1

Modul 2

DAFTAR ISI

BAB 4 DIODA .......................................................................................................... 3

4.1. Tujuan Perkuliahan : .................................................................................... 3

4.2. Outline Pembahasan : .................................................................................. 3

4.2.1. PN Junction .................................................................................................. 4

4.2.2. Karakteristik Diode ...................................................................................... 6

4.2.3. LED ............................................................................................................... 7

4.2.4. LED Display ................................................................................................... 9

4.2.5. Diode Zener ................................................................................................ 10

4.2.6. CATU DAYA ................................................................................................ 11

4.2.7. REGULATOR TEGANGAN ............................................................................ 18

4.3. RANGKUMAN ............................................................................................. 23

4.4. REFERENSI .................................................................................................. 24

4.5. LATIHAN SOAL ............................................................................................ 25

4.6. JAWABAN ................................................................................................... 26

Bab 5 THYRISTOR (SCR, TRIAC, DIAC) ................................................................... 27

5.1. Tujuan Perkuliahan : .................................................................................. 27

5.2. Outline Pembahasan : ................................................................................ 27

5.2.1. Prinsip kerja dan karakteristik Tyristor ...................................................... 28

5.2.2. SCR ............................................................................................................. 30

5.2.3. TRIAC .......................................................................................................... 33

5.2.4. DIAC ........................................................................................................... 35

5.3. RANGKUMAN ............................................................................................. 38

5.4. REFERENSI .................................................................................................. 39

5.5. LATIHAN SOAL ............................................................................................ 40

5.6. JAWABAN ................................................................................................... 41

BAB 6 TRANSISTOR ............................................................................................... 42

6.1. Tujuan Perkuliahan : .................................................................................. 42

6.2. Outline Pembahasan : ................................................................................ 42

6.2.1. Pembiasan Arus pada Transistor ................................................................ 44

6.2.2. Parameter-parameter ................................................................................ 45

6.2.3. Kurva Karakteristik ..................................................................................... 47

2

Modul 2

6.2.4. Datasheet transistor .................................................................................. 51

6.2.5. Transistor sebagai saklar ............................................................................ 55

6.2.6. Transistor sebagai penguat (Amplifier) ...................................................... 56

6.3. RANGKUMAN ............................................................................................. 62

6.4. REFERENSI .................................................................................................. 63

6.5. LATIHAN SOAL ............................................................................................ 64

6.6. JAWABAN ................................................................................................... 65

3

Modul 2

BAB 4

DIODA 4.1. Tujuan Perkuliahan :

Memberikan penjelasan kepada mahasiswa mengenai komponen dioda, macam-macam dioda, karakteristik dan aplikasi dalam rangkaian elektronika.

4.2. Outline Pembahasan :

1. Junction PN 2. Karakteristik dioda 3. LED 4. LED display 5. Dioda zenner 6. Catu daya 7. Regulator tegangan

4

Modul 2

4.2.1. PN Junction

Dioda memiliki fungsi yang unik yaitu hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja.

Struktur dioda tidak lain adalah sambungan semikonduktor P dan N. Satu sisi

semikonduktor dengan tipe P dan satu sisinya yang lain adalah tipe N. Dengan

struktur demikian arus hanya akan dapat mengalir dari sisi P menuju sisi N.

Gambar 4.1. Simbol dan struktur dioda

Gambar ilustrasi di atas menunjukkan sambungan PN dengan sedikit porsi kecil yang

disebut lapisan deplesi (depletion layer), dimana terdapat keseimbangan hole dan

elektron. Seperti yang sudah diketahui, pada sisi P banyak terbentuk hole-hole yang

siap menerima elektron sedangkan di sisi N banyak terdapat elektron-elektron

bebas. Jika diberi tegangan dengan potensial sisi P lebih besar dari sisi N (forward

bias), maka terjadi aliran elektron dari sisi N tergerak untuk mengisi hole di sisi P.

Kalau mengunakan terminologi arus listrik, maka dikatakan terjadi aliran listrik dari

sisi P ke sisi N.

Gambar 4.2. dioda dengan bias maju

Sebalikya apakah yang terjadi jika polaritas tegangan dibalik yaitu dengan

memberikan bias negatif (reverse bias). Dalam hal ini, sisi N mendapat polaritas

tegangan lebih besar dari sisi P.

Diode Germanium

Diode Silikon

5

Modul 2

Gambar 4.3. dioda dengan bias negatif

Tentu jawabanya adalah tidak akan terjadi perpindahan elektron atau aliran hole

dari P ke N maupun sebaliknya. Karena baik hole dan elektron masing-masing

tertarik ke arah kutup berlawanan. Bahkan lapisan deplesi (depletion layer) semakin

besar dan menghalangi terjadinya arus.

Dengan demikian Diode hanya dapat mengalirkan arus satu arah saja. Dengan

tegangan bias maju yang kecil saja dioda sudah menjadi konduktor. Tegangan yang

kecil tersebut disebabkan adanya lapisan penyekat (depletion layer) Untuk dioda

yang terbuat dari bahan Silikon tegangan konduksi adalah diatas 0.7 volt.

Sedangkan untuk Germanium sekitar 0.3 volt.

Konstruksi

Gambar 4.4. PN Junction dari diode

n p

6

Modul 2

4.2.2. Karakteristik Diode

Gambar 4.5. karakteristik PN Junction (=Dioda)

7

Modul 2

Dari gambar karakteristik diode terlihat bahwa bila diode diberi tegangan dengan

arah maju lebih besar dari tegangan konduksi (Vf), maka akan ada arus yang besar

sekali melewati rangkaian diode tersebut diode akan konduksi seperti switch dalam

kondisi on atau short circuit, hal ini akan merusakkan komponen diode atau

komponen lain yang tidak mampu dilalui arus besar. Untuk itu maka pada rangkaian

diode selalui ditambahkan tahanan pembatas arus yang dipasang seri dengan diode.

Aplikasi diode

Aplikasi diode dalam rangkaian elektronika banyak sekali, antara lain : untuk

rectifier (adaptor), proteksi arus balik pada pengendali motor (freewheel), proteksi

arus kejut pada transistor penggerak relay, dsb. Contoh berikut penggunaan diode

sebagai proteksi pada rangkaian relay.

