LAPRAK ELDAS I

LAPORAN PRAKTIKUM

NAMA : RILA PRATIWI SASKIA WINADA

NIM : A1C315028

DIODE ZENER

I.                   TUJUAN

Adapun tujuan dilakukannya praktikum ini adalah sebagai berikut :

a.       Observasi dan pengukuran karakteristik diode zener

b.      Mengaplikasikan diode zener sebagai regulator tegangan sederhana

II.                  DASAR TEORI

Diode zener yaitu jenis diode yang mempunyai karakteristik untuk menyalurkan arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika yang mengalir kearah yang berlawanan bila ada tegangan yang melampaui batas tegangan zener. Diode zener memiliki fungsi untuk menstabilkan tegangan searah (dc). Diode umumnya dipasang seri dengan sebuah resistor untuk memperoleh suatu sumber tegangan ac dengan pemasangan yang terbaik. Simbol diode zener

                                                                                                                                                                                                                     

          Diode zener dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik ( reverse bias ) pada tegangan tembusnya biasa disebut ‘’ Breakdown Dioda ‘’. Jadi katoda – katoda diberi tegangan positif terhadap anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan diode zener dengan tegangan breakdown sekitar 2V sampai 200V.

          Sifat diode zener yang pertama, diode zener dalam kondisi forward bias, dimana kaki katoda debri tegangan lebih negative terhadap anoda atau anoda diberi tegangan lebih positif terhaap katoda, seperti gambar dibawah ini :

                       

‘’ gambar : diode zener dalam arah forward ‘’

Yang kedua diode zener dalam kondisi reverse bias, dimana kaki katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda.

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

     ‘’ gambar diode zener pada arah reverse’’ (Wasito, 2001 : 87-88)

    

 

-          V2                                                                                        V

 

- Izt

                                                                                              - Izm

  1 ( a )                                                   1 ( c )

Pada gambar 1 (a) menunjukkan symbol suatu diode zener. Garis yang membentuk            huruf ‘’ Z ‘’ sebagai tanda bahwa itu adalah diode zener. Gambar 1 (c) menunjukkan grafik dari suatu diode zener, dalam daerah maju diode zener mulai menghantar pada tegangan 0,7Vseperti diode biasa. Dalam daerah bocor, yaitu daerah antara nol dan breakdown, hanya mempunyai arus balik yang kecil. Dalam daerah breakdown, diode zener mempunyai ‘’ lutut ‘’ yang tajam,yang diikuti oleh pertambahan arus yang hampir vertical. Pada titik tersebut tegangan breakdown akan konstan pada nilai V2. Pada gambar 1 (c)terlihat adanya arus mundur Izt dan arus mundur maksimum Izm. Sepanjang arus mundur belum mencapai Izm maka diode zener aman beroperasi, dan diode zener merupakan tulang punggung rangkaian pengatur tegangan, rangkaian yang mampu mempertahankan tegangan tetap konstan pada suatu nilai walaupun ada perubahan pada tegangan input maupun resistor beban ( Tipler, 2001 : 93-94 ).

Penerapan diode zener adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan, untuk referensi tegangan yang tetap dan untuk melindungi kerusakan akibat kenaikan tegangan. Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioede zener dapat dilihat seperti gambar dibawah ini :

                        IR                         RS              IL

 

            Vi                                                                                RL

 

‘’ gambar : rangkaian dasar stabilizer dengan diode zener ‘’

Rs = hambatan yang berfungsi sebagai pembatas arus untuk rangkaian stabilizer tegangan. Apabila tegangan Vi lebih tinggi dari V2 dan R2 lebih besar dari RL minimum maka fungsi dari stabilizer tegangan pada diode zener dapat bekerja, oleh karena itu RL harus lebih besar dari RL min. RL min dapat ditentukan pada saat VL = VZ,sebagai berikut :

                          RL min :

