BAB 1 PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Rangkaian elektronika daya merupakan suatu rangkaian listrik yang dapat mengubah

sumber daya listrik dari bentuk gelombang tertentu (seperti bentuk gelombang sinusoida)

menjadi sumber daya listrik dengan bentuk gelombang lain (seperti gelombang

nonsinusoida) dengan menggunakan piranti semikonduktor daya. Semikonduktor daya

memiliki peran penting dalam rangkaian elektronika daya. Semikonduktor daya dalam

rangkaian elektronika daya umumnya dioperasikan sebagai pensaklar (switching),

pengubah (converting), dan pengatur (controlling) sesuai dengan unjuk kerja rangkaian

elektronika daya yang diinginkan.

Penggunaan semikonduktor yang dioperasikan sebagai saklar dalam suatu rangkaian

elektronika memiliki keuntungan yaitu dapat menaikkan efisiensi dan performasi rangkaian

karena rugi daya yang terjadi relatif kecil. Seperti karakteristik sekelar pada umumnya,

karakteristik semikonduktor daya yang dioperasikan sebagai saklar memiliki dua keadaan,

yaitu: kondisi ’ON’ dan kondisi ’OFF’. Hal ini berarti, rangkaian dalam keadaan ’tertutup’

atau ’terbuka’. Dalam kondisi ideal, semikonduktor daya yang dioperasikan sebagai sekelar

hanya menyerap daya yang relatif kecil baik saat kondisi ’ON’ maupun ’OFF’ atau bahkan

dalam kondisi tertentu daya yang diserap dapat diabaikan (nol). Keuntungan lain dari proses

pensaklaran ini dapat dilakukan sekaligus proses pengubahan atau proses pengaturan.

Karena keistimewaan inilah semikonduktor daya banyak digunakan dalam pengaturan daya

listrik.

Aplikasi rangkaian elektronika biasanya digunakan pada peralatan konversi daya listrik

yang besar, seperti transmisi daya listrik, pengaturan motor listrik secara elektronis di

industri; hingga peralatan listrik keperluan sehari-hari dengan daya yang rendah.

Pengaturan lampu (dimmer) dan Uninterutable Power Supply (UPS) merupakan contoh

aplikasi rangkaian elektronika daya yang sering dijumpai dalam pemakaian sehari-hari. Di

samping itu, rangkaian elektronika daya dapat mengubah beberapa bentuk rangkaian listrik

pengubah, antara lain rangkaian listrik yang mengubah sumber listrik arus bolak-balik

(alternating current – AC) menjadi sumber listrik arus searah (direct current – DC),

mengubah sumber listrik arus searah (direct current – DC) menjadi sumber listrik arus

bolak-balik (alternating current – AC), mengubah tegangan DC tetap menjadi tegangan DC

yang dapat diatur, dan mengubah sumber AC dengan frekuensi tertentu menjadi sumber AC

dengan frekuensi baru.

Setelah melihat penjelasan singkat di atas tentunya kita harus mengerti mengenai

beberapa komponen pada elektronika daya dan fungsi dari komponen tersebut, khususnya

komponen semikonduktor yang terdiri dari dioda, transistor, dan thyristor.

1.2 Rumusan Masalah

Dari latar belakang di atas maka kami mengambil rumusan masalah yang akan

dibatasi dan dibahas menurut pembagian di bawah ini.

1. Apa sajakah jenis-jenis komponen dan semikonduktor daya?

2. Apa saja fungsi-fungsi atau penggunaan dari komponen semikonduktor daya?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan yang ingin dicapai dalam pembuatan makalah ini yaitu sebagai berikut.

1. Mahasiswa dapat mengetahui komponen-komponen semikonduktor daya beserta

fungsinya.

