BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Inverter
Konverter DC - AC atau biasa disebut Inverter adalah suatu alat elektronik
yang berfungsi menghasilkan keluaran AC Sinusoidal dari masukan DC dimana
magnitudo dan frekuensinya dapat diatur. Inverter biasanya banyak digunakan
pada kendali mesin AC dan UPS (Uninterruptible Power Supply).
Dilihat dari masukannya, inverter dibagi menjadi dua macam yaitu VSI
(Voltage Source Inverter) dimana masukannya adalah sumber tegangan DC dan
CSI (Current Source Inverter) dimana masukannya adalah sumber arus DC. Pada
umumnya, inverter yang lebih sering digunakan adalah VSI sedangkan CSI
penggunaannya terbatas pada kontrol Motor AC dengan daya yang sangat besar.
5
6
Gambar 2.1. Topologi inverter full-bridge
Untuk menghasilkan keluaran AC sinusoidal, inverter bekerja dengan
mengatur penyaklaran masukan sumber DC. Dalam satu lengan, transistor yang
boleh ON hanya satu karena apabila dua transistor dalam satu lengan ON maka
sumber tegangan DC akan terhubung singkat. Dengan demikian pada saat
maka
akan off, hal yang sama terjadi pada
Pada saat
).Pada saat
dan
dan
dan
.
on, maka beban akan merasakan tegangan
–
on
on maka beban akan merasakan tegangan
(
( =
=-
).
Bentuk sinyal tegangan keluaran dari gambar 2.2 adalah sebagai berikut :
Gambar 2.2 Bentuk keluaran inverter
Keluaran inverter dengan penyaklaran seperti diatas adalah gelombang
persegi. Gelombang seperti ini memiliki kandunagan harmonisa yang besar.
Biasanya keluaran inverter yang diinginkan adalah bentuk gelombang sinus murni
7
karena gelombang sinus murni tidak mengandung harmonisa. Untuk mendapatkan
bentuk gelombang sinusoidal maka teknik penyaklaran transistor harus diatur
salah satu teknik yang paling umum digunakan dalam mengatur penyaklaran
transistor dalam inverter adalah PWM (Pulse Width Modulation).
2.1.1 Pulse Width Modulation
Pulse Width Modulation (PWM) adalah salah satu teknik untuk mengatur
penyaklaran transistor dalam inverter. Teknik ini pada dasarnya adalah
membandingkan dua sinyal untuk mendaptkan pola penyaklaran transistor. Sinyal
pertama adalah sinyal repetitif sebagai sinyal yang carrier dan biasanya adalah
sinyal segitiga
. Sinyal kedua adalah sinyal yang akan dimodulasi untuk
mendapatkan bentuk keluaran yang diinginkan dan biasa disebut sinyal
referensi . Apabila sinyal referensi
lebih besar (kecil) dari sinyal carrier
maka lengan atas ( ) akan menerima sinyal on (off).
Gambar 2.3 Pulse Width Modulation
8
Perbandingan antara amplitudo sinyal referensi
carrier
dan amplitudo sinyal
disebut indeks modulasi m.
...............................................................................................................(2.1)
Pada saat amplitudo sinyal referensi
sama dengn sinyal carrier
maka
indeks modulasi maksimum. Rentang antara indeksi modulasi minimum (nol)
sampai indeks modulasi maksimum adalah rentang besarnya keluaran yang dapat
diatur oleh inverter. Apabila amplitudo sinyal referensi
amplitudo sinyal segitiga
lebih tinggi dari
maka inverter berada pada daerah operasi over-
modulation. Pada daerah ini hubungan antara keluaran inverter dengan indeks
modulasi tidak lagi linear.
