Thyristor Karakteristik( Fisika Punya)

BAB 1

Pendahuluan

1.1  Latar Belakang

Thyristor adalah komponen semi konduktor dengan sedikitnya tiga sambungan PN. Operasi thyristor sama dengan operasi dari saklar. Seperti saklar, thyristor mempunyai dua keadaan yaitu keadaan ON (menghantarkan) dan OFF (tidak menghantarkan). Secara umum, thyristor dibagi menjadi tiga, yaitu SCR, DIAC, dan TRIAC.

SCR merupakan singkatan dari Silicon Controlled Rectifiers, yang merupakan alat semikonduktor empat lapis, terdiri dari dua transistor dan menggunakan tiga kaki, anoda, katoda, dan gerbang (gate).

Transistor dipakai secara luas sebagai sakelar pada rangkkaian digital.Dan dalam hal lain-lain seperti pengendalian daya yang agak besar. Namun, kelemahan utamanya adalah bahwa transistor memerlukan arus basis kontinu dan tinggi dalam kedaan ON. Lain halnya dengan piranti semikonduktor berlapis banyak yang disebut thyristor yang mempunyai kemampuan pengendalian daya besar dengan energi kendali minimum.

Oleh karena itu, piranti ini biasa dipakai pada penerapan canggih seperti penyearahan pengendalian laju motor listrik dengan tingkat daya dari beberapa miliwatt hingga ratusan kilowatt. DIAC merupakan gabungan dua dioda, dan TRIAC merupakan gabungan dua SCR.

Pada percobaan ini akan dibahas mengenai bagian thyristor, terutama SCR, yaitu karakteristrik dan prinsip kerjanya, sehingga diketahui penggunaan SCR dalam fungsi penyearah ataupun sebagai switching, serta aplikasi dalam kehidupan sehari-hari.

1.2  Tujuan

1. Untuk mengetahui karakteristik dan prinsip kerja SCR
2. Untuk mengetahui penggunaan SCR sebagai switching
3. Untuk mengetahui aplikasi dari SCR

BAB 2

Tinjauan Pustaka

Thyristor adalah komponen semi konduktor dengan sedikitnya tiga sambungan PN. Kata thyristor sebagai istilah umum untuk semua jenis komponen yang menyesuaikan dengan ini. Operasi thyristor sama dengan operasi dari saklar. Seperti saklar, thyristor mempunyai dua keadaan yaitu keadaan ON (menghantarkan) dan OFF (tidak menghantarkan). Tidak ada daerah linier antara dua keadaan seperti yang ada pada transistor.

Penyearah silikon terkontrol (sillicon-controlled rectifier) dan triac adalah alat thyristor yang paling sering digunakan. Alat tersebut adalah kuda kerja dari elektronika industri. Thyristor digunakan pada elektronika daya untuk mengontrol kecepatan dan juga frekuensi, penyearahan dan juga pengubahan daya. Aplikasi umum termasuk motor, pengendali, manipulasi robot dan kontrol panas serta cahaya.

Silicon controlled rectifier adalah alat semikonduktor empat lapis (PNPN) yang menggunakan tiga kaki – anoda, katoda, dan gerbang untuk operasinya. Tidak seperti pada transistor, operasi SCR tidak dapat memperkuat sinyal. SCR tepat digunakan sebagai sakelar solid-state dan dikategorikan menurut jumlah arus yang dapat beroperasi. SCR arus rendah dapat bekerja dengan arus anoda yang kurang dari 1 A. SCR arus tinggi dapat menangani arus beban ribuan ampere. Sebagian besar SCR mempunyai perlengkapan untuk penyerapan berbagai jenis panas untuk mendisipasi panas internal.

Simbol skematis untuk SCR mirip dengan simbol penyearah dioda. Pada kenyataannya, SCR mirip dengan dioda karena SCR menghantarkan hanya pada satu arah.

Dengan perkataan lain, SCR harus diberi bias maju dari anoda ke katoda untuk konduksi arus. Tidak seperti pada dioda, ujung gerbang yang digunakan berfungsi untuk menghidupkan alat.                                                                                         (Frank,D.P.2005)

Kata Thyristor berasal dari bahasa Romawi dan memiliki arti “pintu”, membuka sebuah pintu dan membiarkan sesuatu melewatinya. Thyristor merupakan suati piranti semi penghantar yang menggunakan umpan balik internal untuk menghasilkan aksi pensaklaran.

SCR adalah thyristor yang paling sering digunakan. SCR dapat melakukan penyaklaran untuk arus yang besar. Karena itu, banyak digunakan untuk mengatur motor, pemanas, AC, dan pemanas induksi.

