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
BAB 2
Tinjauan Pustaka
Tiga - elektroda perangkat semikonduktor, transistor, dalam banyak hal penting yang mirip dengan triode tabung, dan dengan demikian berbagi kemampuan perangkat triode elektron dalam fungsi amplifikasi, osilasi, dan switching sirkuit. Sejak penemuannya pada 1948 oleh tim dari Bardeen dan Brittain, penggunaannya telah berkembang pesat, terutama dalam instrumen portabel.
Dua keuntungan yang luar biasa dari perangkat semikonduktor (1) kehandalan inheren lebih besar, karena ketidakrataan mekanik dan harapan hidup yang panjang, dan (2) kebutuhan daya yang rendah, terutama karena menghilangkan perlunya pemanasan katoda untuk menghasilkan aliran elektron. Dari sekian banyak jenis transistor dan bentuk sirkuit yang mereka gunakan, persimpangan transistor digunakan dalam rangkaian common-emitor cocok terbaik untuk perbandingan singkat antara transistor dan tindakan tabung. Dalam menekankan kesamaan, bagaimanapun, juga harus diingat bahwa ada perbedaan mendasar yang tidak dapat dirinci dalam review singkat, tapi itu harus dibiarkan untuk dipelajari secara lain, karya-karya yang lebih rinci.
(Prensky,S.1982)
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.
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)
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)VTG. 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) IGT. Sebagai contoh, lembar data 2N4441 memberikan tegangan arus
pemicu:
V¿=0,75V ...(2.1) I¿=10mA ...(2.2)
Saat tegangan ini lebih dari VGT, SCR akan hidup dan tegangan keluaran akan jatuh dari
+VCC ke suatu nilai yang rendah.
Mereset SCR. Setelah SCR hidup, SCR akan tetap hidup meskipun Vin 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 VCC ke nilai yang rendah. Karena arus holding
yang mengalir melalui hambatan beban, tegangan catu untuk kondisi mati harus lebih kecil dari:
VCC=0,7V+IHRL ...(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)
Thyristor yang bersifat sebagai pembalik atau inverter. Pembalik seperti ini sangatlah efisien dan ekonomis. Dalam hal mengubah arus searah (DC) menjadi arus bolak-balik (AC). Dalam aplikasinya, thyristor berperan sebagai control pada switching atau penyaklaran sebagai pembuka atau penutup pada daerah DC. Ini akan memulai umpan balik positif, yang akan mendorong kedua transistor ke keadaan jenuh. Dasar daerah pada inverter dimana sebuah arus AC sebagai keluaran diperoleh dari keadaan terbuka dan tertutup secara bergantian pada saklar S1 dan S2.
Ketika kita menggantikan sistem mekanikal pada saklar oleh dua buah thyristor, kita akan memperoleh thyristor sebagai pembalik. Sebelum membahas tentang daerah yang sebenarnya, hal yang penting untuk diingat kembali adalah bahwa thyristor adalah sebuah grendel (alat yang memiliki gerbang/ gate) yang artinya harus melalui gate untuk menjalankan fungsi dari thyristor tersebut. Masukannya disebut gerbang (gate).
Ketika gerbang mengalami control over dan saklar tidak dapat berada pada keadaan OFF tidak peduli berapapun sinyal yang diberikan pada gerbang. Beberapa bagian penghubung pada rangkaian ini digunakan untuk saklar yang ada pada thyristor OFF maka pada thyristor ini juga tersedia keadaan ON-OFF yang berfungsi sebagai saklar.
Andaikan T1 terbakar ketika T2 tetap mati. Dengan demikian I1 dipasang dengan
akan diisi oleh arus. Ketika T2 berada pada keadaan yang terbakar, I2 terpasang dan C tidak
mengisi dimana T1 dengan cara tersebut maka terjadi bias-mundur pada CUT-OFF.
Ketika keadaan pada T1 bergetar kembali pada keadaan tersebut, I1 terpasang dan C
mulai terisi dengan cara bias pembalik T2 ke keadaan OFF dan proses tersebut hanya dapat
diulangi kembali. Tegangan keluaran bolak-balik yang frekuensinya diperlihatkan pada frekuensi pemutusan tang ada pada dua buah thyristor yaitu T1 dan T2. (B.L. Theraja.
2000)
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 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
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 (VF) dengan menggunakan
multimeter
7. Diukur tegangan pada R4, dicatat tegangan ini sebagai( VR4) menggunakan
multimeter. Nilai yang dicatat merupakan nilai tegangan yang melalui R4 ketika SCR off
8. Digunakan tegangan pada R4 untuk menghitung arus (IF) yang melalui R4
(menggunakan hukum Ohm). Nilai arus yang didapat (IF) merupakan nilai SCR
ketika off
9. Dihubungkan Voltmeter terhadap SCR lagi dan untuk mendapatkan nilai VF dengan
memutar potensiometer R1 perlahan searah jarum jam dan akan menyebabkan IG
bertambah. Lanjutkan terhadap R1 sampai didapat perubahan pada VF dan hentikan
setelah mendapat nilai VF 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 IF 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 IF menjadi nol. Diukur VF yang melalui R4 lagi dan hal tersebut
akan menjelaskan SCR on atau off.