Jika m besaran sehingga sinyal referensi berpotongan dengan sinyal
segitiga pada titik zero crossing (Gambar 2.3) maka pola penyaklaran adalah
penyaklaran sinyal persegi. Daerah ini bisa disebut daerah saturasi PWM karena
indeks modulasi m sudah tidak lagi berpengaruh terhadap besaranya keluaran.
Salah satu keutungan operasi penyaklaran persegi adalah setiap lengan berubah
keadaannya hanya satu kali dalam satu periode.hal ini penting untuk level dengan
daya besar dimana biasannya respon saklar semikonduktor pada level ini rendah.
Karena inverter tidak dapat mengatur besarannya keluaran maka satu-satunya cara
untuk mengatur besarannya keluaran adalah dengan mengatur masukannya.
Dalam aplikasi industri, biasannya keluaran inverter harus bisa diatur.
Pengaturan ini biasanya ditunjukan untuk mengatsi masalah variasi tegangan
masukan sumber DC, pengaturan keluaran inverter agar sesuai denagn kebutuhan,
9
dan untuk kebutuhan pengaturan volt/frekuensi yang tetap. Dengan demikian
maka inverter harus diusahakan bekerja pada daerah linearnya. Denagn sinyal
referensi sinus bisa didapat
adalah 1. Banyak penelitian yang telah
dilakukan untuk memperbesar daerah liner inerter. Penelitian biasanya dilakuakan
pada kontrol pada penyaklaran inverter atau modifikasi PWM yang sudah ada.
Gambar 2.4 Pengaturan tegangan dengan m.
a.
Parameter Peformasi Inverter
Teknik PWM dapat menghasilkan keluaran yang mendekati bentuk
sinusoidal dibandingkan dengan teknik penyaklarannya. Akan tetapi, keluaran
inverter dengan menggunakan teknik PWM tetap mengandung riak, terutama pada
daerah indeks mudulasi yang tinggi.
10
b.
Riak
Riak atau ripple atau distorsi adalah gelombang repetitif yang merupakan
perbedaan antara nilai sesaat suatu gelombang dengan nilai fundamental
gelombang tersebut. Riak dapat diturunkan dari deret fourier yaitu:
ĩ(t) = i(t) – i1(t).................................................................. (2.2)
Dimana, ĩ(t) = riak, i(t) = nilai sesaat dan i1(t) = nilai fundamental atau
dalam bentuk nilai RMS.
√
..........................................................................................(2.3)
Dimana: Ĩ = nilai RMS riak, I = nilai RMS gelombang dan I 1= nilai RMS
fundamental gelombang.
Selain itu riak biasa dinyatakan sebagai THD yaitu perbandingan antara
riak dengan komponen fundamental.
(∑
) ................................................... (2.4)
Riak yang dihasilkan oleh inverter dapat mengakibatkan:
c.
1.
efek pemanasan (rugi-rugi motor, trafo, kabel)
2.
efek harmonisa torka (motor)
3.
kesalahan pembacaan meter
Rugi-rugi Penyaklaran
Rugi-rugi penyaklaran berasal dari karakteristik transistor sebagai saklar.
Apabila karakteristik transistor mendekati karakteristik saklar ideal maka rugirugi akibat penyaklaran akan berkurang. Rugi-rugi akibat penyaklaran
berhubungan juga dengan frekuensi penyaklaran yang dioperasikan pada saklar.
11
rugi-rugi penyaklaran sebanding dengan frekuensi penyaklaran yang digunakan
artinya semakin sering saklar digunakan pada penyaklaran maka rugi-ruginya
akan semakin tinggi.
Rugi-rugi penyaklaran dinyatakan sebagai :
(
(
)
(
)
)............................................................(2.5)
Dimana :
2.2

