CHAPTER 17 AKHIR

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

6. Problem

1. Pendahuluan (kembali)

Transistor FET (Field Effect Transistor) adalah jenis transistor yang mengendalikan aliran arus listrik menggunakan medan listrik. FET memiliki tiga terminal utama, yaitu Source, Gate, dan Drain. Berbeda dengan transistor biasa (BJT) yang dikendalikan oleh arus, FET dikendalikan oleh tegangan pada terminal gate. FET banyak digunakan karena memiliki impedansi input yang tinggi dan konsumsi daya yang rendah, sehingga cocok untuk rangkaian penguat (amplifier), sakelar elektronik, dan rangkaian digital. Ada beberapa jenis FET, seperti JFET (Junction FET) dan MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor FET), yang masing-masing memiliki karakteristik dan kegunaan khusus.

2. Tujuan (kembali)

1. Memahami Prinsip Kerja Latching Relay

2. Mengenal Aplikasi LASCR dalam Sistem Otomatisasi

3. Alat dan Bahan (kembali)

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.

2. Power Supply

Power supply adalah perangkat yang menyediakan daya listrik untuk rangkaian atau sistem elektronik. Fungsinya adalah mengubah sumber daya listrik, seperti listrik AC dari jaringan listrik, menjadi tegangan DC (arus searah) yang dibutuhkan oleh komponen elektronik dalam perangkat. Power supply juga dapat mengatur tegangan dan arus untuk memastikan bahwa perangkat menerima daya yang stabil dan sesuai dengan kebutuhan operasionalnya.

3. Op-Amp

Op-amp adalah suatu komponen elektronik analog yang berfungsi sebagai penguat tegangan. Komponen ini memiliki dua terminal input, yaitu inverting input (-) dan non-inverting input (+), serta satu terminal output.

4. Resistor

Resistor adalah komponen elektronik pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik dalam suatu rangkaian. Nilai hambatan pada resistor dinyatakan dalam satuan ohm (Ω). Resistor digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan, serta melindungi komponen lain dari arus berlebih.

5. Probe Voltage

Probe voltage adalah alat ukur virtual yang digunakan dalam simulasi rangkaian elektronik untuk mengamati atau memantau nilai tegangan pada titik tertentu. Alat ini berfungsi tanpa memengaruhi jalannya rangkaian dan umumnya digunakan dalam perangkat lunak simulasi seperti Proteus. Probe voltage memungkinkan pengguna melihat perubahan tegangan secara langsung selama simulasi, baik dalam bentuk angka maupun grafik, sehingga memudahkan analisis dan evaluasi kinerja rangkaian.

6. Relay

Relay adalah sakelar elektrik yang berfungsi untuk mengontrol aliran listrik dalam rangkaian menggunakan sinyal listrik lainnya. Secara umum, relay terdiri dari kumparan (koil) yang, saat dialiri arus, akan menghasilkan medan magnet yang menarik atau melepaskan kontak sakelar untuk menghubungkan atau memutuskan aliran listrik di rangkaian lain. Relay sering digunakan untuk mengendalikan perangkat listrik berdaya besar menggunakan sinyal listrik berdaya kecil, misalnya dalam sistem otomasi, kontrol motor, dan perangkat elektronik lainnya.

7. Silicon Controlled Rectifier

SCR (Silicon Controlled Rectifier) adalah komponen semikonduktor yang berfungsi sebagai sakelar elektronik. SCR memiliki tiga terminal: anoda, katoda, dan gate. Arus mengalir dari anoda ke katoda hanya jika SCR diberi sinyal pemicu pada gate. Setelah aktif, SCR tetap menghantar hingga arus utama diputus. SCR banyak digunakan dalam pengendalian daya, seperti pengatur kecepatan motor, dimmer lampu, dan sistem penyearah.

8. Ground

Ground dalam elektronik adalah titik referensi tegangan dalam suatu rangkaian, biasanya dianggap memiliki tegangan nol volt. Ground berfungsi sebagai jalur kembali arus listrik dan sebagai acuan untuk mengukur tegangan komponen lain dalam rangkaian.

4. Dasar Teori (kembali)

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

5. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian ini berfungsi untuk mengatur besar kecilnya daya listrik yang diberikan ke beban RL dengan cara mengatur sudut penyalaan (firing angle) dari SCR (Silicon Controlled Rectifier). Pada awal setiap siklus gelombang AC, tegangan pada beban dan SCR masih nol sehingga SCR dalam kondisi off (belum menghantarkan arus). Ketika gelombang AC mulai naik, tegangan pada rangkaian pemicu (yang terdiri dari resistor R dan potensiometer R1) juga meningkat. Tegangan ini akan diteruskan ke terminal gate (G) SCR melalui dioda.