Dengan menambah terminal masukan pada basis Q2. Kita dapat membuat dengan cara kedua untuk menutup grendel, kita dapat memberi pemicu pada basis Q2. Pemicu ini akan menaikkan arus basis Q2. Ini akan memulai umpan balik positif, yang akan mendorong kedua transistor ke keadaan jenuh. Saat jenuh, kedua transistor secara ideal akan terlihat seperti rangkaian yang terhubung singkat dan grendel akan tertutup. Idealnya, grendel memiliki tegangan nolsaat tertutup, dan titik operasi berada pada bagian atas garis beban dc.

Masukannya disebut gerbang (gate), bagian atas disebut anoda dan bagian bawah disebut katoda. SCR jauh lebih berguna disbanding dengan diode empat lapis, karena pemicuan gerbang lebih mudah disbanding dengan pemicuan breakover.

Selanjutnya, kita akan menggambarkan empat daerah yang diberi doping yang dipisah menjadi dua transistor. Oleh karena itu SCR setara dengan grendel dengan masukan pemicu.

Karena gerbang SCR dihubungkan dengan basis transistor internal, maka diperlukan setidaknya 0,7V untuk memicu sebuah SCR. Lembar data menyebutkan tegangan ini sebagai tegangan pemicu gerbang (gate trigger voltage)V_TG. Daripada menyebutkan hambatan maasukan gerbang, pabrik SCR memberikan arus masukan minimum yang dibutuhkan untuk menghidupkan SCR. Lembar data menyebutkan arus pemicu gerbang (gate trigger current) I_GT. Sebagai contoh, lembar data 2N4441 memberikan tegangan arus pemicu:

........................................................................................................ (2.1)

.......................................................................................................... (2.2)

Ini berarti bahwa sumber yang menggerakkan gerbang 2N4441 harus mencatu 10 mApada tegangan 0,75 untuk mengunci SCR. Suatu SCR memiliki tegangan gerbang V_G. Saat tegangan ini lebih dari V_GT, SCR akan hidup dan tegangan keluaran akan jatuh dari +V_CC ke suatu nilai yang rendah.

Mereset SCR. Setelah SCR hidup, SCR akan tetap hidup meskipun V_in dikurangi menjadi nol. Dalam kasus ini, tegangan keluaran akan tetap rendah. Satu-satunya cara untuk mereset SCR adalah mengurangi arusnya sehingga lebih kecil daripada arus holding yang biasanya dilakukan dengan mengurangi V_CC ke nilai yang rendah. Karena arus holding yang mengalir melalui hambatan beban, tegangan catu untuk kondisi mati harus lebih kecil dari:

............................................................................................. (2.3)

FET daya berbanding SCR. Meskipun FET daya dan SCR sama-sama memiliki fungsi yang dapat dijadikan sebagai sakelar untuk arus yang besar, tetapi secara fundamental kedua peranti ini berbeda. Perbedaan utamanya adalah cara mereka untuk tidak aktif (turn off). Tegangan gerbang yang ada pada FET daya tersebut dapat mengubah peranti menjadi mati atau hidup. Ini berbeda pada SCR ketika tegangan gerbangnya hanya dapat membuat SCR hidup.Ketika tegangan masukan pada FET daya tinggi, maka tegangan keluaran berubah rendah.                                                                                                                      (Albert,P. 2003)

Ada beberapa komponen yang termasuk thyristor antara lain yaitu PUT (Programmable Uni-junction Transistor), UJT (Uni-Junction Transistor), GTO (Gate Turn Off switch), SCR (Silicon Controlled Rectifier), photo SCR dan lain sebagainya. Namun pada kesempatan ini, yang akan di kemukakan adalah struktur dasar thyristor sebagai berikut. Struktur Thyristor Ciri-ciri thyristor adalah komponen yang terbuat dari bahan semiconductor silicon. Walaupun bahannya sama, tetapi struktur P-N junction yang dimilikinya lebih kompleks dibanding transistor bipolar atau MOS. Komponen thyristor lebih digunakan sebagai saklar (switch) ketimbang sebagai penguat arus atau tegangan seperti halnya transistor. Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah. Ini adalah dua buah transistor PNP dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor dan base. Jika divisualisasikan sebagai transistor Q1 dan Q2, maka struktur thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar yang berikut ini. Terlihat di sini kolektor transistor Q1 tersambung pada base transistor Q2 dan sebaliknya kolektor transistor Q2 tersambung pada base transistor Q1. Rangkaian transistor yang demikian menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa Ic = β Ib, yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus base. Jika misalnya ada arus sebesar Ib yang mengalir pada base transistor Q2, maka akan ada arus Ic yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan arus base Ib pada transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada pada arus kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1 adalah arus base bagi transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang. Tertinggal hanyalah lapisan P dan N dibagian luar. Jika keadaan ini tercapai, maka struktur yang demikian adalah struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada kondisi yang demikian, disebut bahwa thyristor dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus dari anoda menuju katoda seperti sebuah dioda. Gambar Thyristor Dengan Beban Dan Sumber Tegangan Bagaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu dc dan diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada gambar diatas. Lampu padam ketika tegangan dinaikkan dari nol. Lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang ada ditengah akan mendapatkan reversebias (teori dioda). Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena tidak ada arus yang bisa mengalir. Arus tidak dapat mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang menyebabkan sambungan NP ini jenuh. Tegangan ini disebut tegangan breakdown dan pada saat itu arus mulai dapat mengalir melewati thyristor sebagaimana dioda umumnya. Pada thyristor tegangan ini disebut tegangan breakover Vbo.                                                                                                                                                   (http://elektronika-dasar.web.id/pengertian-dan-struktur-thyristor/)