Arus yang besar terjadi pada saat posisi relay dari on menjadi off. Pada kondisi

tersebut masih terdapat muatan arus pada coil relay. Untuk menjaga kontinyuitas

arus pada relay, arus tersebut dilewatkan pada diode yang terpasang dengan posisi

terbalik parallel dengan coil relay.

Gambar 4.6. Penerapan dioda sebagai proteksi arus balik (freewheel)

4.2.3. LED

LED adalah singkatan dari Light Emiting Dioda, merupakan komponen yang dapat

mengeluarkan emisi cahaya. LED merupakan produk temuan lain setelah dioda.

Strukturnya juga sama dengan dioda, tetapi belakangan ditemukan bahwa elektron

yang menembus sambungan P-N juga melepaskan energi berupa energi panas dan

8

Modul 2

energi cahaya. Untuk mendapatkan emisi cahaya pada semikonduktor, doping yang

dipakai adalah galium, arsenic dan phosporus. Jenis doping yang berbeda

menghasilkan warna cahaya yang berbeda pula.

Gambar 4.7. Simbol LED

Warna-warna cahaya LED umumnya adalah warna merah, kuning dan hijau, tetapi

sekarang ini sudah banyak warna-warna LED yang lain biru, ungu dengan pancaran

yang kuat (super bright). Dalam memilih LED selain warna, perlu diperhatikan

tegangan kerja, arus maksimum dan disipasi daya-nya. Tabel berikut macam-macam

warna LED dan karakteristiknya

Tabel karakteristik beberapa type PED

Type Colour IF max. VF typ. VF max. VR max. Luminous intensity

Viewing angle

Wavelength

Standard Red 30mA 1.7V 2.1V 5V 5mcd @ 10mA 60° 660nm

Standard

Bright red

30mA 2.0V 2.5V 5V 80mcd @

10mA 60° 625nm

Standard Yellow 30mA 2.1V 2.5V 5V 32mcd @

10mA 60° 590nm

Standard Green 25mA 2.2V 2.5V 5V 32mcd @

10mA 60° 565nm

High intensity

Blue 30mA 4.5V 5.5V 5V 60mcd @

20mA 50° 430nm

Super bright

Red 30mA 1.85V 2.5V 5V 500mcd @

20mA 60° 660nm

Low current

Red 30mA 1.7V 2.0V 5V 5mcd @ 2mA 60° 625nm

9

Modul 2

Rumah (chasing) LED dan bentuknya juga bermacam-macam, ada yang persegi

empat, bulat dan lonjong. Ada pula LED yang memiliki 2 warna (merah dan hijau),

memiliki 3 kaki A1, A2 dan K dengan konstruksi seperti pada gambar dibawah :

Gambar 4.8. LED dengan 2 warna

Menghitung nilai tahanan pada LED

LED dalam aplikasinya harus diberi tahanan pembatas arus yang dipasang seri

dengan LED seperti pada gambar dibawah :

Dimana :

VS = tegangan sumber VL = tegangan LED (biasanya 2V, 4V untuk LED

biru dan putih) I = arus LED, besarnya harus lebih rendah dari

yang diijinnkan (misal 20mA) 4.2.4. LED Display

LED pada umumnya digunakan sebagai lampu indikator on/off, atau memberikan

informasi mengenai kondisi tertentu dari suatu sistem. LED juga digunakan untuk

menampilkan angka atau display digital atau dot matriks seperti pada gambar

dibawah ini.

Beberapa LED tersusun sedemikian rupa membentuk digit dengan kaki

Anoda/Katoda menjadi satu sebagai common

10

Modul 2

a. Bargraph b. 7-segment c. Alphanumeric d.Dot Matrix

Gambar 4.9. macam display dari LED

4.2.5. Diode Zener

Diode ini terbentuk dari pertemuan PN Silikon yang di desain khusus untuk dipakai

dalam daerah breakdown sebagai regulator tegangan dan tegangan referensi. Pada

forward bias diode zener mempunyai karakteistik seperti diode biasa, tetapi pada

reverse bias mempunyai resistansi sangat tinggi sampai tegangan tembus

terlampaui (Vz). Pada saat tegangan tembus terlampaui resistansi akan jatuh dan

terjadilah peningkatan cepat pada arus terbalik. Selama disipasi daya zener tidak

terlampaui, arus terbalik ini tidak akan merusak diode.

Ada beberapa Diode Zener dipasaran dengan tegangan Vz 2.7 volt sampai 75 volt,

dengan disipasi daya 500mW, 5W dan 20W.

Gambar 4.10. Simbol Zener

Diode zenner sebagai regulator tegangan

Gambar 4.11. pembatas arus pada zenner dioda

11

Modul 2

4.2.6. CATU DAYA

PrinsipKerja

Perangkat elektronika pada umumnya dicatu oleh suplai arus searah DC (direct

current) yang stabil agar dapat bekerja dengan baik. Baterai atau accu adalah

sumber catu daya DC yang paling baik. Namun untuk aplikasi yang membutuhkan

catu daya lebih besar, sumber dari baterai tidak cukup. Sumber catu daya yang

besar adalah sumber bolak-balik AC (alternating current) dari pembangkit tenaga

listrik. Untuk itu diperlukan suatu perangkat catu daya yang dapat mengubah arus

AC menjadi DC. Pada tulisan kali ini disajikan prinsip rangkaian catu daya (power

supply) linier mulai dari rangkaian penyearah yang paling sederhana sampai pada

catu daya yang ter-regulasi.

PENYEARAH (RECTIFIER)

Prinsip penyearah (rectifier) yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar-1

berikut ini. Transformator diperlukan untuk menurunkan tegangan AC dari jala-jala

listrik pada kumparan primernya menjadi tegangan AC yang lebih rendah pada

kumparan sekundernya.

