PERCOBAAN VI
1. JUDUL PERCOBAAN: TRIAC
2. TUJUAN PERCOBAAN: Untuk mengetahui apa yang dimaksud dengan
TRIAC beserta penggunaannya sebagai switch (saklar) AC.
3. ALAT DAN BAHAN 1. Modul BEE 422D 2. Multimeter 100 mA 3.
Power Supply 15 VDC 4. Power Supply 5-50 VAC 50/60 Hz
4. DASAR TEORI 1. Pengertian TRIAC TRIAC merupakan singkatan
dari TRIode Alternating Current, yang artinya adalah saklar triode
untuk arus bolak-balik. TRIAC adalah pengembangan dari pendahulunya
yaitu DIAC dan SCR. Ketiganya merupakan sub-jenis dari Thyristor,
piranti berbahan silikon yang umum digunakan sebagai saklar
elektronik, disamping transistor dan FET. Perbedaan diantara
ketiganya adalah dalam penggabungan unsur-unsur penyusunnya serta
dalam segi arah penghantaran arus listrik yang melaluinya. TRIAC
sebenarnya adalah gabungan dua buah SCR (Silicon Controlled
Rectifier) atau Thyristor yang dirancang anti paralel dengan 1
(satu) buah elektroda gerbang (gate electrode) yang menyatu. SCR
merupakan piranti zat padat (solid state) yang berfungsi sebagai
sakelar daya berkecepatan tinggi.
Gambar 1. TRIAC dan Ekuivalensi Simbolnya 2. Karakteristik TRIAC
TRIAC memiliki karakteristik swicthing seperti pada SCR, kecuali
bahwa TRIAC dapat berkonduksi dalam berbagai arah. TRIAC dapat
digunakan untuk mengontrol aliran arus dalam rangkaian AC. Elemen
seperti penyearah dalam kedua arah menunjukkan kemungkinan dua
aliran arus antara terminal utama M1 dan M2. Pengaturan dilakukan
dengan menerapkan sinyal antara gate (gerbang) dan M1.
Gambar 2. Karakteristik TRIAC
Karena dapat bersifat konduktif dalam dua arah, biasanya TRIAC
digunakan untuk mengendalikan fasa arus AC (contohnya kontroler
tegangan AC). Selain itu, karena TRIAC merupakan devais
bidirektional, terminalnya tidak dapat ditentukan sebagai anode
atau katode. Jika terminal MT2 positif
terhadap terminal MT1, TRIAC dapat dimatikan dengan memberikan
sinyal gerbang positif antara gerbang G dan MT1. Sebaliknya jika
terminal MT2 negatif terhadap MT1 maka TRIAC akan dapat dihidupkan
dengan memberikan sinyal pulsa negatif antara gerbang G dan
terminal MT1. Tidak perlu untuk memiliki kedua sinyal gerbang
positif dan negatif dan TRIAC akan dapat dihidupkan baik dengan
sinyal positif atau negatif. Dalam prakteknya sensitifitas
bervariasi antara satu kuadran dengan kuadran lain, dan TRIAC
biasanya beroperasi di kuadran I+ (tegangan dan arus gerbang
positif) atau kuadran III- (tegangan dan arus gerbang negatif).
Konduksi atau hantaran diantara katoda dan anodanya ditahan dalam
arah maju maupun mundur. Gerbang tidak dikendalikan sepanjang
karakteristik mundur, namun dapat dipergunakan sebagai sakelar
hantaran dalam arah maju. Bila diberi sinyal kecil diantara gerbang
dan katoda, thyristor akan aktif, sehingga arus maju yang besar
dapat mengalir dengan hanya memberikan tegangan kecil saja pada
piranti ini. Sekali aktif, thyristor hanya dapat dimatikan dengan
menurunkan arus yang melaluinya sampai kurang dari nilai arus yang
disebut holding current (arus genggam). Arus genggam merupakan arus
minimum yang dinyatakan untuk memastikan penerusan hantaran, dan
ini biasanya dinyatakan dalam persen terhadap arus maju maksimum.