BAB 4
Hasil dan Pembahasan 4.1 Data Percobaan
SCR Condition OFF ON
Vf (Volts) 12 x 10-3 0,78
VR4 (Volts) 0,1 x 10-3 11,22
If (mA) 4,5 x 10-4 51
VG (Volts) 0,5 x 10-3 0,78
Medan, 25 Maret 2014
Asisten, Praktikan,
4.2 Analisa Data
1. Dari data percobaan diatas, jelaskan karakteristik dari SCR ! Jawab:
Karakteristik dasar SCR dapat dijelaskan sebagai berikut: arus yang melalui anoda A ke katoda K relatif sangat kecil selama tegangan di antaranya belum melewati VBO
(Break Over Voltage). Setelah arus terlewati maka tegangan antara A ke K akan turun hingga mencapai harga VH (Hold Voltage). Diode akan tetap menghantar selama arus
yang melewatinya tidak kurang dari nilai IH, hal ini ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar. Karakteristik SCR
2. Tuliskan aplikasi dan rangkaian SCR ! Jawab:
Aplikasi SCR:
1. 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. Rangkaian SCR:
Gambar. Saklar solid-state
Selanjutnya untuk rangkaian pengendali diperlukan penyearah tegangan sistem jembatan (bridge diode) yaitu D1 - D4. Rangkaian pengendali SCR terdiri dari
dua buah transistor yaitu Q1 dan Q2. Apabila beban yang ditanggung SCR
terlampau besar, rangkaian pengendali bekerja dan SCR berada pada kondisi
“OFF”. Besar arus maksimum yang dapat ditanggung SCR dapat ubah-ubah dengan mengatur potensiometer atau tahanan variabel (VR).
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 VBO (Break Over Voltage). Setelah arus terlewati maka tegangan
antara Anoda ke Katoda akan turun hingga mencapai harga VH (Hold Voltage).
Dioda akan tetap menghantar selama arus yang melewatinya tidak kurang dari nilai IH. 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
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
Prensky, S. 1982. Electronic Instrumentation. America: Prentice-Hall, Inc. Page: 89
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
Theraja, B. L. 2000. Electrical Technology. New Delhi: S.Chand and Company LTD. Pages 1069-1070
Medan, 25 Maret 2014
(Lurani Br. Sitorus) (Marta Masniary Nainggolan)
TUGAS PERSIAPAN NAMA : Marta Masniary Nainggolan
NIM : 120801034
KELOMPOK : VI/B
JUDUL PERC. : Karakteristik dan Aplikasi Thyristor ASISTEN : Lurani Br. Sitorus
1. Jelaskan prinsip kerja SCR
Jawab:
Dalam kondisi normal antara Anoda dan Katoda tidak menghantar seperti dioda biasa. Anoda dan Katoda akan terhubung setelah pada Gate diberi trigger minimal sebesar 0,6 Volt lebih positif dari Katoda. SCR akan tetap menghantar walaupun trigger pada Gate telah dilepas. SCR akan kembali ke kondisi tidak menghantar setelah masukan tegangan pada Anoda dilepas. Contoh rangkaian:
Jawab:
Kita menggunakan silicon controlled rectifier bukan Germanium Controlled Rectifier dikarenakan bahan yang lebih banyak dipakaiadalah silicon dan dengan menggunakan silicon rangkaiannya akan lebih stabil.
3. Karakteristik SCR Jawab:
SCR kepanjangan dari Silicon Controlled Rectifier. SCR berfungsi sebagai saklar arus searah. Struktur SCR terbentuk dari dua buah junction PNP dan NPN.Untuk memudahkan analisa, SCR dapat digambarkan sebagai dua transistor yang NPN dan PNP yang dirangkai sebagai berikut:
Gambar Struktur SCR
SCR mempunyai 3 kaki yaitu Anoda (A), Katoda(K) dan Gate (G). Dalam kondisi normal antara Anoda dan Katoda tidak menghantar seperti dioda biasa. Anoda dan Katoda akan terhubung setelah pada Gate diberi trigger minimal sebesar 0.6 Volt lebih positif dari Katoda. SCR akan tetap menghantar walaupun trigger pada Gate telah dilepas. SCR akan kembali ke kondisi tidak menghantar setelah Masukan tegangan pada Anoda dilepas.
4. Pembagian thyristor dan strukturnya Jawab:
Gambar Thyristor
Struktur Thyristor: Ciri dari sebuah 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) daripada sebagai penguat arus atau tegangan seperti halnya transistor.
Gambar Struktur Thyristor
RESPONSI
NAMA : Marta Masniary Nainggolan
NIM : 120801034
KELOMPOK : VI/B
JUDUL PERC. : Karakteristik dan Aplikasi Thyristor ASISTEN : Lurani Br. Sitorus
(Nilai: 89 ) Soal:
1. Struktur SCR
2. Karakteristik SCR
3. Aplikasi SCR
4. Prinsip Kerja SCR
5. Pembagian thyristor
Jawab:
1. Struktur SCR:
Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang ditunjukkan pada gambar-1a. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar
2. Sebuah 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.
3. Aplikasi 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.
4. Prinsip kerja SCR adalah dalam kondisi normal antara anoda dan katoda tidak menghantar seperti dioda biasa. anoda dan katoda akan terhubung setelah pada Gate diberi trigger minimal sebesar 0,6 Volt lebih positif dari katoda. SCR akan tetap menghantar walaupun trigger pada gate telah dilepas. SCR akan kembali ke kondisi tidak menghantar setelah masukan tegangan pada Anoda dilepas.