Nilai RL min menjamin diode zener bekerja secara konsisten. Bila zener bekerja, berarti VL = V2 = konstan dengan menganggap Vi tetap maka turun tegangan pada Rs ( VR ) juga tetap, yaitu :

                          Vr = Vi – Vz

Sehingga arus yang mengalir pada Rs, diketahui :

                         IR =

Dan arus yang mengalir pada diode zener dapat ditentukan dengan :

                         Iz = IR – IL

Arus pada diode zener ( Iz ) tidak boleh melebihi Izm yang telah ditentukan, untuk membatasi arus zener dapat mengatur nilai Rs dengan rumusan yang ada diatas ( Edwin.C, 1995 : 108 )

     Jika tegangan mundur pada diode p – n diperbesar pada suatu nilai tegangan maka arus mundur naik dengan cepat, seperti pada gambar 4.54. Tegangan mundur yang terjadi disebut tegangan balik puncak ( PIV ). Peristiwa ini terjadi karena dadalnya ikatan kovalen silicon dalam daerah pengosongan pada sambungan p – n.

                                                                 iD

                              Vpiv                             0                   

                                                                      0 +                VD   

‘’ gambar 4. 54 : Kurva Diode Zener ‘’

      Diode yang digunakan pada daerah dadal disebut diode zener. Diode ini digunakan untuk pengaturan tegangan, agar sumber tegangan searah tak berubah maka jika diambil arusnya dalam batas – batas tertentu tegangan dadal ditentukan pada nilai antara 3V dan 100V. Parameter diode zener, antara lain :

-          Tegangan dadal

-          Koefisien suhu

-          Kemampuan daya

-          Hambatan isyarat kecil R2, yaitu hambatan zener terhadap perubahan tegangan kecil

Diode zener dengan tegangan zener diatas 6V mempunyai koefisien suhu positif, dan dibawah 6V suhu negative. Begitu pula hambatan isyarat kecil yang menyatakan kemiringan lengkung ciri diode pada keadaan dadal. Kedua hal ini dilukiskan pada gambar 4.55 dan 4.56

‘’ gambar 4.55 : Koefisien suhu diode zener (1N746)

‘’ gambar 4.56: Hambatan isyarat kecil suatu diode zener (1N766)

( Sutrisno, 1986 : 111 – 112 ).

III.             ALAT DAN KOMPONEN

Adapun alat dan komponen yang digunakan dalam praktikum ini, sebagai berikut :

a.       Modul praktikum, breadboard dan komponennya

b.      Mikro dan mili – Ammeter dc

c.       Voltmeter dc

d.      DC power supply

IV.             PROSEDUR PERCOBAAN

a.       Dirangkai seperti gambar 3.5 yang bersesuaian dengan modul dengan menggunakan breadboard

b.      Pada percobaan kurva karakteristik zener, beban RL dilepas dan tegangan dari dc power supply diset pada 0V. ukurlah Vz dan Iz mulai dari 0V, kemudian dinaikkan ssecara perlahan dengan step 1V sampai mencapai kurang lebih 15V, kemudian tuliskan datanya pada table 3.1. Usahakan arus zener Iz jangan sampai melebihi 50 mA.

c.       Dari data table 3.1 digambarkan kurva karakteristik sener untuk kondisi bias reverse

d.      Dari gambar hasil langkah ke (3), dicari tegangan knee dan resistansi zener (Rz) dan dicatat pada table 3.2

e.       Pada percobaan regulasi tegangan, dipasang kembali beban RL, kemudian diukur arus source I_T, arus zener Iz, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh V0 (FL), kemudian ditulis pada table 3.3

f.       Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil dari langkah (4), dihitung arus source I_T, arus zener Iz, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh V0 (FL), kemudian ditulis pada table 3.3 dan dibandingkan kedua hasil tersebut

