tp modul 1

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Penjelasan Kondisi

2. Prinsip Kerja Kondisi

3. Rangkaian Kondisi

4. Video Penjelasan Kondisi

5. Tugas Pendahuluan (Soft File)

1. Penjelasan kondisi [Kembali]

Kondisi

Buatlah sebuah rangkaian dioda zener, resistor, dan potensiometer, lalu beri sumber DC 5V. Ukur arus dan tegangan!

JAWAB:

Rangkaian terdiri dari sumber tegangan DC sebesar 5 volt yang dihubungkan dengan resistor seri (R), dioda zener (Dz), dan potensiometer (Rp) sebagai beban variabel. Tujuan dari rangkaian ini adalah untuk mengamati bagaimana dioda zener bekerja dalam menstabilkan tegangan keluaran saat terjadi perubahan nilai beban atau variasi arus.

Dalam analisis teori, hubungan dasar antara tegangan sumber, tegangan pada resistor, dan tegangan pada dioda zener dinyatakan dengan persamaan:

Vs = IR × R + VZ

Keterangan:
Vs = tegangan sumber (5 V)
IR = arus yang mengalir melalui resistor
R = nilai resistor seri
VZ = tegangan pada dioda zener

Selain itu, arus total yang mengalir dalam rangkaian dinyatakan sebagai:

IR = IZ + IL

Keterangan:
IZ = arus yang mengalir melalui dioda zener
IL = arus beban yang mengalir melalui potensiometer

1. Kondisi Dioda Zener Belum Aktif (Belum Breakdown)

Pada kondisi ini, tegangan yang jatuh pada dioda zener masih lebih kecil dari tegangan tembus (VZ). Dioda zener belum menghantarkan arus balik, sehingga arus hanya mengalir melalui resistor dan potensiometer. Tegangan keluaran (Vout) pada titik beban masih berbanding lurus dengan nilai potensiometer dan dapat dihitung menggunakan rumus pembagi tegangan:

Vout = Vs × (Rp / (R + Rp))

Pada tahap ini, dioda zener belum berfungsi sebagai penstabil tegangan, sehingga rangkaian bekerja layaknya pembagi tegangan biasa.

2. Kondisi Dioda Zener Aktif (Telah Breakdown)

Ketika tegangan pada dioda zener mencapai atau sedikit melebihi nilai VZ, dioda mulai menghantarkan arus balik (IZ > 0). Pada saat ini, tegangan pada dioda zener akan tetap konstan di sekitar nilai VZ, sehingga tegangan keluaran menjadi stabil meskipun nilai potensiometer diubah.

Dalam kondisi ini berlaku:

Vout ≈ VZ

Artinya, dioda zener berfungsi sebagai penstabil tegangan (voltage regulator). Nilai arus yang mengalir melalui resistor dapat dihitung dengan:

IR = (Vs − VZ) / R

Sedangkan arus yang mengalir pada beban adalah:

IL = VZ / Rp

Selama nilai IR lebih besar dari IL, dioda zener tetap aktif dan mampu menjaga tegangan keluaran agar tetap konstan.

3. Kondisi Dioda Zener Tidak Aktif Kembali (Overload Beban)

Apabila nilai potensiometer terlalu kecil (beban terlalu berat), arus beban (IL) akan meningkat sehingga arus yang tersisa untuk dioda zener (IZ) menjadi sangat kecil atau bahkan nol. Jika IZ = 0, dioda zener berhenti bekerja sebagai penstabil tegangan. Akibatnya, tegangan keluaran akan turun di bawah nilai VZ dan kestabilan tegangan tidak dapat dipertahankan.

Agar dioda zener tetap berfungsi dengan baik, arus yang melewati dioda harus berada di antara batas minimum dan maksimum:

IZ(min) ≤ IZ ≤ IZ(max)

Jika arus berada di bawah batas minimum, dioda zener keluar dari daerah breakdown dan tegangan menjadi tidak stabil. Sebaliknya, jika arus melebihi batas maksimum, dioda zener dapat rusak akibat kelebihan daya, yang secara teori dinyatakan dengan rumus:

P = VZ × IZ

Dengan demikian, kondisi kerja rangkaian sangat bergantung pada nilai resistor seri dan posisi potensiometer. Kedua komponen ini menentukan besar kecilnya arus beban sehingga dioda zener dapat tetap berada pada daerah kerja yang stabil (breakdown region).

