Dioda Zener

Dioda Zener
Simbol dioda zener.

Simbol dioda zener.

Sebuah dioda biasanya dianggap sebagai
alat yang menyalurkan listrik ke satu arah, namun Dioda
Zener dibuat sedemikian rupa sehingga arus dapat mengalir
ke arah yang berlawanan jika tegangan yang diberikan melampaui
batas "tegangan rusak" (breakdown voltage) atau
"tegangan Zener".

Dioda yang biasa tidak akan mengijinkan arus listrik untuk mengalir secara
berlawanan jika dicatu-balik (reverse-biased) di bawah tegangan
rusaknya. Jika melampaui batas tegangan rusaknya, dioda biasa akan
menjadi rusak karena kelebihan arus listrik yang menyebabkan panas.
Namun proses ini adalah reversibel jika dilakukan dalam batas
kemampuan. Dalam kasus pencatuan-maju (sesuai dengan arah gambar
panah), dioda ini akan memberikan tegangan jatuh (drop voltage)
sekitar 0.6 Volt yang biasa untuk dioda
silikon. Tegangan jatuh ini tergantung
dari jenis dioda yang dipakai.

Sebuah dioda Zener memiliki sifat yang hampir
sama dengan dioda biasa, kecuali bahwa alat ini sengaja dibuat
dengan tengangan rusak yang jauh dikurangi, disebut tegangan Zener.
Sebuah dioda Zener memiliki p-n junction yang memiliki doping
berat, yang memungkinkan elektron untuk
tembus (tunnel) dari pita valensi material tipe-p ke dalam pita
konduksi material tipe-n. Sebuah dioda zener yang dicatu-balik akan
menunjukan perilaku rusak yang terkontrol dan akan melewatkan arus
listrik untuk menjaga tegangan jatuh supaya tetap pada tegangan
zener. Sebagai contoh, sebuah diode zener 3.2 Volt akan menunjukan
tegangan jatuh pada 3.2 Volt jika diberi catu-balik. Namun, karena
arusnya tidak terbatasi, sehingga dioda zener biasanya digunakan
untuk membangkitkan tegangan referensi, atau untuk menstabilisasi
tegangan untuk aplikasi-aplikasi arus kecil.

Tegangan rusaknya dapat dikontrol secara tepat dalam proses
doping. Toleransi dalam 0.05% bisa dicapai walaupun toleransi yang
paling biasa adalah 5% dan 10%.

Efek ini ditemukan oleh seorang fisikawan Amerika, Clarence Melvin Zener.

Mekanisme lainnya yang menghasilkan efek yang sama adalah efek
avalanche, seperti di dalam dioda
avalanche. Kedua tipe dioda ini sebenarnya dibentuk melalui
proses yang sama dan kedua efek sebenarnya terjadi di kedua tipe
dioda ini. Dalam dioda silikon, sampai dengan 5.6 Volt, efek zener adalah efek utama dan efek ini
menunjukan koefisiensi
temperatur yang negatif. Di atas 5.6 Volt, efek avalanche
menjadi efek utama dan juga menunjukan sifat koefisien temperatur
positif.

Dalam dioda zener 5.6 Volt, kedua efek tersebut muncul bersamaan
dan kedua koefisien temperatur membatalkan satu sama lainnya.
Sehingga, dioda 5.6 Volt menjadi pilihan utama di aplikasi
temperatur yang sensitif.

Teknik-teknik manufaktur yang modern telah memungkinkan untuk
membuat dioda-dioda yang memiliki tegangan jauh lebih rendah dari
5.6 Volt dengan koefisien temperatur yang sangat kecil. Namun
dengan munculnya pemakai tegangan tinggi, koefisien temperatur
muncul dengan singkat pula. Sebuah dioda untuk 75 Volt memiliki
koefisien panas yang 10 kali lipatnya koefisien sebuah dioda 12
Volt.

Semua dioda di atas, tidak perduli berapapun tenganan rusaknya,
biasanya dijual dinamakan dioda Zener.

1. Pemakaian

Dioda Zener biasanya digunakan secara luas dalam sirkuit
elektronik. Fungsi utamanya adalah untuk menstabilkan tegangan.
Pada saat disambungkan secara parallel dengan sebuah sumber
tegangan yang berubah-ubah yang dipasang sehingga mencatu-balik,
sebuah dioda zener akan bertingkah seperti sebuah kortsleting (hubungan singkat) saat tegangan
mencapai tegangan rusak diode tersebut. Hasilnya, tegangan akan
dibatasi sampai ke sebuah angka yang telah diketahui
sebelumnya.


Sebuah dioda zener juga digunakan seperti ini sebagai
regulator tegangan shunt (shunt berarti sambungan
parallel, dan regulator
tegangan sebagai sebuah kelas sirkuit yang memberikan sumber
tegangan tetap.