Karakteristik Dioda Zener [PDF]

Citation preview

POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



I. TUJUAN 1.1 Mengukur



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



karakteristik



v-i



diode



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



zener



menggunakan osiloskop 1.2 Menetukan tegangan zener, Vz 1.3 Menghitung resistansi dinamis, rz 1.4 Membangun rangkaian untuk resistansidinamis diode zener 1.5 Membangun rangkaian menggunakan diode zener 1.6 Mengukur pengaruh diode



pengukuran



stabilize zener



dengan



pada



tegangan tegangan



terhadap perubahan tegangan sumber 1.7 Mengukur pengaruh diode zener pada tegangan beban terhadap perubahan arus beban II. PENDAHULUAN Dioda zener adalah salah satu jenis dioda yang memiliki sisi exsklusif pada daerah breakdownnya, sehingga dapat dimanfaatkan sebagai stabilizer atau pembatas tegangan. Struktur dioda zener hampir sama dengan dioda pada umumnya, hanya konsentrasi doping saja yang berbeda. Kurva karakteristik dioda zener juga sama seperti dioda pada umumnya, namun pada daerah breakdown dimana pada saat bias mundur mencapai tegangan breakdown maka arus dioda naik dengan cepat seperti 1



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



pada gambar karakteristik dioda zener dibawah. Daerah breakdown inilah yang menjadi referensi untuk penerapan dari dioda zener. Sedangkan pada dioda biasa daerah breakdown meru[pakan daerah kritis yang harus dihindari dan tidak diperbolehkan pemberian tegangan mundur sampai pada daerah breakdown, karena bisa merusak dioda biasa. Gambar Kurva karakteristik Dioda Zener



Titik breakdown dari suatu dioda zener dapat dikontrol dengan



memvariasi



konsentrasi



doping.



Konsentrasi



doping yang tinggi, akan meningkatkan



jumlah



pengotoran



sehingga



tegangan



zenernya (Vz) akan kecil. Demikian juga sebaliknya, dengan konsentrasi doping yang rendah diperoleh Vz yang 2



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



tinggi. Pada umumnya dioda zener dipasaran tersedia mulai dari Vz 1,8 V sampai 200 V, dengan kemampuan daya dari ¼ hingga 50 W. Penerapan dioda zener yang paling penting adalah sebagai regulator atau stabilizer tegangan (voltage regulator). Rangkaian dasar stabilizer tegangan menggunakan dioda zener dapat dilihat pada gambar dibawah. Agar rangkaian ini dapat berfungsi dengan baik sebagai stabilizer tegangan, maka dioda zener harus bekerja pada daerah breakdown. Yaitu dengan memberikan tegangan sumber (Vi) harus lebih besar dari tegangan dioda zener (Vz).



II.1



Pada keadaan Bias maju, karakteristik diode zener tidak berbeda dengan diode silicon biasa, Sedangkan pada keadaan bias balik, diode zener akan bersifat menghantar ketika besar tegangannya melampaui Tegangan dadalnya (Breakdown Voltage). Arus yang



3



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



mengalir pada tegangan Dadal tidak merusak Dioda zener II.2



sejauh



kemampuan



Di



Sipasi



daya



maksimumnya tidak di lampaui. Dengan gambar karakteristik vs-vi dapat ditentukan besarnya



tegangan



dadal



atau



dikenal



dengan



tegangan zener atau resistansi dinamis diode zener. Tegangan zener VZ ditentukan pada titik arus uji tertentu, IZ yaitu sekitar 25% dari disipasi daya maksimumnya. II.3



Resistansi dinamis diode zener dapat juga ditentukan dengan metode pengukuran diagram 4.2 Gambar 2.1



Simbol



dioda zener



II.4



Karakteristik bias balik diode zener menunjukkan bahwa pada tegangan zener (Vz) suatu perubahan arus zener yang cukup besar hanya mengakibatkan perubahan tegangan yang relative kecil (konstan). Hal ini dapat dimanfaat kan untuk pembuatan 4



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



rangkaian



stabilitasi



rangkaian



tersebut



tegangan.