Gambar 4.12. rangkaian penyearah setengah gelombang

12

Modul 2

Gambar 4.13. bentuk gelombang input (warna biru) output (warna merah)

Pada rangkaian ini, dioda berperan untuk meneruskan tegangan positif ke beban

RL. Ini yang disebut dengan penyearah setengah gelombang (half wave). Untuk

mendapatkan penyearah gelombang penuh (full wave) diperlukan transformator

dengan center tap (CT) seperti pada gambar-2.

Gambar 4.14. rangkaian full-wave dengan transformator Center Tap (CT)

13

Modul 2

Gambar 4.15. bentuk gelombang input (warna biru) output (warna merah)

Tegangan positif phasa yang pertama diteruskan oleh D1 sedangkan phasa yang

berikutnya dilewatkan melalui D2 ke beban R1 dengan CT transformator sebagai

common ground.. Dengan demikian beban R1 mendapat suplai tegangan

gelombang penuh seperti gambar di atas. Untuk beberapa aplikasi seperti misalnya

untuk men-catu motor dc yang kecil atau lampu pijar dc, bentuk tegangan seperti

ini sudah cukup memadai. Walaupun terlihat di sini tegangan ripple dari kedua

rangkaian di atas masih sangat besar.

Gambar 4.16. rangkaian penyearah setengah gelombang dengah filter C

14

Modul 2

Gambar 4.17. bentuk gelombang input (warna biru) output (warna merah) dengan

filter kapasitor

C yang paralel terhadap beban R. Ternyata dengan filter ini bentuk gelombang

tegangan keluarnya bisa menjadi rata. Gambar-4 menunjukkan bentuk keluaran

tegangan DC dari rangkaian penyearah setengah gelombang dengan filter kapasitor.

Garis b-c terjadi akibat pengosongan (discharge) pada kapasitor sebagai fungsi

eksponensial.

Kemiringan kurva b-c tergantung dari besar arus I yang mengalir ke beban R. Jika

arus I = 0 (tidak ada beban) maka kurva b-c akan membentuk garis horizontal.

Namun jika beban arus semakin besar, kemiringan kurva b-c akan semakin tajam.

Tegangan yang keluar akan berbentuk gigi gergaji dengan tegangan ripple yang

besarnya adalah :

(1) dan tegangan dc ke beban adalah (2)

Rangkaian penyearah yang baik adalah rangkaian yang memiliki tegangan ripple

paling kecil. VL adalah tegangan discharge atau pengosongan kapasitor C, sehingga

dapat ditulis :

(3)

15

Modul 2

Jika persamaan (3) disubsitusi ke rumus (1), maka diperoleh :

(4)

Jika T << RC, dapat ditulis :

e –T/RC = 1 – T/RC (5)

sehingga jika ini disubsitusi ke rumus (4) dapat diperoleh persamaan yang lebih

sederhana :

Vr = VM(T/RC) (6)

VM/R tidak lain adalah beban I, sehingga dengan ini terlihat hubungan antara beban

arus I dan nilai kapasitor C terhadap tegangan ripple Vr. Perhitungan ini efektif

untuk mendapatkan nilai tengangan ripple yang diinginkan.

Vr = I T/C (7)

Rumus ini mengatakan, jika arus beban I semakin besar, maka tegangan ripple akan

semakin besar. Sebaliknya jika kapasitansi C semakin besar, tegangan ripple akan

semakin kecil. Untuk penyederhanaan biasanya dianggap T=Tp, yaitu periode satu

gelombang sinus dari jala-jala listrik yang frekuensinya 50Hz atau 60Hz. Jika

frekuensi jala-jala listrik 50Hz, maka T = Tp = 1/f = 1/50 = 0.02 det. Ini berlaku untuk

penyearah setengah gelombang. Untuk penyearah gelombang penuh, tentu saja

fekuensi gelombangnya dua kali lipat, sehingga T = 1/2 Tp = 0.01 det.

Penyearah gelombang penuh dengan filter C dapat dibuat dengan menambahkan

kapasitor pada rangkaian gambar 2. Bisa juga dengan menggunakan transformator

yang tanpa CT, tetapi dengan merangkai 4 dioda seperti pada gambar-5 berikut ini.

16

Modul 2

Gambar 4.18. rangkaian full-wave dengan bridge rectifier belum dipasang filter

Gambar 4.19. rangkaian full-wave dengan bridge rectifier setelah dipasang filter

perata

17

Modul 2

Gambar 4.20. rangkaian full-wave dengan trafo center-tap setelah dipasang filter

perata

Sebagai contoh, anda mendisain rangkaian penyearah gelombang penuh dari catu

jala-jala listrik 220V/50Hz untuk mensuplai beban sebesar 0.5 A. Berapa nilai

kapasitor yang diperlukan sehingga rangkaian ini memiliki tegangan ripple yang

tidak lebih dari 0.75 Vpp. Jika rumus (7) dibolak-balik maka diperoleh.

C = I.T/Vr = (0.5) (0.01)/0.75 = 6600 uF.

Untuk kapasitor yang sebesar ini banyak tersedia tipe elco yang memiliki polaritas

dan tegangan kerja maksimum tertentu. Tegangan kerja kapasitor yang digunakan

harus lebih besar dari tegangan keluaran catu daya. Anda barangkalai sekarang

paham mengapa rangkaian audio yang anda buat mendengung, coba periksa

kembali rangkaian penyearah catu daya yang anda buat, apakah tegangan ripple ini

cukup mengganggu. Jika dipasaran tidak tersedia kapasitor yang demikian besar,

tentu bisa dengan memparalel dua atau tiga buah kapasitor.

18

Modul 2

Type diode bridge dapat dilihat seperti pada gambar dibawah:

Gambar 4.21. Variasi diode bridge rectifier

4.2.7. REGULATOR TEGANGAN

Rangkaian penyearah sudah cukup bagus jika tegangan ripple-nya kecil, namun ada

masalah stabilitas. Jika tegangan PLN naik/turun, maka tegangan outputnya juga

akan naik/turun. Seperti rangkaian penyearah di atas, jika arus semakin besar

ternyata tegangan dc keluarnya juga ikut turun. Untuk beberapa aplikasi perubahan

tegangan ini cukup mengganggu, sehingga diperlukan komponen aktif yang dapat

meregulasi tegangan keluaran ini menjadi stabil.