BAB II PEMBAHASAN

2.1 Dioda

Dioda merupakan komponen elektronika non-linier yang sederhana. Struktur dasar

dioda berupa bahan semikonduktor type P yang disambung dengan bahan type N. Pada

ujung bahan type P dijadikan terminal Anoda (A) dan ujung lainnya katoda (K), sehingga

dua terminal inilah yang menyiratkan nama dioda. Operasi dioda ditentukan oleh polaritas

relatif kaki Anoda terhadap kaki katoda. Perhatikan Gambar 1. Dioda hanya dapat

melewatkan arus listrik dari satu arah saja, yaitu dari anode ke katoda yang disebut posisi

panjar maju (forward). Sebaliknya dioda akan menahan aliran arus atau memblok arus yang

berasal dari katoda ke anoda, yang disebut panjar mundur (reverse). Perhatikan Gambar 2.

Namun dioda memiliki keterbatasan menahan tegangan panjar mundur yang disebut

tegangan break down. Jika tegangan ini dilewati maka dioda dikatakan rusak dan harus

diganti yang baru.

Gambar 1 Simbol dan fisik diode

Gambar 2 a) Panjar maju (forward) b) panjar mundur (reverse)

Pada kondisi panjar mundur (reverse) dioda dalam posisi memblok arus, kondisi ini

disebut posisi mundur (reverse). Karakteristik sebuah dioda digambarkan oleh sumbu

horizontal untuk tegangan (Volt). Sumbu vertikal untuk menunjukkan arus (mA sampai

Amper). Tegangan positif (forward) dihitung dari sumbu nol ke arah kanan. Tegangan

negative (reverse) dimulai sumbu negatif ke arah kiri.

2.1.1 Karakteristik Dioda

Karakteristik dioda menggambarkan arus fungsi dari tegangan. Garis arus maju

(forward) dimulai dari sumbu nol ke atas dengan satuan ampere. Garis arus mundur

(reverse) dimulai sumbu nol ke arah bawah dengan orde mA. Dioda memiliki batas

menahan tegangan reverse pada nilai tertentu. Jika tegangan reverse terlampaui maka dioda

akan rusak secara permanen, perhatikan Gambar 3.

Gambar 3 Karakteristik dioda

Dari pengamatan visual karakteristik dioda di atas dapat dilihat beberapa parameter

penting, yaitu tegangan cut-in besarnya 0,6 V tegangan reverse maksimum yang diizinkan

sebesar 50V, tegangan breakdown terjadi pada tegangan mendekati 75V. Jika tegangan

breakdown ini terlewati dipastikan dioda akan terbakar dan rusak permanen.

Secara mendasar dioda ada beberapa jenis, antara lain adalah dioda penyearah, dioda

zener, dioda foto, LED, diode schottky, diode tunnel, diode varactor. Dioda Penyearah yang

berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC, Dioda Zener berfungsi sebagai pengaman

rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan, Dioda Photo berfungsi sebagai sensor

cahaya, LED berfungsi sebagai lampu indikator, dioda Schottky berfungsi sebagai

pengendali. Gambar 4 berikut menunjukkan simbol-simbol dari macam-macam diode.

Gambar 4 Jenis-jenis Simbol Dioda

2.1.2 Pengaplikasian Dioda dalam Elektronika Daya

Penerapan dioda semikonduktor dalam bidang elektronika sangatlah luas. Hal ini

karena sifat dioda yang sangat mendasar yaitu hanya dapat melewatkan arus dalam satu

arah saja. Dalam rangkaian elektronika daya, dioda difungsikan sebagai saklar. Gambar 5

(a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol dioda, karakteristik dioda, karakteristik

ideal dioda jika dioperasikan sebagai saklar. Sebagai saklar, dioda akan konduksi (ON) jika

potensial pada anode lebih positif daripada potensial pada katoda, dan dioda akan memblok

(OFF) jika potensial pada anoda lebih negatif daripada potensial pada katoda.

Gambar 5 Dioda: (a) simbol dioda, (b) karakteristik dioda,

(c) karakteristik ideal dioda sebagai saklar

Jika dioda dalam kondisi ideal, ketika dioda dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada dioda sama dengan nol dan arus yang mengalir pada dioda sama

dengan arus bebannya. Sebaliknya, dioda dalam kondisi OFF memiliki karakteristik

tegangan pada dioda sama dengan tegangan sumbernya dan arus yang mengalir sama

dengan nol. Dalam kondisi dioda ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian

daya pada dioda.

