Makalah Baru

A. THYRISTOR

Thyristor berakar kata dari bahasa Yunani yang berarti ‘pintu'.

Dinamakan demikian barangkali karena sifat dari komponen ini yang

mirip dengan pintu yang dapat dibuka dan ditutup untuk melewatkan arus

listrik. Istilah Thyristor berasal dari tabung Thyratron-Transistor, dimana

dengan perkembangan teknologi semikonduktor, maka tabung-tabung

elektron yang bentuknya relatip besar dapat digantikan oleh tabung-tabung

transistor yang berukuran jauh lebih kecil tanpa mengurangi kemampuan

operasionalnya.

Yang termasuk dalam keluarga thyristor adalan Silicon Controlled

Rectifier, Diac, Triac yang semuanya didasari dari Dioda Lapis Empat

(Four Layers Diode). Bahan dasar thyristor ini adalah dari silicon dengan

pertimbangan jauh lebih tahan panas dibandingkan dengan bahan

germanium. Thyristor ini banyak digunakan sebagai alat pengendali

tegangan atau daya yang tinggi dengan kemampuan yang tinggi.

Simbol Thyristor :

Gambar A.1 Simbol Thyristor

Bentuk Fisik Thyristor :

Gambar A.2 Bentuk Thyristor

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 1

Struktur Thyristor

Ciri-ciri utama 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) ketimbang sebagai penguat arus atau tegangan seperti

halnya transistor.

Gambar A.3 Struktur Thyristor

Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang

ditunjukkan pada gambar A.3 (a). Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat

sebagai dua buah struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di

tengah seperti pada gambar A.3 (b). Ini tidak lain adalah dua buah

transistor PNP dan NPN yang tersambung pada masing-masing kolektor

dan base. Jika divisualisasikan sebagai transistor Q1 dan Q2, maka struktur

thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar A.4 yang berikut ini.

Gambar A.4 visualisasi dengan transistor

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 2

Terlihat di sini kolektor transistor Q1 tersambung pada base

transistor Q2 dan sebaliknya kolektor transistor Q2 tersambung pada base

transistor Q1. Rangkaian transistor yang demikian menunjukkan adanya

loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa Ic= Ib,

yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus base.

Aplikasi Thyristor

Gambar A.5 Thyristor diberi tegangan

Bagaimana kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu dc dan

diberi suplai tegangan dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada

gambar A.5. Apa yang terjadi pada lampu ketika tegangan dinaikkan dari

nol. Ya betul, tentu saja lampu akan tetap padam karena lapisan N-P yang

ada ditengah akan mendapatkan reverse-bias (teori dioda).

Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena tidak

ada arus yang bisa mengalir atau sangat kecil sekali. Arus tidak dapat

mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang

menyebabkan sambungan NP ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut

tegangan breakdown dan pada saat itu arus mulai dapat mengalir

melewati thyristor sebagaimana dioda umumnya. Pada thyristor tegangan

ini disebut tegangan breakover Vbo.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 3

B. SCR (Silicon Control Rectifier)

SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang

mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk

keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung

thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebut

Therystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri

dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN

Trioda.

Kegunaan SCR:

Sebagai rangkaian Saklar (switch control)

Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Simbol SCR :

Gambar B.1 Simbol SCR

Bentuk fisik SCR :

Gambar B.2 Bentuk SCR

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 4

Struktur SCR

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 sebgai berikut :

Gambar B.3 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 0.6Volt 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.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 5

Karakteristik SCR

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.

Gambar B.4 Karakteristik kurva I-V SCR 

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 6

Pada gambar tertera tegangan breakover Vbo, yang jika tegangan

forward SCR mencapai titik ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi

adalah arus Ig yang dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih

kecil. Pada gambar ditunjukkan beberapa arus Ig dan korelasinya terhadap

tegangan breakover. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini sering

ditulis dengan notasi IGT (gate trigger current). Pada gambar ada

ditunjukkan juga arus Ih yaitu arus holding yang mempertahankan SCR

tetap ON. Jadi agar SCR tetap ON maka arus forward dari anoda menuju

katoda harus berada di atas parameter ini.

Aplikasi SCR

SCR merupakan piranti industri yang dapat menangani arus-arus

besar berukuran dari 1A sampai lebih dari 2500A tergantung dari tipenya.

Karena sifatnya sebagai piranti arus tinggi, SCR mempunyai arus picu dan

arus penahan yang relatif besar. Misalnya saja piranti 2N4444 dapat

menghantar arus sebesar 8A secara terus menerus. Arus picunya adalah

10mA, dan begitu pula arus penahannya. Ini berarti bahwa untuk

mengendalikan arus anode sebesar 8A diperlukan masukan arus minimum

pada gerbang SCR sebesar 10mA. Sebagai contoh yang lain, piranti C701

merupakan SCR yang dapat menghantar arus sampai sebesar 1250A

dengan arus picu 150mA dan arus penahannya sebesar 500mA.