Tegangan



diharapkan



akan



beban konstan



terhadap perubahan tegangan sumber dan arus II.5



bebannya. Untuk maksud tersebut diatas sebuah resistor yang disambungkan seri dengan diode zener, diperlukan untuk



menyergap



perbebdaan



antara



tegangan



sumber dan tegangan diode zener. Resistor ini harus ditentukan sedemikian rupa sehingga masih terdapat arus



zener



pada



keadaan



tegangan



maksimum dan arus beban minimum III. KOMPONEN dan INTRUMENT  1 Dioda Zener, 4.7 V/0.25 W  1 Dioda Zener, 6.8 V/0.25 W  1 Dioda Zener, 10 V/0.25 W  1 Resistor 220 Ω  1 Resistor 330 Ω  1 Rsesitor 100 Ω  1 Resistor 1KΩ  1 Potensiometer 1 KΩ     



1 1 3 1 1



Kapasitor elektrolit 1 µF/35 V Dioda penyearah Multimeter Osiloskop 2 Chanel Generatoe sinyal 5



sumber



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



 



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



1 Sumber tegangan AC variable 0-15 V 1 Sumber tegangan DC variable



IV. DIAGRAM RANGKAIAN 4.1



(Gambar 4.1 Percobaan Dioda Zener)



4.2



(Gambar 4.2 Percobaan dioda zener dengan generator fungsi) 6



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



4.3



(Gambar 4.3 Percobaan dioda zener untuk penyetabil)



V. LANGKAH KERJA 5.1. Membuat rangkaian seperti diagram 4.1. menggunakan diode



zener



4.7



volt.



Menghidupkan



osiloskop



padaoperasi X-Y/DC. Menaikkan tegangan sumber secara perlahan-lahan sampai maksimum. Melukis pada kertas grafik karakteristik v-i diode zner 4.7 V tersebut, disertai skla arus dan tegangan 5.2. Menganalisis karakteristik danmenentukan :



7



V2-i2



yang



didapat



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



5.2.1 Tegangan zenernya, Vz 5.2.2 Resistansi dinamisnya, rz 5.3. Mengerjakan seperti langkah 5.1 untuk diode zener 10 V 5.4. Mengerjakan seperti langkah 5.2 untuk diode zener 10 V 5.5. Membuat rangkain seperti diagram 4.2 menggunakan diode zener 4.7 volt, mengeset generator pada frekuensi 1kHz. Melakukan pengukuran Vr2 (tegangan ac dan R2) fungsi



Iz



untuk



Vin



konstan



hasilnya pad atabel 4.1.



0.1Vpp.



mamasukkan



catatan: menggunakan



osiloskop untuk pengukuran Vin dan Vr2 5.6. Menghitung resistansi dinamin rz untuk setiap harga arus zener table 4.1 5.7. Mengerjakan seperti langkah 5.5 untuk diode zener 10 V (table 4.2) 5.8. Mengerjakan seperti langkah 5.6 untuk diode zener 10 V (table 4.2) 5.9. Menjelaskan



prinsip



pengukuran



resistansi



dinamis



diagram 4.2 5.10. Menjelaskan hubungan antara resistansi dinamis dan arus zener 5.11. Membuat rangkaian seperti diagram 4.3 teta[pkan potensiometer P pada kedudukan maksimum dan atu sumber tegangan ac sampai 10 volt dan mengamati tegangan dc



Vs,Vi dengan osiloskop. Menggambarkan



8



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



bentuk tegangan dc, Vs dan Vi untuk rangkaian tanpa dan dengan kapasitor c. 5.12. Menjelaskan mengapa



kapasitor



tapis



mutlak



diperlukan dalam ramgkaian percobaan ini 5.13. Melakukan pengukuran Vr sebagai fumgsi V3 untuk beban



minimum(P-maksimum)



dan



untuk



beban



maksimum (P=minimum) 5.14. Menggambarkan grafik “tegangan bebas sebagai fungsi



tegangan



sumber



dc”.



