chapter 17 (17.64)
Dalam dunia elektronika, semikonduktor memiliki peran penting sebagai bahan dasar untuk berbagai komponen aktif. Salah satu jenis perangkat semikonduktor yang memiliki aplikasi luas adalah PNPN devices, yang sering disebut juga dengan thyristors. Perangkat ini terdiri dari empat lapisan semikonduktor yang membentuk struktur PNPN, dan memiliki kemampuan untuk mengendalikan arus listrik secara efektif. Thyristor dan perangkat sejenis lainnya seperti diode, transistor, dan triac digunakan dalam berbagai aplikasi, seperti pengaturan daya, proteksi rangkaian, dan kontrol motor.
Struktur dasar PNPN menggabungkan dua dioda dalam konfigurasi yang saling berhubungan, dan komponen ini memiliki kemampuan untuk menyala dan mati (on-off switching) dengan hanya sedikit kontrol eksternal. Prinsip kerja perangkat semikonduktor ini sering kali bergantung pada efek pemicu (triggering) yang membuat perangkat beralih antara kondisi on dan off.
Perangkat semikonduktor lainnya, seperti diode, transistor, dan triac, memiliki prinsip kerja yang mirip namun dengan karakteristik dan aplikasi yang berbeda. Masing-masing perangkat ini memainkan peranannya dalam pengaturan, penguatan, dan switching sinyal serta daya dalam sistem elektronika.
- Memahami struktur, prinsip
kerja, dan aplikasi dari perangkat semikonduktor PNPN seperti thyristor dan
perangkat lainnya.
- Mempelajari cara kerja diode, transistor, thyristor, triac,
dan SCR (Silicon Controlled Rectifier) dalam rangkaian
elektronika.
- Mengenal aplikasi praktis dari
perangkat semikonduktor ini dalam pengaturan daya, penguatan sinyal, dan
proteksi rangkaian.
- Mengamati karakteristik
tegangan dan arus pada perangkat semikonduktor melalui eksperimen atau
simulasi.
- Memahami penggunaan triggering untuk
mengendalikan perangkat PNPN dalam sistem kontrol daya.
1. Software Proteus
Proteus adalah perangkat lunak simulasi elektronik yang digunakan untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual. Software ini mendukung simulasi berbagai komponen, termasuk mikrokontroler, sehingga memudahkan pengguna dalam merancang dan menguji sistem tanpa perlu merakitnya secara fisik terlebih dahulu.
3. Op-Amp
CHAPTER 17: TRANSISTOR FET (FIELD EFFECT TRANSISTOR)
Chapter 17 membahas Transistor Efek Medan (FET), yang merupakan jenis transistor unipolar yang hanya mengandalkan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole) untuk operasinya. FET memiliki karakteristik yang berbeda dari BJT (Bipolar Junction Transistor) yang dibahas di chapter sebelumnya, terutama dalam hal impedansi input yang sangat tinggi dan ketergantungan pada tegangan (bukan arus) untuk pengontrolannya.
Jenis-Jenis FET
- JFET (Junction Field-Effect Transistor)
- Terdiri dari dua tipe: n-channel dan p-channel.
- Operasinya dikendalikan oleh tegangan gerbang (gate) yang membalikkan bias junction.
- Memiliki tiga terminal: Gate (G), Drain (D), dan Source (S).
- Karakteristik penting meliputi VGS(off) (tegangan pinch-off) dan IDSS (arus drain saat VGS = 0).
- MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET)
- Dibagi menjadi MOSFET Depletion-mode dan Enhancement-mode.
- Depletion-mode: Dapat beroperasi dengan tegangan gerbang positif atau negatif.
- Enhancement-mode: Hanya aktif saat tegangan gerbang melebihi threshold voltage (Vth).
- MOSFET sangat dominan dalam aplikasi digital dan daya tinggi karena efisiensi dan kecepatan switching-nya.
Karakteristik dan Parameter FET
- Kurva Transfer: Menunjukkan hubungan antara VGS (tegangan gate-source) dan ID (arus drain).
- Transconductance (gm): Ukuran seberapa besar arus drain berubah terhadap perubahan tegangan gate.
- Impedansi Input: Sangat tinggi (hingga orde megaohm atau gigaohm), membuat FET ideal untuk aplikasi penguat sinyal kecil.
Aplikasi FET
- Penguat (Amplifiers)
- FET digunakan dalam penguat sinyal kecil karena noise-nya yang rendah dan impedansi input tinggi.
- Contoh: Common-Source, Common-Drain (Source Follower), dan Common-Gate configurations.
- Saklar (Switches)
- MOSFET, khususnya, banyak digunakan dalam rangkaian digital (sebagai komponen dasar CMOS) dan power switching.
- Pengaturan Impedansi
- JFET sering dipakai dalam rangkaian buffer atau pengatur impedansi karena karakteristiknya yang linear.
