UNIJUNCTION TRANSISTOR FIG 17.40

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

Dalam sistem elektronika daya, salah satu tantangan utama adalah mengendalikan besar kecilnya arus dan tegangan ke beban secara efisien dan tepat waktu. Untuk itu, digunakan komponen pengendali seperti Silicon Controlled Rectifier (SCR) yang dapat bertindak sebagai saklar elektronik. Namun, SCR tidak bisa langsung aktif dengan tegangan biasa, melainkan harus diberi sinyal pemicu (triggering) di terminal gate-nya.

Salah satu metode triggering yang efektif adalah menggunakan Unijunction Transistor (UJT). UJT merupakan komponen semikonduktor tiga terminal yang memiliki karakteristik resistansi negatif. Ketika digunakan dalam konfigurasi yang sesuai, UJT dapat menghasilkan pulsa pendek yang tajam dan sangat sesuai untuk men-trigger SCR. Karakteristik ini dimanfaatkan dalam banyak aplikasi, seperti pengatur daya lampu, dimmer, kontrol kecepatan motor, dan penyearah yang dikontrol fasa.

Gambar Fig. 17.40 menunjukkan sebuah rangkaian UJT triggering untuk SCR. Dalam rangkaian ini, kapasitor CCC mengisi melalui resistor  R1​. Ketika tegangan kapasitor mencapai tegangan puncak VP​ dari UJT, UJT akan menghantar, menyebabkan kapasitor mengosongkan muatannya secara cepat melalui terminal emitor. Pulsa arus yang dihasilkan dari pelepasan ini digunakan untuk mengaktifkan gate SCR. Setelah aktif, SCR akan menghantar dan mengalirkan arus ke beban.

Sementara itu, Fig. 17.41 menampilkan kurva karakteristik hubungan antara tegangan emitor (V_E) dan arus emitor (I_E) pada UJT. Kurva ini mencakup tiga wilayah utama: wilayah sebelum VP​ (UJT nonaktif), wilayah resistansi negatif (UJT aktif dan menghantar), dan wilayah lembah di VV​ di mana UJT kembali ke kondisi non-hantar. Pada saat UJT berada di wilayah resistansi negatif, peningkatan arus menyebabkan penurunan tegangan, fenomena inilah yang dimanfaatkan untuk menghasilkan pulsa pemicu.

Dengan memanfaatkan karakteristik unik dari UJT, rangkaian ini menjadi metode triggering yang stabil, sederhana, dan murah dalam aplikasi pengendalian SCR. Pemahaman prinsip kerja rangkaian ini sangat penting bagi mahasiswa teknik elektro karena menjadi dasar dalam desain kontrol daya modern.

2. Tujuan (kembali)

1)   Memahami cara kerja UJT sebagai pemicu SCR.

2)   Menganalisis proses pengisian dan pengosongan kapasitor dalam rangkaian UJT.

3)   Mengetahui karakteristik hubungan antara tegangan dan arus emitor pada UJT.

4)   Menentukan titik kerja pada grafik karakteristik UJT untuk aplikasi triggering.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A)  Alat

1)   Multimeter

2)   Proteus

B) Bahan

1)   Resistor

2)   Kapasitor

3)   Silicon Controlled Rectifier

 

4)   Uni Junction Transistor (UJT)

4. Dasar Teori (kembali)

A) Resistor

Resistor merupakan komponen penting dan sering dijumpai dalam sirkuit Elektronik. Boleh dikatakan hampir setiap sirkuit Elektronik pasti ada Resistor. Tetapi banyak diantara kita yang bekerja di perusahaan perakitan Elektronik maupun yang menggunakan peralatan Elektronik tersebut tidak mengetahui cara membaca kode warna ataupun kode angka yang ada ditubuh Resistor itu sendiri.

