aplikasi scr

Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat lapis (PNPN) yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode), dan gerbang (gate) – dalam operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling sering digunakan dan dapat melakukan penyaklaran untuk arus yang besar.

Gambar 1 Bentuk fisik SCR

SCR dapat dikategorikan menurut jumlah arus yang dapat beroperasi, yaitu SCR arus rendah dan SCR arus tinggi. SCR arus rendah dapat bekerja dengan arus anoda kurang dari 1 A sedangkan SCR arus tinggi dapat menangani arus beban sampai ribuan ampere.

Gambar 2 Konstruksi dan simbol SCR

Simbol skematis untuk SCR mirip dengan simbol penyearah dioda dan diperlihatkan pada Gambar 2. Pada kenyataannya, SCR mirip dengan dioda karena SCR menghantarkan hanya pada satu arah. SCR harus diberi bias maju dari anoda ke katoda untuk konduksi arus. Tidak seperti pada dioda, ujung gerbang yang digunakan berfungsi untuk menghidupkan alat.
Operasi SCR
Operasi SCR sama dengan operasi dioda standar kecuali bahwa SCR memerlukan tegangan positif pada gerbang untuk menghidupkan saklar. Gerbang SCR dihubungkan dengan basis transistor internal, dan untuk itu diperlukan setidaknya 0,7 V untuk memicu SCR. Tegangan ini disebut sebagai tegangan pemicu gerbang (gate trigger voltage). Biasanya pabrik pembuat SCR memberikan data arus masukan minimum yang dibutuhkan untuk menghidupkan SCR. Lembar data menyebutkan arus ini sebagai arus pemicu gerbang (gate trigger current). Sebagai contoh lembar data 2N4441 memberikan tegangan dan arus pemicu :
VGT = 0,75 V
IGT = 10 mA
Hal ini berarti sumber yang menggerakkan gerbang 2N4441 harus mencatu 10 mA pada tegangan 0,75 V untuk mengunci SCR.

Gambar 3 SCR yang dioperasikan dari sumber DC

Skema rangkaian penghubungan SCR yang dioperasikan dari sumber DC diperlihatkan pada Gambar 3. Anoda terhubung sehingga positif terhadap katoda (bias maju). Penutupan sebentar tombol tekan (push button) PB1 memberikan pengaruh positif tegangan terbatas pada gerbang SCR, yang men-switch ON rangkaian anoda-katoda, atau pada konduksi, kemudian menghidupkan lampu.Rangkaian anoda-katoda akan terhubung ON hanya satu arah. Hal ini terjadi hanya apabila anoda positif terhadap katoda dan tegangan positif diberikan kepada gerbang Ketika SCR ON, SCR akan tetap ON, bahkan sesudah tegangan gerbang dilepas. Satu-satunya cara mematikan SCR adalah penekanan tombol tekan PB2 sebentar, yang akan mengurangi arus anoda-katoda sampai nol atau dengan melepaskan tegangan sumber dari rangkaian anoda-katoda.
SCR dapat digunakan untuk penghubungan arus pada beban yang dihubungkan pada sumber AC. Karena SCR adalah penyearah, maka hanya dapat menghantarkan setengah dari gelombang input AC. Oleh karena itu, output maksimum yang diberikan adalah 50%; bentuknya adalah bentuk gelombang DC yang berdenyut setengah gelombang.

Gambar 4 SCR yang dioperasikan dari sumber AC

Skema penghubungan rangkaian SCR yang dioperasikan dari sumber AC diperlihatkan oleh Gambar 4. Rangkaian anoda-katoda hanya dapat di switch ON selama setengah siklus dan jika anoda adalah positif (diberi bias maju). Dengan tombol tekan PB1 terbuka, arus gerbang tidak mengalir sehingga rangkaian anoda-katoda bertahan OFF. Dengan menekan tombol tekan PB1 dan terus-menerus tertutup, menyebabkan rangkaian gerbang-katoda dan anoda-katoda diberi bias maju pada waktu yang sama. Prosedur arus searah berdenyut setengah gelombang melewati depan lampu. Ketika tombol tekan PB1 dilepaskan, arus anoda-katoda secara otomatis menutup OFF ketika tegangan AC turun ke nol pada gelombang sinus.

Gambar 5 Aplikasi SCR sebagai kontrol output suplai daya pada motor DC

Ketika SCR dihubungkan pada sumber tegangan AC, SCR dapat juga digunakan untuk merubah atau mengatur jumlah daya yang diberikan pada beban. Pada dasarnya SCR melakukan fungsi yang sama seperti rheostat, tetapi SCR jauh lebih efisien. Gambar 5 menggambarkan penggunaan SCR untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC.