Berapakah



tegangan



sumber dc minimum agar fungsi stablisisasi tegangan masih didapatkan pada keadaan beban maksium 5.15. Melakukan pengukuran VL sebagai fungsi IL untuk Vs konstan (12 V dan 10 V). memasukkan hasilnya pada table 4.4 5.16. Menggambarkan grafik “tegangan beban sebagai fyngsi arus beban” pada rus beban berapakah tegangan beban mulai turun VI. DATA PERCOBAAN Tabel 4.1 ( Zener 4,7 V ) VR2



RZ



0,1



( Vpp) 4,3



(ohm) 0,71



0,1



4,45



0,44



IZ (mA)



VIn (Vpp)



6 10



9



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



14



0,1



4,5



0,32



18



0,1



4,5



0,25



22



0,1



4,55



0,20



VR2



RZ



Tabel 4.1 ( Zener 10 V ) IZ (mA)



VIn (Vpp)



2



0,1



( Vpp) 9,6



(ohm) 4,8



4



0,1



9,7



2,4



6



0,1



9,8



1,63



8



0,1



9,9



1,23



10



0,1



10



1



VII. ANALISIS Bentuk karakteristik arus breakdown dioda zener (Dioda Zener 4,7 Volt) Time / div = 0,5 s CH1 = Volt / div = 50 mv CH2 = Volt / div = 0,5 V 10



Tegangan max = 28 V AC



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



(Dioda Zener 10 Volt) Time / div = 0,5 s CH1 = Volt / div = 50 mv CH2 = Volt / div = 0,5 V Tegangan max = 28 V AC



Analisis Tabel 4.1 (Zener 4,7 V) Resistansi dinamis, 11



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



RZ1 = VRZ / IZ = 4,3 / 6 = 0,71 Ω RZ2 = VRZ / IZ = 4,45 / 10 = 0,44 Ω RZ3 = VRZ / IZ = 4,5 / 14 = 0,32 Ω RZ4 = VRZ / IZ = 4,5 / 18 = 0,25 Ω RZ5 = VRZ / IZ = 4,55 / 22 = 0,20 Ω Analisis Tabel 4.2 (Zener 10 V) Resistansi dinamis, RZ1 = VRZ / IZ = 9,6 / RZ2 = VRZ / IZ = 9,7 / RZ3 = VRZ / IZ = 9,8 / RZ4 = VRZ / IZ = 9,9 / RZ5 = VRZ / IZ = 10 /



2 = 4,8 Ω 4 = 2,4 Ω 6 = 1,63 Ω 8 = 1,23 Ω 10 = 1 Ω



Analisis percobaan 4.3 Bentuk gelombang sebelum dipasang kapasitor



12



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



KARAKTERISTIK DIODA ZENER



Bentuk gelombang setelah dipasang kapasitor



Pada Percobaan 4.3 ini channel 2 berfungsi sebagai inputnya Time / div = 2 ms



Kapasitor



tapis



diperlukan



untuk



mendapatkan



CH1 > Voltoutput / div = 5searah V CH2rata > Voltdari / div = tegangan yang rangkaian 0,5 V



tersebut,



kapasitor



memperkecil



riak



tersebut tegangan



bekerja yang



dengan



bertugas



cara untuk



meloloskan komponen searah dan mencegah komponen bolak-balik. VIII. KESIMPULAN Dari data percobaan yang telah dilaksanakan kami dapat menarik kesimpulan :



13



POLITEKNIK NEGERI UJUNG PANDANG LAB.PENGUKURAN DASAR PROG. STUDI TEKNIK LISTRIK







KARAKTERISTIK DIODA ZENER



SEMESTER I TANGGAL 31 OKTOBER 2012



Dalam percobaan kami temukan karakterstik diode zener



apabila sumber arus diperbesar pada kurva







karakteristik arus akan turun Apabila sumber arus diperbesar maka tegangan







Vr2(Vpp) akan bertambah besar Berdasarkan data percobaan kami, nilai VR2 cendrung konstan meskipun nilai IZ di ubah-ubah. Antara arus zener dan resistansi dinamis keduanya berbanding terbalik



14