1. TransistorTransistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.A. FungsiFungsi transistor sangat berpengaruh besar didalam kinerja rangkaian elektronika. Karena di dalam sirkuit elektronik, komponen transistor berfungsi sebagai jangkar rangkaian. Transistor adalah komponen semi konduktor yang memiliki 3 kaki elektroda, yaitu Basis (B), Colector (C) dan Emitor (E). Dengan adanya 3 kaki elektroda tersebut, tegangan atau arus yang mengalir pada satu kaki akan mengatur arus yang lebih besar untuk melalui 2 terminal lainnya. Fungsi transistor lainnya : Sebagai penguat amplifier Sebagai penguat arus, tegangan, dan daya (AC dan DC) Sebagai pemutus dan penyambung (switching) Sebagai pengatur stabilitas tegangan Sebagai peratas arus Dapat menahan sebagian arus yang mengalir Menguatkan arus dalam rangkaian Sebagai pembangkit frekuensi rendah ataupun tinggi
B. Prinsip KerjaTransistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektot (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang akan dikuatkan melalui kolektor.Selain digunakan untuk penguat transistor bisa juga digunakan sebagai saklar. Caranya dengan memberikan arus yang cukup besar pada basis transistor hingga mencapai titik jenuh. Pada kondisi seperti ini kolektor dan emitor bagai kawat yang terhubung atau saklar tertutup, dan sebaliknya jika arus basis teramat kecil maka kolektor dan emitor bagai saklar terbuka. Dengan sifat pensaklaran seperti ini transistor bisa digunakan sebagai gerbang atau yang sering kita dengar dengan sebutan TTL yaitu Transistor Transistor Logic.
C. KarakteristikTransistor BJT (Bipolar Junction Transistor) digunakan untuk 3 penggunaan berbeda: mode cut off, mode linear amplifier, dan mode saturasi. Penggunaan fungsi transistor bisa menggunakan karakteristik dari masing-masing daerah kerja ini. Selain untuk membuat fungsi daripada transistor, karakteristik transistor juga dapat digunakan untuk menganalisa arus dan tegangan transistor Daerah Potong (cut-off):Dioda Emiter diberi prategangan mundur. Akibatnya, tidak terjadi pergerakan elektron, sehingga arus Basis, IB = 0. Demikian juga, arus Kolektor, IC = 0, atau disebut ICEO (Arus Kolektor ke Emiter dengan harga arus Basis adalah 0).
Daerah SaturasiDioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda Kolektor juga diberi prategangan maju. Akibatnya, arus Kolektor, IC, akan mencapai harga maksimum, tanpa bergantung kepada arus Basis, IB, dan dc. Hal ini, menyebabkan Transistor menjadi komponen yang tidak dapat dikendalikan. Untuk menghindari daerah ini, Dioda Kolektor harus diberi prateganan mundur, dengan tegangan melebihi VCE(sat), yaitu tegangan yang menyebabkan Dioda Kolektor saturasi.
Daerah AktifDioda Emiter diberi prategangan maju. Dioda Kolektor diberi prategangan mundur. Terjadi sifat-sifat yang diinginkan, dimana :
atau
Daerah BreakdownDioda Kolektor diberiprategangan mundur yang melebihi tegangan Breakdown-nya, BVCEO (tegangan breakdown dimana tegangan Kolektor ke Emiter saat Arus Basis adalah nol). Sehingga arus Kolektor, IC, melebihi spesifikasi yang dibolehkan. Transistor dapat mengalami kerusakan.
D. AplikasiPada prinsipnya transistor sebagai saklar ini bekerjanya dalam kondisi saturasi dan kondisi cut-off. Saat transistor dalam kondisi saturasi, berarti transistor berfungsi sebagai saklar tertutup. Saat transistor dalam keadaan cut-off, berarti transistor berfungsi sebagai saklar terbuka.Gambar (a) Rangkaian transistor sebagai saklarGambar (b) Penggambaran transistor yang lazimGambar (c) Garis beban DC
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan yang akan dikuatkan melalui kolektor. Selain digunakan untuk penguat, transistor bisa juga digunakan sebagai saklar. Caranya dengan memberikan arus yang cukup besar pada basis transistor hingga mencapai titik jenuh. Pada kondisi seperti ini kolektor dan emitor bagai kawat yang terhubung atau saklar tertutup, dan sebaliknya jika arus basis teramat kecil maka kolektor dan emitor bagai saklar terbuka. Dengan sifat pensaklaran seperti ini transistor bisa digunakan sebagai gerbang atau yang sering kita dengar dengan sebutan TTL yaitu Transistor Transistor Logic.Prinsip Transistor sebagai penghubung (saklar) : transistor akan mengalami cut-off apabila arus yang melalaui basis sangat kecil sekali sehinga kolektor dan emitor akan seperti kawat yang terbuka, dan transistor akan mengalami jenuh apabila arus yang melalui basis terlalu besar sehingga antara kolektor dan emitor bagaikan kawat terhubung dengan begitu tegangan antara kolektor dan emitor Vce adalah 0 Volt dari cara kerja diataslah kenapa transistor dapat difungsikan sebagai saklar.