Seperti yang dikatakan sebelumnya, nilai Resistor yang berbentuk Axial adalah diwakili oleh Warna-warna yang terdapat di tubuh (body) Resistor itu sendiri dalam bentuk Gelang. Umumnya terdapat 4 Gelang di tubuh Resistor, tetapi ada juga yang 5 Gelang.

Gelang warna Emas dan Perak biasanya terletak agak jauh dari gelang warna lainnya sebagai tanda gelang terakhir. Gelang Terakhirnya ini juga merupakan nilai toleransi pada nilai Resistor yang bersangkutan.

Tabel dibawah ini adalah warna-warna yang terdapat di Tubuh Resistor :

TABEL WARNA RESISTOR

Perhitungan untuk Resistor dengan 4 Gelang warna : 

Cara menghitung nilai resistor 4 gelang:

1)   Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)

2)   Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2

3)   Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-3 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)

4)   Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh pembacaan 4 gelang warna:

Gelang ke 1 : Coklat = 1

Gelang ke 2 : Hitam = 0

Gelang ke 3 : Merah = 2 nol dibelakang angka gelang ke-2; atau kalikan 100

Gelang ke 4 : Perak = Toleransi 5%

Maka nilai Resistor tersebut adalah 10 * 100 = 1.000 Ohm atau 1Kohm dengan toleransi 5%.

Perhitungan untuk Resistor dengan 5 Gelang warna :

Cara Menghitung Nilai Resistor 5 Gelang Warna:

1)   Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-1 (pertama)

2)   Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-2

3)   Masukkan angka langsung dari kode warna Gelang ke-3

4)   Masukkan Jumlah nol dari kode warna Gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10n)

5)   Merupakan Toleransi dari nilai Resistor tersebut

Contoh pembacaan 5 gelang warna:

Gelang ke 1 : Merah = 2

Gelang ke 2 : Merah = 2

Gelang ke 3 : Hitam = 0

Gelang ke 4 : Hitam = 0 nol dibelakang angka gelang ke-3; atau kalikan  0

Gelang ke 5 : Emas = Toleransi 5%

Maka nilai Resistor tersebut adalah 220 * 1 = 220 Ohm dengan toleransi 5%.

Contoh-contoh perhitungan lainnya :
Merah, Merah, Merah, Emas → 22 * 10² = 2.200 Ohm atau 2,2 Kilo Ohm dengan 5% toleransi
Kuning, Ungu, Orange, Perak → 47 * 10³ = 47.000 Ohm atau 47 Kilo Ohm dengan 10% toleransi

Cara menghitung Toleransi :

2.200 Ohm dengan Toleransi 5% =

2200 – 5% = 2.090

2200 + 5% = 2.310

ini artinya nilai Resistor tersebut akan berkisar antara 2.090 Ohm ~ 2.310 Ohm

B) Silicon Controlled Rectifier

Atau  sering disingkat dengan SCR adalah Dioda yang memiliki fungsi sebagai pengendali. Berbeda dengan Dioda pada umumnya yang hanya mempunyai 2 kaki terminal, SCR adalah dioda yang memiliki 3 kaki Terminal. Kaki Terminal ke-3 pada SCR tersebut dinamai dengan Terminal “Gate” atau “Gerbang” yang berfungsi sebagai pengendali (Control),  sedangkan kaki lainnya sama seperti Dioda pada umumnya yaitu Terminal “Anoda” dan Terminal “Katoda”.  Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan salah satu dari anggota  kelompok komponen Thyristor.

Silicon Controlled Rectifier (SCR) atau Thrystor pertama kali diperkenalkan secara komersial pada tahun 1956. SCR memiliki kemampuan untuk  mengendalikan Tegangan dan daya yang relatif tinggi dalam suatu perangkat kecil. Oleh karena itu SCR atau Thyristor sering difungsikan sebagai Saklar (Switch) ataupun Pengendali (Controller) dalam Rangkaian Elektronika yang menggunakan Tegangan / Arus menengah-tinggi (Medium-High Power). Beberapa aplikasi SCR di rangkaian elektronika diantaranya seperi rangkaian Lampu Dimmer, rangkaian Logika, rangkaian osilator, rangkaian chopper, rangkaian pengendali kecepatan motor, rangkaian inverter, rangkaian timer dan lain sebagainya.