Rangkaian regulator yang paling sederhana ditunjukkan pada gambar 6. Pada

rangkaian ini, zener bekerja pada daerah breakdown, sehingga menghasilkan

tegangan output yang sama dengan tegangan zener atau Vout = Vz. Namun

rangkaian ini hanya bermanfaat jika arus beban tidak lebih dari 50mA.

Gambar 4.22. regulator zener

19

Modul 2

Prinsip rangkaian catu daya yang seperti ini disebut shunt regulator, salah satu ciri

khasnya adalah komponen regulator yang paralel dengan beban. Ciri lain dari shunt

regulator adalah, rentan terhadap short-circuit. Perhatikan jika Vout terhubung

singkat (short-circuit) maka arusnya tetap I = Vin/R1. Disamping regulator shunt,

ada juga yang disebut dengan regulator seri. Prinsip utama regulator seri seperti

rangkaian pada gambar 7 berikut ini. Pada rangkaian ini tegangan keluarannya

adalah :

Gambar 4.23. regulator zener follower

Vout = VZ + VBE (8)

VBE adalah tegangan base-emitor dari transistor Q1 yang besarnya antara 0.2 - 0.7

volt tergantung dari jenis transistor yang digunakan. Dengan mengabaikan arus IB

yang mengalir pada base transistor, dapat dihitung besar tahanan R2 yang

diperlukan adalah :

R2 = (Vin – Vz)/Iz (9)

Iz adalah arus minimum yang diperlukan oleh dioda zener untuk mencapai tegangan

breakdown zener tersebut. Besar arus ini dapat diketahui dari datasheet yang

besarnya lebih kurang 20 mA.

Jika diperlukan catu arus yang lebih besar, tentu perhitungan arus base IB pada

rangkaian di atas tidak bisa diabaikan lagi. Dimana seperti yang diketahui, besar

20

Modul 2

arus IC akan berbanding lurus terhadap arus IB atau dirumuskan dengan IC = IB.

Untuk keperluan itu, transistor Q1 yang dipakai bisa diganti dengan tansistor

darlington yang biasanya memiliki nilai yang cukup besar. Dengan transistor

darlington, arus base yang kecil bisa menghasilkan arus IC yang lebih besar.

Teknik regulasi yang lebih baik lagi adalah dengan menggunakan Op-Amp untuk

men-drive transistor Q, seperti pada rangkaian gambar 8. Dioda zener disini tidak

langsung memberi umpan ke transistor Q, melainkan sebagai tegangan referensi

bagi Op-Amp IC1. Umpan balik pada pin negatif Op-amp adalah cuplikan dari

tegangan keluar regulator, yaitu :

Vin(-) = (R2/(R1+R2)) Vout (10)

Jika tegangan keluar Vout menaik, maka tegangan Vin(-) juga akan menaik sampai

tegangan ini sama dengan tegangan referensi Vz. Demikian sebaliknya jika tegangan

keluar Vout menurun, misalnya karena suplai arus ke beban meningkat, Op-amp

akan menjaga kestabilan di titik referensi Vz dengan memberi arus IB ke transistor

Q1. Sehingga pada setiap saat Op-amp menjaga kestabilan :

Vin(-) = Vz (11)

Gambar 4.24. regulator dengan Op-amp

21

Modul 2

Dengan mengabaikan tegangan VBE transistor Q1 dan mensubsitusi rumus (11) ke

dalam rumus (10) maka diperoleh hubungan matematis :

Vout = ( (R1+R2)/R2) Vz (12)

Pada rangkaian ini tegangan output dapat diatur dengan mengatur besar R1 dan R2.

Sekarang mestinya tidak perlu susah payah lagi mencari op-amp, transistor dan

komponen lainnya untuk merealisasikan rangkaian regulator seperti di atas. Karena

rangkaian semacam ini sudah dikemas menjadi satu IC regulator tegangan tetap.

Saat ini sudah banyak dikenal komponen seri 78XX sebagai regulator tegangan tetap

positif dan seri 79XX yang merupakan regulator untuk tegangan tetap negatif.

Bahkan komponen ini biasanya sudah dilengkapi dengan pembatas arus (current

limiter) dan juga pembatas suhu (thermal shutdown). Komponen ini hanya tiga pin

dan dengan menambah beberapa komponen saja sudah dapat menjadi rangkaian

catu daya yang ter-regulasi dengan baik.

Misalnya 7805 adalah regulator untuk mendapat tegangan 5 volt, 7812 regulator

tegangan 12 volt dan seterusnya. Sedangkan seri 79XX misalnya adalah 7905 dan

7912 yang berturut-turut adalah regulator tegangan negatif 5 dan 12 volt.

Selain dari regulator tegangan tetap ada juga IC regulator yang tegangannya dapat

diatur. Prinsipnya sama dengan regulator OP-amp yang dikemas dalam satu IC

misalnya LM317 untuk regulator variable positif dan LM337 untuk regulator variable

negatif. Bedanya resistor R1 dan R2 ada di luar IC, sehingga tegangan keluaran

dapat diatur melalui resistor eksternal tersebut.

Hanya saja perlu diketahui supaya rangkaian regulator dengan IC tersebut bisa

bekerja, tengangan input harus lebih besar dari tegangan output regulatornya.

Biasanya perbedaan tegangan Vin terhadap Vout yang direkomendasikan ada di

dalam datasheet komponen tersebut. Pemakaian heatshink (aluminium pendingin)

22

Modul 2

dianjurkan jika komponen ini dipakai untuk men-catu arus yang besar. Di dalam

datasheet, komponen seperti ini maksimum bisa dilewati arus mencapai 1 A.