VD
= Tegangan masukan

I0
= Arus yang mengalir pada saklar

Fs
= Frekuensi penyaklaran

tc(on)
= Waktu hidup saklar

tc(off)
= Waktu mati saklar
Resistor
Gambar 2.5 Resistor
Resistor menentukan aliran arus dalam rangkaian listrik.Dimana ada
resistansi yang besar di rangkaian aliran arus kecil, dan resistansi rendah aliran
arus besar.
12
2.3
Kapasitor
Gambar 2.6 Kapasitor
Kapasitor adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan muatan
listrik dan digunakan dalam rangkaian timer.Sebuah kapasitor dapat digunakan
dengan resistor untuk menghasilkan timer. Kadang-kadang kapasitor digunakan
untuk memperhalus arus dalam sebuah rangkaian karena mereka dapat memotong
spike dari komponen lain seperti relay. Bila daya dipasok ke sirkuit yang
mengandung kapasitor – Kapasitor mengisi daya.Bila daya dimatikan kapasitor
mulai pembuangan muatan listrik secara perlahan-lahan.
2.4
Dioda
Gambar 2.7 Dioda
13
Sebuah dioda memungkinkan listrik mengalir dalam satu arah saja dan
menghalangi aliran ke arah yang berlawanan.Mereka dapat dianggap sebagai
katup satu arah dan mereka digunakan dalam berbagai sirkuit, biasanya sebagai
bentuk perlindungan. Ada berbagai jenis dioda namun fungsi dasar mereka adalah
sama.
2.5
Transistor
Ada dua macam transistor yaitu transistor BJT (Bipolar Junction
Transistor) dan transistor efek medan FET (Field – Efect Transistor). Disini hanya
membahas tentang transistor bipolar yang selanjutnya cukup disebut sebagai
transistor..
Sebuah transistor memiliki tiga daerah doped, seperti yang terlihat pada
gambar 2.8. Ketiga daerah tersebut diberi nama kolektor (collector), basis (base),
dan emitor (emitter). Jika yang di tengah adalah jenis-p maka disebut transistor
npn dan jika jenis-n maka disebut transistor pnp.
Gambar 2.8 (a) Transistor NPN, (b) Transitor PNP
Gambar 2.8 menunjukkan simbol skematik transistor npn dan pnp. Anak
panah selalu ditempatkan pada emitor, pada transistor npn menunjukkan arah arus
14
konvensional (arah muatan listrik positif) dan pada transistor pnp menunjukkan
aliran elektron (arah muatan listrik negatif).
Gambar 2.9(a) Simbol Transistor NPN (b) Transitor PNP (Malvino, 2003)
Pada gambar 2.9 terdapat tiga arus yang berbeda pada transistor : Arus
emiter IE, arus basis IB dan arus kolektor IC. Perbandingan arus pada transistor npn
dengan pnp, pada transistor npn, arus mengalir dari B ke E dan dari C ke E. Ini
berarti VB > VE dan VC > VE. Sebaliknya, pada transistor pnp, arus mengalir
dari E ke B dan dari E ke C. Ini berarti VE > VB dan VE > VC.
Hubungan arus – arus, hukum arus kirchoff mengatakan bahawa semua
arus yang masuk pada suatu titik percabangan sama dengan jumlah arus yang
keluar pada titik tersebut. Jika diterapkan pada arus transistor maka dapat dibuat
rumus (Malvino, 2003) :
IE = IC + IB............................................................................................................................................. (2.6)
Persamaam tersebut mengatakan bahwa arus emiter adalah jumlah arus
kolektor dan basis. Karena arus basis sangat kecil, arus kolektor kira – kira sama
15
dengan arus emiter, dan besar arus basis jauh lebih kecil daripada arus kolektor
dapat dibuat rumus sebagai berikut (Malvino, 2003):
IB << IC ...........................................................................................................................................(2.7)
Alpha (αdc). Tetapan αdc pada transitor daya tinggi lebih besar dari pada
0,99 dan daya rendah lebih besar dari pada 0,95 (Malvino, 2003) :
α dc =
.................................................................................................(2.8)
Beta (βdc) sebuah transistor didefenisikan sebagai rasio arus kolektor DC
dengan arus basis DC (Malvino, 2003) :
βdc =
...................................................................................................(2.9)
Beta juga dikenal dengan gain arus karena arus basis yang kecil dapat
menghasilkan arus kolektor yang jauh lebih besar. Tetapan βdc pada transistor
daya tinggi memiliki arus gain 20-100 dan daya rendah 100-300.
16
2.5.1 Hubungan Transistor
Ada tiga cara untuk menghubungkan pada sebuah transistor : dengan CE
(common emitter), CC (mommon collector) dan CB (common base), di sini hanya
membahas hubungan CE karena hubungan ini banyak digunakan.