Gambar 6 Aplikasi SCR untuk start lunak motor AC induksi 3 fase

Rangkaian SCR dari Gambar 6 dapat digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase. Dua SCR dihubungkan secara terbalik paralel untuk memperoleh kontrol gelombang penuh. Dalam tema hubungan ini, SCR pertama mengontrol tegangan apabila tegangan positif dengan bentuk gelombang sinus dan SCR yang lain mengontrol tegangan apabila tegangan negatif. Kontrol arus dan percepatan dicapai dengan pemberian trigger dan penyelaan SCR pada waktu yang berbeda selama setengah siklus. Jika pulsa gerbang diberikan awal pada setengah siklus, maka outputnya tinggi. Jika pulsa gerbang diberikan terlambat pada setengah siklus, hanya sebagian kecil dari bentuk gelombang dilewatkan dan mengakibatkan outputnya rendah.
Aplikasi SCR
Pada 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.

Referensi
Hasad Andi, 2011. Materi Kuliah Elektronika Industri, Teknik Elektro, UNISMA Bekasi
Malvino A.P., 2003. Prinsip-prinsip Elektronika, Salemba Teknika, Jakarta
Petruzella F.D., 2001. Elektronik Industri, Andi Yogyakarta

Triac dan Diac

Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar (Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.

TRIAC

Gambar 20. Simbol Skematik TRIAC

TRIAC mempunyai kontruksi sama dengan DIAC, hanya saja pada TRIAC terdapat terminal pengontrol (terminal gate). Sedangkan untuk terminal lainnya dinamakan main terminal 1 dan main terminal 2(disingkat mt1 dan mt2). Seperti halnya pada DIAC, maka TRIAC pun dapat mengaliri arus bolak-balik, tidak seperti SCR yang hanya mengalirkan arus searah (dari terminal anoda ke terminal katoda).

Lambang TRIAC di dalam skema elektronika, memiliki tiga kaki, dua diantaranyaterminal MT1 (T1) dan MT2 (T2) dan lainnya terminal Gate (G).

Gambar 21. Konstuksi Simbol TRIAC

Triac adalah setara dengan dua SCR yang dihubungkan paralel. Artinya TRIAC dapat menjadi saklar keduanya secara langsung. TRIAC digolongkan menurut kemampuan pengontakan. TRIAC tidak mempunyai kemampuan kuasa yang sangat tinggi untuk jenis SCR. Ada dua jenis TRIAC, Low- Current dan Medium-Current.

Low-Current TRIAC dapat mengontak hingga kuat arus 1 ampere dan mempunyai maksimal tegangan sampai beberapa ratus volt. Medium-Current TRIACS dapat mengontak sampai kuat arus 40 ampere dan mempunyai maksimal tegangan hingga 1.000 volt.

DIAC

Gambar 22. DIAC

DIAC merupakan salah satu jenis dioda SCR, namun memiliki dua terminal (elektroda) saja, berbeda dengan “saudaranya” yang memiliki tiga terminal, TRIAC.

Simbol DIAC pada skema elektronik:

Gambar 23. Simbol DIAC

Gambar diagram disamping memperlihatkan struktur dalam pada DIAC.

Gambar 24. Struktur DIAC

 Pada diagram menunjukkan ada lima lapisan dalam DIAC, memiliki dua terminal yaitu terminal 1 (T1) and terminal 2 (T2).

Gambar 25. Polaritas pada DIAC

Pada gambar disamping diperlihatkan polaritas pada DIAC. Untuk dapat menentukan dioda dalam keadaan baik atau tidak, kamu dapat melakukan pengujian pada dioda tersebut dengan menggunakan ohmmeter.

Tabel 2. Hasil Pengujian dioda

Kaki I	Kaki II	Gejala	Kesimpulan
H	M	ON	I : Anoda
M	H	OFF	II : Katoda
			Keadaan Baik

Keterangan : H = hitam, M = merah

Sumber : Moch. Choirul Anam.

fet dan mosfet

1.    FIELD EFFECT TRANSISTOR (FET)

 

Symbol FET

Field Effect Transistor (FET) merupakan suatu jenis transistor khusus. Tidak seperti transistor biasa, yang akan menghantar bila diberi arus basis, transistor jenis ini akan menghantar bila diberikan tegangan (jadi bukan arus). Kaki-kakinya diberi nama Gate (G), Drain (D) dan Source (S).