Gambar 4.25. regulator dengan IC 78XX / 79XX

23

Modul 2

4.3. RANGKUMAN 1. Bahan Diode

Bahan Diode terdiri dari dua jenis yaitu Silicon dan Germanium

2. Menurut fungsinya diode

a) Sebagai penyearah

b) Sebagai regulator tegangan

3. Untuk penyearah ada beberapa macam

a) Half Wave (=Penyearah Setengah Gelombang)

b) Full Wave (=Penyearah Gelombang Penuh) terdiri dari

Dengan trafomator yang ada Center Tap nya

Dengan trafomator tanpa Center Tap (=tunggal sekundernya)

24

Modul 2

4.4. REFERENSI

1. Ganti Dapari, 1990, “Pokok –Pokok Elektronika”, Gramedia Pustaka

Umum Jakarta

2. Malvino Albert Paul, 1994, “Prinsip-Prinsip Elektronika”, Penerbit

Erlangga Jakarta

3. Zuhal, 2004, ”Prinsip Dasar Elektroteknik ”, Gramedia Pustaka Umum

Jakarta

25

Modul 2

4.5. LATIHAN SOAL

1. Ada berapa jenis diode menurut bahannya ?

2. Menurut fungsinya diode dibagi menjadi berapa uraikan masing-masing ?

3. Ada berapa macam penyearah uraikan ?

26

Modul 2

4.6. JAWABAN

27

Modul 2

Bab 5

THYRISTOR (SCR, TRIAC, DIAC)

5.1. Tujuan Perkuliahan :

Memberikan penjelasan kepada mahasiswa mengenai komponen thyristor macam-macam tyristor dan contoh aplikasi.

5.2. Outline Pembahasan :

1. Prinsip kerja dan karakteristik Tyristor 2. SCR 3. TRIAC 4. DIAC

28

Modul 2

5.2.1. Prinsip kerja dan karakteristik Tyristor

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. Ada beberapa komponen

yang termasuk thyristor antara lain PUT (programmable uni-junction transistor), UJT

(uni-junction transistor ), GTO (gate turn off switch), photo SCR dan sebagainya.

Namun pada kesempatan ini, yang akan kemukakan adalah komponen-komponen

thyristor yang dikenal dengan sebutan SCR (silicon controlled rectifier), TRIAC dan

DIAC. Pembaca dapat menyimak lebih jelas bagaimana prinsip kerja serta

aplikasinya.

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 5.1. Struktur Thyristor

Struktur dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang

ditunjukkan pada gambar-1a. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah

29

Modul 2

struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar-1b.

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-2 yang berikut

ini.

Gambar 5.2. visualisasi dengan transistor

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 = β Ib, yaitu arus kolektor adalah

penguatan dari arus base.

Jika misalnya ada arus sebesar Ib yang mengalir pada base transistor Q2,

maka akan ada arus Ic yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor ini merupakan

arus base Ib pada transistor Q1, sehingga akan muncul penguatan pada pada arus

kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1 tdak lain adalah arus base bagi

transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari

thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang. Tertinggal hanyalah lapisan

P dan N dibagian luar.

Jika keadaan ini tercapai, maka struktur yang demikian tidak lain adalah

struktur dioda PN (anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada saat yang demikian,

30

Modul 2

disebut bahwa thyristor dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus dari anoda

menuju katoda seperti layaknya sebuah dioda.

Gambar 5.3. 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 3. 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.

5.2.2. SCR

Telah dibahas, bahwa untuk membuat thyristor menjadi ON adalah dengan

memberi arus trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat

kaki gate pada thyristor PNPN seperti pada gambar-4a. Karena letaknya yang dekat

dengan katoda, bisa juga pin gate ini disebut pin gate katoda (cathode gate).

Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti gambar-4b. SCR dalam

banyak literatur disebut Thyristor saja.

31

Modul 2

Gambar 5.4. Struktur SCR

Melalui kaki (pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di trigger

menjadi ON, yaitu dengan memberi arus gate. Ternyata dengan memberi arus gate

Ig yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR.

Dimana tegangan ini adalah tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi

ON. Sampai pada suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah

membuat SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil sekalipun.

Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva tegangan dan arus dari sebuah SCR

adalah seperti yang ada pada gambar-5 yang berikut ini.

Gambar 5.5. Karakteristik kurva I-V SCR

32

Modul 2

Gambar 5.6. Rangkaian untuk karakteristik kurva I-V SCR

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.

Sejauh ini yang dikemukakan adalah bagaimana membuat SCR menjadi ON.

Pada kenyataannya, sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON,

walaupun tegangan gate dilepas atau di short ke katoda. Satu-satunya cara untuk

membuat SCR menjadi OFF adalah dengan membuat arus anoda-katoda turun

dibawah arus Ih (holding current). Pada gambar-5 kurva I-V SCR, jika arus forward

berada dibawah titik Ih, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar arus

holding ini, umumnya ada di dalam datasheet SCR.

Cara membuat SCR menjadi OFF tersebut adalah sama saja dengan

menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR atau thyristor

pada umumnya tidak cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih

33

Modul 2

banyak digunakan untuk aplikasi-aplikasi tegangan AC, dimana SCR bisa OFF pada

saat gelombang tegangan AC berada di titik nol.

Ada satu parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter ini adalah

tegangan trigger pada gate yang menyebabkab SCR ON. Kalau dilihat dari model

thyristor pada gambar-2, tegangan ini adalah tegangan Vbe pada transistor Q2. VGT

seperti halnya Vbe, besarnya kira-kira 0.7 volt. Seperti contoh rangkaian gambar-8

berikut ini sebuah SCR diketahui memiliki IGT = 10 mA dan VGT = 0.7 volt. Maka dapat

dihitung tegangan Vin yang diperlukan agar SCR ini ON adalah sebesar :

Vin = Vr + VGT

Vin = IGT(R) + VGT = 4.9 volt

Gambar 5.7. Rangkaian SCR

5.2.3. TRIAC

Boleh dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ON

hanya bisa melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda.

Struktur TRIAC sebenarnya adalah sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-

balik dan kedua gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar-

6. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional.

34

Modul 2

Gambar 5.8. Simbol TRIAC

TRIAC bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat

melewatkan arus dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC adalah seperti pada

gambar-7 berikut ini.