Common Emitter (CE)
Pada gambar 2.10 sisi Common atau ground pada tiap sumber tegangan
dihubungkan dengan emiter. Karena itulah, rangkaian ini disebut dengan
koneksi common – emiter (CE). Rangkaian ini memiliki dua kalang : kalang kiri
(kalang basis) dan kanan (kalang kolektor).
Gambar 2.10 Hubungan CE. (a) Rangkaian Dasar (b) Rangkaian
dengan Ground (Malvino, 2003)
Pada gambar 2.10(b) tegangan antara titik yang disubskripkan dengan
ground. Tegangan VB adalah tegangan antara basis dengan ground, VC adalah
tegangan antara kolektor dengan ground dan VEadalah tegangan antara emiter
17
dengan ground. (Pada rangkaian ini VE = 0). Dapat dibuat rumus sebagai berikut
(Malvino, 2003):
VCE = VC - VE
VCB = VC – VB
VBE = VB - VE
Dari rumus tegangan di atas dapat di sederhanakan :
VCE = VC............................................................................................................................. ................... (2.9)
VCB = VC – VB ................................................................................................................................ (2.10)
VBE = VB.............................................................................................................................................. (2.11)
Dengan menerapkan hukum Ohm terhadap resistor basis pada gambar 2.10
akan memberikan rumus (Malvino, 2003):
.................................................................................(2.11)
18
VBE = 0,7 V seperti yang terlihat pada gambar 2.11 berikut :
Gambar 2.11 Kurva Dioda

Kurva Kolektor
Kita dapat mengubah VBB dan VCC pada gambar 2.10 untuk menghasilkan
tegangan dan arus transistor yang berbeda. Dengan menghitung I C dan VCE, kita
dapat memperoleh data untuk menggambar kurva I C vs VCE seperti beikut :
Gambar 2.12 Kurva Kolektor (Malvino, 2003)
19
Jika nilai VCE 0, dioda kolektor tidak terbias balik. Inilah mengapa grafik
menunjukan besarnya arus kolektor 0. Jika besar VCE besar dari 0 maka arus
kolektor naik dengan tajam pada grafik.

Tegangan dan Daya Kolektor pada transistor :
Hukum tegangan kirchhoff mengatakan bahwa jumlah tegangan pada
rangkaian tertutup sama dengan 0. Jika diterapkan pada rangkaian kolektor pada
gambar 2.10 maka hukum tegangan kirchhoff menghasilkan (Malvino, 2003):
VCE = VCC - IC RC ................................................................................(2.12)
Ini berarti bahwa tegangan kolektor-emitor sama dengan tegangan sumber
kolektor dikurangi dengan tegangan pada resistor kolektor.
Pada gambar 2.10 transistor memiliki disipasi daya (PD) kira-kira:
PD = VCE IC............................................................................................................................. ............(2.13)

Daerah Operasi Transistor
Kurva pada gambar 2.10 memilik daerah yang berbeda di mana kerja
transistor berubah. Secara grafis daearah aktif adalah bagian horizontal dari kurva.
Dengan kata lain, arus kolektor konstan pada daerah ini. Daerah operasi yang lain
adalah daerah breakdown. Transistor tidak boleh beropersi pada daerah ini karena
akan rusak.
Daerah saturasi adalah bagian yang miring pada kurva. Pada daerah ini
arus basis IB lebih besar dari pada normalnya dan gain arus (βdc) lebih kecil dari
pada normalnya. Perhatikan kurva gambar 2.11 : besar arus basis adalah nol, tetap
terdapat arus kolektor yang kecil (arus Cutoff kolektor), daerah inilah yang
disebut Cutoff .
20
2.5.2 Transistor sebagai Penguat
Terdapat dua cara untuk mengatur titik operasi sebuah transistor, yaitu
dengan bias basis dan bias emiter. Bias basis menghasilkan sebuah nilai tetap dari
arus basis, sedangkan bias emiter menghasilkan sebuah nilai tetap dari arus
emiter. Bias basis paling berguna dalam rangkain saklar, sedangkan bias emiter
lebih dominan dalam rangkaian penguat karena mempunyai titik kerja Q stabil.