BAB 3

Metodologi Percobaan

3. 1 Komponen dan Peralatan

3.1.1   Peralatan

1.      ECS Trainer

Fungsi : untuk merangkai percobaan dan menghitung outputnya

a.       Voltmeter

Fungsi: untuk mengukur tegangan

b.      PSA

Fungsi: sebagai sumber tegangan DC

c.       Potensiometer

Fungsi: sebagai hambatan geser

2.      CPE-EO200-04

Fungsi: untuk merangkai percobaan dan menghitung outputnya

3.      Jumper

Fungsi: untuk menghubungkan antarkomponen

3.1.2   Komponen

1.      SCR 2P4M

Fungsi: sebagai switching atau saklar pada rangkaian

2.      Resistor (220Ω, 4.7KΩ, 1KΩ)

Fungsi: sebagai penghambat arus

3.2    Prosedur Percobaan

1.      Dipersiapkan semua peralatan dan komponen

2.      Dihubungkan Elektronik Desain Eksperimen pada arus PLN dan pastikan unit dalam keadaan off

3.      Dirangkai rangkaian sesuai skema rangkaian

4.      Diputar positif ( + ) kontrol tegangan sepenuhnya berlawanan arah jarum jam dan kemudian putar potensiometer 1KΩ sepenuhnya berlawanan arah jarum jam

5.      Dihidupkan Elektronik Desain Eksperimen dan kemudian disesuaikan positif (+) kontrol tegangan sampai +12 volt DC diterapkan pada potensiometer R1 (ukur  tegangan ini di terminal 1 dan 3 dari R1 dengan voltmeter). Potensiometer R1  sekarang dapat digunakan untuk mengontrol tegangan kemudian diterapkan pada resistor seri R2 dan R3. Tegangan yang melalui R3 disediakan untuk tegangan gate ke katoda untuk SCR yang akan menyebabkan arus mengalir di gate

6.      Diukur tegangan pada SCR Anoda ke tegangan Katoda (V_F) dengan menggunakan multimeter

7.      Diukur tegangan pada R4, dicatat tegangan ini sebagai( V_R4) menggunakan multimeter. Nilai yang dicatat merupakan nilai tegangan yang melalui R4 ketika SCR off

8.      Digunakan tegangan pada R4 untuk menghitung arus (I_F) yang melalui R₄ (menggunakan hukum Ohm). Nilai arus yang didapat (I_F) merupakan nilai SCR ketika off

9.      Dihubungkan Voltmeter terhadap SCR lagi dan untuk mendapatkan nilai V_F dengan memutar potensiometer R1 perlahan searah jarum jam dan akan menyebabkan I_G bertambah. Lanjutkan terhadap R1 sampai didapat perubahan pada V_F dan hentikan setelah mendapat nilai V_F yang baru dan catat hasilnya di kolom on, nilai tersebut merupakan nilai ketika SCR on

10.  Digunakan tegangan pada R4 yang didapat pada langkah 8 dan hambatan R4 dikalkulasikan untuk mendapatkan arus pada R4 dengan menggunakan hukum Ohm. Nilai yang diperoleh merupakan I_F pada saat SCR on dan dicatat nilainya pada tabel on

11.  Dengan Elektronik Desain Eksperimen keadaan on, diputuskan salah satu ujung R4 dan kemudian pasang resistor dengan segera pada posisi sebenarnya. Keadaan ini mengurangi nilai I_F menjadi nol. Diukur V_F yang melalui R4 lagi dan hal tersebut akan menjelaskan SCR on atau off.

