Dioda zener

Dioda zener berbeda dengan dioda penyearah, dioda zener dirancang untuk beroperasi dengan tegangan muka terbalik (reverse bias) pada tegangan tembusnya,biasa disebut “break down diode”. Jadi katoda-katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda dengan mengatur tingkat dopping, pabrik dapat menghasilkan dioda zener dengan tegangan break down kira-kira dari 2V sampai 200V.
Dalam kondisi forward bias dioda zener akan dibias sebagai berikut: kaki katoda diberi tegangan lebih negatif terhadap anoda atau anoda diberi tegangan lebih positif terhadap katoda seperti gambar berikut.

Dalam kondisi demikian dioda zener akan berfungsi sama halnya dioda penyearah dan mulai aktif setelah mencapai tegangan barier yaitu 0,7V. Disaat kondisi demikian tahanan dioda (Rz) kecil sekali . Sedangkan konduktansi besar sekali, karena tegangan maju akan menyempitkan depletion layer (daerah perpindahan muatan) sehingga perlawanannya menjadi kecil dan mengakibatkan adanya aliran elektron.

Dalam kondisi reverse bias dioda zener kaki katoda selalu diberi tegangan yang lebih positif terhadap anoda.

Jika tegangan yang dikenakan mencapai nilai breakdown, pembawa minoritas lapisan pengosongan dipercepat sehingga mencapai kecepatan yang cukup tinggi untuk mengeluarkan elektron valensi dari orbit terluar. Elektron yang baru dibebaskan kemudian dapat menambah kecepatan cukup tinggi untuk membebaskan elektron valensi yang lain. Dengan cara ini kita memperoleh longsoran elektron bebas. Longsoran terjadi untuk tegangan reverse yang lebih

besar dari 6V atau lebih. Efek zener berbeda-beda bila dioda di-doping banyak, lapisan pengosongan amat sempit. Oleh karena itu medan listrik pada lapisan pengosongan amat kuat. Jika kuat medan mencapai kira-kira 300.000 V persentimeter, medan cukup kuat untuk menarik elektron keluar dari orbit valensi. Penciptaan elektron bebas dengan cara ini disebut breakdown zener.

Efek zener dominan pada tegangan breakdown kurang dari 4 V, efek longsoran dominan pada tegangan breakdown yang lebih besar dari 6 V, dan kedua efek tersebut ada antara 4 dan 6 V.

Pada mulanya orang mengira bahwa efek zener merupakan satu-satunya mekanisme breakdown dalam dioda. Oleh karenanya, nama “dioda zener” sangat luas digunakan sebelum efek longsoran ditemukan. Semua dioda yang dioptimumkan bekerja pada daerah breakdown oleh karenanya tetap disebut dioda zener. Didaerah reverse mulai aktif, bila tegangan dioda (negatif) sama dengan tegangan zener dioda,atau dapat dikatakan bahwa didalam daerah aktif reverse konduktansi besar sekali dan sebelum aktif konduktansi kecil sekali.

Jika digambarkan kurva karakteristik dioda zener dalam kondisi forward bias dan reverse bias adalah sebagai berikut.

Dissipasi daya dioda zener sama dengan perkalian tegangan dan arusnya , yaitu :        

                   

Misalkan, jika U_Z = 12 dan I_Z = 10 mA,

                   

Selama P_Z kurang daripada rating daya P_Z(max), dioda zener tidak akan rusak. Dioda zener yang ada di pasaran mempunyai rating daya dari 1/4 W sampai lebih dari 50 W .

Lembar data kerap kali menspesifikasikan arus maksimum dioda zener yang dapat ditangani tanpa melampaui rating dayanya . Arus maksimum diberi tanda I_ZM (lihat Gambar). Hubungan antara I_ZM dan rating daya adalah :

Jika dioda zener bekerja dalam daerah breakdown, dengan tambahan tegangan sedikit menghasilkan pertambahan arus yang besar. Ini menandakan bahwa dioda zener mempunyai impedansi yang kecil. Kita dapat menghitung impedansi dengan cara :

                                                                               

Lembar data menspesifikasikan impedansi zener pada arus tes yang sama di gunakan untuk U_Z . Impedansi zener pada arus tes ini diberi tanda Z_ZT. Misalnya, 1N3020 mempunyai U_Z 10 V dan Z_ZT = 7W untuk I_ZT = 25 mA. Koefisien suhu T_C adalah perubahan (dalam persen ) tegangan zener per derajad Celcius. Jika U_Z = 10 V pada 25⁰ C dan T_C = 0,1%, maka

                                                                              U_Z = 10 V        (25⁰C)

                                                                              U_Z = 10,01       (26⁰C)

                                                                              U_Z = 10,02 V  (27⁰C)

                                                                             U_Z = 10,03 V   (28⁰C)

dan seterusnya .

                                                                       

Sesuai dengan sifat-sifat yang dimiliki, dioda zener dapat digunakan sebagai penstabil tegangan searah.