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 R BB 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 R B1. 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 + V cc. 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 +V a 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 diode- Bridge 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.