Dengan adanya kapasitans dalam SCR maka piranti ini dapat

dipicu oleh tegangan catu yang berubah secara cepat. Jadi dengan kata

lain, jika laju kenaikan dari tegangan catu cukup tinggi, maka arus

pengisian kapasitif dapat memulai proses regenerasi. Untuk menghindari

sinyal pemicuan yang salah pada SCR, laju perubahan tegangan pada

anode tidak boleh melenihi laju kritis kenaikan tegangan yang tercantum

pada lembar data.

Sebagai contoh misalnya kita tinjau piranti 2N4444 yang

mempunyai laju kritis kenaikan tegangan sebesar 50V/µs. Untuk

menghindari terjadinya proses dadal-jenuh yang tidak diinginkan,

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 7

tegangan anode tidak boleh naik lebih cepat dari 50V/µs. Contoh yang

lainnya adalah piranti C701 yang mempunyai laju kritis kenaikan tegangan

sebesar 200V/µs.

Gejala transien-penyaklaran yang terjadi pada penyalur catu

tegangan adalah penyebab utama dari pelanggaran laju kritis kenaikan-

tegangan. Salah satu cara untuk mengurangi pengaruh transien tersebut

adalah menggunakan pembatas atau penekan RC seperti terlihat pada

Gambar B.5. Bila gejala transien berkecepatan tinggi terjadi pada tegangan

catu, maka laju kenaikannya pada anode akan dikurangi oleh rangkaian

RC tersebut. Laju kenaikan dalam tegangan anode tidak hanya bergantung

pada harga R dan C, tetapi juga bergantung pada besarnya hambatan

beban.

Piranti SCR yang lebih besar masih dikenakan batas lain berupa

laju kritis kenaikan arus. Misalnya piranti C701 diketahui mempunyai laju

kritis kenaikan arus sebesar 150A/µs. Jika arus anode bertambah lebih

cepat dari laju ini, SCR yang bersangkutan dapat menjadi rusak akibat

bintik-bintik panas (hot spots) yang terjadi didalamnya. Penggunaan

sebuah inductor secara seri seperti ditunjukkan pada Gambar B.5 akan

mengurangi laju kenaikan arus, dan membantu pembatas RC dalam

menekan laju kenaikan tegangan.

Gambar B.5 Induktor dalam rangkaian seri 

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 8

Gambar (a) Penekan RC (RC snubber).

(b) Penekanan laju kenaikan arus dengan induktor

Suatu SCR memiliki tegangan gerbang . Saat tegangan ini lebih

dari , SCR akan hidup dan tegangan keluaran akan jatuh dari

ke suatu nilai yang rendah. Kadang-kadang, hambatan gerbang digunakan

disini. Hambatan ini membatasi arus gerbang ke suatu nilai yang aman.

Tegangan masukan yang dibutuhkan untuk memicu sebuah SCR harus

lebih dari:

Dalam persamaan ini, dan adalah tegangan dan arus

pemicu gerbang untuk piranti. Keuntungan utama dari SCR adalah

penekanan tombol yang sangat pendek berdasarkan penekanan tombol

yang regeneratif. Ini mengurangi penurunan tegangan di dan mengijinkan

produksi komponen SCR, yang bisa menahan arus yang sangat besar (100

ampere).

Keburukan dari SCR adalah pematian. Pematian dari SCR hanya

ada satu cara yaitu mengurangi arus yang mengalir melalui ini disamping

arus yang utama.

Sebuah transistor bisa juga menekan tombol arus dalam cara yang

sama. Keuntungan dari transistor adalah pematian ini dilakukan dengan

sederhana yaitu menghentikan arus di base. Kerugiannya adalah waktu

penekanan tombol lebih lama dan selama penekanan tombol dalam

keadaaan tegangan yang tinggi dibangun dalam ini,dengan demikian ini

tidak bisa digunakan untuk penekanan tombol untuk arus yang besar.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 9

C. DIAC ( Diode Alternating Current )

DIAC singkatan dari Diode Alternating Current merupakan salah

satu anggota dari thyristor dan termasuk dalam jenis “Bidirectional

Thyristor” yang juga dikenal sebagai “Bilateral Trigger Diode”. Istilah

DIAC diambil dari “ Dioda AC”. DIAC mempunyai dua buah terminal dan

dapat menghantar dari kedua arah jika tegangan breakovernya (VBB)

terlampaui.