Pada dasarnya SCR atau Thyristor terdiri dari 4 lapis Semikonduktor yaitu PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) atau sering disebut dengan PNPN Trioda.  Terminal “Gate” yang berfungsi sebagai pengendali terletak di lapisan bahan tipe-P yang berdekatan dengan Kaki Terminal “Katoda”. Cara kerja sebuah SCR hampir sama dengan sambungan dua buah bipolar transistor (bipolar junction transistor).

Bentuk dan Simbol SCR

Berikut ini adalah Diagram fisik dan Simbol dari SCR (Silicon Controlled Rectifier) :

Prinsip Kerja SCR

Pada prinsipnya, cara kerja SCR sama seperti dioda normal, namun SCR memerlukan tegangan positif pada kaki “Gate (Gerbang)” untuk dapat mengaktifkannya.  Pada saat kaki Gate diberikan tegangan positif sebagai pemicu (trigger), SCR akan menghantarkan arus listrik dari Anoda (A) ke Katoda (K). Sekali SCR mencapai keadaan “ON” maka selamanya akan ON meskipun tegangan positif yang berfungsi sebagai pemicu (trigger) tersebut dilepaskan.  Untuk membuat SCR menjadi kondisi “OFF”, arus maju Anoda-Katoda harus diturunkan hingga berada pada titik Ih (Holding Current) SCR. Besarnya arus Holding  atau Ih sebuah SCR dapat dilihat dari datasheet SCR itu sendiri. Karena masing-masing jenis SCR memiliki arus Holding yang berbeda-beda. Namun, pada dasarnya untuk mengembalikan SCR ke kondisi “OFF”, kita hanya perlu menurunkan tegangan maju Anoda-Katoda ke titik Nol.

C) Uni Junction Transistor (UJT)

Uni Junction Transistor (UJT) atau dalam bahasa Indonesia sering disebut dengan Transistor Sambungan Tunggal adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor, UJT memiliki tiga terminal dan hanya memiliki satu sambungan. Pada umumnya UJT digunakan sebagai Saklar Elektronik dan penghasil Isyarat Pulsa. Seperti namanya, Uni Junction Transistor atau UJT juga digolongkan sebagai salah satu anggota dari keluarga Transistor, namun berbeda dengan Transistor Bipolar pada umumnya, Uni Junction Transistor atau UJT ini tidak memiliki Terminal/Elektroda Kolektor. UJT  yang memiliki Tiga Terminal ini terdiri dari 1 Terminal Emitor (E) dan 2 Terminal Basis (B1 dan B2). Oleh karena itu, Transistor UJT ini sering disebut juga dengan Dioda Berbasis Ganda (Double Base Diode).

Struktur dasar Uni Junction Transistor atau UJT dapat dilihat pada gambar dibawah ini. Pada dasarnya UJT terdiri dari semikonduktor jenis Silikon yang bertipe N yang didoping ringan dan sepotong Silikon bertipe P yang berukuran kecil dengan doping tinggi (berat) di satu sisinya untuk menghasilkan sambungan tunggal P-N (P-N Junction). Sambungan Tunggal inilah yang kemudian dijadikan terminologi UJT yaitu Uni Junction Transistor. Di kedua ujung batang silikon yang bertipe N, terdapat dua kontak Ohmik yang membentuk terminal B1 (Basis 1) dan (Basis 2). Daerah Semikonduktor yang bertipe P menjadi Terminal Emitor (E) pada UJT tersebut.

Berikut ini adalah Bentuk dan Struktur dasar serta Simbol Uni Junction Transistor (Transistor Sambungan Tunggal).