Thyristor dapat disambung ke dalam kondisi hantaran maju dengan dua
cara, yaitu dengan melampaui tegangan putus maju (forward
break-over voltage) TRIAC, atau dengan memberikan suatu bentuk
gelombang yang nilainya naik dengan cepat diantara anoda dan
katodanya, pada khususnya lebih dari 50 V/s. Namun biasanya yang
dipakai untuk mengendalikan titik pengaktifan adalah sinyal
gerbang. Thyristor memiliki struktur yang tersusun atas empat
lapisan silikon PN/N-P. Simbolnya merupakan simbol penyearah dengan
terminal tambahan yang disebut gerbang (gate). Gerbang inilah yang
mengizinkan pengendalian
atas aksi penyearah. Piranti ini dapat dibuat agar bertindak
sebagai rangkaian terbuka (penahan maju) atau dapat dipicu sehingga
memiliki kondisi hantaran maju resistansi rendah dengan memberikan
pulsa singkat yang memilik daya relatif ren-dah/kecil pada terminal
gerbang. Dengan memberikan thyristor secara diagonal akan terlihat
bahwa struktur transistor P-N terdapat diantara anoda dan gerbang
transistor N-P dalam daerah gerbang katoda.
3. Penggunaan TRIAC Piranti TRIAC dipakai secara luas untuk
menggantikan ke-dudukan relai dan sakelar mekanik konvensional.
TRIAC dapat dikehendaki berperilaku sebagai rangkaian terbuka atau
sebagai penyearah tergantung dari cara pemakaian gerbangnya. TRIAC
juga banyak dipakai untuk mengatur siklus pixel LCD, dengan
menyambung/memutus arus yang mengalir ke setiap pixel (picture
element) dalam ukuran sekian milidetik. Pengembangan karakteristik
unsur penyusun TRIAC dapat menghasilkan waktu on-off yang lebih
singkat. TRIAC kebanyakan digunakan dalam rangkaian kontrol
gelombang penuh AC karena triac memberikan dua kelebihan
dibandingkan dengan dua thyristor: a. Rancangan keping pendingin
yang lebih sederhana, b. Rangkaian pemicu yang relatif lebih
ekonomis.
4. Faktor-faktor yang Memengaruhi Kerja TRIAC Sebagaimana
dikemukakan sebelumnya, thyristor dan triac pada dasarnya merupakan
piranti semikonduktor yang tersusun atas empat lapisan silikon yang
digunakan untuk mengontrol daya yang besar. Seperti halnya piranti
elektronik lainnya, pada umumnya penyearah dikendali silikon rusak
akibat gangguan panas. Temperatur yang tinggi dalam piranti yang
bervolume relatif kecil atau laju perputaran temperatur yang tinggi
akan menyebabkan
keadaan rangkaian bertanbah buruk secara lambat yang pada
akhirnya akan merusaknya. Penyearah dikendali silikon juga pada
akhirnya rusak seperti halnya sebuah sekering, bila mereka dikenai
sentakan arus beban lebih. Tentu saja ini merupakan pekerjaan para
para perancang apakah piranti telah ditempatkan diatas keping
pendingin yang memadai, serta memastikan pula bahwa sentakan arus
yang besar tidak terjadi. Kerusakan yang dapat dijumpai, misalnya
adalah tegangan putus maju yang rendah, hilangnya kontrol atas
gerbang, anoda ke katoda yang terbuka atau terhubung singkat, atau
gerbang ke katoda yang terbuka atau terhubung singkat. Juga tidak
mustahil jika kerusakan thyristor atau triac disebabkan oleh
keruskan di/dt. Gejala ini dapat dijelaskan dengan meninjau saat
terjadinya pemicuan piranti. Arus gerbang dikonsen-trasikan dalam
daerah yang amat sempit dari gerbang. Akibatnya aliran mula arus
katoda dibatasi pada daerah yang sempit dan bila arus anoda ini
memillki laju perubahan atau di/dt yang mencapai nilai kritis
tertentu, maka panas yang cukup besar akan terkumpul pada suatu
daerah yang sempit atau muncul bintik panas, akibatnya piranti akan
rusak. Dalam kebanyakan rangkaian induktansi, beban membatasi laju
perubahan arus. Sebutan laju perubahan tegangan dv/dt diberikan
untuk suatu thyristor yang hanya dipicu oleh tegangan anoda yang
naik secara tajam. Akan dapat dijumpai bahwa pada sejumlah
rangkaian dengan jaringan AC dikawati secara paralel pada thyristor
atau triac akan membungkam efek ini. Adapun kerusakan kerusakan
pada rangkaian thyristor adalah sebagai berikut: KERUSAKAN Gerbang
ke katoda terbuka. GEJALA Thyristor TAK MENGHANTAR dan tidak dapat
dipicu ke dalam hantaran.
Sinyal gerbang terukur tinggi. Gerbang ke katoda terhubung
Thyristor TAK MENGHANTAR dan singkat. tidak dapat dipicu ke dalam
hantaran. Sinyal gerbang nol. Anoda ke katoda terhubung Thyristor
menghantar singkat. dalam arah
maju maupun mundur. Tegangan jatuh diantara anoda dan katoda
terukur nol.
