainlah jaringan pada Gambar. 2.187 untuk mempertahankan VL pada 12 V untuk variasi beban ( IL ) dari 0 mA hingga 200 mA. Artinya, tentukan RS dan VZ .

b. Tentukan Pz max untuk dioda Zener bagian (a).

46. Buatlah sketsa output dari jaringan Gambar 2.145 jika inputnya adalah gelombang persegi 50V. Ulangi untuk Gelombang persegi 5-V.

Jawaban :

42. a. Menetukan :

VL = RL . Vi : ( R + RL) = 180 ohm . 20 V : ( 220 + 180 ) ohm = (3.600 : 400) V = 9 V
IL = VL : RL = 9 V : 180 ohm = 0,05 A = 50 mA
IZ = 0 , karena V<VZ, dioda menjadi mati dan kesetaraan diganti dengan sirkuit terbuka
VR = Vi - VL = 20 V - 9 V = 11 V
IR = VR : R = 11 : 220 = 50 mA.

b. Ulangi bagian (a) dengan

VL = RL . Vi : ( R + RL) = 470 ohm . 20 V : ( 220 + 470 ) ohm = (9.400 : 690) V = 13,62 V
IL = VL : RL = 13,62 V : 470 ohm = 0,029 A = 29 mA
karena V=VL = 13,62 V yang mana itu lebih besar dari VZ 10 V, maka dioda akan dalam keadaaan aktif/on dan jaringannya menjadi VL = VZ = 10 V
VR = Vi - VL = 20 V - 10 V = 10 V
IR = VR : R = 10 : 220 = 45 mA.
IZ = IR - IL = 45 mA - 29 mA = 16 mA

c. Menetukan nilai RL maximum

RLmax = Vz : ILmin = Vz : ( IR - IZ ) = 10 V: ( 45mA-16mA) = 10 V : 29mA = 344,8Ω

d. Menentukan nilai RL minimum

RLmin= R.VZ : ( Vi - VZ ) = 220 . 10 : (20 - 10) = 220Ω

46.

-Pilihan Ganda [kembali]

1. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan :
-Arus sumber (IS)
-Arus zener (IZ)

a. IS = 53 mA, IZ = 19,1 mA

b. IS = 55 mA, IZ = 23,8 mA

c. IS = 57 mA, IZ = 37,6 mA

d. IS = 58 mA, IZ = 35,3 mA

e. IS = 59 mA, IZ = 22,5 mA

Jawaban : D.

Penyelesaian :

Diketahui VIN = 12 volt ; Rs = 120 ohm ; VZ = 5 volt

Menentukan arus sumber (IS)

IS= VIN−VOUT: RS

IS=12V−5V: 120=7: 120=0,058A=58mA

Menentukan arus zener (IZ)

Iz=IS−IRL

Karena nilai IS sudah diketahui sebesar 58mA maka tinggal mencari nilai IRL. IRL = VOUT : RL , sehingga IRL = 5 V : 220 ohm = 0,0227= 22,7mA

Maka IZ = 58 mA- 22,7 mA = 35,3 mA

2. Diketahui VIN = 12 volt, RS = 120 ohm dan RL = 220 ohm. Apabila tegangan zener (VZ) sebesar 5 volt, tentukan RLmin.

a. 81,26

b. 82,16

c. 86,12

d. 86,21

e. 88,26

Jawaban : D.

Penyelesaian :

IRL= VOUT: RL
IRL=5V: 220Ω =0,023A=23mA

Sehingga :
Iz=IS−IRL
Iz=58mA−23mA=35mA

Tahanan beban minimum (RLmin)

RLmin=VZ:IS
RLmin=A5V:58mA=86,21Ω

3. Jika nilai PIV dioda terlampaui, maka

a) Dioda berjalan buruk
b) Dioda rusak
c) Dioda berperilaku seperti dioda zener
d) Tidak satupun di atas

Jawaban : B.