Gambar 5.9. Karakteristik kurva I-V TRIAC

Pada datasheet akan lebih detail diberikan besar parameter-parameter

seperti Vbo dan –Vbo, lalu IGT dan –IGT, Ih serta –Ih dan sebagainya. Umumnya besar

parameter ini simetris antara yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan desain,

bisa dianggap parameter ini simetris sehingga lebih mudah di hitung.

35

Modul 2

Gambar 5.10. Rangkaian untuk karakteristik kurva I-V TRIAC

5.2.4. DIAC Kalau dilihat strukturnya seperti gambar-8a, DIAC bukanlah termasuk

keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai

thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada

transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang

menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal

sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian

dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa

literatur DIAC digolongkan sebagai dioda.

Gambar 5.11. Struktur dan simbol DIAC

36

Modul 2

Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan

ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat

menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda

menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi

yang hanya perlu diketahui adalah berapa tegangan breakdown-nya.

Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar-8b. DIAC

umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu

yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada

gambar-9.

Gambar 5.12. Rangkaian Dimmer

Jika diketahui IGT dari TRIAC pada rangkaian di atas 10 mA dan VGT = 0.7 volt.

Lalu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah DIAC dengan Vbo = 20 V, maka

dapat dihitung TRIAC akan ON pada tegangan :

V = IGT(R)+Vbo+VGT = 120.7 V

37

Modul 2

Gambar 5.13. input output dimmer, warna biru sumber tegangan, warna merah

arus gate TRIAC dan warna hijau daya yang mengalir ke rangkaian dan beban

Pada rangkaian dimmer, resistor R biasanya diganti dengan rangkaian seri resistor

dan potensiometer. Di sini kapasitor C bersama rangkaian R digunakan untuk

menggeser phasa tegangan VAC. Lampu dapat diatur menyala redup dan terang,

tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.

Gambar 5.14. Contoh fisik dari thyristor arus besar

38

Modul 2

5.3. RANGKUMAN

39

Modul 2

5.4. REFERENSI

1. Ganti Dapari, 1990, “Pokok –Pokok Elektronika”, Gramedia Pustaka

Umum Jakarta

2. Malvino Albert Paul, 1994, “Prinsip-Prinsip Elektronika”, Penerbit

Erlangga Jakarta

3. Zuhal, 2004, ”Prinsip Dasar Elektroteknik ”, Gramedia Pustaka Umum

Jakarta

40

Modul 2

5.5. LATIHAN SOAL

41

Modul 2

5.6. JAWABAN

42

Modul 2

BAB 6

TRANSISTOR

6.1. Tujuan Perkuliahan :

Memberikan penjelasan kepada mahasiswa mengenai komponen transistor,

prinsip kerja, karakteristik, perhitungan dan contoh aplikasi oada rangkaian

elektronika.

6.2. Outline Pembahasan : 1. Pembiasan arus pada transistor

2. Parameter-parameter

3. Kurva karakteristik

4. Datasheet transistor

5. Transistor sebagai saklar elektronik

6. Rangkaian amplifier

43

Modul 2

Transistor adalah komponen elektronika yang sangat penting. Menjadi cikal

bakal perkembangan elektronika dewasa ini. Sampai pada era mikroprosesor dan

mikrokontroller adalah bermula dari transistor. Transistor pada mulanya dibuat dari

tabung, selain bentuknya yang besar, dibutuhkan arus yang besar untuk

pengoperasiannya. Dengan ditemukannya bahan semikonduktor sekarang telah

dapat dinuat transistor dalam bentuk yang sangat kecil (micro). Seperti pada

pembahasan Dioda, terdapat 2 type semikonduktor yaitu type N dan type P.

Terdapat 2 type transistor : type NPN dan PNP.Symbol dan contoh susunan kaki-

kaki transistor seperti berikut.

NPN PNP

Gambar 6.1. Beberapa contoh dan susunan kaki-kaki transistor

B

E

C

B

C

E

44

Modul 2

6.2.1. Pembiasan Arus pada Transistor

Mempunyai 3 kaki yang masing-masing dinamakan Basis, Collector dan Emitter.

Sebagai rangkuman, prinsip kerja transistor adalah arus bias base-emiter yang kecil

mengatur besar arus kolektor-emiter. Bagian penting berikutnya dalah bagaimana

caranya memberi arus bias yang tepat sehingga transistor dapat bekerja optimal.

Arus bias

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian

CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat

ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa

rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna

terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. Tentu untuk

aplikasi pengolahan sinyal frekuensi audio semestinya tidak menggunakan

transistor power, misalnya.

Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan

sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada

transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :

IE = IC + IB ........(1)

Gambar 6.2. Arus basis kolektor dan emitor

45

Modul 2

Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter IE adalah jumlah dari arus

kolektor IC dengan arus base IB. Karena arus IB sangat kecil sekali atau disebutkan IB

<< IC, maka dapat dinyatakan

IE = IC ......... .(2)

6.2.2. Parameter-parameter

Alpha (α)

Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesifikasi αdc (alpha dc) yang

tidak lain adalah :

αdc = IC/IE .............. (3)

Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka

idealnya besar αdc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memiliki

αdc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.

Beta (β)

Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus

base.

β = IC/IB............. (4)

Dengan kata lain, b adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan

arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook

transistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam

merencanakan rangkaiannya.

Misalnya jika suatu transistor diketahui besar β =250 dan diinginkan arus kolektor

sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya

sangat mudah yaitu :

IB = IC/ β = 10mA/250 = 40 uA

46

Modul 2

Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki β = 200 jika diberi arus bias

base sebesar 0.1mA adalah :

IC = β IB = 200 x 0.1mA = 20 mA

Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi,

arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.

Common Emitter (CE)

Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi

yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik

tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.

Gambar 6.3. Rangkaian Common Emitter (CE)

Sekilas Tentang Notasi

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan

pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk

menunjukkan besar tegangan pada satu titik, misalnya

VC = tegangan kolektor,

VB = tegangan base

VE = tegangan emiter.

47

Modul 2

Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar

tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit.

