T1_612006005_BAB II

BAB II
DASAR TEORI
Thyristor merupakan komponen utama dalam peragaan ini. Untuk dapat
membuat thyristor aktif yang utama dilakukan adalah membuat tegangan pada kaki
anodanya lebih besar daripada kaki katoda. Agar thyristor aktif, maka perlu pemicuan
tegangan pada kaki gerbangnya. Setelah kondisi ini dicapai, thyristor akan selalu aktif
asalkan tegangan anoda selalu lebih besar daripada tegangan katoda. Jika tegangan
kaki katoda dibuat lebih besar dibandingkan tegangan kaki anoda, maka thyristor
akan langsung berada pada kondisi tidak aktif. Untuk beda tegangan 0 Volt pada
kedua kaki tersebut mempunyai 2 kondisi. Pertama, jika beda tegangan kaki anoda
dengan kaki katoda 0 Volt, tetapi kaki gerbang masih terpicu dalam pengertian dipicu
dengan tegangan terus menerus, maka thyristor masih dalam keadaan aktif. Kedua,
jika beda tegangan kaki anoda dengan kaki katoda 0 Volt, dan kaki gerbang hanya
terpicu sesaat dalam pengertian pemicuan berupa sinyal impuls, maka thyristor
berada dalam kondisi aktif.
Cara untuk membuat thyristor dalam keadaan tidak aktif adalah teknik
komutasi. Teknik komutasi yang sudah dipelajari dalam mata kuliah Elektronika
Daya (EE 731) dibagi dalam 2 jenis, yaitu komutasi alami dan komutasi paksa.
Komutasi alami terjadi jika arus menjadi nol dan tegangan balik muncul melewati
thyristor dengan menggunakan beban resistif.
6
7
Gambar 2.1. Rangkaian Komutasi Alami.
Komutasi paksa adalah teknik membuat thyristor tidak aktif dengan
memaksakan arus maju thyristor bernilai nol dengan tambahan rangkaian tertentu.
Rangkaian yang ditambahkan biasanya mengandung beban induktif ataupun kapasitif.
Teknik komutasi paksa dibagi lagi menjadi 7 macam, yaitu
1. Self-commutation
2. Impulse commutation
3. Resonant pulse commutation
4. Complementary commutation
5. External pulse commutation
6. Load-side commutation
7. Line-side commutation
Thyristor mempunyai fungsi hampir sama dengan dioda. Yaitu sebagai
penyearah gelombang. Namun untuk melakukannya, thyristor mempunyai peranan
sebagai saklar otomatis. Peranan sebagai saklar ini dapat dilakukan melalui salah satu
teknik komutasi yaitu komutasi alami. Penyearahan gelombang dapat dibagi menjadi
2 yaitu penyearah setengah gelombang dan penyearah gelombang penuh. Rangkaian
penyearahan gelombang adalah suatu rangkaian yang berfungsi mengubah tegangan
AC (berupa sinusoidal) yang memiliki nilai positif dan negatif menjadi suatu
gelombang yang memiliki nilai positif saja atau negatif saja. Untuk menghasilkan
8
setengah gelombang saja, biasanya dilakukan dengan memberikan sebuah dioda saja
yang diletakkan diantara masukan dan keluaran. Dimana dengan sinyal masukan
berupa sinusoidal, yang memiliki 2 siklus yaitu positif dan negatif, akan hanya
dilewatkan satu siklus saja dan siklus yang lain dianggap bernilai nol. Kemudian
untuk penyearah gelombang penuh, dapat menggunakan rangkaian diode-bridge.
Gambar 2.2. Rangkaian Penyearah Gelombang Penuh.
Dari Gambar 2.2 tersebut dapat dianalisis bahwa bila input berupa sinyal atau
gelombang sinusoidal, maka untuk kedua siklusnya akan dilewatkan semuanya.
Namun kedua siklus ini menjadi bernilai positif semua pada output. Kedua rangkaian
penyearahan tersebut dapat dipakai juga pada kaki gerbang thyristor yang
membutuhkan tegangan positif untuk dapat memicu thyristor. Namun untuk pengatur
waktu sudut picu dapat dengan menambahkan rangkaian resistor dan kapasitor (RC)
seperti pada topik 1, dengan menggunakan rangkaian timer pada topik 4, atau dengan
menggunakan UJT seperti pada topik 2, 3, dan 6. Pada topik 5 dengan menggunakan
kombinasi TRIAC dan DIAC mendapatkan bentuk yang hampir sama dengan
tegangan masukan hanya ada sudut pemicuannya. Dengan kata lain dapat
menggantikan fungsi diode bridge.
Pemicuan thyristor dengan menggunakan komponen resistor dan kapasitor
(RC) dapat dilakukan dengan mengatur tegangan yang masuk pada kaki gerbang
thyristor melalui pengubahan nilai dari satu komponen tersebut. Pengubahan salah
9
satu nilai komponen tersebut berdampak pada waktu yang dibutuhkan untuk
pengisian dan pengosongan kapasitor. Sehingga berdampak pada sudut picu thyristor.
