Dioda zener adalah dioda persimpangan PN normal yang beroperasi dalam kondisi bias balik. Cara kerja dioda Zener mirip dengan dioda persimpangan PN dalam kondisi bias penerusan, tetapi keunikannya terletak pada kenyataan bahwa ia juga dapat berjalan ketika terhubung dalam bias balik di atas ambang / tegangan tembusnya. Ini adalah di antara jenis dasar dioda sering digunakan, selain dioda normal.

Bekerja Dioda Zener

Dioda semikonduktor dalam kondisi bias balik

Jika Anda ingat, dioda persimpangan PN sederhana dibentuk oleh kombinasi bahan semikonduktor tipe-p dengan bahan semikonduktor tipe-n. Ketika satu sisi kristal semikonduktor diolah dengan pengotor donor dan sisi lainnya dengan pengotor akseptor, sambungan PN akan terbentuk.

Dioda semikonduktor yang tidak memihak

Pada kondisi normal, lubang dari sisi p cenderung berdifusi ke daerah konsentrasi rendah dan hal yang sama terjadi pada elektron dari sisi n.

Jadi lubang berdifusi ke sisi-n dan elektron berdifusi ke sisi-p. Hal ini menghasilkan akumulasi muatan di sekitar persimpangan, membentuk wilayah penipisan.

Dioda semikonduktor yang tidak memihak

Polaritas listrik atau dipol listrik terbentuk di persimpangan, menyebabkan aliran fluks dari sisi atas n. Ini menghasilkan intensitas medan listrik negatif yang bervariasi, menghasilkan potensial listrik melintasi persimpangan. Potensial listrik ini sebenarnya adalah tegangan ambang dioda dan sekitar 0.6V untuk silikon dan 0.2V untuk Germanium. Ini bertindak sebagai penghalang potensial untuk aliran pembawa muatan mayoritas dan perangkat tidak bekerja.

Sekarang ketika dioda normal bias sedemikian rupa sehingga tegangan negatif diterapkan ke sisi n dan tegangan positif ke sisi p, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju. Tegangan yang diterapkan ini cenderung menurunkan penghalang potensial setelah melampaui tegangan ambang batas.

Pada titik ini dan setelahnya, mayoritas pembawa melintasi penghalang potensial dan perangkat mulai berjalan dengan aliran arus yang melewatinya.

Ketika dioda bias dalam kondisi terbalik ke atas, tegangan yang diberikan sedemikian rupa sehingga menambah penghalang potensial dan menghalangi aliran pembawa mayoritas. Namun, itu memungkinkan aliran pembawa minoritas (lubang di tipe-n dan elektron dalam tipe-p). Ketika tegangan panjar mundur ini meningkat, arus balik cenderung meningkat secara bertahap.

Pada titik tertentu, tegangan ini sedemikian rupa sehingga menyebabkan kerusakan pada daerah penipisan, menyebabkan peningkatan aliran arus secara besar-besaran. Di sinilah kerja dioda Zener berperan.

Prinsip kerja dioda Zener

Seperti yang dinyatakan di atas, prinsip dasar di balik kerja dioda Zener terletak pada penyebab kerusakan dioda dalam kondisi bias terbalik. Biasanya ada dua jenis kerusakan - Zener dan Avalanche.

“multivibrator monostabil menggunakan timer 555 ”

Prinsip di balik kerja dioda zener

Kerusakan Zener

Jenis kerusakan ini terjadi untuk tegangan bias balik antara 2 hingga 8V. Bahkan pada tegangan rendah ini, intensitas medan listrik cukup kuat untuk memberikan gaya pada elektron valensi atom sedemikian rupa sehingga mereka terpisah dari inti. Hal ini menghasilkan pembentukan pasangan lubang elektron seluler, yang meningkatkan aliran arus di seluruh perangkat. Perkiraan nilai bidang ini adalah sekitar 2 * 10 ^ 7 V / m.

Jenis kerusakan ini biasanya terjadi untuk dioda yang sangat dikotori dengan tegangan rusak rendah dan medan listrik yang lebih besar. Ketika suhu meningkat, elektron valensi mendapatkan lebih banyak energi untuk mengganggu ikatan kovalen dan lebih sedikit tegangan eksternal yang diperlukan. Dengan demikian tegangan rusaknya Zener berkurang dengan suhu.

Kerusakan longsor

Jenis kerusakan ini terjadi pada tegangan bias balik di atas 8V dan lebih tinggi. Ini terjadi untuk dioda yang didoping ringan dengan tegangan tembus yang besar. Saat pembawa muatan minoritas (elektron) mengalir melintasi perangkat, mereka cenderung bertabrakan dengan elektron dalam ikatan kovalen dan menyebabkan ikatan kovalen terputus. Ketika tegangan meningkat, energi kinetik (kecepatan) elektron juga meningkat dan ikatan kovalen lebih mudah terganggu, menyebabkan peningkatan pasangan lubang elektron. Tegangan kerusakan longsoran meningkat dengan suhu.

3 Aplikasi dioda Zener

1. Dioda Zener sebagai tegangan listrik

Pada rangkaian DC, dioda Zener dapat digunakan sebagai pengatur tegangan atau untuk memberikan referensi tegangan. Kegunaan utama dioda Zener terletak pada kenyataan bahwa tegangan yang melintasi dioda Zener tetap konstan untuk perubahan arus yang lebih besar. Ini memungkinkan untuk menggunakan dioda Zener sebagai perangkat tegangan konstan atau pengatur tegangan.