Diantaranya adalah :

VCE = tegangan jepit kolektor- emitor

VBE = tegangan jepit base – emitor

VCB = tegangan jepit kolektor – base

Notasi seperti VBB, VCC, VEE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang

masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

6.2.3. Kurva Karakteristik

Hubungan antara dan tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang

telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika

hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :

IB = (VBB - VBE) / RB ......... (5)

VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika

tegangan antara base-emitor lebih besar dari VBE. Sehingga arus IB mulai aktif

mengalir pada saat nilai VBE tertentu.

Gambar 6.4. Kurva IB -VBE

48

Modul 2

Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan

umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan VBE = 0.3 volt untuk

transistor germanium. Nilai ideal VBE = 0 volt.

Sampai disini akan sangat mudah mengetahui arus IB dan arus IC dari rangkaian

berikut ini, jika diketahui besar β = 200. Katakanlah yang digunakan adalah

transistor yang dibuat dari bahan silikon.

Gambar 6.5. Rangkaian Common Emittor

IB = (VBB - VBE) / RB

= (2V - 0.7V) / 100 K

= 13 uA

Dengan β = 200, maka arus kolektor adalah :

IC = β IB = 200 x 13uA = 2.6 mA

Kurva Kolektor

Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang

menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base IB, arus kolektor IC dan

tegangan kolektor-emiter VCE. Dengan mengunakan rangkaian-01, tegangan VBB

dan VCC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada

gambar berikut telah diplot beberapa kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana

arus IB dibuat konstan.

49

Modul 2

Gambar 6.6. Kurva Arus kolektor terhadap Tegangan kolektor emitor

Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja

transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah

aktif dan seterusnya daerah breakdown.

Daerah Aktif

Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC

konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC

hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah

linear (linear region).

Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor

(rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan :

VCE = VCC - ICRC .............. (6)

Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :

PD = VCE.IC ............... (7)

CutOff

50

Modul 2

Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-

emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang

menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power

sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan

temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja

normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka

transistor dapat rusak atau terbakar.

Daerah Cut-Off

Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor

silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum

mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

Daerah Saturasi

Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE

tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja

transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi

aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka

biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan

ON.

Gambar 6.7. Rangkaian driver LED

51

Modul 2

Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah

transistor dengan β = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic

gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED =

2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RL yang

dipakai.

IC = β IB = 50 x 400 uA = 20 mA

Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan

VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian

ini.

RL = (VCC - VLED - VCE) / IC

= (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA

= 2.6V / 20 mA

= 130 Ohm

Daerah Breakdown

Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik

dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown.

Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat

merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax

yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada databook

transistor selalu dicantumkan juga.

6.2.4. Datasheet transistor

Sebelumnya telah disinggung beberapa spesifikasi transistor, seperti tegangan

VCEmax dan PD max. Sering juga dicantumkan di datasheet keterangan lain tentang

arus ICmax VCBmax dan VEBmax. Ada juga PDmax pada TA = 25o dan PDmax pada TC =

25o. Misalnya pada transistor 2N3904 dicantumkan data-data seperti :

52

Modul 2

VCBmax = 60V

VCEOmax = 40V

VEBmax = 6 V

ICmax = 200 mAdc

PDmax = 625 mW TA = 25o

PDmax = 1.5W TC = 25o

TA adalah temperature ambient yaitu suhu kamar. Sedangkan TC adalah

temperature cashing transistor. Dengan demikian jika transistor dilengkapi dengan

heatshink, maka transistor tersebut dapat bekerja dengan kemampuan dissipasi

daya yang lebih besar.

Beberapa type yang lain dapat dilihat pada table dibawah ini :

NPN transistors

Code Structure Case style

ICmax. VCEmax. hFEmin.

Category (typical

use) Possiblesubstitutes

BC107 NPN TO18 100mA 45V 110 300mW Audio, low

power BC182 BC547

BC108 NPN TO18 100mA 20V 110 300mW

General purpose,

low power

BC108C BC183 BC548

BC108C NPN TO18 100mA 20V 420 600mW

General purpose,

low power

BC109 NPN TO18 200mA 20V 200 300mW Audio (low noise), low

power BC184 BC549

BC182 NPN TO92C 100mA 50V 100 350mW General purpose,

low power BC107 BC182L

BC182L NPN TO92A 100mA 50V 100 350mW General purpose,

low power BC107 BC182

BC547B NPN TO92C 100mA 45V 200 500mW Audio, low

power BC107B

53

Modul 2

BC548B NPN TO92C 100mA 30V 220 500mW General purpose,

low power BC108B

BC549B NPN TO92C 100mA 30V 240 625mW Audio (low noise), low

power BC109

2N3053 NPN TO39 700mA 40V 50 500mW General purpose,

low power BFY51

BFY51 NPN TO39 1A 30V 40 800mW General purpose, medium power

BC639

BC639 NPN TO92A 1A 80V 40 800mW General purpose, medium power BFY51

TIP29A NPN TO220 1A 60V 40 30W General purpose,

high power

TIP31A NPN TO220 3A 60V 10 40W General purpose,

high power TIP31C TIP41A

TIP31C NPN TO220 3A 100

V 10 40W

General purpose, high power TIP31A TIP41A

TIP41A NPN TO220 6A 60V 15 65W General purpose,

high power

2N3055 NPN TO3 15A 60V 20 117W General purpose,

high power

Please note: the data in this table was compiled from several sources which are not entirely consistent! Most of the discrepancies are minor, but please consult information from your supplier if you require precise data.

54

Modul 2

PNP transistors

Code Structure Case style

IC max.

VCE max.

hFE min.

Ptot max.

Category (typical use)

Possible substitutes

BC177 PNP TO18 100mA 45V 125 300mW Audio, low

power BC477

BC178 PNP TO18 200mA 25V 120 600mW General

purpose, low power

BC478

BC179 PNP TO18 200mA 20V 180 600mW Audio (low noise), low

power

BC477 PNP TO18 150mA 80V 125 360mW Audio, low

power BC177

BC478 PNP TO18 150mA 40V 125 360mW General

purpose, low power

BC178

TIP32A PNP TO220 3A 60V 25 40W General

purpose, high power

TIP32C

TIP32C PNP TO220 3A 100V 10 40W General

purpose, high power

TIP32A

Please note: the data in this table was compiled from several sources which are not entirely consistent! Most of the discrepancies are minor, but please consult information from your supplier if you require precise data.