Cara Kerja Uni Junction Transistor (UJT)

Saat Tegangan diantara Emitor (E) dan Basis 1 (B1) adalah Nol, UJT tidak menghantarkan arus listrik, Semikonduktor batang yang bertipe N akan berfungsi sebagai penghambat (memiliki resistansi yang tinggi). Namun akan ada sedikit arus bocor yang mengalir karena bias terbalik (reverse bias).

Pada saat tegangan di Emitor (E) dan Basis 1 (B1) dinaikan secara bertahap, resistansi diantara Emitor dan Basis 1 akan berkurang dan arus terbalik (reverse current) juga akan berkurang. Ketika Tegangan Emitor dinaikan hingga ke level bias maju, arus listrik di Emitor akan mengalir. Hal ini dikarenakan Hole pada Semikonduktor yang di doping berat bertipe P mulai memasuki daerah semikonduktor tipe N dan bergabung kembali dengan Elektron yang di Batang Semikonduktor bertipe N (yang di doping ringan). Dengan demikian Uni Junction Transistor atau UJT ini kemudian mulai menghantarkan arus listrik dari B2 ke B1.

E)  Kapasitor

Kapasitor adalah salah satu jenis elektronika yang memiliki kemampuan untuk menyimpan arus listrik selama batas waktu tertentu. Kapasitor ditemukan oleh ilmuwan asal Inggris yaitu Michael Faraday (1791 – 1867). Kapasitor disebut juga dengan konduktor yang memiliki sifat pasif dan banyak digunakan untuk membuat rangkaian elektronika dengan kapasitansinya yaitu farad.

Farad merupakan satuan yang sangat besar, jadi umumnya kapasitor yang digunakan pada peralatan elektronika menggunakan satuan farad yang dikecilkan menjadi pikoFarad, NanoFarad dan MicroFarad.

Berikut ini konversi satuan farad, yaitu:

1 Farad = 1.000.000µF (mikro Farad) 
1µF = 1.000nF (nano Farad)    
1µF = 1.000.000pF (piko Farad)          
1nF = 1.000pF (piko Farad)

5. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian pada gambar menunjukkan penggunaan Unijunction Transistor (UJT) sebagai pemicu (trigger) untuk mengaktifkan SCR (Silicon Controlled Rectifier). Pada awalnya, ketika sumber tegangan DC diberikan, kapasitor C akan mulai mengisi muatan melalui resistor R1​. Tegangan pada kapasitor ini secara bertahap meningkat seiring waktu.

Ketika tegangan pada kapasitor mencapai nilai tegangan puncak UJT (VP​), UJT berubah menjadi konduktif. Hal ini terjadi karena karakteristik resistansi negatif yang dimiliki oleh UJT. Saat UJT menghantarkan, kapasitor C secara cepat membuang muatannya melalui terminal emitter UJT ke resistor R2​.

Arus yang mengalir melalui R2​ menghasilkan tegangan pulsa yang cukup untuk memicu (menyalakan) SCR pada gate-nya. Ketika SCR menerima pulsa pemicu ini, SCR akan menjadi konduktif dan mulai menghantarkan arus dari anoda ke katoda, sehingga beban pada rangkaian dapat dialiri arus.

SCR akan tetap dalam kondisi menghantar selama arus yang mengalir melebihi nilai arus tahan (holding current). Jika arus turun di bawah nilai tersebut, maka SCR akan kembali dalam kondisi non-konduktif dan proses pemicuan harus diulang.

Karakteristik UJT ditunjukkan pada kurva di Gambar 17.41, yang memperlihatkan hubungan antara tegangan VE​ dan arus IE​. Setelah mencapai titik puncak (VP​,IP​), UJT memasuki wilayah resistansi negatif di mana tegangan turun saat arus meningkat. Inilah prinsip yang digunakan untuk menghasilkan pulsa pemicu terhadap SCR.