Transistor sebagai penguat arus
Jika kuat arus masuk IB dan kuat arus keluaran IC, maka diperoleh hasil
bahwa IC jauh lebih besar dari pada IB, seperti ditunjukkan pada persamaan (2.14).
βdc didefinisikan sebagai nilai perbandingan antara kuat I C sebagai keluaran dan
kuat IB sebagai masukan dapat dibuat rumus sebagai berikut (Malvino, 2003)
IC = βdc IB ................................................................................(2.14)

Transistor sebagai penguat tegangan
Pada gambar 2.13
memperlihatkan sebuah penguat bias pembagi
tegangan, bati tegangan didepenisikan sebagai tegangan keluaran AC yang terbagi
oleh tegangan input AC.
21
Gambar 2.13 (a) Penguat CE, (b) Ekuivalen Pada Basis dan (b) Ekuivalen
Pada Kolektor (Malvino, 2003)
Dalam rangkaian kolektor, sumber arus mengeluarkan arus AC (ic) melalui
hubungan paralel RC dan RL (Rp) karena itu, tegangan keluaran AC adalah
(Malvino, 2003) :
VOUT = ic (Rp) = βib (Rp) ......................................................................(2.15)
Sekarang dapat membagi V out oleh Vin untuk memperoleh penguat
tegangan (A)
A=
=
(
A=
)
..............................................................................................(2.16)
Keterangan :
A = Penguat Tegangan
βib = Arus Basis Ac
βr ,e= Ipedansi masukan dari basis
Titik Q memiliki arus kolektor dan tegangan kolektor –emiter, karena bias
pembagi tegangan di turunkan dari bias emiter, titik Q tidak terpengaruh terhadap
perubahan pada penguat arus. Salah satu cara untuk memindahkan titik Q menjadi
22
QH pada gambar 2.13 (b) adalah dengan mengubah hambatan emiter, maka arus
kolektor turun.
2.5.3 Transistor Sebagai Saklar
Bias basis berguna dalam rangkaian-rangkaian digital karena rangkaian
tersebut biasanya dirancang untuk beroperasi di daerah jenuh dan cutoff. Oleh
sebab itu rangkaian ini memiliki tegangan keluaran rendah ataupun tinggi.
Dengan kata lain, tidak ada titik Q (titik perpotongan antara garis beban dengan
kurva kolektor) yang di gunakan antara titik jenuh dan cutoff. Untuk alasan ini,
variasi titik Q tidak jadi masalah, karena transistor tetap dalam kondisi jenuh
atau cutoff ketika pengutan arus berubah. Untuk lebih jelas dapat di lihat pada
gambar 2.14 berikut ini :
Gambar 2.14 (a) Daerah Saturasi (b) Garis Beban (Malvino, 2003)
Ketika saklar terbuka,. Arus basis turun menjadi nol. Oleh sebab itu, arus
kolektor turun memjadi nol. Dengan tidak adanya arus yang melalui resistor 1
Kohm, semua tegangan catu kolektor akan melalui terminal kolektor-emiter. Oleh
23
sebab itu, tegangan keluaran akan naik menjadi + 10 V. Sekarang, titik Q berada
di ujung bawah garis beban lihat gambar 2.12b. Berarti rangkaian ini hanya
memiliki dua tegangan keluaran : 0 atau + 10 V.
2.6
Rangkaian Oscilator
Osilator berfungsi untuk membangkitkan pulsa-pulsa tegangan DC
maupun pulsa-pulsa tegangan AC. Perubahan tegangan dalam siklus perdetik
disebut frekuensi osilator. Ada empat macam bentuk gelombang dasar osilator,
yaitu: persegi, segitiga, gigi gergaji dan sinus. Oscilator dapat dibuat dengan
menggunakan
piranti
Transistor,
Op-Amp
dan
IC
( Integrate Circuit ). Oscilator yang dibahas pada Proyek Tugas Akhir ini
adalah oscilator yang menghasilkan gelombang kotak dengan menggunakan IC
CMOS logic inverter yang digunakan untuk menghasilkan frekuensi 50/60 Hz.
Rangkaian pembangkit pulsa ini dapat ditunjukan pada gambar 2.15
dibawah ini.
Gambar 2.15 Gambar Rangkaian Pembangkit Pulsa
24
Untuk mendapatkan frekuensi dengan nilai 50 Hz diperoleh melalui
perhitungan sebagai berikut :
Selang waktu penundaan keluaran tinggi untuk pengisian kapasitor dari
1/3 Vcc sampai dengan 2/3 Vcc adalah :
t1 = 0,693 (R1 + R2)C1
Sedangkan selang waktu penundaan keluaran rendah untuk pengosongan
kapasitor dari 2/3 Vcc sampai dengan 1/3 Vcc adalah:
t2 = 0,693 (R2)C1
Jadi jumlah waktu isolasi (T) untuk pengisian dan pengosongan kapasitor
adalah :
T = t1 + t2
Sehingga Frekuensi untuk gelombang keluaran adalah kebalikan dari
waktu perioda isolasi total :
(
)
.......................................................................... (2.17)
25
Keterangan :
f = frekuensi ( Hertz)
R1 = Besarnya tahanan pada Resistor R1 ( Ohm )
R2 = Besarnya tahanan pada Resistor R2 ( Ohm )
C1 = Kapasitor ( Farad )
2.7
MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor )
MOSFET adalah singkatan dari Metal Oxida Semikonduktor FET, dan
sering juga disebut InsulatedGate FET ( IGFET ). Hal ini disebabkan
karena gate pada MOSFET tidak langsung berhubungan dengan saluran, tetapi
diisolasi oleh suatu lapisan oksida logam yang tipis ( biasanya Silikon Oksida
).MOSFET mempunyai kaki-kaki : Sumber (Source) = S, Cerat (Drain) = D,
Gerbang (Gate) = G
1.
Depletion Enhanchement MOSFET ( DE-MOSFET )
2.
Enhanchement MOSFET ( E-MOSFET )
2.7.1 DE-MOSFET
MOSFET jenis ini prinsip kerjanya hampir sama dengan J-FET yaitu
beroperasi dengan aksi pengosongan ( depletion action ) dan aksi peningkatan
( enhanchement action ). Yaitu pada saat tegangan gate nol dan tegangan drain
tetap, arus akan maksimum dan kemudian menurun dengan diberikan
potensial gate dengan polaritas yang benar ( piranti normally on ).
26