12.  Dimatikan Elektronik Desain Eksperimen dan diputuskan R4.

13.  Disusun kembali peralatan

BAB 4

Hasil dan Pembahasan

4.1  Data Percobaan

SCR Condition	OFF	ON
Vf (Volts)	12,08	0,8
VR4 (Volts)	5 x 10-3	11,3
If (mA)	2,27 x 10-4	0,05

BAB 5

Kesimpulan dan Saran

5.1    Kesimpulan

1.      Dari percobaan diketahui, karakteristik dan prinsip kerja SCR adalah arus yang melalui anoda A ke katoda K relative sangat kecil selama tegangan diantaranya belum melawati V_BO (Break Over Voltage). Setelah arus terlewati maka tegangan antara Anoda ke Katoda akan turun hingga mencapai harga V_H (Hold Voltage). Dioda akan tetap menghantar selama arus yang melewatinya tidak kurang dari nilai I_H. Sebagaimana dioda silikon konvensional, SCR memiliki sambungan anoda dan katoda; kontrol diterapkan dengan menggunakan sebuah terminal gerbang. Perangkat tersebut dipicu ke dalam kondisi menghantar (kondisi ‘hidup’) dengan jalan memberikan pulsa arus kepada terminal ini. Pemicu SCR yang efektif membutuhkan suatu pulsa pemicu gerbang yang memiliki waktu kenaikan (rise time) yang cepat yag diperoleh dari sumber dengan resistansi rendah. Pemicu dapat menjadi kacau apabila arus gerbang tidak mencukupi atau ketika arus gerbang berubah secara lambat.

2.      Penggunaan SCR sebagai switching yaitu SCR yang dihubungkan dengan menggunakan 2 saklar yang masing – masing kutub positif saklar dihubungkan ke gate SCR sehingga apabila salah satu saklar dimatikan, lampu LED akan tetap menyala karena masih ada arus yang mengalir ke gate melalui saklar yang lain. Oleh karena itu, SCR dapat digunakan sebagai switching seperti halnya transistor.

3.      Aplikasi dari SCR, SCR tepat digunakan sebagai saklar solid-state, namun tidak dapat memperkuat sinyal seperti halnya transistor. SCR juga banyak digunakan untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC, pemanas, AC, melindungi beban yang mahal (diproteksi) terhadap kelebihan tegangan yang berasal dari catu daya, digunakan untuk “start lunak" dari motor induksi 3 fase dan pemanas induksi. Sebagian besar SCR mempunyai perlengkapan untuk penyerapan berbagai jenis panas untuk mendisipasi panas internal dalam pengoperasiannya.

5.2    Saran

1.      Sebaiknya praktikan selanjutnya mengetahui karakteristik SCR

2.      Sebaiknya praktikan selanjutnya memahami prosedur percobaan

3.      Sebaiknya praktikan selanjutnya memahami rangkaian percobaan

DAFTAR PUSTAKA

Malvino, A. P. 2003. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jilid I. Jakarta: Erlangga

Halaman 504-506

Petruzella, F. D. 2005. Elektronik Industri. Yogyakarta: ANDI

Halaman 263-265

http://elektronika-dasar.web.id/pengertian-dan-struktur-thyristor/

         Tanggal akses 14 Maret 2016 17:18 WIB

1.      Jelaskan cara kerja SCR sesuai dengan karakteristiknya dan prosesnya sebagai penyearah?

Jawab :

Cara kerjanya adalah arus yag melalui kutub negatif (anoda) A ke katoda relatif sangat kecil,selama tegangan diantaranya belum melewati  break over voltage. Setelah arus melewati maka tegangan antara anoda dan katoda akan turun hingga mencapai harga hold voltage. Diode akan tetap menghantarkan selama arus yang melewatinya tidak kurang dari nilai hold voltage.

2.       Jelaskan cara kerja SCR sesuai dengan karakteristiknya dan prosesnya sebagai switching?

Jawab :

Saat kita menyambungkan  SCR ke sumber tegangan gate (G) ,kedua transistor dalam keadaan cut off,menyuplai pulsa ke gate menyebabkan transistor terhubung,arus ini terhubung dan menyebabkan aliran rata ke base. Aliran ini menjaga transistor dalam keadaan terhubung yang mana menjaga transistor dalam keadaan terhubung,walaupun pulsa gate dalam keadaan berhenti.

Unknown

Add Comment

Fisika Jurnal

Saturday, June 25, 2016

Share

Like

G+

Tweet

Tweet

Related Posts