2.2 Transistor

Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan type p dan

diapit oleh dua bahan tipe n (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah bahan tipe n dan diapit

oleh dua bahan tipe p (transistor PNP). Sehingga transistor mempunyai tiga terminal yang

berasal dari masing-masing bahan tersebut. Transistor memiliki dua kemampuan, pertama

sebagai penguatan dan kedua sebagai saklar elektronik. Dalam rangkaian elektronika daya,

transistor umumnya dioperasikan sebagai saklar dengan konfigurasi emitor-bersama.

2.2.1 Prinsip Kerja dan Karakteristik Transistor

Transistor bekerja atas dasar prinsip kendali-arus (current driven). Gambar 6 (a), (b),

dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol transistor, karakteristik transistor, dan

karakteristik ideal transistor sebagai saklar. Transistor dengan jenis NPN akan ON jika pada

terminal kolektor-emitor diberi panjar (bias) dan pada basis memiliki potensial lebih positif

daripada emitor dan memiliki arus basis yang mampu mengendalikan transistor pada daerah

jenuh. Sebaliknya, transistor akan OFF jika arus basis dikurangi hingga pada kolektor tidak

dapat mengalirkan arus listrik.

Gambar 6 Transistor: (a) simbol transistor, (b) karakteristik transistor,

(c) karakteristik ideal transistor sebagai saklar

Jika transistor dalam kondisi ideal, ketika transistor dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada terminal emitor dan kolektor (VCE) sama dengan nol dan arus

yang mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, ketika transistor dalam kondisi

OFF memiliki karakteristik tegangan pada transistor sama dengan tegangan sumbernya

(VCC) dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi transistor ON dan OFF ini

dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada transistor sebagai saklar. Contoh

kasusnya yaitu dalam teknik switching power supply, transistor berfungsi bekerja sebagai

saklar yang bekerja ON/OFF pada kecepatan yang sangat tinggi dalam orde mikro detik.

Karakteristik output transistor BD 135 yang diperlihatkan pada Gambar 7. Ada sepuluh

perubahan arus basis IB, yaitu dimulai dari terkecil IB = 0,2 mA, 0,5 mA, 1,0 mA, 1,5 mA

sampai 4,0 mA dan terbesar 4,5 mA. Tampak perubahan arus kolektor IC terkecil 50 mA,

100 mA, 150 mA sampai 370 mA dan arus kolektor IC terbesar 400 mA.

Gambar 7 Karakteristik output Transistor

2.2.2 Pengaplikasian Transistor sebagai Saklar

Transistor dapat difungsikan sebagai

saklar elektronik, yaitu dengan

mengatur arus basis IB dapat

menghasilkan arus kolektor IC yang

dapat menghidupkan lampu P1 dan

mematikan lampu. Dengan tegangan

suplai UB = 12V dan pada tegangan

basis U1, akan mengalir arus basis IB

yang membuat transistor cut-in dan

menghantarkan arus kolektor IC,

sehingga lampu P1 menyala. Jika

tegangan basis U1 dimatikan dan arus

basis IB = 0, dengan sendirinya

transistor kembali mati dan lampu P1

Gambar 8 Transistor Sebagai

Saklar

akan mati. Dengan pengaturan arus basis IB Transistor dapat difungsikan sebagai saklar

elektronik dalam posisi ON atau OFF.

Ketika transistor sebagai saklar kita

akan lihat tegangan kolektor terhadap

emitor UCE. Ada dua kondisi, yaitu ketika

Transistor kondisi ON, dan Transistor

kondisi OFF. Saat Transistor kondisi ON

tegangan UCE saturasi. Arus basis IB dan

arus kolektor maksimum dan tahanan

kolektor emitor RCE mendekati nol, terjadi

antara 0 sampai 50 mdetik. Ketika transistor

kondisi OFF, tegangan UCE mendekati

tegangan UB dan arus basis IB dan arus

kolektor IC mendekati nol, pada saat

tersebut tahanan RCE tak terhingga, lihat

Gambar 9.