Besarnya tahanan pada R1 menentukan seberapa cepat tegangan pada gate SCR mencapai nilai ambang (trigger voltage) yang dibutuhkan agar SCR mulai menghantarkan. Jika nilai R1 kecil, tegangan pada gate akan cepat naik dan SCR akan menyala lebih awal (sudut α kecil), sehingga hampir seluruh gelombang AC dialirkan ke beban. Sebaliknya, jika nilai R1 besar, tegangan pada gate naik lebih lambat dan SCR akan menyala pada sudut yang lebih besar (α besar), sehingga hanya sebagian gelombang AC yang dialirkan ke beban.

Setelah SCR menyala pada sudut α, arus akan mengalir melalui SCR dan beban RL hingga akhir setengah siklus positif gelombang AC. Ketika tegangan AC kembali ke nol, SCR secara otomatis akan mati (off) karena arus melalui SCR menjadi nol. Proses ini akan berulang pada setiap siklus positif dari gelombang AC.

Dengan mengatur nilai R1, pengguna dapat mengatur kapan SCR mulai menghantarkan arus dalam setiap siklus, sehingga dapat mengatur besar kecilnya daya rata-rata yang diterima oleh beban RL. Inilah yang disebut dengan kontrol fase (phase control) pada gelombang setengah (half-wave), yang banyak digunakan untuk pengaturan kecepatan motor, dimmer lampu, dan aplikasi serupa.

6. Problem [kembali]

Problem :

Masalah 1: Output Tidak Stabil atau Berkedip

Penyebab:

•Potensiometer rusak atau kotor, sehingga perubahan resistansi tidak halus.

•Gangguan sinyal listrik dari jaringan (misalnya noise atau tegangan spike).

•Komponen aktif seperti diac atau triac mengalami keausan atau rusak.

Solusi:

•Ganti potensiometer dengan komponen baru atau berkualitas tinggi, sebaiknya tipe logaritmik jika digunakan untuk dimmer lampu.

•Tambahkan snubber circuit (RC filter) di sekitar triac untuk menyerap gangguan.

Masalah 2: Tidak Ada Kontrol (Selalu Nyala Penuh atau Mati Total)

Penyebab:

•Jalur resistansi variabel terputus atau kontak geser potensiometer tidak bekerja.

•Triac berada dalam kondisi short atau terbuka permanen.

•Tegangan pemicu dari diac tidak pernah tercapai karena nilai resistansi terlalu besar/kecil.

Solusi:

•Uji potensiometer dengan multimeter; ganti jika resistansi tidak berubah sesuai putaran.

•Periksa triac dengan multimeter — ganti jika terdeteksi short antara terminal.

Masalah 3: Interferensi Elektromagnetik (EMI) atau Noise pada Peralatan Lain

Penyebab:

•Phase control berbasis triac sering menghasilkan gelombang tegangan terpotong, menghasilkan banyak harmonik dan EMI.

•Tidak adanya filter EMI dalam rangkaian.

Solusi:

•Tambahkan filter EMI (LC atau RC low-pass) di output rangkaian.

•Gunakan snubber circuit pada triac untuk meredam lonjakan tegangan saat switching.

7. Soal Latihan [kembali]

1. Apa peran utama dari potensiometer dalam rangkaian variable-resistance phase control?

A. Menurunkan tegangan output secara langsung B. Mengatur waktu penyulutan triac dalam setiap siklus AC C. Menyimpan energi untuk beban D. Mengatur frekuensi sumber daya

Jawaban: B

Penjelasan: Potensiometer digunakan untuk mengatur besar resistansi, yang memengaruhi waktu pengisian kapasitor. Hal ini menentukan fase penyulutan triac, sehingga mengontrol bagian mana dari gelombang AC yang dialirkan ke beban.

2. Komponen apa yang biasanya digunakan untuk memicu triac pada tegangan tertentu dalam rangkaian phase control?

A. Dioda B. LED C. Diac D. Zener

Jawaban: C

Penjelasan: Diac adalah komponen yang tidak menghantar hingga tegangan breakover tercapai, lalu menyala tiba-tiba dan memicu triac. Ini membuatnya ideal untuk pemicu dalam rangkaian pengendali fasa.

3.Apa masalah umum yang terjadi jika rangkaian variable-resistance phase control tidak dilengkapi filter EMI?

A. Beban terlalu terang B. Tegangan output menjadi DC C. Menyebabkan interferensi dengan peralatan elektronik lain D. Menghilangkan semua harmonik

Jawaban: C

Penjelasan: Karena pemotongan gelombang AC oleh triac menghasilkan bentuk gelombang tak mulus, maka muncul harmonik dan gangguan elektromagnetik (EMI), yang bisa memengaruhi peralatan elektronik lain.

8. Percobaan [kembali]

17.19