Symbol DIAC :

Gambar C.1 Simbol DIAC 

Bentuk fisiknya :

Gambar C.2 Bentuk DIAC 

DIAC mempunyai impedansi yang tinggi bagi arus dalam dua arah,

hingga bias DIAC melewati breakover arah mundurnya. Biasanya bias

untuk DIAC agar mencapai breakover ini adalah antara 28 sampai 6

volt,namun demikian tergantung dari pada tipenya. Agar kita mengetahui

prinsip kerja DIAC, maka kita nggap pemberian catu dayanya seperti

terlihat pada gambar berikut :

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 10

Gambar C.3 Prinsip Kerja DIAC 

Jika tegangan yang diberikan pada DIAC menyamai atau melebihi

tegangan breakover, maka salah satu Latch akan menutup juga. DIAC

adalah suatu komponen yang berkelakuan seperti dua buah thyristor yang

dihubungkan saling bertolak belakang. Oleh karena itu DIAC mempunyai

dua buah tegangan penyalaan. Tegangan penyalaan pertama berada pada

tegangan maju (+Vbo) sedangkan yang kedua ada pada tegangan baliknya

(-Vbo). karakteristik tegangan terhadap arus dapat dilihat pada Gambar

Karakteristik DIAC

Gambar C.4 Karakteristik DIAC 

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 11

Dari kurva diatas kita dapat melihat bahwa DIAC selalu

mempunyai karakteristik tahanan negatif yang secara terus menerus pada

saat arus lebih besar daripada arus breakovernya. DIAC banyak digunakan

sebagai pemicu rangkaian pengendali daya yang menggunakan TRIAC.

Gambar memperlihatkan salah satu contoh rangkaian yang

memperlihatkan peran DIAC dalam rangkaian pengendali daya.

Aplikasi DIAC

Pada komponen diac, konsentrasi pengotorannya tidak seperti pada

pengotoran transistor tetapi mempunyai jumlah yang sama pada kedua

pertemuannya sehingga memungkinkan terjadinya operasi yang simetris.

Jadi tidak ada yang dapat disebut anoda atau katoda secara eklusif. Karena

lapisan p dan n dalam komponen tersebut disusun secara seri maka diac

tidak akan konduksi dalam arah maju tetapi selalu mempunyai perilaku

seperti diioda bandangan yang diberi pra tegangan terbalik. Hal ini terjadi

tanpa memandang arah tegangan yang diberikan.

Gambar C.5 Aplikasi DIAC dalam rangkaian pengendali daya

Pada saat suatu tegangan diberikan ke komponen, suatu arus bocor

yang sangat kecil akan mengalir. Keadaan ini disebut keadaan “off” dari

diac. Pada titik ini terjadi jebolan bandangan dan tiba-tiba akan mengalir

arus yang besar. Ini merupakan keadaan “on” diac. Sekali diac dijadikan

on dengan menggunakan tegangan postif atau negatif, komponen ini akan

terus menghantarkan arus sampai tegangannya dihilangkan atau dikurangi

menjadi nol.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 12

Di sini, arus bocor yang kecil (IBO+ untuk tegangan positif atau

IB0- untuk tegangan negatif). Mengalir sampai tegangan yang diberikan

mencpai tegangan breakover. Pada saat tegangan breakover dicapai, arus

akan meningkat dengan tajam dari I+ atau I- . Efek resistansi negatif akan

muncul seperti terlihat pada kurva lengkung ke arah belakang. Akibatnya

arus menaik jika teganganya sedikit diturunkan.

Penggunaannya yang utama adalah untuk memberi denyut picu ke

triac. Tetapi tentu saja denyut pemicu dan sifat konduksi dua arahnya

dapat digunakan pada berbagai tujuan selain pengoperasian triac.

Salah satu penggunaan diac yang paling sederhana adalah sebagai

penyaklar otomatis. Sebuah diac akan memberikan resistansi yang sangat

tinggi baik dalam AC maupun DC sampai tegangan yang diberikan

mencapai nilai VBO kritis. Apabila nilai ini sudah tercapai atau dilampaui

maka diac akan konduksi. Dengan demikian komponen dua terminal yang

sederhana ini dapat disakelarkan dengan tegangan kendali yang menaik

dan tetap terkonduksi sampai tegangan tersebut diturunkan ke nol.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 13

D. TRIAC (Triode for Alternating Current )

TRIAC, atau Triode for Alternating Current (Trioda untuk arus

bolak-balik) adalah sebuah komoromen 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 elektroda

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 fasa).

Symbol TRIAC :

Gambar D.1 Simbol TRIAC

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 14

Bentuk fisiknya :

Gambar D.2 Bentuk Fisik TRIAC 

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.

Struktur TRIAC

TRIAC tersusun dari lima buah lapis semikonduktor yang banyak

digunakan pada pensaklaran elektronik. TRIAC biasa juga disebut

thyristor bi directional. TRIAC merupakan dua buah SCR yang

dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan terminal gate bersama.

Adapun gambar dari struktur TRIAC sebagai berikut :

Gambar D.3 Struktur TRIAC 

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 15

Karakteristik TRIAC

TRIAC tersusun dari lima buah lapis semikonduktor yang banyak

digunakan pada pensaklaran elektronik. TRIAC biasa juga disebut

thyristor bi directional. TRIAC merupakan dua buah SCR yang

dihubungkan secara paralel berkebalikan dengan terminal gate bersama.