Karakteristik output transistor memperlihatkan garis kerja transistor dalam tiga

kondisi. Pertama transistor kondisi sebagai saklar ON terjadi ketika tegangan UCE saturasi,

terjadi saat arus basis IB maksimum pada titik A3. Kedua transistor berfungsi sebagai

penguat sinyal input ketika arus basis IB berada di antara arus kerjanya A2 sampai A1.

Ketiga ketika arus basis IB mendekati nol, transistor kondisi OFF ketika tegangan UCE

sama dengan tegangan suplai UB titik A1, lihat Gambar 10.

Gambar 10 Garis beban transistor

Gambar 9 Tegangan operasi

transistor sebagai saklar

2.2.3 Pengaplikasian Transistor Penggerak Relay

Kolektor transistor yang dipasangkan relay mengandung induktor. Ketika transistor dari

kondisi ON dititik A2 dan menuju OFF di titik A1 timbul tegangan induksi pada relay.

Dengan dioda R1 yang berfungsi sebagai running dioda Gambar 11. maka arus induksi

pada relay dialirkan lewat dioda bukan melewati kolektor transistor.

Gambar 11 Transistor sebagai penggerak relay

2.2.4 Jenis-jenis Transistor

Di dalam sebuah transistor merupakan susunan beberapa dioda, berdasar jenis

sambungan diodanya transistor dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu BJT (Bipolar

Juction Transistor) dan FET (Field Effect Transistor).

a. BJT

BJT (Bipolar Junction Transistor) adalah salah satu dari dua jenis transistor. Cara kerja

BJT dapat dibayangkan sebagai dua diode yang terminal positif atau negatifnya berdempet,

sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emiter (E), kolektor (C), dan

basis (B). Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan

perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang

mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada koletor

dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau . β biasanya berkisar

sekitar 100 untuk transistor-transisor BJT.

BJT tetap menjadi peranti pilihan untuk beberapa penggunaan, seperti sirkuit diskrit,

karena tersedia banyak jenis BJT, transkonduktansinya yang tinggi serta resistansi

kekuasannya yang tinggi dibandingkan dengan MOSFET. BJT juga dipilih untuk sirkuit

analog khusus, terutama penggunaan frekuensi sangat tinggi (VHF), seperti sirkuit

frekuensi radio untuk sistem nirkabel. Transistor dwikutub dapat dikombinasikan dengan

MOSFET dalam sebuah sirkuit terpadu dengan menggunakan proses BiCMOS untuk

membuat sirkuit inovatif yang menggunakan kelebihan kedua tipe transistor.

Gambar 12 Simbol BJT

UJT

Transistor pertemuan tunggal (UJT) adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik

yang hanya mempunyai satu pertemuan. UJT mempunyai tiga saluran, sebuah emitor (E)

dan dua basis (B1 dan B2). Basis dibentuk oleh batang silikon tipe-n yang terkotori ringan.

Dua sambungan ohmik B1 dan B2 ditambahkan pada kedua ujung batang silikon. Resistansi

di antara B1 dan B2 ketika emitor dalam keadaan rangkaian terbuka dinamakan resistensi

antarbasis (interbase resistance).

UJT dipanjar dengan tegangan positif di antara kedua basis. Ini menyebabkan

penurunan tegangan disepanjang peranti. Ketika tegangan emitor dinaikkan kira-kira 0,7V

diatas tegangan difusi P (emitor), arus mulai mengalir dari emitor ke daerah basis. Karena

daerah basis disupply sangat ringan, arus tambahan (sebenarnya muatan pada daerah basis)

menyebabkan modulasi konduktifitas yang mengurangi resistansi basis di antara pertemuan

emitor dan saluran B2. Pengurangan resistansi berarti pertemuan emitor lebih dipanjar

maju, dan bahkan ketika lebih banyak arus diinjeksikam. Secara keseluruhan, efeknya

adalah resistansi negatif pada saluran emitor. Inilah alasan mengapa UJT sangat berguna,

terutama untuk sirkuit osilator sederhana.

