ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Laporan Pratikum Saklar Statis
1. Dasar Teori
Switching Static (saklar statis) sebuah komponen elektronik yang dirancang khusus untuk menghubungkan dan memutuskan arus pada suatu rangkaian elektronik yang mampu bekerja dalam waktu yang sangat cepat biasanya mikrodetik. Komponen yang termasuk sebagai saklar statis diantaranya dioda, SCR, TRIAC, transistor, mosfet. Masing-masing komponen tersebut memiliki prinsip kerja yang berbeda meski sama-sama berfungsi sebagai saklar.
Silicon 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. SCR ini memiliki berbagai macam daya dan kekuatan, misalnya saja SCR yang memiliki daya dan kekuatan sebesar 100 V / 2A. Ini berarti 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 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.
Triac 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 :
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
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.
MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi mauskan (gate) sangat tinggi (Hampir tak berhingga) sehingga dengn menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi dan biaya yang lebih murah daripada menggunakan transistor bipolar. Untuk membuat MOSFET sebgai saklar maka hanya menggunakan MOSFET pada kondisi saturasi (ON) dan kondisi cut-off (OFF).
Ada dua jenis MOSFET menurut jenis bahan semikonduktor pembuatnya, yaitu tipe N (nMOS) dan tipe P (pMOS). Bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuat
MOSFET adalah silikon, namun beberapa produsen IC, terutama IBM, mulai
menggunakan campuran silikon dan germanium (SiGe) sebagai kanal MOSFET. Sayangnya, banyak semikonduktor dengan karakteristik listrik yang lebih baik daripada silikon, seperti galium arsenid (GaAs), tidak membentuk antarmuka semikonduktor-ke-isolator yang baik sehingga tidak cocok untuk MOSFET. Hingga kini terus diadakan penelitian untuk membuat isolator yang dapat diterima dengan baik untuk bahan semikonduktor lainnya.
2. Alat dan Bahan
Pada pratikum ini menggunakan alat dan bahan sebagai berikut
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
3. Langkah Percobaan
Percobaan 1
1. Buat rangkaian seperti pada gambar 1. Dengan Vs = 6 V.
2. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Vg=0). Catat harga Vd dan Id awal.
3. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala.
4. Tepat lampu menyala, catat harga: Ig, Id, Vg dan Vd
5. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga Ig, Id, Vg dan Vd yang menyebabkan lampu padam.
6. Ulangi langkah 2-5 dengan beberapa Vs lain : 8, 10, 12, 14 V. 7. Kemudian catat hasilnya pada tabel 1.1.
Gambar 1. Rangkaian SCR Percobaan 2
1. Buat rangkaian seperti pada gambar 2. Dengan Vs = 6 V.
2. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Vg=0). Catat harga Vd dan Id awal.
3. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala.
4. Tepat lampu menyala, catat harga: Ig, Id, Vg dan Vd .
5. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga Ig, Id, Vg dan Vd yang menyebabkan lampu padam.
6. Kemudian catat hasilnya pada tabel 1.2.
7. Kemudian balik polaritas sumber (Vs= -6 V) dan ulangi langkah 2-6, lalu catat hasilnya pada tabel 1.3.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 2. Rangkaian TRIAC Percobaan 3
1. Buat rangkaian seperti pada gambar 3. Dengan Vdd = 6 V.
2. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Vgs=0). Catat harga Vds dan Id awal.
3. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala.
4. Tepat lampu menyala, catat harga: Ig, Id, Vgs dan Vds
5. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga Ig, Id, Vgs dan Vds yang menyebabkan lampu padam.