Berbeda dengan SCR yang hanya melewatkan tegangan dengan

polaritas positif saja, tetapi TRIAC dapat dipicu dengan tegangan polaritas

positif dan negatif, serta dapat dihidupkan dengan menggunakan tegangan

bolak-balik pada Gate. TRIAC banyak digunakan pada rangkaian

pengedali dan pensaklaran.

TRIAC hanya akan aktif ketika polaritas pada Anoda lebih positif

dibandingkan Katodanya dan gate-nya diberi polaritas positif, begitu juga

sebaliknya. Setelah terkonduksi, sebuah TRIAC akan tetap bekerja selama

arus yang mengalir pada TRIAC (IT) lebih besar dari arus penahan (IH)

walaupun arus gate dihilangkan. Satu-satunya cara untuk membuka

(meng-off-kan) TRIAC adalah dengan mengurangi arus IT di bawah arus

IH.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 16

E. UJT (Triode for Alternating Current )

Uni junction Transistor (UJT) adalah piranti elektronik yang tidak

mempunyai elektroda kolektor sebagaimana transistor bipolar ataupun

dioda rectifier, dan sebagai penggantinya ditambahkan sebuah elektoda

basis sehingga piranti ini mempunyai dua basis dan sebuah emitter.

Simbol UJT :

Gambar E.1 Simbol UJT 

Bentuk fisiknya :

Gambar E.2 Bentuk Fisik UJT

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 diantara B1 dan B2 ketika emitor dalam keadaan

rangkaian terbuka dinamakan resistensi antarbasis (interbase resistance).

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 17

Tipe

Ada dua tipe dari transistor pertemuan tunggal, yaitu:

Transistor pertemuan tunggal dasar, atau UJT, adalah sebuah

peranti sederhana yang pada dasarnya adalah sebuah batangan

semikonduktor tipe-n yang ditambahkan difusi bahan tipe-p di suatu

tempat sepanjang batangan, menentukan parameter η dari peranti.

Peranti 2N2646 adalah versi yang paling sering digunakan.

Transistor pertemuan tunggal dapat diprogram, atau PUT,

sebenarnya adalah saudara dekat tiristor. Seperti tiristor, ini terbentuk

dari empat lapisan P-N dan mempunyai sebuah anoda dan sebuah

katoda yang tersambung ke lapisan pertama dan lapisan terakhir, dan

sebuah gerbang yang disambungkan ke salah satu lapisan tengah.

Penggunaan PUT tidak dapat secara langsung dipertukarkan dengan

penggunaan UJT, tetapi menunjukkan fungsi yang mirip. Pada

konfigurasi sirkuit konvensional, digunakan dua resistor pemrogram

untuk mengeset parameter η dari PUT, pada konfigurasi ini, UJT

berlaku seperti UJT konvensional. Peranti 2N6027 adalah contoh dari

peranti ini.

Cara Kerja

UJT dipanjar dengan tegangan positif diantara 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 dikotori

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

menyebabkan modulasi konduktifitas yang mengurangi resistansi basis

diantara pertemuan emitor dan saluran B2.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 18

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.

Penggunaan

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.

Cara Pengujian

Gambar E.3 Pengujian UJT

1. Cara kerja UJT (Uni Junktion Transistor) adalah seperti switch, UJT

kalau masih bisa on off berarti masih baik.

2. Jangkah pada 10 VDC dan potensio pada minimum, tegangan harus

kecil.

3. Setelah potensio diputar pelan-pelan jarum naik sampai posisi tertentu

dan kalau diputar terus jarum tetap disitu.

4. Bila jarum diputar pelan-pelan ke arah minimum lagi, pada suatu

posisi tertentu tiba-tiba jarum bergerak ke kiri dan bila putaran

potensio diteruskan sampai minimum jarum tetap disitu. Bila

peristiwa tersebut terjadi, maka UJT masih baik.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 19

F. TERMISTOR (Thermally Sensitive Resistor )

Nama termistor berasal dari Thermally Sensitive Resistor.

Termistor biasanya termasuk material-material semikonduktor yang dibagi

dua golongan: oksida logam dan semikonduktor kristal tunggal. Negative

Temperature Coefficient (NTC) pertama kali ditemukan oleh Faraday pada

perak sulfid pada tahun 1833. Pemahaman tentang termistor oksida ini

mengalami perkembangan yang sangat pesat oleh becker, Vervey dkk

pada akhir tahun 1940-an.

Simbol

Gambar F.1Simbol Termistor

Gambar

Gambar F.2 Termistor NTC yang tersambung pada kabel terisolasi

Struktur Termistor

Termistor atau thermal resistor adalah suatu jenis resistor yang

sensitive terhadap perubahan suhu. Prinsipnya adalah memberikan

perubahan resistansi yang sebanding dengan perubahan suhu. Perubahan

resistansi yang besar terhadap perubahan suhu yang relatif kecil

menjadikan termistor banyak dipakai sebagai sensor suhu yang memiliki

ketelitian dan ketepatan yang tinggi.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 20

Termistor yang dibentuk dari bahan oksida logam campuran

(sintering mixture), kromium, kobalt, tembaga, besi, atau nikel,

berpengaruh terhadap karakteristik termistor, sehingga Pemilihan bahan

oksida tersebut harus dengan perbandingan tertentu.