Sirkuit UJT pernah terkenal pada penggemar elektronika transistor sekitar tahun 1970-

an dan awal 1980 karena UJT memungkinkan pembuatan osilator sederhana yang dibuat

hanya dengan satu peranti aktif. Sekarang, karena IC menjadi lebih populer , osilator seperti

IC pewaktu 555 lebih sering digunakan. Selain penggunaan pada osilator relaksasi, salah

satu penggunaan UJT dan PUT yang paling penting adalah untuk menyulut tiristor (seperti

SCR, TRIAC, dll). Faktanya, tegangan DC dapat digunakan untuk mengendalikan sirkuit

UJT dan PUT karena waktu hidup peranti meningkat sesuai dengan peningkatan tegangan

kendali DC. Penggunaan ini penting untuk pengendalia AC arus tinggi.

Gambar 13 Simbol UJT

Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)

IGBT merupakan komponen elektronika daya yang memiliki karakteristik gabungan antara

MOSFET, transistor, dan GTO. Seperti MOSFET, IGBT memiliki impedansi gerbang yang

tinggi sehingga hanya memerlukan arus yang kecil untuk mengaktifkannya. Serupa dengan

transistor, IGBT memiliki tegangan kondisi-ON yang kecil meskipun komponen ini

mempunyai rating tegangan yang besar dan mampu memblok tegangan negatif seperti

halnya GTO. Gambar 14 (a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol IGBT,

karakteristik IGBT, dan karakteristik ideal IGBT sebagai saklar. Seperti halnya

semikonduktor daya di muka, IGBT dalam kondisi ON dan OFF tidak terjadi kerugian daya

pada IGBT sebagai saklar.

Gambar 14 IGBT: (a) simbol IGBT, (b) karakteristik IGBT, (c) karakteristik ideal IGBT

sebagai saklar

IGBT komponen elektronika yang banyak dipakai dalam elektronika daya, aplikasinya

sangat luas dipakai untuk mengatur putaran motor DC atau motor AC daya besar, dipakai

sebagai inverter yang mengubah tegangan DC menjadi AC, dipakai komponen utama

Variable Voltage Variable Frequency (VVVF) pada KRL modern, dipakai dalam kontrol

pembangkit tenaga angin dan tenaga panas matahari. Di masa depan IGBT akan menjadi

andalan dalam industri elektronika maupun dalam listrik industri.

Gambar 15 Struktur fisik dan kemasan IGBT

IGBT memiliki kesamaan dengan transistor bipolar, perbedaannya pada transistor

bipolar arus basis IB yang diatur sedangkan pada IGBT yang diatur adalah tegangan gate

ke emitor UGE. Dari Gambar 16 karakteristik IGBT, pada tegangan UCE = 20 V dan

tegangan gate diatur dari minimum 8 V, 9 V dan maksimal 16 V, arus kolektor IC dari 2 A

sampai 24 A.

Gambar 16 Karakteristik output IGBT

b. FET

FET dibagi menjadi dua keluarga: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET

(IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide Silicon FET (MOSFET). Berbeda dengan

IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah dioda dengan kanal (materi

semikonduktor antara Source dan Drain). Secara fungsinya, ini membuat N-channel JFET

menjadi sebuah versi solid-state dari tabung vakum, yang juga membentuk sebuah diode

antara grid dan katode. Dan juga, keduanya (JFET dan tabung vakum) bekerja di "depletion

mode", keduanya memiliki impedansi input tinggi, dan keduanya menghantarkan arus

listrik dibawah kontrol tegangan input.

FET lebih jauh lagi dibagi menjadi tipe enhancement mode dan depletion mode. Mode

menandakan polaritas dari tegangan gate dibandingkan dengan source saat FET

menghantarkan listrik. Jika kita ambil N-channel FET sebagai contoh: dalam depletion

mode, gate adalah negatif dibandingkan dengan source, sedangkan dalam enhancement

mode, gate adalah positif. Untuk kedua mode, jika tegangan gate dibuat lebih positif, aliran

arus di antara source dan drain akan meningkat. Untuk P-channel FET, polaritas-polaritas

semua dibalik. Sebagian besar IGFET adalah tipe enhancement mode, dan hampir semua

JFET adalah tipe depletion mode.