2. SCR (Silicon Controlled Rectifier)
Silicon Controlled Rectifier atau sering disingkat dengan SCR adalah Dioda yang memiliki fungsi sebagai pengendali. Berbeda dengan Dioda pada umumnya yang hanya mempunyai 2 kaki terminal, SCR adalah dioda yang memiliki 3 kaki Terminal. Kaki Terminal ke-3 pada SCR tersebut dinamai dengan Terminal Gate atau Gerbang yang berfungsi sebagai pengendali (Control), sedangkan kaki lainnya sama seperti Dioda pada umumnya yaitu Terminal Anoda dan Terminal Katoda. Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan salah satu dari anggota kelompok komponen Thyristor.A. FungsiSilicon Controlled Rectifier ( SCR ) adalah salah satu komponen yang mirip dengan transistor karena memiliki tiga buah kaki. Tapi kaki pada SCR tidak sama dengan kaki yang terdapat pada transistor. Kaki yang terdapat pada SCR terdiri dari ; A = Anoda, G = Gate, K = Katoda. Jadi jelaslah bahwa fungsi SCR ini beda dengan transistor.SCR ini memiliki berbagai macam daya dan kekuatan, misalnya saja SCR yang memiliki daya dan kekuatan sebesar 100 V / 2A. Ini berartii SCR tersebut hanya bisa dipakai tidak lebih dari 2 Ampere atau sama dengan tak lebih dari 200 Watt. Fungsi SCR adalah sebagai pengatur daya dan juga sebagai saklar arus yang otomatis.Dengan karakteristik yang serupa tabung thiratron, maka SCR atau Tyristor (Therystor) masih termasuk keluarga semikonduktor. Kaki gate (G) adalah sebagai pengendalinya. Sebetulnya SCR terbuat dari bahan campuran P dan N. SCR berisi bahan-bahan yang terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut sebagai PNPN Trioda.Dengan memberi arus trigger pada lapisan P yang dekat dengan Katoda membuat thyristor menjadi ON, yakni dengan membuat kaki gate pada thyristor PNPN. Disebut pin gate katoda (cathode gate) karena letaknya yang dekat dengan katoda.Dengan memberi arus gate melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini dipicu menjadi ON. Ternyata dengan memberi arus gate yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON.Berikut ini adalah Fungsi SCR yang lainnya, diantaranya : Sebagai rangkaian saklar (switch control) Sebagai rangkaian pengendali (remote control)
B. Prinsip KerjaPada prinsipnya, cara kerja SCR sama seperti dioda normal, namun SCR memerlukan tegangan positif pada kaki Gate (Gerbang) untuk dapat mengaktifkannya. Pada saat kaki Gate diberikan tegangan positif sebagai pemicu (trigger), SCR akan menghantarkan arus listrik dari Anoda (A) ke Katoda (K). Sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON meskipun tegangan positif yang berfungsi sebagai pemicu (trigger) tersebut dilepaskan. Untuk membuat SCR menjadi kondisi OFF, arus maju Anoda-Katoda harus diturunkan hingga berada pada titik Ih (Holding Current) SCR. Besarnya arus Holding atau Ih sebuah SCR dapat dilihat dari datasheet SCR itu sendiri. Karena masing-masing jenis SCR memiliki arus Holding yang berbeda-beda. Namun, pada dasarnya untuk mengembalikan SCR ke kondisi OFF, kita hanya perlu menurunkan tegangan maju Anoda-Katoda ke titik Nol.
