PENERAPAN RANGKAIAN ELEKTRONIKA Materi tentang JFET, MOSFET, TRIAC, SCR, DIAC
THYRISTOR
Thyrist Thy ristor or ada adalah lah kom kompon ponen en sem semiko ikondu ndukto ktorr unt untuk uk pen pensak saklara laran n yan yang g ber berdas dasark arkan an pad padaa struktur PNPN. Komponen ini memiliki kestabilan dalam dua keadaan yaitu on dan off serta memilikii umpa memilik umpan-balik n-balik regenerasi internal. Thyristor memil memiliki iki kemam kemampuan puan untu untuk k mensa mensaklar klar arus searah (DC) yaitu jenis C!" maupun arus bolak-balik (#C)" jenis T!$#C.
Struktur Thyristor Ciri-%iri utama dari sebuah thyristor adalah komponen yang terbuat dari bahan semi%ondu%tor sili%on sili%on.. &alaup alaupun un bahanny bahannyaa sama" sama" tetapi tetapi strukt struktur ur P-N jun%tio jun%tion n yang yang dimilik dimilikiny inyaa lebih lebih komplek komplekss diband dibanding ing transist transistor or bipola bipolarr atau '. '. Kompon Komponen en thyrist thyristor or lebih lebih diguna digunakan kan sebag sebagai ai sakla saklarr ( switch) switch) ketim ketimba bang ng sebag sebagai ai peng pengua uatt arus arus atau atau tegan teganga gan n sepert sepertii halny halnyaa transistor.
Gambar-1 : Str!tr Th"rist#r
truktur dasar thyristor adalah struktur layer PNPN seperti yang ditunjukkan pada gambar*a. +ika dipilah" struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah struktur jun%tion PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar-*b. $ni tidak lain adalah dua buah transistor PNP dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor dan base. +ika di,isualisasikan sebagai transistor * dan " maka struktur thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar- yang berikut ini.
Gambar-$ : %isa&isasi 'engan transist#r
Terlihat di sini kolektor transistor * tersambung pada base transistor dan sebaliknya kolektor transistor tersambung pada base transistor *. !angkaian transistor yang demikian menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bah/a Ic I = b" yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus base. +ika misalnya ada arus sebesar $ b yang mengalir pada base transistor " maka akan ada arus $% yang mengalir pada kolektor . #rus kolektor ini merupakan arus base $ b pada transistor *" sehingga akan mun%ul penguatan pada pada arus kolektor transistor *. #rus kolektor transistor * tdak lain adalah arus base bagi transistor . Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan menge%il dan hilang. Tertinggal hanyalah lapisan P dan N dibagian luar. +ika keadaan ini ter%apai" maka struktur yang demikian todak lain adalah struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada saat yang demikian" disebut bah/a thyristor dalam keadaan N dan dapat mengalirkan arus dari anoda menuju katoda seperti layaknya sebuah dioda.
Gambar-( : Th"rist#r 'iberi tegangan
0agaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu d% dan diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada gambar 1. #pa yang terjadi pada lampu ketika tegangan dinaikkan dari nol. 2a betul" tentu saja lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang ada ditengah akan mendapatkan reverse-bias (teori dioda). Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena tidak ada arus yang bisa mengalir atau sangat ke%il sekali. #rus tidak dapat mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang menyebabkan sambungan NP ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut tegangan breakdown dan pada saat itu arus mulai dapat mengalir mele/ati thyristor sebagaimana dioda
umumnya. Pada thyristor tegangan ini disebut tegangan breakover V bo)
1. Silicon ontroll!" R!cti#i!r $SR% C! merupakan jenis thyristor yang terkenal dan paling tua" komponen ini tersedia dalam rating arus antara 3"4 hingga ratusan amper" serta rating tegangan hingga 4333 ,olt. truktur dan simbol dari C! dapat digambarkan seperti pada gambar diba/ah 5.
Gambar struktur dan simbol dari SCR
edangkan jika didekati dengan struktur transistor" maka struktur C! dapat digambarkan seperti pada gambar diba/ah 5
6ambar truktur C! jika didekati dengan struktur transistor.
Kondisi a/al dari C! adalah dalam kondisi 77 (# dan K tidak tersambung). alah satu %ara untuk meng-N kan (menyambungkan antara # dan K) adalah dengan memberikan tegangan pi%u terhadap 6 (gate). ekali C! tersambung maka C! akan terjaga dalam kondisi N (dapat dilihat pada struktur transistor 6ambar ). 8ntuk mematikan sambungan #-K" maka yang perlu dilakukan adalah dengan memberikan tegangan balik pada #-K-nya" atau dengan menghubungkan 6 ke K. 6ambar 1 berikut adalah karakteristik ,olt-amper C! dan skema aplikasi dasar dari C!.
6ambar Karakteristik dan skema aplikasi C!.
. Tri&c Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur kristal tunggal, dengan demikian maka
Tria% dapat digunakan untuk melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik" #C). imbol dan struktur Tria% adalah seperti ditunjukan dalam gamabr diba/ah 5
6ambar simbol dan struktur Tria%.
Karena se%ara prinsip adalah eki,alen dengan dua buah C! yang disusun se%ara paralel dengan salah C! dibalik maka Tria% memiliki sifat-sifat yang mirip dengan C!. 6ambar diba/ah adalah gambar karakteristik ,olt-amper dan skema aplikasi dari Tria%.
6ambar Karakteristik dan skema aplikasi Tria%.