HEMT

Transistor pergerakan elektron tinggi (HEMT), juga disebut dengan FET struktur-

taksejenis (HFET) atau FET terkotori-modulasi(MODFET). HEMT adalah sebuah

transistor efek medan yang mencakup sebuah pertemuan antara dua bahan dengan celah-

jalur yang berbeda (dengan kata lain, pertemuan taksejenis) sebagai bahan kanal, bukannya

daerah terkotori seperti pada MOSFET pada umumnya. Kombinasi bahan yang umum

adalah Galium arsenid (GaAs) dengan Aluminium galium arsenid (AlGaAs), walaupun

begitu ada berbagai variasi berbeda, tergantung pada penggunaan utama peranti. Peranti

yang menggunakan lebih banyak indium menunjukkan performansi frekuensi tinggi yang

lebih baik, sedangkan akhir-akhir ini penelitian untuk penggunaan galium nitrit sangat

meningkat dikarenakan kemampuannya menangani daya tinggi.

Pada umumnya, untuk memungkinkan konduksi, semikonduktor harus dikotori dengan

pengotor untuk menghasilkan elektron bebas pada lapisan. Namun ini menyebabkan

elektron melambat karena bertabrakan dengan pengotor yang digunakan untuk

menghasilkannya. HEMT adalah peranti pintar yang dirancang untuk menyelesaikan

masalah ini.

JFET

JFET atau JUGFET adalah tipe paling sederhana dari transistor efek medan. Ini dapat

digunakan sebagai sebuah sakelar terkendali elektronik atau resistansi terkendali tegangan.

Muatan listrik mengalir melalui kanal semikonduktor di antara saluran sumber dan cerat.

Dengan memberikan tegangan panjar ke saluran gerbang, kanal dijepit, jadi arus listrik

dihalangi atau dimatikan sepenuhnya.

JFET adalah sebuah bahan semikonduktor yang cukup panjang, dikotori untuk

mendapatkan muatan listrik positif (tipe-p) atau negatif (tipe-n) yang melimpah. Koneksi

pada setiap ujung semikonduktor membentuk sumber dan cerat. Saluran gerbang

mempunyai pengotoran yang berlawanan dengan kanal yang mengelilinginya, jadi

terbentuk pertemuan p-n pada antarmuka. Saluran yang menghubungkan keluar biasanya

dibuat ohmik.

Arus gerbang JFET (kebocoran mundur pada pertemuan p-n gerbang-ke-kanal) lebih

besar daripada MOSFET (yang mempunyai isolator oksida di antara gerbang dan kanal),

tetapi jauh lebih rendah dari arus basis pada transistor BJT. JFET mempunyai

transkonduktansi yang lebih tinggi dari MOSFET, karenanya JFET digunakan pada

beberapa penguat operasi desah rendah dan impedansi masukan tinggi.

Gambar 17 Simbol JFET

MOSFET

MOSFET merupakan komponen semikonduktor daya yang memiliki tiga terminal,

yaitu gerbang, sumber (source), dan pengalir (drain). MOSFET bekerja atas dasar prinsip

kendali-tegangan (voltage-driven). Gambar 18 (a), (b), dan (c) masing-masing ditunjukkan

symbol MOSFET, karakteristik MOSFET, dan karakteristik ideal MOSFET sebagai saklar.

Rangkaian pengaturan ON dan OFF dengan piranti MOSFET lebih mudah dibandingkan

piranti transistor. Jika pada terminal gerbang-sumber dicatu tegangan yang cukup besar

maka piranti akan ON, sehingga menghasilkan tegangan yang kecil antara terminal

pengalir-sumber. Dalam kondisi ON, perubahan tegangan pada terminal pengalir-sumber

berbanding lurus dengan arus pada terminal pengalirnya. Jadi, terminal pengalir-sumber

memiliki resistansi sangat kecil pada saat kondisi ON.