Termistor dapat dibentuk dalam bentuk yang berbeda-beda,

bergantung pada lingkungan yang akan dicatat suhunya. Lingkungan ini

termasuk kelembaban udara, cairan, permukaan padatan, dan radiasi dari

gambar dua dimensi. Maka, termistor bisa berada dalam alat–alat seperti

disket, mesin cuci, tasbih (manik-manik), balok, dan satelit. Ukurannya

kecil dibandingikan dengan termometer lain, ukurannya dalam range

0.2mm sampai 2mm. Pengambaran struktur dan sambungannya

diperlihatkan pada gambar F.1

Gambar F.3Struktur UJT

Termistor dibedakan dalam 2 jenis, yaitu termistor yang

mempunyai koefisien negatif, yang disebut NTC (Negative Temperature

Coefisient), temistor yang mempunyai koefisien positif yang disebut PTC

(Positive Temperature Coefisient). kedua jenis termistor ini mempunyai

fungsinya masing masing, tetapi di pasaran, yang lebih banyak digunakan

adalah termistor NTC. Karena termistor NTC material penyusunnya yaitu

metal oksida, dimana harganya lebih murah dari material penyusun PTC

yaitu Kristal tunggal.

1. NTC

NTC merupakan termistor yang mempunyai koefisient negatif.

Dimana bahannya terbuat dari logam oksida yaitu dari serbuk yang

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 21

halus kemudian dikompress dan disinter pada temperatur yang tinggi.

Kebanyakan pada material penyusun termistor biasa mengandung

unsur – unsur seperti Mn2O3, NiO,CO2O3, Cu2O, Fe2O3, TiO2, dan

U2O3. Oksida-oksida ini sebenarnya mempunyai resistansi yang sangat

tinggi, tetapi dapat diubah menjadi bahan semikonduktor dengan

menambahkan beberapa unsur lain yang mempunyai valensi yang

berbeda disebut dengan doping dan pengaruh dari resistansinya

dipengaruhi perubahan temperatur yang diberikan.

Thermistor logam oksida digunakan dalam daerah 200K

sampai 700K. Untuk digunakan pada temperatur yang sangat tinggi,

thermistor dibuat dari Al2O3, BeO,MgO,Y2O3 dan Dy2O3. Struktur

termistor NTC secara umum dapat dilihat pada gambar E.5

Gambar F.4 Struktur UJT

2. PTC

PTC merupakan termistor dengan koefisien yang positif. Termistor

PTC memiliki perbedaan dengan NTC antara lain:

a. Koefisien temperatur dari thermistor PTC bernilai positif hanya

dalam interfal temperatur tertentu, sehingga diluar interval

tersebut akan bernilai nol atau negatif

b. Harga mutlak dan koefisien temperatur dari termistor PTC jauh

lebih besar dari pada termistor NTC

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 22

Jenis – jenis PTC

Jenis pertama terdiri dari thermally sensitif silicon resistors,

kadang-kadang disebut sebagai "Silistors". Device ini menunjukkan

nilai koefisien suhu positif yang cukup seragam (sekitar 0,77% /°C)

kebanyakan dari silistor melalui berbagai wilayah/rentang operasional,

tetapi dapat juga menujukkan koefisien suhu negatif di wilayah

temperatur yang melebihi 150° C. Device ini paling sering digunakan

untuk kompensasi terhadap device semiconducting silicon dalam kisaran

temperature antara -60° C ke 150°.

Jenis kedua merupakan polycrystalline bahan keramik yang

biasanya resistivitasnya tinggi tetapi terbuat dari semiconduktor dengan

penambahan dopants. Umumnya dibuat dari campuran barium, timah dan

strontium titanates dengan tambahan seperti yttrium, manganese,

tantalum dan silika. Device ini memiliki daya tahan-suhu karakteristik

negatif yang sangat kecil. Koefisien suhu device ini hingga mencapai

suhu yang kritis, yang disebut sebagai "Curie", perubahan atau transisi

suhu. Suhu kritis ini merupakan pendekatan, device ini mulai

menunjukkan peningkatan, resistansi suhu coefficient positif seperti

peningkatan resistansi yang besar.

