Memahami Dioda Zener Beserta Rumus dan Perhitungannya

Dioda zenner merupakan salah satu komponen pasif elektronika yang umumnya berfungsi sebagai penstabil tegangan. Dioda ini memiliki karakteristik menyalurkan arus listrik ke arah yang berlawanan (dari katoda ke anoda) jika tegangan yang diberikan melampaui batas “tegangan tembus” (breakdown voltage) atau “tegangan Zener”. Ini berlainan dari diode biasa yang hanya menyalurkan arus listrik ke satu arah dari anoda ke katoda.

Dioda ZenerDioda zenner ini sendiri bentuknya sangat kecil namun pada umumnya dapat dikenali dari fisiknya yang terbuat dari kaca dan berwarna keemasan. garis hitam yang berada di salah satu ujung badan zener merupakan katoda, sedangkan ujung satunya adalah anoda.

Rangkaian & Rumus Dioda Zener

Rangkaian Dasar Dioda Zener

Rangkaian Dasar Dioda Zener

D= Dioda zener
RS= Resistor sumber
VS/VIN= Tegangan sumber/input
VOUT= Tegangan output
IS= Arus sumber
IZ= Arus Zener

Berlaku persamaan :

{ I }_{ S }=\frac { V_{ IN }-{ V }_{ OUT } }{ { R }_{ IN } }

Dari persamaan diatas terlihat bahwa besarnya arus sumber yang dibutuhkan adalah besarnya tegangan input dikurang tegangan output lalu hasil tersebut dibagi dengan nilai R yang terhubung pada sumber. Nilai dari VOUT dapat langsung diketahui dari VZ karena terhubung paralel sehingga VOUT = VZ. Perlu diingat bahwa rangkaian diatas belum dipasang beban (RL), artinya perhitungan diatas hanya digunakan untuk mencari seberapa besar arus maksimal yang dapat dihasilkan pada output atau beban.

Rangkaian Dioda Zener dengan Beban

Rangkaian Dioda Zener dengan Beban

Rangkaian diatas merupakan contoh penerpan dioda zener pada beban. Pada rangkaian tersebut kita dapat mengetahui besaran arus zener (IZ), arus beban (IRL) dan tahanan minimum (RLmin) yang dapat dipasang. Apabila tahanan yang dipasang terlalu kecil, maka arus yang dialirkan akan semakin besar sehingga dapat membuat dioda zener tidak berkerja sebagaimana mestinya.

Untuk menentukan arus zener (IZ), berlaku persamaan :

{ I }_{ z }={ I }_{ S }-{ I }_{ RL }

Arus sumber (IS) dan arus beban (IRL) masing masing didapat dari :

{ I }_{ S }=\frac { V_{ IN }-{ V }_{ OUT } }{ { R }_{ S } }

{ I }_{ RL }=\frac { { V }_{ OUT } }{ { R }_{ L } }

Untuk mengetahui nilai beban minimum (RLmin) yang dapat dipasang, perlu mengetahui nilai dari arus sumber (IS) dan tegangan zener (VZ) atau tegangan output (VOUT). Mencari beban minimum (RLmin) artinya mencari arus maksimum yang dapat dialirkan ke beban sesuai dengan hukum ohm. Arus maksimum terjadi apabila arus yang mengalir ke dioda zener = 0 A.

Sehingga untuk menentukan RLmin , berlaku persamaan :

{ RL }_{ min }=\frac { { V }_{ Z } }{ { I }_{ S } }

Contoh Soal

Soal Rangkaian Zener

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)
  • beban minumum (RLmin)

Penyelesaian :

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

  • Menentukan arus sumber (IS)

{ I }_{ S }=\frac { V_{ IN }-{ V }_{ OUT } }{ { R }_{ S } }

{ I }_{ S }=\frac { 12V-5V }{ 120\Omega } =\frac { 7 }{ 120 } =0,058A=58mA

  • Menentukan arus zener (IZ)

{ I }_{ z }={ I }_{ S }-{ I }_{ RL }

Karena nilai IS sudah diketahui sebesar 58mA maka tinggal mencari nilai IRL.

{ I }_{ RL }=\frac { { V }_{ OUT } }{ { R }_{ L } }

{ I }_{ RL }=\frac { 5V }{ 220\Omega } =0,023A=23mA

Sehingga :

{ I }_{ z }={ I }_{ S }-{ I }_{ RL }

{ I }_{ z }=58mA-23mA=35mA

  • Menentukan tahanan beban minimum (RLmin)

{ RL }_{ min }=\frac { { V }_{ Z } }{ { I }_{ S } }

{ RL }_{ min }=\frac { 5V }{ 58mA } =86,21\quad \Omega