β atau hFE

Pada system analisa rangkaian dikenal juga parameter h, dengan meyebutkan hFE

sebagai β dc untuk mengatakan penguatan arus.

β dc = hFE ................... (8)

Sama seperti pencantuman nilai βdc, di datasheet umumnya dicantumkan nilai hFE

minimum (hFE min ) dan nilai maksimunya (hFE max).

55

Modul 2

+Vcc

Rc

Rb

Ib

Ic

VB VB

E

+

IE

Contoh aplikasi Transistor pada rangkaian

6.2.5. Transistor sebagai saklar

Transistor sebagai saklar akan bekerja pada daerah saturasi (Icsat) dan daerah

cutoff (Ic 0).

Gambar 6.8. Rangkaian transistor sebagai saklar

56

Modul 2

Gambar 6.9. Kurva garis beban

IB = V V

R

B BE

B

IC = Vcc V

Rc

CE

saat saturasi VCE = 0, IcsatVcc

RcIb Ibmaks

Icsat

hFE

,

VB = Ibmaks RB + VBE

saat Cutoff Ic = 0 , VCE = VCC

6.2.6. Transistor sebagai penguat (Amplifier)

Transistor sebagai penguat dapat dirangkai sebagai :

Common Emitter

Common Colector

Common Basis

Ic(mA)

Icsat =

V

c

c

/

R

c

Ibmaks

Ib=0 Vce

Vcccutoff =Vcc 0

57

Modul 2

Sedangkan untuk analisanya dibagi 2 yaitu analisa dc dan analisa ac.

Analisa Sinyal Kecil

A. Analisa dc

analisa dc digunakan untuk menentukan titik kerja transistor pada garis beban dc.

Ketentuan :

Semua Capacitor Open Circuit

Gambar 6.10. Amplifier Transistor CE

Dari gambar diatas dapat dibuat rangkaian ekivalen dc nya sbb

Ic Ie = Vcc V

Rc R

CE

E

saat saturasi VCE 0

Ic = Vcc/(Rc+RE)

saat cutoff Ic 0 VCE = Vcc

pembagi tegangan pada R2

VR2 = [R2/(R1 + R2)] x Vcc

VR2 = VBE + VRE

TR1

RCR1

RER2

C2

C1

VCC

Vs

Vout

CE

RL

RS

+

-

Vin

TR1

RCR1

RER2

VCC

58

Modul 2

= VBE + IcRE

Ic = V V

R

R BE

E

2

VCE = Vcc – Ic(Rc + RE)

Titik Kerja Transistor P (VCE , Ic)

Gambar 6.11. Gambar Garis Beban dan Titik Kerja Transistor

B. Analisa ac

Analisa ac digunakan untuk menentukan besaran-besaran yang berkaitan dengan

sifat dinamis dari amplifier, antara lain :

Impedansi Input : Zi

Impedansi Output : Zo

Penguatan Tegangan : Avi, Avs

Penguatan Arus : Ai

Penguatan Daya : Ap

Dengan ketentuan sbb :

Buat rangkaian ekivalen ac, dengan :

Semua sumber tegangan dc : short circuit

Semua capacitor : short circuit.

Ic(mA)

Icsat = Vcc/Rc Ibmaks

Ib=0 Vce Vcecutoff =Vcc 0

P(Vce,I

c

)

59

Modul 2

Antara kaki Basis dengan Emitor terdapat impedansi/hambatan : “r”

dengan tegangan “V”.

Antara kaki Colector dengan Emitor terdapat sumber arus tak bebas “gmV”.

Antara kaki Basis dengan Colector : open circuit.

Gambar 6.12. Rangkaian ekivalen ac

gm = trans-konduktansi 38,9 Ic

dengan satuan : Mho (inverse dari Ohm)

r = gm

Impedansi input :

Zi = R1//R2//r

Impedansi output

Zo = RC

Penguatan Tegangan :

Avi = Vout/Vin

Vin = V

Vout = - gmVx RC//RL

Avi = - gm x RC//RL

RS

R1 R2 r

V

+

-

B

Vin

-

+

Vs

gmV

C

E

RC RL

Vout

Zi Zo

Io Ii

60

Modul 2

Avs = Vout/Vs

= (Vout/Vin) x (Vin/Vs)

xVsRsZi

ZiVin

Avs = RsZi

ZiAvi

Penguatan Arus :

Ai = Io/Ii

Io = Vo/RL

Ii = Vi/Zi

Ai = RL

ZiAvi

Penguatan Daya :

Ap = Po/Pi

Po = Vo x Io

Pi = Vi x Ii

Ap = Avi x Ai

Multistage Amplifier

Amplifier dengan konfigurasi CE-CE

TR1

RC1R11

RE1R21

C2

C1

VCC

Vs

Vout

CE1

RL

RS

+

-

Vin

TR2

RC2R12

RE2R22

C3

CE2

61

Modul 2

Analisa dc

Dibuat rangkaian ekivalen dc untuk menetukan garis beban dan titik kerja masing-

masing transistor.

Analisa ac

Dibuat rangkaian ekivalen ac sbb :

RS

R11 R21 r1

V1

+

-

B

Vin

-

+

Vs

gm1V1

C

E

RC1

Zi Zo

Ii

R22 r2 V2

+

-

B

gm2V2

C

E

RC2 RL

Vout

Io

R12

62

Modul 2

6.3. RANGKUMAN

63

Modul 2

6.4. REFERENSI

1. Ganti Dapari, 1990, “Pokok –Pokok Elektronika”, Gramedia Pustaka

Umum Jakarta

2. Malvino Albert Paul, 1994, “Prinsip-Prinsip Elektronika”, Penerbit

Erlangga Jakarta

3. Zuhal, 2004, ”Prinsip Dasar Elektroteknik ”, Gramedia Pustaka Umum

Jakarta

64

Modul 2

6.5. LATIHAN SOAL

65

Modul 2

6.6. JAWABAN