Karakteristik Termistor

Termistor pada dasarnya adalah resistor, maka konduktivitasnya

dapat diberikan pada persamaan :

Kebanyakan termistor digunakan pada daerah temperatur dalam

konsentrasi inonisasi (n atau p) yang berpengaruh terhadap fungsi

temperatur, diberikan dalam bentuk persamaan sebagai berikut :

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 23

Dimana energy aktivasi Ea adalah hubungan pada energy gap dan

tingkat impuritas. Dimana nilai hambatan semakin kecil ketika

temperaturnya dinaikkan, ini yang biasa disebut termistor NTC. Secara

empiris dapat dideskripsikan sebagai:

Dimana R adalah hambatan pada suhu T, R0 adalah hambatan awal

ketika T0 (pada temperatur ruang), B adalah Konstanta termistor dimana

besarnya bergantung dari jenis bahan dan memiliki dimensi yang sama

dengan suhu. Harga konstanta termistor yang memenuhi pasar biasanya

antara rentang 2000-5000 K. untuk menentukan harga konstanta

termistor (B) ini, maka persamaan (3.1) dapat dinyatakan dalam bentuk:

Dengan merupakan resistivitas listrik termistor.

Selain konstanta termistor (B), sensitivitas (α) juga menentukan

karakteristik dari termistor. Nilai sensitivitas menentukan sejauhmana

termistor yang dibuat dapat dengan cepat mendeteksi perubahan

temperatur lingkunagn termistor. Termistor yang baik sensitifitasnya

lebih besar dari -2,2%/K. nilai sensitifitas termistor (α) ini, dapat

ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

Tanda negative menandakan NTC, Perubahan resistansi yang

timbul dari perubahan temperatur

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 24

Ciri khas harga dari adalah sekitar yang mana 10 kali

lebih sensitive dari pada detector temperatur resistansi metal.

Karakteristik kualitatif dari termistor ditunjukkan pada gambar 3.1.

Resistansi dari thermistor berada pada daerah 1k sampai 10M .

Pada temperatur yang lebih tinggi atau dalam device doped yang

penuh, dopant sepenuhnya terionisasi, dan penurunan dari mobilitas

ketika mulai terjadi hamburan phonon untuk mendominasi

ketergantungan pada temperatur. Hal ini memberikan kenaikan untuk

PTC. Secara umum PTC tidak lebih sensitive dari NTC sehingga jarang

digunakan.

Perlu diperhatikan untuk menghindari pemanasan sendiri dari

termistor akibat pemberian arus yang terlalu tinggi. Dengan kata lain

pemanasan sendiri ini dapat berubah menjadi suatu keuntungan untuk

aplikasi spesifik yang mana akan didiskusikan nanti. Karakteristik I-V

hasil dari pemanasan sendiri yang berbeda dengan NTC dan PTC.

Dalam termistor NTC, induksi pemanasan sendiri menurun dalam

hambatan dan mulai memberikan sesuatu yang positif untuk sumber

tegangan gambar F.6 (a), lebih mudah untuk arus yang lebih tinggi.

Dalam termistor PTC, resistansi pemanasan sendiri meningkat dan hasil

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 25

Gambar F.5 Struktur UJT

nya memberikan nilai yang negatif untuk sumber arus gambar F.6 (b).

Dibawah ini merupakan 2 kurva yang serupa untuk resistansi diferensial

negative dengan S dan N bentuk karakteristik.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 26

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10I

V0 2 4 6 8 10

0

2

4

6

8

10I

V

Gambar F.6 (b)Karakteristik I-V akibat pemanasan

sendiri untuk PTC

Gambar F.6 (a)Karakteristik I-V akibat pemanasan

sendiriuntuk NTC

G. PHOTO TRANSISTOR

Fototransistor merupakan salah satu komponen yang berfungsi

sebagai detektor cahaya yang dapat mengubah efek cahaya menjadi sinyal

listrik. Karena itu fototransistor termasuk dalam detektor optik.

Fototransistor dapat diterapkan sebagai sensor yang baik, karena

memiliki kelebihan dibandingkan dengan komponen lain yaitu mampu

untuk mendeteksi sekaligus menguatkannya dengan satu komponen

tunggal. Fototransistor memiliki

Bahan utama dari fototransistor adalah silikon atau germanium

sama seperti pada transistor jenis lainnya. Fototransistor juga memiliki dua

tipe seperti transistor yaitu tipe NPN dan tipe PNP. Fototransistor

sebenarnya tidak berbeda dengan transistor biasa, hanya saja fototransistor

ditempatkan dalam suatu material yang transparan sehingga

memungkinkan cahaya (cahaya inframerah) mengenainya (daerah basis),

sedangkan transistor biasa ditempatkan pada bahan logam dan tertutup.

Simbol dari fototransistor seperti pada terlihat pada gambar simbol

fototransistor.

Gambar G.1 FotoTransistor (a) Simbol foto transistor, (b) Foto transistor terkena cahaya, (c) Foto transistor tidak terkena cahaya

Prinsip kerja foto transistor sama persis dengan kerja transistor

sebagai saklar. Perbedaannya terletak pada denyut yang masuk ke dalam

basis. Jika pada transistor biasa denyut yang diberikan berupa arus DC,

maka pada foto transistor denyut yang dikenakan pada basis adalah

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 27

intensitas cahaya yang sesuai dengan karakteristik foto transistor tersebut.

Dalam kondisi normal, kolektor mendapat reverse bias, dan emitor

mendapat forward bias.