6. Ulangi langkah 2-5 dengan beberapa Vdd lain: 8, 10, 12, 14 V. 7. Kemudian catat hasilnya pada tabel 1.4.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
4. Wiring Gambar
Gambar 4. Wiring SCR
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Gambar 6. Wiring MOSFET
5. Hasil Pengukuran
Tabel 1. 1. Hasil Percobaan 1
Vs Ig Vg Id Vd Lampu (On/Off)
Vs = 6 Vdc 2.64 mA 0.75 V 164.7 mA 0.80 V On
0 A 0.80 V 70.3 mA 0,80 V Off
Vs = 8 Vdc 3.62 mA 0.75 V 199.4 mA 0.80 V On
0 A 0.80 V 69.2 mA 0,80 V Off
Vs = 10 Vdc 4.59 mA 0.75 V 229 mA 0.80 V On
0 A 0.80 V 68.2 mA 0,80 V Off
Vs = 12 Vdc
5.58 mA 0.75 V 256.6 mA 0.80 V On
0 A 0.80 V 67.2 mA 0,80 V Off
Vs = 14 Vdc 6.6 mA 0.75 V 281.2 mA 0.80 V On
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
6. Analisa
Setelah merangkai rangkaian seperti gambar rangkaian, didapatlah data dan hasil penyajian data dalam grafik adalah sebagai berikut
Gambar 7. Contoh rangkaian pratikum SCR,TRIAC dan MOSFET
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Grafik 2. TRIAC saat MT2 dapat positif dan MT1 dapat negatif
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
Grafik 4. MOSFET
Pada SCR terdapat 3 kaki komponen yaitu A = Anoda, G = Gate, K = Katoda. Gate digunakan sebagai pengendali jika ada arus yang mengalir dari positif menuju negatif. Jadi hanya melewatkan arus positif saja. Memberikan arus gate yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover sebuah SCR. Dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang dibutuhkan SCR untuk menjadi ON. Makin besar kita memberikan tegangan supply maka arus yang mengalir di gate dan anoda ke katoda akan besar pula tetapi tegangan yang melalui gate dan anoda tetap. Ini terbukti tegangan supply 6 Volt dan 14 Volt adalah sama. Pada saat SCR dalam kondisi off, tidak ada arus yang mengalir ke gate, sebenarnya ada tetapi ukurannya sangat kecil dan tidak terbaca oleh Multimeter analaog.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
MOSFET merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi masukkan (gate) sangat tinggi (Hampir tak berhingga) sehingga dengn menggunakan MOSFET sebagai saklar elektronik, memungkinkan untuk menghubungkannya dengan semua jenis gerbang logika. Dengan menjadikan MOSFET sebagai saklar, maka dapat digunakan untuk mengendalikan beban dengan arus yang tinggi. Pada pratikum ini, arus yang melewati gate sangat kecil yaitu kisaran 3-8 mA dan arus yang mengalir di anoda-katoda lumayan besar yaitu sekitar 160 mA keatas. Tegangan anoda-anoda-katoda dan gate hampir sama saat kondisi on walaupun tegangan supply nya di naikkan. Saat MOSFET dalam kondisi off arus yang mengalir dan tegangan yang ada di gate 0 karna tegangan yang diberikan kecil dan arus yang mengalir kecil juga, serta arus yang mengalir di anoda-katoda hampir 0 dan lampu padam saat tegangan kisaran antara 5 volt-6 volt. Dalam kondisi ini, dapat disimpulkan bahwa komponen-konponen ini bisa digunakan sebagai kendali.
7. Pertanyaan
1. Jelaskan prinsip kerja dari SCR, TRIAC, MOSFET?
Prinsip kerja dari SCR yaitu ketika gate diberikan arus maka komponen ini akan memicu on sehingga arus mengalir dari kaki anoda menuju kaki katoda. Dengan memberikan arus gate yang semakin besar dapat menurunkan breakover sebuah SCR, dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang di perlukan SCR untuk on. SCR hanya melewatkan arus positif saja atau hanya bisa bekerja sebagai pengendali ketika forward bias.
Prinsip kerja TRIAC yaitu ketika memberikan arus di kaki gate, maka saklar elektronik ini akan terbuka dan arus akan mengalir dari MT2-MT1 ketika kondisi forward bias dan saat komponen dikondisikan reverse bias, arus dan tegangan tetap mengalir tetapi dalam bentuk teganga atau arus yang negatif. Komponen ini bisa bekerja sebagai pengendali dengan 2 arah.
Prinsip kerja MOSFET yaitu memberikan tegangan input gate lebih tinggi daripada tegangan tresholdnya (menghubungkan input ke vdd), sehingga mosfet menjadi saturasi dan saklar akan kondisi tertutup. Dengan demikian akan ada arus yang mengalir dari drain menuju source.
2. Jelaskan perbedaan dari ketiga komponen tersebut diatas?
SCR hanya bisa dijadikan saklar ketika anoda mendapat positif dan katoda mendapat negatif atau saat kondisi forward bias.
TRIAC dapat dijadikan pengendali 2 arah karna dalam mengendalikan saat kondisi forward bias dan reverse bias.
ELEKTRONIKA DAYA / MK- 4307
Tugas 1 / 11-9-2014 Puji Iswandi 4211301025 Mekatronika 3A
8. Kesimpulan