Gambar 18 MOSFET: (a) simbol MOSFET, (b) karakteristik MOSFET, (c) karakteristik

ideal MOSFET sebagai saklar

Jika MOSFET dalam kondisi ideal, ketika MOSFET dalam kondisi ON memiliki

karakteristik tegangan pada terminal pengalir dan sumber (VDS) sama dengan nol dan arus

yang mengalir sama dengan arus bebannya. Sebaliknya, ketika MOSFET dalam kondisi

OFF memiliki karakteristik tegangan pada MOSFET sama dengan tegangan sumbernya

(VDD) dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi MOSFET ON dan OFF ini

dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada MOSFET sebagai saklar.

2.3 Thyristor

Thyristor dikembangkan oleh Bell Laboratories tahun 1950-an dan mulai digunakan

secara komersial oleh General Electric tahun 1960-an. Thyristor termasuk dalam komponen

elektronik yang banyak dipakai dalam aplikasi listrik industri, salah satu alasannya adalah

memiliki kemampuan untuk bekerja dalam tegangan dan arus yang besar. Thyristor

memiliki tiga kaki, yaitu anoda, katoda dan gate. Juga dikenal ada dua jenis Thyristor

dengan P-gate dan N-gate, perhatikan Gambar 19.

Gambar 19 Bentuk fisik dan simbol thrystor.

Fungsi gate pada thyristor menyerupai basis pada transistor, dengan mengatur arus gate

IG yang besarnya antara 1 mA sampai terbesar 100 mA, maka tegangan keluaran dari

Anoda bisa diatur. Tegangan yang mampu diatur mulai dari 50 Volt sampai 5.000 Volt dan

mampu mengatur arus 0,4 A sampai dengan 1.500 A. Karakteristik Thyristor

memperlihatkan dua variabel, yaitu tegangan forward UF dan tegangan reverse UR, dan

variabel arus forward IF dan arus reverse IR Gambar 20. Pada tegangan forward UF, jika

arus gate diatur dari 0 mA sampai di atas 50 mA, maka Thyristor akan cut-in dan

mengalirkan arus forward IF. Tegangan reverse untuk Thyristor UR sekitar 600 Volt. Agar

Thyristor tetap ON, maka ada arus yang tetap dipertahankan disebut arus holding IH sebesar

5 mA.

Thyristor TIC 106 D sesuai dengan data sheet memiliki beberapa parameter penting,

yaitu tegangan gate-katode = 0,8 V, arus gate minimal 0,2 mA, agar thyristor tetap posisi

ON diperlukan arus holding = 5 mA. Tegangan kerja yang diizinkan pada anoda = 400 V

dan dapat mengalirkan arus nominal = 5 A.

Aplikasi thyristor yang paling banyak sebagai penyearah tegangan AC ke DC yang

dapat diatur. Gambar 22 tampak empat thyristor dalam hubungan jembatan yang

dihubungkan dengan beban luar RL.

Gambar 20 Karakteristik thrystor

Gambar 21 Nilai batas thrystor

Gambar 22 Fuse Sebagai Pengaman thrystor

Semikonduktor daya yang termasuk dalam keluarga thyristor ini, antara lain : SCR

(silicon-controlled retifier), GTO (gate turn-off thyristor), dan TRIAC.

SCR

SCR banyak digunakan dalam rangkaian elektronika daya. SCR memiliki tiga terminal,

yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR dapat digunakan dengan sumber masukan dalam bentuk

tegangan bolak-balik (AC) maupun tegangan searah (DC). SCR dalam rangkaian

elektronika daya dioperasikan sebagai saklar. Gambar 23 (a), (b), dan (c) masing-masing

ditunjukkan simbol SCR, karakteristik SCR, karakteristik ideal SCR jika dioperasikan

sebagai saklar.

Gambar 23 SCR: (a) simbol SCR, (b) karakteristik SCR,

(c) karakteristik ideal SCR sebagai saklar

Jika sumber tegangan masukan yang digunakan tegangan searah, SCR akan konduksi

(ON) jika potensial pada anoda lebih positif daripada potensial pada katoda dan pada

terminal gate dialirkan arus pulsa positif. Kondisi ON SCR ini ditentukan oleh besar arus

pulsa positif pada gate. Tetapi, SCR akan terus ON meskipun arus pulsa pada gate diputus.