I_T = , I_{T =} Iz + I_L dan Vout = Vz + Iz . Rz

g.      Untuk pengukuran tanpa beban ( no load ) resistansi beban dilepas, kemudian diukur arus source I_T, arus zener Iz, dan tegangan output tanpa beban V0 (NL), dan dicatat hasilnya pada table 3.4

h.      Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil dari langkah (4), dihitung arus source I_T, arus zener Iz, dan tegangan output tanpa beban V0 (NL), kemudian ditulis hasilnya pada table 3.4 dan dibandingkan kedua hasil

i.        Dari hasil langkah (5) sampai dengan (8), tentukan presentase regulasi dari zener, kemudian ditulis hasilnya pada table 3.3 dan 3.4 kemudian dibandingkan kedua hasil tersebut

V.                DATA HASIL

a.       Data pengukuran karakteristik zener

Tegangan Input      Vin ( volt )	Tegangan Zener         Vz ( volt )	Arus Zener         Iz ( mA )
0 V	0 V	0 mA
1 V	1 V	1,43 mA
2 V	1,8 V	1,86 mA
3 V	2,8 V	1,86 mA
4 V	3,8 V	1,64 mA
5 V	5,2 V	1,29 mA
6 V	6,2 V	0,86 mA
7 V	6,8 V	5,27 mA
8 V	6,6 V	0,4 mA
9 V	6,6 V	3,8 mA
10 V	6,6 V	4,4 mA
11 V	6,6 V	6 mA
12 V	6,6 V	7 mA
13 V	6,6 V	∞
14 V	6,6 V	∞

R = 22.000 Ώ

b.      Tegangan knee dan resistansi zener

Tegangan knee zener	6,6 Volt
Resistansi zener (Rz)	70 Ώ

c.       Zener regulator penuh beban

Parameter	Pengukuran	Perhitungan	Erms (%)
IT	16,5 mA	6,67 mA	+- 100 %
IZ	1,5 mA	4,67 mA	+- 200 %
IL	6,8 mA	2 mA	+- 250 %
Vo (FL)	3,2 mA	0,78 V	+- 300 %

Untuk Vin = 15 Volt

d.      Zener tanpa beban

Parameter	Pengukuran	Perhitungan	Erms(%)
IT	9,6 mA	6,6 mA	+- 45 %
IZ	37,68 mA	4,667 mA	+- 80 %
Vo (NL)	6,8 mA	0,32 mA	+- 2000 %
VR (%)	7 mA	0,6 V	+- 1000 %

Untuk Vin = 15 Volt

VI.             PEMBAHASAN

Diode zener yaitu jenis diode yang mempunyai karakteristik untuk menyalurkan arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika yang mengalir kearah yang berlawanan bila ada tegangan yang melampaui batas tegangan zener. Diode zener memiliki fungsi untuk menstabilkan tegangan searah (dc). Symbol diode zener :

                                                                                                                                                                                                                     

Diode umumnya dipasang seri dengan sebuah resistor untuk memperoleh suatu sumber tegangan ac dengan pemasangan yang terbaik ( Wasito,2001:87 ).

     Percobaan kali ini mengenai ‘’ Diode Zener ‘’, percobaan dilakukan seesuai dengan prosedur kerja untuk menentukan karakteristik diode, tegangan knee dan resistansi diode, seta zener regulator penuh beban dan zener regulator tanpa beban. Diode zener mempunyai tegangan knee yang terjadi pada saat breakdown, tegangan knee ini menunjukkan terjadinya pemutusan arus yang besar pada tegangan. Tegangan knee sendiri adalah tegangan saat arus mulai naik secara cepat pada saat diode berada didaerah bias maju.

     Pada percobaan ini, dilakukan 4 jenis percobaan antara lain, pengukuran karakteristik diode zener, tegangan knee dan regulasi zener, zener regulator penuh beban, dan ener regulator tanpa beban. Pada percobaan mengenai karakteristik diode ener dilakukan untuk mengetahui sifat dan cara kerja dari karakteristik diode, tetapi setelah dilakukan percobaan hasil yang didapat tidak sesuai dengan literature. Berdasarkan literature bentuk kurva karakteristik diode zener adalah :

                                                Breakdown                             forward – bias region

Vp                              V₂                                                                       reverse – bias region                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                    Iz

Namun berdasarkan hasil pratikum tidak diperoleh kurva bentuk berdasarkan literature. Artinya pada percobaan ini terdapat kesalahan, kesalahan ini terjadi akibat salahnya pembacaan pada osiloskop oleh praktikan maupun pada penggunaan alat.