Dalam setiap sirkuit catu daya , regulator digunakan untuk memberikan tegangan keluaran (beban) yang konstan terlepas dari variasi tegangan masukan atau variasi arus beban. Variasi tegangan input disebut regulasi jalur, sedangkan variasi arus beban disebut regulasi beban.

Zener Diode sebagai pengatur tegangan

Rangkaian sederhana yang melibatkan dioda Zener sebagai regulator membutuhkan resistor dengan nilai rendah yang dihubungkan secara seri dengan sumber tegangan input. Nilai rendah diperlukan agar memungkinkan aliran arus maksimum melalui dioda, yang dihubungkan secara paralel. Namun, satu-satunya kendala adalah, arus yang melalui dioda Zener tidak boleh kurang dari arus dioda Zener minimum. Sederhananya, untuk tegangan input minimum dan arus beban maksimum, arus dioda Zener harus selalu I_zmin.

Saat merancang pengatur tegangan menggunakan dioda Zener, yang terakhir dipilih sehubungan dengan peringkat daya maksimumnya. Dengan kata lain, arus maksimum yang melalui perangkat harus: -

saya_maks= Daya / Tegangan Zener

Karena tegangan input dan tegangan output yang diperlukan diketahui, lebih mudah untuk memilih dioda Zener dengan tegangan yang kira-kira sama dengan tegangan beban, yaitu Vz ~ = V_atau.

Nilai resistor seri dipilih untuk menjadi

“konverter ac 220v ke 110v ”

R = (V_di- V_dengan)/(SAYA_zmin+ Saya_L), dimana saya_L= Tegangan Beban / Resistensi beban.

Perhatikan bahwa untuk tegangan beban hingga 8V, satu dioda Zener dapat digunakan. Namun untuk tegangan beban di atas 8V, yang membutuhkan tegangan Zener dengan nilai tegangan yang lebih tinggi, disarankan untuk menggunakan dioda bias maju secara seri dengan dioda Zener. Ini karena dioda Zener pada tegangan yang lebih tinggi mengikuti prinsip kerusakan longsoran, memiliki suhu koefisien positif.

Karenanya dioda koefisien temperatur negatif digunakan untuk kompensasi. Tentu saja, hari ini, dioda Zener kompensasi suhu praktis digunakan.

2. Dioda Zener sebagai referensi tegangan

Dioda zener sebagai referensi tegangan

Dalam catu daya dan banyak rangkaian lainnya, dioda Zener menemukan aplikasinya sebagai penyedia tegangan konstan atau referensi tegangan. Satu-satunya syarat adalah tegangan input harus lebih besar dari tegangan Zener dan resistor seri harus memiliki nilai minimum sehingga arus maksimum mengalir melalui perangkat.

3. Dioda Zener sebagai penjepit tegangan

Dalam rangkaian yang melibatkan sumber input AC, berbeda dari biasanya Sirkuit penjepit dioda PN , Dioda Zener juga dapat digunakan. Dioda dapat digunakan untuk membatasi puncak tegangan keluaran ke tegangan Zener di satu sisi dan sekitar 0V di sisi lain dari bentuk gelombang sinusoidal.

“apa itu generator ac? ”

dioda zener sebagai penjepit tegangan

Dalam rangkaian di atas, selama setengah siklus positif, setelah tegangan input sedemikian rupa sehingga dioda zener bias balik, tegangan output konstan untuk jangka waktu tertentu sampai tegangan mulai menurun.

Sekarang selama setengah siklus negatif, dioda Zener dalam meneruskan koneksi bias. Ketika tegangan negatif meningkat ke tegangan ambang penerusan, dioda mulai berjalan dan sisi negatif dari tegangan keluaran dibatasi ke tegangan ambang batas.

Perhatikan bahwa untuk mendapatkan tegangan output dalam kisaran positif saja, gunakan dua dioda Zener yang bias berlawanan secara seri.

Aplikasi Kerja Dioda Zener

Dengan semakin populernya smartphone, proyek berbasis android sedang disukai hari ini. Proyek-proyek ini melibatkan penggunaan Bluetooth perangkat berbasis teknologi. Perangkat Bluetooth ini membutuhkan tegangan sekitar 3V untuk pengoperasiannya. Dalam kasus seperti itu, dioda Zener digunakan untuk memberikan referensi 3V ke perangkat Bluetooth.

Aplikasi kerja dioda Zener melibatkan perangkat Bluetooth

Aplikasi lain melibatkan penggunaan dioda Zener sebagai pengatur tegangan. Di sini tegangan AC diperbaiki oleh dioda D1 dan disaring oleh kapasitor. Tegangan DC yang difilter ini diatur oleh dioda untuk memberikan tegangan referensi konstan 15V. Tegangan DC yang diatur ini digunakan untuk menggerakkan rangkaian kontrol, digunakan untuk mengontrol sakelar lampu, seperti pada sistem kontrol pencahayaan otomatis.

Aplikasi pengaturan tegangan dioda zener

Kami berharap kami dapat memberikan informasi yang tepat namun penting tentang cara kerja dioda Zener dan aplikasinya. Berikut adalah pertanyaan sederhana untuk pembaca - Mengapa IC regulator lebih disukai daripada dioda Zener dalam catu daya DC yang diatur?

Berikan jawaban Anda dan tentunya tanggapan Anda di bagian komentar di bawah ini.

Kredit Foto