Anoda atau katoda terbuka.
Thyristor TAK MENGHANTAR.
5. PROSEDUR PERCOBAAN 1. Percobaan 1: Pengujian DC 1. Hubungkan
TRIAC seperti gambar 1. Perhatikan bahwa terminal M1 dihubungkan ke
15 V, agar suplai ke rangkaian dapat menyuplai M2 dan gate dapat
dibuat 15 volt positif atau negatif dengan mengacu pada M1. Sebelum
menghubungkannya, atur potensiometer 2,2 k ke 0. Mulai dengan
menghubungkan keduanya ke +30 volt.
Gambar 1. Rangkaian Pengujian DC
2. Siapkan tabel seperti pada gambar 2 berikut. Mode Trigger I+
IIII+ IIIGambar 2. Data Pengujian TRIAC Keterangan : Angka romawi
menunjukkan kuadran pada karakteristik yang diuji menurut standar
matematika, tanda +/- mengacu pada polaritas gerbang. 3. Putar
potensiometer, perhatikan pembacaan arus gerbang, catat nilai yang
dicapai sesaat sebelum lampu menyala pada baris pertama tabel. 4.
Reset (kembalikan posisi) potensiometer kembali ke nol, putuskan
hubungan kedua suplai, kemudian hubungkan kem-bali lampu seperti V
Suplai beban ke terminal M2 V Suplai gerbang ke terminal M1 Arus
gerbang (gate)
sebelumnya. 5. Hubungkan potensiometer ke 0 V (-15 ke M1) dan
hubungkan kembali lampu seperti sebelumnya dan balik polaritas
multimeter yang mengukur Ig. 6. Ulangi percobaan sesuai dengan
nilai negatif dari arus gerbang sesaat sebelum konduksi. Hasil Anda
akan memperlihatkan bahwa TRIAC akan berkonduksi dengan arah yang
sesuai dengan sinyal gerbang yang diaplikasikan dengan cara yang
sama dengan SCR.
2.
Percobaan 2: Kontrol On-off Pada Beban AC Menggunakan TRIAC 1.
Atur arus gerbang ke 0. Putuskan hubungan lampu dari suplai dan
hubungkan kembali ke 20 volt AC, gambar 3 (jika suplai di
switch
menggunakan PS443, pilih tegangan yang tetap sebelum
dihubungkan).
Gambar 3. Rangkaian Kontrol ON
OF Pada Beban AC TRIAC
2. Naikkan arus gerbang sampai lampu menyala, kemudian kurangi
lagi. Catat bahwa lampu akan padam, hal ini berbeda dengan
pengujian AC, alasannya adalah bahwa dua kali dalam tiap siklus
suplai tegangan dan arus melalui nol. Jika arus gerbang tidak cocok
untuk mengulang konduksi selama setengah siklus berikutnya,
rangkaian arus beban akan diblok TRIAC. 3. Naikkan secara perlahan
arus gate sampai lampu menyala. Guna-kan osiloskop menguji bentuk
gelombang tegangan yang melintasi TRIAC.
TRIAC sering digunakan dengan sinyal gerbang yang digantikan
dengan polaritas yang sama sebagai suplai utama. Pemutusan suplai
gate, switch multimeter untuk membaca AC dan hubungan
potensio-meter ke supply AC. Perhatikan bahwa dengan pengaturan ini
dimungkinkan untuk melihat range batas dan control kontinu cahaya
lampu walaupun hal ini tidak kontinu di atas titik dimana firing
(penyulutan) menempati lebih dari 90% dalam half cycle.
6.
DATA HASIL PERCOBAAN 1. Percobaan 1 Mode Trigger V Suplai Beban
ke Terminal M2 I+ IIIIIII+ 30 30 0 0 V Suplai Gerbang ke Terminal
M1 30 0 0 30 Arus Gerbang (Gate) (mA) 7,1 -8,1 -8,3 21,8
2. Percobaan 2 V Suplai Beban ke Terminal M2 20 20 10 10 V
Suplai Gerbang ke Terminal M1 30 0 30 0 Arus Gate Saat Lampu Hidup
7,0 -7,6 6,9 -7,5 Arus Gate Saat Lampu Terang 13,3 -8,3 13,9
-8,4
7.
TUGAS DAN JAWABAN PERTANYAAN 1. Mengapa pada saat VG = 0V, arus
Gate negatif? Saat berada dalam mode trigger I-, VG = 0V dan
tegangan ke M1 = 15V. Karena polaritas tegangan ke Gate adalah
negatif terhadap M1 (M1 lebih positif terhadap VG), maka arus
mengalir dari terminal suplai 0V ke terminal Gate yang menyebabkan
arus gate yang terukur menjadi negatif (arah arus berlawanan dengan
arah sebenarnya).