Perbandingan FET vs. BJT
Parameter | FET | BJT |
Jenis Pembawa | Unipolar (hanya elektron atau hole) | Bipolar (elektron dan hole) |
Kontrol | Tegangan (VGS) | Arus (IB) |
Impedansi Input | Sangat Tinggi (≈MΩ-GΩ) | Rendah (≈kΩ) |
Noise | Rendah | Lebih Tinggi |
Aplikasi | Penguat sinyal kecil, switching | Penguat daya, switching |
Keunggulan FET
- Konsumsi daya rendah karena arus gate yang hampir nol.
- Stabilitas termal lebih baik dibanding BJT.
- Lebih tahan terhadap radiasi, membuatnya cocok untuk aplikasi khusus.
Chapter 17 membahas secara mendalam tentang Field Effect Transistor (FET), keluarga transistor yang bekerja berdasarkan prinsip medan listrik untuk mengontrol aliran arus. Berbeda dengan BJT yang merupakan perangkat bipolar, FET termasuk dalam kategori transistor unipolar karena hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole) dalam operasinya. Karakteristik utama FET yang dibahas di chapter ini mencakup impedansi input yang sangat tinggi dan pengontrolan melalui tegangan (bukan arus seperti pada BJT).
Bagian pertama chapter ini menjelaskan dua jenis utama FET. Junction FET (JFET) bekerja dengan mengontrol lebar saluran konduksi melalui bias reverse pada junction PN. Terdapat dua variasi JFET yaitu tipe n-channel dan p-channel, masing-masing memiliki karakteristik arus-tegangan yang spesifik. Metal-Oxide-Semiconductor FET (MOSFET) menawarkan keunggulan lebih besar dengan struktur isolasi gate-nya. MOSFET dibagi menjadi depletion-mode yang dapat bekerja dengan bias positif maupun negatif, dan enhancement-mode yang hanya aktif ketika tegangan gate melebihi nilai threshold tertentu.
Analisis DC dan AC FET menjadi fokus utama chapter ini. Untuk analisis DC, dibahas metode penentuan titik kerja (bias point) menggunakan teknik seperti fixed bias, self bias, dan voltage divider bias. Model sinyal kecil FET diperkenalkan untuk menganalisis parameter AC seperti transkonduktansi (gm) dan resistansi output (rd). Karakteristik transfer FET yang nonlinear juga dijelaskan secara detail, termasuk daerah cut-off, triode, dan saturasi.
Chapter ini juga membahas berbagai aplikasi praktis FET. Sebagai penguat, FET digunakan dalam tiga konfigurasi dasar: common-source (penguat tegangan), common-drain (source follower), dan common-gate (penguat arus). Keunggulan FET dalam aplikasi switching ditonjolkan, terutama untuk MOSFET yang menjadi komponen kunci dalam gerbang logika digital CMOS. Aplikasi khusus lainnya termasuk penggunaan FET sebagai resistor terkontrol tegangan (VVR) dan dalam rangkaian analog switch.
Keunggulan FET dibanding BJT dianalisis secara komprehensif, termasuk:
- Impedansi input yang sangat tinggi (hingga orde gigaohm)
- Karakteristik switching yang lebih cepat
- Efek noise yang lebih rendah
- Konsumsi daya yang lebih efisien
- Stabilitas termal yang lebih baik
Prinsip
Kerja Relaxation Oscillator (PUT – Programmable Unijunction Transistor)
Relaxation
Oscillator dengan PUT (Programmable Unijunction Transistor) adalah rangkaian
yang menghasilkan sinyal osilasi periodik berbasis pengisian dan pengosongan
kapasitor. Rangkaian ini memanfaatkan karakteristik PUT yang akan menyala
(conduct) ketika tegangan pada terminal anoda melebihi tegangan pada terminal
gate.
Komponen
Utama:
- PUT (Programmable Unijunction
Transistor)
sebagai saklar yang dikendalikan tegangan.
- R dan C membentuk
rangkaian pengisi tegangan (charging).
- RB1 dan RB2 sebagai pembagi tegangan
untuk mengatur level trigger PUT.
- RK sebagai resistor beban PUT saat konduksi.
Cara
Kerja:
- Saat daya (VBB) pertama kali
diberikan:
- Kapasitor C mulai
terisi melalui resistor R menuju tegangan VBB.
- Tidak ada arus yang mengalir
melalui PUT karena PUT masih dalam keadaan OFF.
- Pengisian Kapasitor:
- Tegangan pada kapasitor (dan
titik A) meningkat secara eksponensial terhadap waktu.
- Tegangan ini terus naik
hingga mencapai tegangan trigger VP dari PUT, yang ditentukan oleh
tegangan di gate:
- Saat VA > VP (titik picu
PUT):
- PUT mulai konduksi, dan
kapasitor segera mengosongkan muatan melalui PUT dan resistor RK.
- Tegangan kapasitor turun
drastis hampir ke nol.
- Siklus berulang:
- Setelah kapasitor habis, PUT
kembali OFF.
- Kapasitor mulai mengisi ulang
kembali dari nol, dan proses berulang menciptakan osilasi periodik.