Sudut picu yang dihasilkan oleh komponen ini lebih cepat daripada dengan
menggunakan komponen UJT. Sudut picu dengan menggunakan komponen RC
berada dari 0 derajat sampai 90 derajat. Pada topik 1 ini yang diubah nilainya adalah
resistor dengan menggunakan variabel resistor atau potensiometer. Dikarenakan
rangkaian untuk memicu thyristor berupa komponen RC maka sinyal yang masuk
pada kaki gerbang thyristor berupa sinyal gigi gergaji (yang berada pada siklus
positif) ini dikarenakan adanya dioda yang berfungsi penyearah sebelum masuk
menuju thyristor.
Seperti yang telah dibahas, pemicuan thyristor dapat pula dengan menggunakan
komponen UJT (Unijunction Transistor). Rangkaian dasar pemicuan UJT dapat
dilihat pada Gambar 2.3.
Gambar 2.3. Rangkaian dasar UJT.
10
UJT mempunyai 3 terminal yaitu E (Emitter), B1 (base-one), dan B2 (basetwo). Diantara B1 dan B2 mempunyai karakteristik hambatan biasa. Hambatan ini
disebut hambatan interbase disimbolkan dengan RBB dan mempunyai batas nilai 4,7
sampai dengan 9,1 kΩ. Dari gambar 3 dapat dianalisis bahwa ketika tegangan supply
DC Vbb dinyalakan, kapasitor C terjadi pengisian melalui resistor R dan kaki emitter
UJT mengalami hubung buka. Konstanta waktu saat pengisian kapasitor dapat
dihitung dengan rumus
(2.1)
Ketika tegangan emitter, yang sama dengan tegangan kapasitor C, mencapai
maksimum, UJT berubah menjadi aktif dan kapasitor melakukan pengosongan
muatan melalui hambatan dalam UJT dan resistor RB1. Waktu yang dibutuhkan untuk
pengosongan kapasitor dapat dirumuskan
(2.2)
Ketika tegangan kapasitor minimum, emitter akan berhenti menghantar dan membuat
UJT tidak aktif. Dengan demikian kapasitor kembali terisi dan begitu seterusnya.
Nilai R dibatasi diantara 3 kΩ sampai dengan 3 MΩ. Pada peragaan topik 2,3, dan 6
menggunakan UJT untuk menghasilkan impulse yang digunakan untuk memicu
thyristor.
Selain menggunakan UJT yang menghasilkan pulsa untuk memicu thyristor,
dapat juga dengan menggunakan rangkaian digital yang akan diperagakan pada topik
4. Yang dimaksud digital disini adalah memiliki 2 nilai yaitu ‘0’ jika keluaran
memiliki tegangan sebesar 0 Volt dan ‘1’ jika keluaran memiliki tegangan sebesar +
Vcc. Pada percobaan topik ini rangkaian digital berupa rangkaian timer dengan
menggunakan IC NE555. Dari pernyataan diatas dapat diketahui bahwa rangkaian
digital menghasilkan gelombang kotak. Namun demikian bentuk gelombang keluaran
11
tidak disearahkan sepenuhnya jika frekuensi rangkaian timer tidak sama dengan
frekuensi jala-jala listrik.
Thyristor yang berfungsi sebagai saklar dapat juga membentuk gelombang
kotak seperti pada topik 2. Pada topik ini akan memeragakan cara mendapatkan
tegangan DC yang bervariabel dengan masukkan tegangan DC tetap. Pengertian
variabel disini bahwa tegangan keluaran berupa sinyal kotak yang memiliki nilai
puncak +Va dan nilai minimal 0 V. Bentuk kotak pada grafik tegangan ini didapatkan
karena adanya peranan thyristor sebagai saklar. Untuk lebih dapat dimengerti mari
dilakukan percobaannya.
Pemicuan thyristor yang digunakan pada rangkaian penyearah setengah
gelombang dan penyearah gelombang penuh dengan menggunakan komponen UJT
mempunyai sudut picu 0 derajat sampai dengan 180 derajat.
TRIAC merupakan gabungan antara 2 thyristor paralel yang memiliki letak
berkebalikan. Dan kaki gerbang pada kedua thyristor tersebut disatukan sehingga
hanya memiliki satu sudut picu. Kegunaan TRIAC hampir sama dengan diode-Bridge
yaitu sebagai penyearah gelombang. Namun diode-Bridge tidak memiliki sudut picu
sehingga gelombang yang disearahkan seluruhnya.
Gambar 2.4. Rangkaian setara TRIAC dengan menggunakan Thyristor.
12
DIAC merupakan gabungan antara 2 dioda paralel yang memiliki letak
berkebalikan. DIAC tidak memiliki kaki gerbang maka komponen ini tidak memiliki
sudut picu untuk mengaktifkannya. DIAC memiliki fungsi yang sama dengan diodeBridge yaitu sebagai penyearah gelombang penuh.
Gambar 2.5. Rangkaian setara DIAC dengan menggunakan dioda.
Untuk dapat membentuk gelombang keluaran yang hamper sama dengan
masukan yang dihasilkan dari kombinasi TRIAC dapat juga menggunakan 2 buah
thyristor seperti yang diperagakan pada topik 6. Thyristor pertama diletakkan bias
maju pada siklus positif dan yang lainnya diletakkan bias maju pada siklus negatif.
Sudut picu kedua thyristor dapat diatur menjadi sama yaitu dengan meletakkan kaki
gerbang kedua thyristor secara paralel.