2. Mengapa pada saat VG = 15V, arus Gate = 0A (tidak ada arus
yang mengalir)?
Tegangan pada M1 adalah sebesar 15V, sehingga apabila tegangan
pada Gate juga 15V maka tidak akan ada arus yang mengalir
dikarenakan resultan penjumlahan beda potensial pada M1 dan Gate
adalah 0. Hal ini bisa diibaratkan mengukur tegangan power supply
menggunakan
multimeter dengan menghubungkan kedua terminalnya hanya ke satu
kutub power supply.
3. Mengapa ketika TRIAC dihubungkan dengan suplai AC ada tiga
kondisi TRIAC (mati, redup, terang)? TRIAC memiliki lebih dari satu
kondisi penyulutan (firing) yang bergantung kepada besarnya arus
yang mengalir ke Gate (Gerbang). Pada rangkaian uji, besarnya arus
tersebut berbanding terbalik dengan besarnya hambatan pada
potensiometer sesuai dengan Hukum Ohm, sehingga apabila hambatan
diperkecil maka arus yang mengalir akan menjadi lebih besar dengan
tegangan tetap. Karena itu, arus yang lebih besar akan meningkatkan
kondisi firing TRIAC tahap demi tahap, yang ditunjukkan oleh
penyalaan lampu yang semakin terang.
8.
ANALISA HASIL PERCOBAAN Percobaan TRIAC ini dilakukan dalam dua
jenis sub-percobaan untuk mengetahui karakteristiknya, dimana satu
menggunakan arus DC sedangkan yang lain menggunakan arus AC. Pada
percobaan yang pertama, yaitu saat dialiri arus DC, TRIAC berfungsi
sebagai saklar yang hanya akan menghantar bila arus yang dialirkan
ke gatenya mencapai nilai tertentu. Juga terlihat bahwa saat lampu
sudah menyala (ada arus yang mengalir melalui beban) TRIAC akan
tetap menghantar meskipun arusnya telah diputuskan. Perbedaan
karakteristik TRIAC saat dicatu oleh arus AC dan DC terlihat ketika
dilakukan percobaan kedua. Pada percobaan kedua, TRIAC
dicatu dengan arus bolak-balik (AC). Seperti halnya ketika
dicatu DC, arus gate tertentu juga menghidupkan TRIAC jika dicatu
AC, akan tetapi bila arus diturunkan, lampu akan padam. Hal yang
demikian dapat dijelaskan berdasarkan sifat TRIAC itu sendiri,
yaitu kondisi apa saja yang menyebabkan TRIAC on. Kondisi pertama
adalah arus gate tertentu harus mengalir. Kondisi kedua, arus yang
melalui M1 menuju M2 haruslah positif saja atau negatif saja, tidak
boleh berubah arah. Sebab, ketika arus berubah arah TRIAC akan
memblok arus tersebut yang kemudian akibatnya lampu akan padam.
Pada arus bolak-balik, tegangan akan mencapai positif dalam
setengah siklus, kemudian melalui 0V dan mencapai negatif pada
setengah siklus berikutnya (yang artinya berbalik). Hal ini akan
mengakibatkan terlanggarnya kondisi kedua sehingga lampu akan
padam.
9.
KESIMPULAN 1. TRIAC menghantar arus listrik dua arah. 2. Untuk
dapat menghantarkan arus listrik, TRIAC memerlukan suplai arus
dengan besar tertentu pada gatenya. 3. Ada tiga kondisi TRIAC
ketika menghantar arus listrik, yang dipengaruhi oleh besarnya arus
gate. 4. Arus yang mengalir pada terminal M1 dan M2 searah dengan
arah arus gate.
10.
LAMPIRAN GAMBAR PERALATAN
Multimeter
Power Supply PS445
Power Supply PS443
Modul Thyristor BEE422D
Kabel Penghubung
11.
DAFTAR PUSTAKA 1. TIM DE. 2007. Modul Praktikum Dasar
Elektronika. Laboratorium Dasar Elektronika. Universitas Sriwijaya.
2. TRIAC. http://id.wikipedia.org/wiki/TRIAC. 2 Mei 2007.
3. Barmawi, Malvino. 1986. Prinsip Dasar Elektronika. Erlangga:
Jakarta. 4. Yohanes, H.C. 1983. Dasar-dasar Elektronika. Ghalia
Indonesia: Jakarta.