Simbol DE-MOSFET
Simbol DE-MOSFET dapat dilihat pada gambar 2.15 dibawah ini.
Gambar 2.16 Susunan dan Simbol DE-MOSFET

Prinsip Kerja DE-MOSFET
Prinsip kerja DE-MOSFET diperlihatkan pada gambar 2.17.
Gambar 2.17 Prinsip Kerja DE-MOSFET
27
Gambar 2.17 di atas merupakan rangkaian kerja DE MOSFET Kanal N,
dengan kerja sebagai berikut:
a
Tegangan positif maupun negatif yang diberikan pada gate tidak akan
menyebabkan adanya metal oxida antara gate dan saluran.
b
Bila gate diberi tegangan negatif, maka muatan negatif pada gate ini akan
menolak elektron-elektron yang ada pada saluran, sehingga arus drain Id
akan berkurang.
c
Pada tegangan gate tertentu, semua elektron bebas pada saluran akan terusir,
sehingga menyebabkan tidak mengalirnya arus drain Id. Karena itu operasi
dengan tegangan gate negatif disebutdepletion action (aksi pengosongan ).
d
Bila gate diberi tegangan positif, maka muatan positif ini akan menarik
elektronelektron bebas pada saluran antara gate dan substrat. Hal ini akan
meningkatkan
arus
drain
Id
,
karena
itu
operasi
ini
dinamakan enhanchement action ( aksi peningkatan ).
e
Karena MOSFET ini dapat beroperasi dengan depletion action dan
enhanchement action, maka MOSFET ini dikatakan DE-MOSFET
(Depletion Enhanchement MOSFET).
Kesimpulannya adalah bahwa DE-MOSFET dapat beroperasi ( bekerja )
dengan memberikan tegangangate positif maupun negatif. Penjabaran di atas
merupakan prinsip/cara kerja DE-MOSFET kanal N, sedangkan untuk DEMOSFET kanal P semua polaritas baik tegangan maupun arus adalah kebalikan
dari DE-MOSFET kanal N.
28