Persamaan
Periode Osilasi:
Periode satu siklus pengisian hingga picu diberikan oleh:
Karakteristik
Output:
- Menghasilkan pulsa tegangan
periodik.
- Frekuensi osilasi tergantung
pada nilai R, C, dan pembagi tegangan RB1-RB2.
- Frekuensi mudah diatur dengan
mengubah nilai R atau C.
- PUT bertindak sebagai saklar
tegangan, bukan penguat.
Contoh
Aplikasi/Rangkaian Relaxation Oscillator:
- Generator Pulsa (Pulse
Generator): Menghasilkan
pulsa untuk rangkaian digital.
- Timer atau Delay Circuit: Untuk memberikan waktu tunda
dalam sistem otomatis.
- Flasher/Lampu Berkedip: Pada sistem peringatan
visual.
- Nada/Sinyal Osilasi: Sebagai bagian dari generator
suara sederhana.
17.64 – PUT Relaxation Oscillator
Deskripsi
Umum:
PUT
(Programmable Unijunction Transistor) relaxation oscillator adalah rangkaian
osilator sederhana yang menghasilkan pulsa periodik berdasarkan proses
pengisian dan pengosongan kapasitor. Rangkaian ini terdiri dari resistor,
kapasitor, dan PUT yang bekerja sebagai saklar elektronik. Saat tegangan
kapasitor mencapai ambang tertentu, PUT menghantarkan dan membuang muatan
kapasitor, menciptakan sinyal osilasi berulang. Cocok untuk aplikasi yang
memerlukan sinyal timing, pulse generator, atau flasher.
Rumus
Periode Osilasi (T):
Keterangan:
- T: Periode satu siklus osilasi
- R, C: Komponen resistor dan
kapasitor yang menentukan waktu pengisian
- VBB: Tegangan suplai
- VP: Tegangan picu (trigger) PUT
- RB1, RB2: Resistor pembagi tegangan
untuk mengatur tegangan gate
- η: Rasio RB1 terhadap total RB1
+ RB2 → menentukan tegangan trigger
Karakteristik
Tambahan:
- Menghasilkan pulsa periodik
secara otomatis (relaksasi).
- Frekuensi osilasi tergantung
pada nilai R, C, dan pembagi tegangan.
- PUT bekerja sebagai saklar: ON
ketika tegangan mencapai VP.
- Sinyal output bisa digunakan
untuk mengaktifkan komponen lain (misal LED, buzzer).
Aplikasi
PUT Relaxation Oscillator:
- Pulse Generator: Menghasilkan pulsa untuk
sistem logika atau kontrol.
- Timer Sederhana: Digunakan dalam rangkaian
penundaan atau waktu tunda.
- Flasher Elektronik: Untuk lampu berkedip pada
mainan atau peringatan.
- Nada Osilasi Sederhana: Sebagai sumber sinyal
frekuensi tetap pada alarm.
- Pemicu Sistem Digital: Sebagai clock sinyal atau
timing eksternal.
EXAMPLE
Example 1
PROBLEM
PILIHAN GANDA
fig 17.64
(PUT Relaxation Oscillator)
1. Apa
fungsi utama kapasitor C dalam rangkaian PUT Relaxation Oscillator pada Gambar
17.64?
A. Menstabilkan arus PUT
B. Menyimpan energi untuk mencatu PUT
C. Mengatur periode osilasi dengan cara mengisi dan mengosongkan muatan
D. Mengurangi tegangan VBB
Jawaban:
C. Mengatur periode osilasi dengan cara mengisi dan mengosongkan muatan
Penjelasan: Kapasitor C akan mengisi menuju VBB, dan ketika tegangan
melintasinya mencapai tegangan firing VP, PUT akan menghantar, dan kapasitor
akan segera mengosongkan muatannya. Proses ini berulang dan menentukan periode T
osilasi.
2. Supaya
osilasi terjadi, nilai resistor R harus memenuhi syarat...
A. R>Rmax
B. R=Rmin
C. Rmin<R<Rmax
D. R<Rmin
Jawaban:
C. Rmin<R<Rmax
Penjelasan: Jika R>Rmax, arus tidak cukup untuk menyalakan PUT saat VP
tercapai. Jika R<Rmin, maka PUT tidak akan bisa mati (off). Jadi agar
terjadi osilasi, R harus di antara Rmin dan Rmax.
3. Apa
yang terjadi saat tegangan pada kapasitor mencapai VP?
A. PUT menjadi tidak aktif dan kapasitor mulai mengisi lagi
B. PUT menghantar dan kapasitor segera mengosongkan muatannya
C. Tegangan VBB menjadi nol
D. Arus ke kapasitor berhenti
Jawaban:
B. PUT menghantar dan kapasitor segera mengosongkan muatannya
Penjelasan: Saat VC=VP, PUT menyalakan arus IA=IP, menyebabkan kapasitor
membuang muatannya melalui PUT dengan cepat.
Komentar
Posting Komentar