+ika T!$#C sedang OFF " arus tidak dapat mengalir diantara terminal-terminal utamanya (saklar terbuka). +ika T!$#C sedang ON " maka dengan tahanan yang rendah arus mengalir dari satu terminal ke terminal lainnya dengan arah aliran tergantung dari polaritas tegangan yang digunakan (saklar tetutup). #rus rata-rata yang dialirkan pada beban dapat ber,ariasi oleh adanya perubahan harga /aktu setiap perioda ketika T!$#C tersebut ON . +ika porsi /aktu yang ke%il saat kondisi ON " maka arus rata-ratanya akan tinggi. Kondisi suatu T!$#C pada setiap perioda tidak dibatasi hingga *93o" dengan pengaturan pi%u dia dapat menghantarkan hingga 1:3 o penuh. Tegangan gate untuk pemi%u buasanya diberi notasi V GT , dan arus gate pemi%u dinotasikan dengan I GT .
6ambar !angkaian pi%u T!$#C
elama setengah perioda negati,e" muatan negati,e akan berada pada plat bagian atas kapasitor dan jika tegangan yang berada pada kapasitor telah men%ukupi" maka T!$#C akan ON .
Ke%epatan pengisian kapasitor diatur oleh hambatan ! " dimana jika ! bernilai besar" maka pengisisannya akan lambat sehingga terjadi penundaan penyalaan yang panjang dan arus rataratanya ke%il. +ika ! bernilai ke%il" maka pengisian kapasitor akan %epat dan arus bebannya tinggi.
6ambar D$#C sebagai pengendali T!$#C
!angkaian tersebut menggunakan D$#C sebagai pengen dali pi%u. Prinsip kerjanya" jika tegangan input berada pada setengah periode positif" maka kapasitor akan terisi muatan melebihi beban dan hambatan !. jika tegangan kapasitor men%apai tegangan breako,er D$#C" maka kapasitor mulai mengosongkan muatan melalui D$#C ke gerbang (gate) T!$#C. Pulsa trigger T!$#C akan menghantarkan T!$#C pada setengah perioda tadi dan untuk setengah perioda berikutnya (negati,e) prinsipnya sama. ekali T!$#C dihidupkan" maka dia akan menghantarkan sepanjang arus yang mengalir melaluinya tetap dipertahankan. T!$#C tidak dapat dimatikan oleh arus balik layaknya suatu C!. T!$#C dapat dimatikan dan kembali pada kondisi menghambat" ketika arus beban #C yang mele/atinya berharga nol (3)" sebelum setengah perioda lainnya digunakan. 7aktor ini akan membatasi frekuensi respon yang dimiliki oleh T!$#C tersebut. 0agi beban-beban resitif" /aktu yang tersedia guna mematikan suatu T!$#C akan lebih panjang dari titik ketika arus bebannya jatuh hingga /aktu dimana tegangan balik men%apai nilai yang dapat menghasilkan arus lat%hing yang dibutuhkan. edangkan bagi beban-beban induktif komutasinya akan lebih rumit lagi" dimana jika arus beban jatuh dan T!$#C berhenti menghantar" maka tegangan masih ada pada piranti tersebut. +ika tegangannya mun%ul terlalu %epat" maka akibat yang dihasilkan oleh persambungan kapasitansi adalah tetap menghantarnya T!$#C tersebut. 8ntuk itu maka sering digunakan rangkaian pengaman yang dapat mengubah nilai perubahan (!ange of Change) tegangan T!$#C. #dapun pengaturan tegangan bolak-balik dengan menggunakan T!$#C ditunjukkan pada gambar diba/ah ini.
Contoh penggunaan T!$#C5 Pemakaian motor arus bolak-balik * fasa banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dibandingkan dengan motor arus searah. Pengontrolan pun sekarang sudah banyak ragamnya dari mulai pengaturan putaran sampai pada proteksinya.
1. 'IA Kalau dilihat strukturnya seperti gambar-9a" D$#C bukanlah termasuk keluarga thyristor" namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. D$#C dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. ;apisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. edangkan pada D$#C" lapisan N di buat %ukup tebal sehingga elektron %ukup sukar untuk menembusnya. truktur D$#C yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP" sehingga dalam beberapa literatur D$#C digolongkan sebagai dioda.
Gambar-* : Str!tr 'an simb#& DIAC
ukar dile/ati oleh arus dua arah" D$#C memang dimaksudkan untuk tujuan ini.
Gambar + : Rang!aian Dimmer
+ika diketahui $6T dari T!$#C pada rangkaian di atas *3 m# dan > 6T ? 3.@ ,olt. ;alu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah D$#C dengan > bo ? 3 >" maka dapat dihitung T!$#C akan N pada tegangan 5 ( = IGT$R%)(bo)(GT = 1*+., (
Gambar-1 : Sin"a& !e&aran TRIAC
Pada rangkaian dimmer" resistor ! biasanya diganti dengan rangkaian seri resistor dan potensiometer. Di sini kapasitor C bersama rangkaian ! digunakan untuk menggeser phasa tegangan >#C. ;ampu dapat diatur menyala redup dan terang" tergantung pada saat kapan T!$#C di pi%u. pengaplikasian tyristor seperti Tria% biasanya dipakai sebagai sistem pensaklaran pada motor #C yang berdaya besar seperti pada mesin %u%i digital dan C! biasanya dipakasi sebagai pensaklaran pada lampu otomatis (misal sakelar %ahaya)