Kurva drain DE-MOSFET
Analisa
kurva
drain
dilakukan
dengan
mencoba
beberapa
tegangan gate Vgs konstan, lalu dibuat grafik hubungan antara arus drain Id
terhadap tegangan Vds.
Gambar 2.18Kurva drain DE-MOSFET
Dari kurva ini terlihat jelas bahwa transistor DE-MOSFET dapat bekerja
(ON) mulai dari tegangan V gs negatif sampai positif. Terdapat dua daerah kerja,
yang pertama adalah daerah ohmic dimana resistansi drain-source adalah fungsi
dari:
Rds(on) = Vds/Ids....................................................................................................... (2.18)
Jika tegangan Vgs tetap dan Vds terus dinaikkan, transistor selanjutnya
akan berada pada daerah saturasi. Jika keadaan ini tercapai, arus Ids adalah
konstan. Tentu saja ada tegangan Vgs(max), yang diperbolehkan. Karena jika
29
lebih dari tegangan ini akan dapat merusak isolasi gate yang tipis alias merusak
transistor itu sendiri.
2.7.2 E-MOSFET
E-MOSFET
adalah
MOSFET
yang
hanya
beroperasi
dengan
enhanchement action ( aksi peningkatan ) saja. Yaitu tidak ada arus yang mengalir
pada saat tengangan gate nol

Simbol E-MOSFET
Simbol E-MOSFET dapat dilihat pada gambar 2.18.
Gambar 2.19 Susunan dan Simbol E-MOSFET
30

Prinsip Kerja E-MOSFET
Gambar 2.20 Prinsip Kerja E-MOSFET
Substrat
(St)
menutup
seluruh
jalan
(saluran)
antara Source (S)
dan Drain (D). E-MOSFET ini adalah sejenis MOSFET yang hanya bekerja
dengan aksi peningkatan saja. Pada saat Vgs = nol, tidak ada arus drain Id yang
mengalir walaupun Vdd ada tegangannya, karena bahan P tidak mempunyai
pembawa muatan. Apabila Gate diberi tegangan positif yang cukup besar, maka
akan mengalirlah arus drain Id.
Bila gate mendapat tegangan positif maka akan terinduksikan muatan
negatif pada substrat. Muatan negatif ini adalah berupa ion-ion negatif yang ada
pada bahan P tersebut. Selanjutnya bila tegangan positif pada gate dinaikkan
hingga mencapai suatu harga tertentu, maka elektron-elektron bebas akan
31
membentuk lapisan tipis yang berfungsi sebagai pembawa muatan yang
mengakibatkan arus drain Id naik.