Pada kaki kolektor akan selalu ada sedikit arus bocor (Ico), yaitu

arus bocor antara kolektor dan basis. Ico selain dipengaruhi oleh

temperature juga dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang datang pada

daerah pengosongan antara kolektor dan basis. Sifat inilah yang

dimanfaatkan oleh foto transistor untuk dapat menghantar atau on.

Saat foto transistor tidak terkena cahaya, Basis – Emitor tidak

mendapatkan bias, electron tidak dapat bergerak bebas, sehingga depletion

layer melebar, dengan demikian arus tidak dapat mengalir, transistor

dalam keadaan Cut off. Sebaliknya, saat foto transistor terkena cahaya

dengan intensitas cahaya yang sesuai dengan karakteristik foto transistor

tersebut, maka terjadi perpindahan electron di sekitar lapisan pengosongan

yang akhirnya membentuk sebuah ikatan ion di sekitar lapisan

pengosongan, sehingga lapisan pengosongan menyempit dan transistor

akan bersifat menghantar atau transistor on.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 28

Karakteristik foto transistor :

1. Basis terbuka, semua Ico akan mengalir ke basis, transistor menghasilkan

arus kolektor Ic = β.Ico, sehingga IbocorC - EIco, Iceo = β.Ico + Ico = (β+1)co.

Iceo = β Ico

2. Dengan demikian pengaruh cahaya pada sebuah foto transistor adalah β

kali lebih besar terhadap foto diode. Dengan demikian dapat disimpulkan

bahwa foto transistor lebih peka cahaya dibanding dengan foto dioda.

3. Untuk system yang membutuhkan sensitifitas besar, biasanya basis selalu

terbuka dan transistor dirangkai dengan rangkaian darlington.

4. Dengan rangkaian darlington akan diperoleh sensitifitas yang besar,

namun sebagai imbasnya akan diperoleh respons yang kurang begitu cepat.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 29

H. LDR ( Dependent Resistor )

LDR (Light Dependent Resistor) adalah suatu bentuk komponen

yang mempunyai perubahan resistansi yang besarnya tergantung pada

cahaya Input cahaya → Output resistansi/tahanan

Simbol : atau atau

Gambar H.1Simbol LDR

Konstruksi

Dari atas

Bagian peka cahaya, bahan: Si, Ge, Cds, dan semikonduktor lain

Si: Silicon, Ge: Germanium

Alas / substrat Cds: Cadnium sulfida

Dari samping

Penutup transparan : plastik / glass

Kaki

Gambar H.2 Struktur LDR

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 30

Karakteristik

Karakteristik LDR terdiri dari dua macam yaitu Respon Spektral dan Laju

Recovery

Gambar H.3 Karakteristik LDR

* Respon Spektral

Gambar H.4 Respon Spektral LDR

* Laju Recoveri (KΩ/dtk)

satuan ukuran untuk mengetahui laju perubahan LDR dari kondisi satu

ke kondisi lain contoh:

saat 400 lux, R: 1KΩ

saat tertutup → iluminasi: 10

lux

R LDR: 105Ω: 100.000KΩ/dtk

yang paling lambat dalam LR = 50 KΩ/dtk

Contoh Aplikasi LDR sebagai sensor cahaya diantaranya: Rangkaian

alarm, indikator, counter (penghitung), fungsi potensiometer.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 31

Lampu dengan

lm: 400 lux

BotolLDR

101 102 103

103

102

101

Iluminasi / kilau / kuat cahaya sat : lm/m2, fc }

R (KΩ)

% Iluminasi

100%

10%

400Ao : Panjang gelombang → sat : panjang

I. FET

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai

penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi

tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat

berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT)

atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang

sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Simbol FET :

P-channel

N-channel

FET

Gambar I.1 Simbol FET

Bentuk Fisiknya :

Gambar I.2 Bentuk Fisiknya

FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu

jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET).

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 32

Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit

dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor

bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan

ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan

tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi

tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang

lebih lanjut.

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

Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagai Metal Oxide

Silicon (atau Semiconductor) 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 dioda 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.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 33

Gambar I.3 Menentukan Jenis FET

1. Penentuan jenis FET dilakukan dengan jangkah pada x100 penyidik

hitam pada Source dan merah pada Gate.

2. Bila jarum menyimpang, maka janis FET adalah kanal P dan bila

tidak, FET adalah kanal N.

3. Kerusakan FET dapat diamati dengan rangkaian pada gambar.

Jangkah diletakkan pada x1k atau x10k, potensio pada minimum,

resistansi harus kecil.

4. Bila potensio diputar ke kanan, resistansi harus tak terhingga. Bila

peristiwa ini tidak terjadi, maka kemungkinan FET rusak.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 34

J. MOSFET

Transistor efek-medan semikonduktor logam-oksida

(MOSFET) adalah salah satu jenis transistor efek medan. Prinsip dasar

perangkat ini pertama kali diusulkan oleh Julius Edgar Lilienfeld pada

tahun 1925 . MOSFET mencakup kanal dari bahan semikonduktor tipe-N

dan tipe-P, dan disebut NMOSFET atau PMOSFET (juga biasa nMOS,

pMOS). Ini adalah transistor yang paling umum pada sirkuit digital

maupun analog, namun transistor pertemuan dwikutub pada satu waktu

lebih umum.