C. KarakteristikSebuah SCR terdiri dari tiga terminal yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR berbeda dengan dioda rectifier biasanya. SCR dibuat dari empat buah lapis dioda. SCR banyak digunakan pada suatu sirkuit elekronika karena lebih efisien dibandingkan komponen lainnya terutama pada pemakaian saklar elektronik. SCR biasanya digunakan untuk mengontrol khususnya pada tegangan tinggi karena SCR dapat dilewatkan tegangan dari 0 sampai 220 Volt tergantung pada spesifik dan tipe dari SCR tersebut. SCR tidak akan menghantar atau on, meskipun diberikan tegangan maju sampai pada tegangan breakovernya SCR tersebut dicapai (VBRF). SCR akan menghantar jika pada terminal gate diberi pemicuan yang berupa arus dengan tegangan positip dan SCR akan tetap on bila arus yang mengalir pada SCR lebih besar dari arus yang penahan (IH).Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) SCR adalah dengan mengurangi arus Triger (IT) dibawah arus penahan (IH). SCR adalah thyristor yang uni directional,karena ketika terkonduksi hanya bisa melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Artinya, SCR aktif ketika gate-nya diberi polaritas positif dan antara anoda dan katodanya dibias maju. Dan ketika sumber yang masuk pada SCR adalah sumber AC, proses penyearahan akan berhenti saat siklus negatif terjadi.
D. AplikasiPada aplikasinya, 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.
Aplikasi SCR pada saklar solid stateSolid state relay berfungsi sama seperti halnya relay mekanik, dengan solid state relay kita dapat mengendalikan beban AC maupun DC daya besar dengan sinyal logika TTL. Rangkaian solid state relay terdiri dari 2 jenis, yaitu solid state relay DC dan solid state relay AC. Pada gambar rangkaian dibawah merupakan skema dari rangkaian solid state relay yang digunakan untuk jaringan AC 220V dengan daya maksimum 500 watt. Rangkaian solid state relay ini dibangun menggunakan TRIAC BT136 sebagai saklar beban dan optocopler MOC3021 sebagai isolator. Solid state relay pada gambar rangkaian dibawah dapat digunakan untuk mengendalikan beban AC dengan konsumsi daya maksimal 500 watt.Daya maksimum rangkaian solid state relay ini ditentukan oleh kapasitas menglirkan arus oleh TRIAC Q1 BT136. Untuk membuat rangkaian solid state relay dapat dilihat gambar rangkaian dan komponen yang digunakan sebagai berikut.Rangkaian solid state relay pada gambar diatas dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan tegangan kerja AC dari 24 volt hingga 220 volt. Rangkaian solid state relay ini dikendalikan dengan sinyal logika tinggi TTL 2 5 volt DC yang diberikan ke jalur input solid state relay. Untuk meningkatkan daya atau kemampuan arus solid state relay ini dapat dilkukan dengan mengganti TRIAC Q1 BT136 dengan TRIAC yang memiliki kapasitas arus yang lebih besar. TRIAC Q1 BT136 pada rangkaian solid state relay diatas harus dilengkapi dengan pendingin (heatsink) untuk meredam panas yang dihasilkan TRIAC pada saat mengalirkan arus ke beban.
3. TRIAC (Triode for Alternating Current)TRIAC kepanjangan dari Triode Alternating Current. TRIAC dapat digambarkan seperti SCR yang disusun bolak-balik. TRIAC dapat melewatkan arus bolak-balik. Dalam pemakaiannya TRIAC digunakan sebagai saklar AC tegangan tinggi (diatas 100Volt). TRIAC bisa juga disebut SCR bi-directional. Untuk memberi trigger pada TRIAC dibutuhkan DIAC sebagai pengatur level tegangan yang masuk.A. Fungsi Dapat mengalirkan arus secara bolak-balik (dua arah). Pengatur kecepatan motor listrik. Pengendali tegangan listrik AC.
B. Prinsip KerjaTriac merupakan komponen semikonduktor yang tersusun atas diode empat lapis berstruktur p-n-p-n dengan tiga p-n junction. Triac memiliki tiga buah elektrode, yaitu : gate, MT1, MT2. Triac biasanya digunakan sebagai pengendali dua arah (bi-directional).Triac akan tersambung (on) ketika berada di quadran I yaitu saat arus positif kecil melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT2 lebih tinggi dari MT1, saat triac terhubung dan rangkaian gate tidak memegang kendali, maka triac tetap tersambung selama polaritas MT2 tetap lebih tinggi dari MT1 dan arus yang mengalir lebih besar dari arus genggamnya (holding current/Ih), dan triac juga akan tersambung saat arus negatif melewati terminal gate ke MT1,dan polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2, dan triac akan tetap terhubung walaupun rangkaian gate tidak memegang kendali selama polaritas MT1 lebih tinggi dari MT2. Selain dengan cara memberi pemicuan melalui teminal gate, triac juga dapat dibuat tersambung (on) dengan cara memberikan tegangan yang tinggi sehingga melampaui tegangan breakover-nya terhadap terminal MT1 dan MT2, namun cara ini tidak diizinkan karena dapat menyebabkan triac akan rusak. Pada saat triac tersambung (on) maka tegangan jatuh maju antara terminal MT1 dan MT2 sangatlah kecil yaitu berkisar antara 0.5 volt sampai dengan 2 volt.