Kurva drain E-MOSFET
Mirip seperti kurva DE-MOSFET, kurva drain transistor E-MOSFET
adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.21 berikut. Namun di sini
VGS semua bernilai positif. Garis kurva paling bawah adalah garis kurva dimana
transistor
mulai
ON.
Tegangan
VGS pada
garis
kurva
ini
disebut
tegangan threshold VGS(th).
Gambar 2.21 Kurva drain E-MOSFET
Dari kurva di atas, MOSFET bekerja pada daerah ohmic, sehingga
diperoleh hubungan:
..............................................................................................(2.19)
Karena transistor MOSFET umumnya digunakan sebagai saklar (switch),
parameter yang penting pada transistor E-MOSFET adalah resistansi drain-
32
source. Biasanya yang tercantum pada datasheet adalah resistansi pada saat
transistor ON. Resistansi ini dinamakan RDS(on). Besar resistansi bervariasi mulai
dari 0.3 Ohm sampai puluhan Ohm. Untuk aplikasi power switching, semakin
kecil resistansi RDS(on) maka semakin baik transistor tersebut. Karena akan
memperkecil rugi-rugi disipasi daya dalam bentuk panas. Juga penting diketahui
parameter arus drain maksimum ID(max) dan disipasi daya maksimum PD(max).
2.8
Transformator
Gambar 2.22 Transformator Step Down
Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen elektromagnet
yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain. Transformator
bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolakbalik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua
bersambung dengan lilitan sekunder.
33
Gambar 2.23 Ilustrasi Fluks pada Transformator
Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika
efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan
sekunder. Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer adalah
...................................................................................(2.20)
dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder adalah
...........................................................................................(2.21)
Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka
..............................................................................(2.22)
dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat
................................................................................................(2.23)
34
sedemikian hingga
. .................................................................................(2.24)
Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan
sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan
sekunder. Transformator step-down memiliki lilitan sekunder lebih sedikit
daripada lilitan primer, sehingga
berfungsi sebagai penurun tegangan.
Transformator jenis ini sangat mudah ditemui, terutama dalam adaptor AC-DC.
2.9 Baterai Aki
Baterai aki, atau bisa juga accu adalah sebuah sel listrik dimana di
dalamnya berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (dapat berbalikan)
dengan efisiensinya yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia
reversibel, adalah di dalam baterai dapat berlangsung proses pengubahan kimia
menjadi tenaga listrik (proses pengosongan), dan sebaliknya dari tenaga listrik
menjadi tenaga kimia, pengisian kembali dengan cara regenerasi dari elektrodaelektroda yang dipakai, yaitu dengan melewatkan arus listrik dalam arah
(polaritas) yang berlawanan di dalam sel.
Didalam baterai terdapat elektrolit asam sulfat, elektroda positif dan
negatif dalam bentuk plat. Plat plat tersebut dibuat dari timah atau berasal dari
timah. Karena itu baterai tipe ini sering disebut baterai timah, Ruangan
didalamnya dibagi menjadi beberapa sel dan didalam masing masing sel terdapat
beberapa elemen yang terendam didalam elektrolit.
35
Gambar 2.24. Battery Accu
Jumlah tenaga listrik yang disimpan dalam baterai dapat digunakan
sebagai sumber tenaga listrik tergantung pada kapasitas baterai dalam satuan
amper jam (AH). Jika pada kotak baterai tertulis 12 volt 60 AH, berarti baterai
baterai tersebut mempunyai tegangan 12 volt dimana jika baterai tersebut
digunakan selama 1 jam dengan arus pemakaian 60 ampere, maka kapasitas
baterai tersebut setelah 1 jam akan kosong (habis).
Kapasitas baterai tersebut juga dapat menjadi kosong setelah 2 jam jika
arus pemakaian hanya 30 ampere. Disini terlihat bahwa lamanya pengosongan
baterai ditentukan oleh besarnya pemakaian arus listrik dari baterai tersebut.
Semakin besar arus yang digunakan, maka akan semakin cepat terjadi
pengosongan baterai, dan sebaliknya, semakin kecil arus yang digunakan, maka
akan semakin lama pula baterai mengalami pengosongan. Besarnya kapasitas
baterai sangat ditentukan oleh luas permukaan plat atau banyaknya plat baterai.
Jadi dengan bertambahnya luas plat atau dengan bertambahnya jumlah plat baterai
maka kapasitas baterai juga akan bertambah.
36
Sedangkan tegangan accu ditentukan oleh jumlah daripada sel baterai,
dimana satu sel baterai biasanya dapat menghasilkan tegangan kira kira 2 sampai
2,1 volt. Tegangan listrik yang terbentuk sama dengan jumlah tegangan listrik
tiap-tiap sel. Jika baterai mempunyai enam sel, maka tegangan baterai standar
tersebut adalah 12 volt sampai 12,6 volt. Biasanya setiap sel baterai ditandai
dengan adanya satu lubang pada kotak accu bagian atas untuk mengisi elektrolit
aki.