2. Prinsip Kerja Kondisi [Kembali]

Rangkaian ini bertujuan untuk menunjukkan bagaimana dioda zener bekerja sebagai penstabil tegangan (voltage regulator) terhadap perubahan beban atau variasi arus. Komponen utamanya terdiri dari sumber DC 5V, resistor seri (R), dioda zener (Dz), dan potensiometer (Rp) sebagai beban variabel.

Ketika rangkaian dihubungkan ke sumber tegangan DC, arus akan mengalir dari sumber menuju resistor, lalu bercabang antara dioda zener dan potensiometer. Arus yang mengalir melalui resistor merupakan arus total (IR), sedangkan arus yang melalui dioda zener disebut arus zener (IZ), dan arus melalui potensiometer disebut arus beban (IL). Hubungannya dinyatakan dengan persamaan:

IR = IZ + IL

Prinsip kerja dioda zener bergantung pada kondisi tegangannya terhadap tegangan tembus (VZ). Terdapat tiga kondisi utama dalam proses kerjanya, yaitu:

Saat Tegangan di Bawah Tegangan Zener (Belum Breakdown)
Pada saat awal, tegangan keluaran (Vout) masih lebih kecil dari tegangan tembus dioda zener (VZ). Dalam kondisi ini, dioda zener belum menghantarkan arus (IZ = 0) karena belum mencapai tegangan kerja baliknya.
Arus hanya mengalir melalui resistor dan potensiometer, sehingga tegangan keluaran mengikuti prinsip pembagi tegangan:
$V_{out} = V_s \times \frac{R_p}{R + R_p}$
Artinya, dioda zener belum berfungsi sebagai penstabil tegangan dan tegangan keluaran masih bergantung pada nilai beban (Rp).
Saat Tegangan Mencapai Tegangan Zener (Breakdown Aktif)
Ketika tegangan dioda mencapai nilai VZ, dioda zener mulai menghantarkan arus balik (IZ > 0). Pada tahap ini, tegangan keluaran akan tetap konstan di sekitar nilai VZ meskipun terjadi perubahan pada beban (Rp).
Arus yang mengalir melalui resistor dihitung menggunakan rumus:
$I_R = \frac{V_s - V_Z}{R}$
Sedangkan arus yang melewati beban (potensiometer) adalah:
$I_L = \frac{V_Z}{R_p}$
Dioda zener akan menyesuaikan besar arus IZ agar tegangan tetap stabil. Selama IR > IL, maka dioda tetap dalam keadaan aktif dan menjaga kestabilan tegangan pada titik keluarannya.
Saat Beban Terlalu Besar (Zener Tidak Aktif Lagi)
Jika nilai potensiometer terlalu kecil (beban berat), maka arus beban IL meningkat dan arus yang tersisa untuk dioda zener (IZ) menjadi semakin kecil. Apabila IZ mencapai nol, maka dioda keluar dari daerah breakdown dan berhenti bekerja sebagai penstabil.
Akibatnya, tegangan keluaran (Vout) turun di bawah nilai VZ dan tidak lagi stabil.
Untuk mencegah hal ini, arus dioda zener harus selalu berada di antara batas aman:
$I_{Z(min)} \leq I_Z \leq I_{Z(max)}$
Jika IZ melebihi batas maksimum, dioda zener dapat rusak karena daya disipasi berlebih:
$P = V_Z \times I_Z$

Secara keseluruhan, prinsip kerja rangkaian ini menunjukkan bahwa resistor seri berfungsi membatasi arus, sedangkan dioda zener menjaga tegangan keluaran agar tetap konstan pada nilai tertentu, meskipun terjadi perubahan nilai beban yang diatur oleh potensiometer. Dengan cara ini, dioda zener berperan sebagai penstabil tegangan sederhana (voltage regulator) dalam sistem elektronik.

3. Rangkaian Kondisi [Kembali]