Simbol MOSFET :

Pengayaan kanal-P Pemiskinan kanal-P

Pengayaan kanal-N Pemiskinan kanal-N

Gambar J.1 Simbol MOSFET

Bentuk Fisiknya :

Gambar J.2 Bentuk Fisiknya

Berbagai simbol digunakan untuk MOSFET. Desain dasar

umumnya garis untuk saluran dengan kaki sumber dan cerat

meninggalkannya di setiap ujung dan membelok kembali sejajar dengan

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 35

kanal. Garis lain diambil sejajar dari kanal untuk gerbang. Kadang-kadang

tiga segmen garis digunakan untuk kanal peranti moda pengayaan dan

garis lurus untuk moda pemiskinan.

Pada dasarnya, MOSFET adalah peranti empat saluran, dan di

sirkuit terpadu banyak MOSFET yang berbagi sambungan badan, tidak

harus terhubung dengan saluran sumber semua transistor.

Karakteristik MOSFET

FET semikonduktor oksida-logam (metal-oxide semikonduktor

FET),atau disingkat MOS-FET. Berbeda dengan JFET, gerbang

diisolasikan dari saluran. Oleh karena itu , arus gerbang menjadi sangat

kecil. Hal ini tidak dipengaruhi oleh positif atau negatifnya gerbang itu.

MOSFET kadang-kadang disebut sebagai IGFET, singkatan dari insulated-

gate fet (FET gerbang terisolasi)

Terdapat 2 (dua) tipe cara kerja karakteristik pada MOSFET,

diantaranya tipe pengosongan dan tipe peningkatan

MOSFET Tipe Pengosongan (depletion-type MOSFET)

Elektron bebas dapat mengalir dari gate menuju drain melaui

bahan n, daerah p disebut substrat (tubuh) secara fisik daerah ini

mengurangi jalur penghantar menjadi saluran yang sempit.

Lapisan tipis silicon dioksida SiO2 ditempelkan pada sisi kiri

saluran. Yang merupakan isolator (penyekat). Pada MOSFET

gerbangnya terbuat dari logam karena gerbang terpisah dari saluran,

maka hanya sedikit sekali arus gerbang yang mengalir, walaupun bila

tegangan berharga positif. Dioda pn yang terdapat dalam JFET itu

telah ditiadakan pada MOSFET

Seperti telah diterangkan sebelumnya, tegangan gerbang dapat

mengendalikan lebar saluran. Makin negatif tegangan gate, makin

kecil nilai drainnya. Bila tegangan gatenya negatif, arus drain putus.

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 36

Dengan demikian , pada tegangan gate negatif, operasi MOSFET

sama dengan operasi JFET. Karena prilaku dengan gate negatif

tergantung pada pengosongan saluran dari electron-elektron bebas.

Terminal gate pada MOSFET tempat dan meletakan SiO2 materi

lapisan penyekat secara saluran. Materi baja telah ditanamkan pada

lapisan SiO2.

MOSFET tipe Peningkatan (Enhancement Type MOSFET)

Dengan mengubah susunan dari dalam MOSFET saluran-n, kita

dapat menghasilkan MOSFET jenis baru yang hanya dapat

menghantar pada tipe penigkatan saja. MOSFET tipe ini banyak

digunakan pada mikroprosesor dan memori komputer karena ia

berlaku seperti switch yang biasanya mati. Untuk mendapatkan arus

drain, maka harus menerapkan tegangan gate positif

Gambar J.3 (a) menunjukan karakteristik dari chanel n pada

MOSFET, karena kanal pada mode pengosongan konduktor bersifat

normal maka pada J-FET aliran arus berkurang dan dapat berubah

menjadi cut off yang cukup mempengaruhi tegangan Gate.

Gambar J.3 Karakteristik MOSFET

Pada mode peningkatan, status pada kanal cut off kondisinya normal

dan dapat terjadi pengurangan atau penambahan yang dapat

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 37

mempengaruhi tegangan pada gate dan dapat dikontrol. Depleksi

(penipisan) MOSFET dapat terjadi jika dioperasikan pada mode

penigkatan ditunjukan pada gambar J.3 (b).

Kapasitor elektron pada gate sangatlah kecil dan impedansi inputnya

sangatlah besar. Karena gate dapat menerima muatan dengan mudah.

Saat J-FET terjadi kebocoran arus pada input meningkat sesuai dengan

temperatur,efeknya tempertur berada pada level paling rendah pada

MOSFET. MOSFET merupakan semikonduktor yang mudah tepengaruh

oleh temperatur.

Gambar J.3 Struktur dan Karakteristik MOSFET

Tar. Tri hendarto Fajar N Page 38