Fungsi Dioda Zener sebagai Penstabil Tegangan (Regulator)

Salah satu fungsi dioda zener yang umum adalah digunakan sebagai penstabil tegangan atau disebut juga dengan regulator tegangan pada rangkaian elektronika. Dioda zener memiliki ciri khas yang eksklusif, karena fungsi dioda zener dirancang untuk bisa melalukan arus balik (reverse bias) dengan drop tegangan hanya beberapa volt saja tergantung dari tipe dioda tersebut.

Sebagaimana diketahui, simbol dioda zener memiliki garis melintang pada bagian kepala panahnya, simbol ini menunjukan bahwa fungsi dioda zener memiliki karakteristik reverse bias yang unik. Ketika dioda zener dirangkai secara arah maju (forward bias), maka dioda zener akan berfungsi sebagai dioda biasa pada umumnya, Namun ketika dipasang pada reverse bias, maka dioda zener akan membatasi tegangan yang ada pada dioda zener sesuai dengan spesifikasi dioda tersebut.

Dioda zener memiliki batasan toleransi tegangan yang diperbolehkan ketika melewati dioda zener tersebut. sebagai contoh sebuah dioda zener dengan spesifikasi 5 volt, ketika dilewati sebuah tegangan 6,5 Volt, maka tegangan yang ada pada dioda zener akan disesuaikan sebesar 5 Volt, namun ketika tegangan yang melewati dioda zener sudah melebihi toleransi yang diizinkan, katakanlah 8 Volt, maka dioda zener sudah tidak mampu lagi menahan tegangan diatas ambang batas yang diizinkan. Sebagai akibatnya konsidi dioda zener akan mengalami breakdown atau rusak.

Fungsi dioda zener sebagai penstabil tegangan

Dioda zener merupakan cikal bakal lahirnya regulator tegangan yang dapat menyaring tegangan DC dari rangkaian power supply untuk menghasilkan tegangan DC yang lebih bersih (murni), namun tidak ada power supply (meskipun sudah menggunakan regulator) yang dapat menyamai 100% tegangan DC murni seperti halnya pada baterai. Regulator tegangan pada power supply hanya memanipulasi sinyal-sinyal AC agar hasilnya dapat mendekati tengan DC pada baterai.

Pada awalnya, fungsi dioda zener banyak digunakan sebagai pembatas tegangan untuk keperluan arus kecil, namun seiring perkembangan desain elektronika, tidak sedikit dioda zener dipakai untuk keperluan arus besar namun dengan komponen tambahan yang disematkan, seperti transistor dan IC.

Fungsi dioda zener tidak dapat melewatkan tegangan listrik yang mengalir dibawah batas ambang spesifikasinya. Jika melewati ambang batas yang diizinkan, biasanya dioda zener akan menjadi sangat panas dan akhirnya rusak. Kerusakan dioda zener yang telah mengalami breakdown biasanya akan terjadi hubungan pendek (short circuit).

Gambar diatas adalah contoh rangkaian sederhana dioda zener sebagai penstabil tegangan. Arus maksimum (Izmax) ditentukan oleh spesifikasi pabrik, untuk lebih jelasnya anda bisa melihat datasheet dioda zener dari tipe yang digunakan. Arus yang masuk pada dioda zener (Iz) tidak boleh melebihi Izmax karena akan mengakibatkan dioda menjadi sangat panas dan rusak.

Fungsi dioda zener dapat berfungsi sebagaimana mestinya apa bila terdapat kondisi dimana tegangan Vi lebih besar dari tegangan Vz; dan RL lebih besar dari RL minimum, yang mana nilai RL harus lebih besar dari RL minimum. Dengan demikian formulasi antara RLmin ditentukan sebagai berikut:

Sedangkan tegangan beban Vr ditentukan sebagai berikut:

Sesuai dengan aturan hukum ohm, berarti arus yang terdapat pada IR sebagai berikut:

Dan arus yang mengalir pada dioda zener adalah sebagai berikut:

Dari formulasi diatas, dapat dilihat bahwa ketika dioda zener bekerja sebagaimana mestinya, maka tegangan beban (VL) dan tegangan dioda zener (Vz) nilainya akan konstan.

Pengaplikasian Fungsi dioda zener pada rangkaian power supply

Pada aplikasi penggunaan dioda zener pada rangkaian power supply saat ini, hampir semua terdapat komponen tambahan penguat arus untuk menghasilkan output yang sesuai dengan arus trafo. Hal ini dikarenakan output dari dioda zener sangat kecil, sehingga dengan rangkaian komponen tambahan transistor misalnya, akan memperkuan arus output.

Dipasaran, dioda zener dapat ditemukan dengan mudah, tanpa perlu mengingat kode2 dari tipe dioda, biasanya tinggal menyebut tegangan kerja dari dioda zener tersebut. Misalnya dioda zener 5V, 6.3V, 9 V, 12V dan lain-lain. Namun tidak jarang juga orang menyebutkan secara spesifik tipe dioda zener yang diperlukan seperti IN4728A untuk tegangan 3.3V, IN4733 untuk tegangan 5.1V, IN4742 untuk tegangan 12V, dan lain sebagainya.