C. KarakteristikKurva karakteristik TRIAC
D. AplikasiSkema rangkaian penghubungan triac yang dioperasikan dari sumber AC diperlihatkan pada Gambar dibawah. Jika tombol tekan PB1 dipertahankan tertutup, arus trigger terus-menerus diberikan pada gerbang. Triac akan terkonduksi untuk menghubungkan semua tegangan ac yang diberikan pada beban. Jika tombol tekan dibuka, triac kembali OFF atau mati, apabila tegangan sumber ac dan penahanan arus turun menjadi nol atau polaritas terbalik. Perhatikan bahwa tidak seperti output dari rangkaian SCR yang sama, output rangkaian ini adalah arus bolak-balik, bukan arus searah.Rangkaian penghubungan TRIAC AC
Triac mempunyai tiga terminal; dua terminal utama (MT2) dan terminal utama 1 (MT1) dan gerbang (G). Terminal MT2 dan MT1 dirancang demikian sebab aliran arus adalah dua arah. Karena aliran berinteraksi dengan gerbang, MT1 digunakan sebagai pengukuran terminal referen. Arus dapat mengalir antara MT2 dan MT1 dan juga antara gerbang dan MT1. Triac dapat ditrigger agar konduksi pada salah satu arah dengan arus gerbang bergerak masuk atau keluar dari gerbang. Apabila aliran arah arus terminal utama ditentukan, triac pada dasarnya mempunyai karakteristik pengoperasian internal yang sama dengan SCR. Triac mempunyai empat kemungkinan mode pentriggeran. Sehubungan dengan MT1 yaitu: MT2 adalah positif dan gerbang positif MT2 adalah positif dan gerbang negatif MT2 adalah negatif dan gerbang positif MT2 adalah negatif dan gerbang negatifAplikasi TRIAC dirangkaian penghubungan arus pada motorSatu aplikasi umum dari triac adalah penghubungan arus AC pada motor AC. Rangkaian penghubungan motor triac pada Gambar diatas menggambarkan kemampuan triac untuk mengontrol jumlah arus beban yang besar dengan jumlah arus gerbang yang kecil. Aplikasi ini akan bekerja seperti relay solid-state. Transformator penurun tegangan 24 V digunakan untuk mengurangi tegangan pada rangkaian thermostat. Tahanan membatasi jumlah aliran arus pada rangkaian gerbang-MTl ketika thermostat terhubung kontaknya untuk menswitch triac dan motor ON. Ukuran kerja arus maksimum dari kontak thermostat jauh lebih rendah dibandingkan dengan arus kerja triac dan motor. Jika thermostat yang sama dihubungkan seri dengan motor untuk mengoperasikan motor secara langsung, kontak akan rusak karena aliran arus yang lebih besar melebihi nilai ratingnya.Aplikasi triac untuk merubah arusTriac dapat digunakan untuk merubah arus ac rata-rata pada beban ac seperti terlihat pada Gambar diatas. Rangkaian trigger mengontrol titik dari bentuk gelombang AC di mana triac yang dihubungkan ON. Bentuk gelombang yang terjadi adalah masih arus bolak-balik, tapi arus rata-rata diubah.Kurva Aplikasi TRIAC saat Perubahan arusPada rangkaian penerangan, perubahan arus pada lampu pijar akan merubah jumlah cahaya yang dipancarkan oleh lampu. Jadi, triac dapat digunakan sebagai pengontrol keredupan cahaya. Pada rangkaian motor yang sama, perubahan arus itu akan merubah kecepatan motor. Berikut adalah contoh aplikasi TRIAC dalam rangkaian dimmer lampu AC yang sederhana.Aplikasi TRIAC dalam rangkaian dimmer lampu listrik ACDari gambar rangkaian diatas TRIAC merupakan komponen yang berfungsi untuk menaglirkan arus listrik AC untuk lampu dengan tegangan kerja AC. Dalam aplikasinya TRIAC pada umumnya dikendalikan menggunakan DIAC sebagai peneyarah tegangan AC untuk triger pada gate TRIAC.