Kondisi Turn-On dan Nilai Resistansi R1​

Pada UJT, untuk memastikan perangkat menyala (turn-on), ada syarat hubungan resistansi  R1​

Pada peak point (titik puncak) dengan kondisi R1 = IP  dan VP​ = VP​,

Rumus kondisi turn-on adalah:

Artinya R1​ harus lebih kecil dari perbandingan beda tegangan antara V dan  VP​ dibagi arus peak IP​.

Pada valley point (titik lembah) dengan IE = IV  dan VE​=VV​, berlaku:

Ini adalah kondisi agar perangkat dapat mematikan (turn-off).

Sehingga, nilai R1​ dibatasi oleh:

Resistansi R2​ harus kecil agar SCR (Silicon Controlled Rectifier) tidak menyala akibat tegangan VR2​​ ketika IE ≈ 0. Tegangan VR2 diberikan oleh:

Perilaku Kapasitor C dan Tegangan VC​

Kapasitor C menentukan waktu interval antar pulsa trigger dan durasi setiap pulsa.

Ketika tegangan suplai V diterapkan, tegangan di basis emitter VE = VC​ akan mengisi (charge) ke arah V dengan waktu konstan:

Grafik pengisian dan pelepasan kapasitornya diperlihatkan pada Fig. 17.43.

Persamaan Pengisian Kapasitor VC​

Rumus umum periode pengisian:

Ketika VC= VE = VP​, UJT akan masuk keadaan konduksi dan kapasitor mulai melepaskan muatannya melalui RB1​ dan R2​.

Persamaan Pelepasan Kapasitor (Discharging)

Tegangan pelepasan diberikan oleh:

Periode Pengisian t1​

Berdasarkan grafik, periode pengisian t1​ dapat dihitung dari:

Periode Pelepasan t2​

Periode pelepasan t2​ dihitung dari:

Periode Total Satu Siklus T

Waktu satu siklus trigger adalah jumlah waktu pengisian dan pelepasan:

6. Problem [kembali]

1)  Bagaimana menentukan frekuensi trigger yang tepat?     
Dalam rangkaian UJT, frekuensi pulsa yang dihasilkan bergantung pada nilai resistor R1​ dan kapasitor CCC. Pemilihan nilai yang tidak sesuai dapat menyebabkan triggering terlalu cepat atau lambat, sehingga SCR tidak bekerja optimal.

2)  Apa yang terjadi jika tegangan kapasitor tidak mencapai VP​?    
Jika tegangan pada kapasitor tidak pernah mencapai tegangan puncak UJT (VP​), maka UJT tidak akan menghantar dan tidak akan terjadi pulsa pemicu ke gate SCR. Hal ini menyebabkan SCR tidak aktif, sehingga beban tidak mendapat daya.

3)  Bagaimana pengaruh nilai R1R_1R1​ terhadap pengisian kapasitor dan frekuensi pulsa?
Nilai R1R_1R1​ menentukan waktu pengisian kapasitor CCC. Semakin besar R1​, semakin lambat pengisian dan semakin rendah frekuensinya. Sebaliknya, nilai R1R_1R1​ yang terlalu kecil dapat menyebabkan triggering terlalu sering atau tidak stabil.

4)  Apakah SCR dapat dimatikan hanya dengan sinyal di gate?       
Tidak. Sekali SCR menyala, ia hanya bisa dimatikan jika arus anoda-katoda turun di bawah holding current. Oleh karena itu, pemicu hanya berfungsi untuk menghidupkan SCR, bukan mematikannya.

5)  Bagaimana kestabilan rangkaian dipengaruhi oleh suhu atau variasi tegangan suplai?
Komponen seperti UJT dan SCR dapat mengalami pergeseran karakteristik karena suhu atau fluktuasi tegangan suplai, yang dapat mempengaruhi titik kerja dan waktu triggering 

7. Soal Latihan [kembali]

1)  Jelaskan mengapa pulsa dari UJT hanya perlu sesaat untuk menyalakan SCR, tetapi tidak cukup untuk mematikannya. Apa yang menentukan kapan SCR mati dalam rangkaian AC?