     Percobaan kedua adalah mengenai tegangan knee dan resistansi zener. Berdasarkan percobaan diperoleh tegangan knee zener 6,6 Volt dan resistansinya sebesar 70 Ώ. Sementara pada percoobaan zener regulator penuh beban, dimana beban yang digunakan sebesar 390 Ώ. Rangkaian yang digunakan pada percobaan zener regulator penuh beban (R_L) adalah sebagai berikut :

 

 15V                                       100 Ώ                                      I_R                                                            I_Z                    390 Ώ   R_L

Dengan menggunakan Hukum Kirchoff I diperoleh nilai Itotal (arus total) sebesar 6,667 mA. Sedangkan arus zener (I_Z) adalah sebesar 4,667 mA. Sedangkan Ir (arus yang melalui resistor) dapat diperoleh dari nilai I_T dan I_Z. Karena arus yang mengalir dari sumber tegangan terbagi pada diode dan beban yang tersusun paralel maka :

I_T = I_Z + Ir

Ir = I_T - I_Z

Ir = 6,667 mA – 4,667 mA

Ir = 2 mA

Hasil perhitungan secara teori ini berbeda nilainya dengan secara praktikum. Tingkat kesalahan ( error ) dapat dihitung dalam persen (%) melalui persamaan :

% kesalahan =  x 100 %

Tingkat kesalahan yang terjadi pada percobaan ini sangat besar bahkan mencapai 200 %, artinya percobaan ini kesalahannya sangat besar bahkan melebihi 100 %. Sedangkan mencari Vo (RL) digunakan Hukum Ohm dengan : Vo = Iz = RL

                                          = 780 mA atau 0,78 V

Artinya besar Vo (RL) secara teori adalah 780 mA atau 0,78 V.

     Percobaan terkahir adalah mengenai zener regulator tanpa beban. Rangkain yang digunakan pada percobaan zener regulator tanpa beban adalah :

 

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                       

Berdasarkan Hukum Kirchoff II diperoleh nilai I_T = 6,667 mA, Iz = 4,667 mA, maka Vo(RL) = 0,32 V yang diperoleh dengan mengalihkan Iz dan Rz, sedangkan VR diperoleh dengan mengalihkan Ir, dimana nilai R sebesar 0,6 V. Pada praktikum ini juga terjadi persen kesalahan yang besar mencapai 200 %. Karena data yang digunakan merupakan data yang diambil dari kelompok lain sehingga tidak diketahui penyebab kesalahan. Kemungkinan kesalahan ini terjadi akibat praktikan sendiri yang salah membuat rangkaian atau dalam membaca skala.

VII.          KESIMPULAN

Berdasarkan praktikum yang dilakukan mengenai ‘’ Dioda Zener ‘’, dapat disimpulkan bahwa :

a.       Karakteristik diode zener adalah untuk menyalurkan arus listrik dalam suatu rangkaian elektronika yang mengalir kearah yang berlawanan bila ada tegangan yang melampaui batas tegangan zener

b.      Penerapan diode zener adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan ( voltage regulator ), agar rangkaian pada regulator tegangan baik maka diode zener harus bekerja pada daerah breakdown.

VIII.       DAFTAR PUSTAKA

Edwin,C. 1995. Prinsip Elektronik. Bandung : Informatika

Sutrisno. 198. Elektronika I Teori dan Penerapannya. Bandung : ITB

Tippler,P.A. 2001. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta : Erlangga

Wasito,S. 2001. Pelajaran Elektronika. Jakarta : Karya Utama