Kanal n dibuat dari bahan semikonduktor tipe n dan kanal p dibuat dari semikonduktor tipe p. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawah dinamakan Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implant semikonduktor yang berbeda tipe. Terminal  kedua sisi implant ini terhubung satu dengan lainnya secara internal dan dinamakan Gate.

Field efect (efek medan listrik) berasal dari prinsip kerja transistor ini yang berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan ini terbentuk antara semikonduktor tipe n dan tipe p, karena bergabungnya elektron dan hole di sekitar daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik, lapisan deplesi ini bisa membesar atau mengecil tergantung dari tegangan antara gate dengan source.

Beberapa Kelebihan FET dibandingkan dengan transistor biasa ialah antara lain penguatannya yang besar, serta desah yang rendah. Karena harga FET yang lebih tinggi dari transistor, maka hanya digunakan pada bagian-bagian yang memang memerlukan. Ujud fisik FET ada berbagai macam yang mirip dengan transistor. Seperti halnya dengan transistor, ada dua jenis FET yaitu Kanal N dan Kanal P. Kecuali itu terdapat beberapa macam FET ialah Junktion FET (JFET) dan Metal Oxide Semiconductor FET (MOSFET).

1.  MOSFET

MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) adalah suatu transistor dari bahan semikonduktor (silikon) dengan tingkat konsentrasi ketidakmurnian tertentu. Tingkat dari ketidakmurnian ini akan menentukan jenis transistor tersebut, yaitu transistor MOSFET tipe-N (NMOS) dan transistor MOSFET tipe-P (PMOS). Bahan silicon digunakan sebagai landasan (substrat) dari penguras (drain), sumber (source), dan gerbang (gate). Selanjutnya transistor dibuat sedemikian rupa agar antara substrat dan gerbangnya dibatasi oleh oksida silikon yang sangat tipis. Oksida ini diendapkan di atas sisi kiri dari kanal, sehingga transistor MOSFET akan mempunyai kelebihan dibanding dengan transistor BJT (Bipolar Junction Transistor), yaitu menghasilkan disipasi daya yang rendah.

MOS dapat dibagi menjadi dua, yaitu:

1)      Transistor Mode Pengosongan (Transistor Mode Depletion) Pada transistor mode depletion, antara drain dan source terdapat saluran yang menghubungkan dua terminal tersebut, dimana saluran tersebut mempunyai fungsi sebgai saluran tempat mengalirnya electron bebas. Lebar dari saluran itu sendiri dapat dikendalikan oleh tegangan gerbang. Transistor MOSFET mode pengosongan terdiri dari tipe-N dan tipe-PP, simbol transistor ditunjukkan dalam Gambar 1.

Gambar 1 Simbol Transistor MOSFET Mode Depletion

(a). N-Channel Depletion (b). P-Channel Depletion

2)      Transistor Mode peningkatan (Transistor Mode Enhancement) Transistor mode   enhancement ini pada fisiknya tidak memiliki saluran antara drain dan sourcenya karena lapisan bulk meluas dengan lapisan SiO2 pada terminal gate. Transistor MOSFET mode peningkatan terdiri dari tipe-N dan tipe-P, simbol transistor ditunjukkan dalam Gambar 2.

Gambar 2 Simbol Transistor MOSFET Mode Enhancement

(a). N-Channel Enhancement (b). P-Channel Enhancement

Bentuk Dasar MOSFET

1)      NMOS tipe Enhancement

Struktur transistor NMOS terdiri atas substrat tipe-p dengan daerah source dan drain diberi difusi n+. Diantara daerah source dan drain terdapat suatu daerah sempit dari substrat p yang disebut channel yang ditutupi oleh lapisan tang penghantar (isolator) yang terbuat dari SiO2. Panjang channel disebut Length (L) dan lebarnya disebut Width (W). Gerbang (gate) terbuat dari polisilikon dan ditutup oleh penyekat yang diendapkan. Struktur transistor NMOS terdiri atas substrat tipe-p dan tipe-n. kedua parameter ini sangat penting untuk mengontrol MOSFET. Parameter yang tidak kalah penting adalah ketebalan lapisan oksida yang menutupi daerah channel (tox). Di atas lapisan insulating tersebut didepositkan polycrystalline silicon (polysilicone) electrode, yang disebut dengan gerbang (gate). struktur fisik NMOSFET tipe enhancement ditunjukkan dalam Gambar 4.

Gambar 4 Struktur fisik N-MOSFET tipe Enhancement

2)      PMOS tipe Enhancement

Struktur transistor PMOS terdiri atas substrat tipe-n dengan daerah source dan drain diberi difusi p+, dan untuk kondisi yang lain adalah sama dengan NMOS.