Jawaban:
Pulsa dari UJT hanya digunakan untuk mengaktifkan gate SCR. Setelah SCR aktif, ia tetap menyala selama arus anoda-ke-katoda melebihi holding current. Dalam rangkaian AC, SCR akan mati otomatis saat arus melintasinya nol (zero-crossing), terutama saat tegangan AC membalik arah.

2)  Desain rangkaian UJT triggering dengan frekuensi pulsa 50 Hz. Tentukan nilai R1​ dan CCC yang cocok. Jelaskan dasar perhitunganmu.

Jawaban:

Kesimpulan: Pilih R1=200 kΩ, C=0.1 μFC    
Verifikasi di simulasi atau praktik untuk akurasi, karena  VP​ dan η bisa sedikit bervariasi tergantung karakteristik UJT.

8. Percobaan [kembali]

1. Buka Software Proteus

  Jalankan Proteus Design Suite.

  Pilih "New Project" dan beri nama, misalnya: UJT_Triggering_SCR.

 

2. Tambahkan Komponen ke Workspace

Gunakan Pick Devices (tombol [P]), lalu cari dan tambahkan komponen berikut:

·      UJT → 2N2646 (jika tidak tersedia, kamu bisa pakai simbol transistor NPN untuk simulasi konsep).

·      SCR → T106, 2N5060, atau komponen SCR lain yang tersedia.

·      Resistor (R) → 3 buah.

·      Capacitor (C) → 1 buah.

·      DC Voltage Source → 15V.

·      Ground.

·      Load → Gunakan resistor 100Ω sebagai beban.

·      Oscilloscope → untuk pengamatan sinyal (opsional).

·      Voltmeter atau Virtual Terminal → untuk pengukuran tegangan output (opsional).

 

3. Buat Rangkaian Seperti Gambar

   Hubungkan komponen sesuai Gambar 17.40:

1)   R1 dan C disusun seri dari +15V ke ground, dan titik tengahnya menuju emitor (E) UJT.

2)   B2 UJT dihubungkan ke +15V.

3)   B1 dihubungkan ke ground melalui R2.

4)   Ambil output dari titik antara B1 dan R2 lalu hubungkan ke gate SCR.

5)   Anoda SCR dihubungkan ke +15V, katoda ke salah satu ujung beban (resistor 100Ω), lalu ke ground.

 

4. Monitoring dan Pengamatan

·      Hubungkan probe oscilloscope channel A ke kapasitor untuk melihat tegangan pengisian.

·      Hubungkan probe channel B ke gate SCR untuk melihat pulsa trigger.

·      Hubungkan probe channel C ke beban untuk melihat tegangan output saat SCR aktif.

 

5. Jalankan Simulasi

·      Klik tombol "Play" untuk menjalankan simulasi.

·      Amati:

Tegangan kapasitor meningkat hingga mencapai tegangan puncak (Vp).

Saat tercapai, UJT menghantar dan pulsa diberikan ke gate SCR.

SCR aktif dan arus mengalir ke beban.

 

6. Variasi dan Evaluasi

·   Coba ubah nilai R1 atau C untuk melihat perubahan waktu pengisian kapasitor (frekuensi pulsa).

·      Amati perubahan perilaku SCR apakah tetap menyala setelah aktif.

     Rangkaian Unijuction Transistor FIG 17.40

9. Download File [kembali]

Rangkaian 17.40 Klik Disini

 

Download Datasheet

Resistor  [download]

Baterai [download]

Voltmeter [download]

Amperemeter [download]

Kapasitor [download]

Uni Junction Transistor (UJT) [dowload]

Silicon Controlled Rectifier [download]

[menuju awal]