SCR akan putus (OFF) dengan cara membuat potensial pada anoda sama dengan katoda.

Proses pengaliran arus listrik pada terminal gate ini disebut penyulutan/pemicu (triggering),

sedangkan proses pemutusan (OFF) dari kondisi ON ini disebut komutasi (commutation).

Selanjutnya, jika sumber tegangan masukan yang digunakan tegangan bolak-balik, SCR

akan ON ketika tegangan bolak-balik pada polaritas positif dan akan OFF pada polaritas

negatif, tetapi pada terminal gate harus selalu dialirkan arus pulsa positif. Berbeda dengan

karakteristik sebelumnya, SCR akan OFF ketika arus pulsa pada gate diputus. Hal ini

berarti, arus pulsa pada gate harus selalu dihubungkan dengan terminal gate agar rangkaian

dapat bekerja sebagaimana yang diharapkan.

Jika SCR dalam kondisi ideal, ketika SCR dalam kondisi ON memiliki karakteristik

tegangan pada SCR sama dengan nol dan arus yang mengalir sama dengan arus bebannya.

Sebaliknya, SCR dalam kondisi OFF memiliki karakteristik tegangan pada SCR sama

dengan tegangan sumbernya dan arus yang mengalir sama dengan nol. Dalam kondisi SCR

ON dan OFF ini dapat dinyatakan tidak terjadi kerugian daya pada SCR.

Gate Turn-off (GTO)Thyristor

GTO merupakan komponen elektronika daya yang memiliki tiga terminal, yaitu: anoda,

katoda, dan gerbang (gate). Semikonduktor daya ini termasuk dalam keluarga thyristor.

Dalam rangkaianelektronika daya, GTO dioperasikan sebagai saklar. Gambar 24 (a), (b),

dan (c) masing-masing ditunjukkan simbol GTO, karakteristik GTO, karakteristik ideal

GTO jika dioperasikan sebagai saklar. Seperti SCR, GTO akan konduksi (ON) jika

potensial pada anoda lebih positif daripada potensial pada katoda dan pada terminal gerbang

dialirkan pulsa arus positif dan akan terus ON. GTO akan OFF jika terminal gerbang dan

katoda diberi tegangan yang lebih negatif atau dialiri pulsa arus negatif.

Gambar 24 GTO: (a) simbol GTO, (b) karakteristik GTO,

(c) karakteristik ideal SCR sebagai saklar

TRIAC

TRIAC, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus bolak-balik) adalah

sebuah komponen elektronik yang kira-kira ekivalen dengan dua SCR yang disambungkan

antiparalel dan kaki gerbangnya disambungkan bersama. Nama resmi untuk TRIAC adalah

Bidirectional Triode Thyristor. Ini menunjukkan sakelar dwiarah yang dapat mengalirkan

arus listrik ke kedua arah ketika dipicu (dihidupkan). Ini dapat disulut baik dengan tegangan

positif ataupun negatif pada elektrode gerbang. Sekali disulut, komponen ini akan terus

menghantar hingga arus yang mengalir lebih rendah dari arus genggamnya, misal pada akhir

paruh siklus dari arus bolak-balik. Hal tersebut membuat TRIAC sangat cocok untuk

mengendalikan kalang AC, memungkinkan pengendalian arus yang sangat tinggi dengan

arus kendali yang sangat rendah. Sebagai tambahan, memberikan pulsa sulut pada titik

tertentu dalam siklus AC memungkinkan pengendalian persentase arus yang mengalir

melalui TRIAC (pengendalian fase).

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.

Gambar 25 Simbol Skematik dan Konstruksi TRIAC

BAB III KESIMPULAN

3.1 Kesimpulan

1. Terdapat beberapa semikonduktor yang diapliaksikan dalam rangkaian elektronika

daya, yaitu dioda, transistor, dan thyristor.

2. Dioda secara umum berfungsi sebagai penyearah dan saklar pada elektronika daya.

3. Transistor pada elektronika daya kebanyakan digunakan untuk switching/saklar atau

inverter.

4. Thyristor dapat digunakan sebagai saklar atau pengendali pada rangkaian elektronika

daya.