chapter 17 :PNPN and OTHER DEVICES

[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

CHAPTER 17

1. Pendahuluan (kembali)

Rangkaian ini dirancang untuk menghasilkan sinyal gelombang gigi gergaji (sawtooth waveform) yang digunakan dalam berbagai aplikasi seperti pemindaian televisi, osiloskop, dan pembangkit sinyal. Gelombang gigi gergaji berguna karena kenaikan tegangan secara linier dan penurunan tajamnya mencerminkan perubahan waktu yang seragam dan dapat digunakan sebagai dasar waktu (time base).

Selain itu, penggunaan Gate Turn-Off Thyristor (GTO) dalam rangkaian ini memungkinkan kontrol on-off yang lebih baik dibandingkan SCR biasa, karena GTO dapat dimatikan dengan sinyal pada gate-nya. Hal ini memberikan efisiensi dan fleksibilitas dalam aplikasi switching daya tinggi serta dalam pembangkit sinyal bentuk gelombang tertentu.

2. Tujuan (kembali)

• Menghasilkan sinyal gelombang gigi gergaji (sawtooth waveform).

• Menunjukkan aplikasi praktis dari GTO dalam pembangkit sinyal.

• Memberikan pemahaman tentang prinsip pengisian dan pengosongan kapasitor secara periodik.

• Mengilustrasikan penggunaan dioda zener sebagai pengatur tegangan referensi.

• Menunjukkan metode kontrol GTO melalui sinyal gate.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

1.Ptoteus

Proteus adalah software simulasi dan desain rangkaian elektronik yang digunakan untuk membuat, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian.

B. BAHAN

1. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

2. DC Voltage

Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

3. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

4. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika. 

                                                        Cara Menghitung Nilai Resistor

5.DIAC

DIAC (Diode for Alternating Current) adalah komponen semikonduktor dua arah yang berfungsi sebagai saklar pemicu (triggering switch) untuk komponen lain, terutama TRIAC (Triode for Alternating Current).

6.Potensiometer

Potensiometer adalah komponen elektronik tiga terminal yang berfungsi sebagai pembagi tegangan yang dapat diubah (adjustable voltage divider) atau sebagai resistor variabel. Fungsi utamanya adalah untuk mengontrol besaran resistansi dalam suatu rangkaian secara manual.

7.SCR

SCR adalah singkatan dari Silicon Controlled Rectifier. Fungsi utama SCR adalah sebagai saklar elektronik satu arah (unidirectional switch) yang dapat mengalirkan arus listrik hanya dalam satu arah (dari anoda ke katoda) setelah dipicu oleh arus kecil pada gerbang (gate).

8.PUT

PUT pada dasarnya adalah sebuah saklar yang dikontrol oleh tegangan. Ia akan beralih dari kondisi "off" (resistansi tinggi) ke kondisi "on" (resistansi rendah) ketika tegangan pada anodanya (VA​) melebihi tegangan pada gerbangnya (VG​) sebesar tegangan maju dioda PN junction internal (VAK(on)​), biasanya sekitar 0.7V.

9.kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronik pasif yang memiliki kemampuan untuk menyimpan energi dalam bentuk muatan listrik dan melepaskannya kembali ketika dibutuhkan.

4. Dasar Teori (kembali)

1. Operational Amplifier (Op-Amp)

Op-Amp adalah penguat tegangan berpenguatan tinggi dengan dua input (inverting dan non-inverting) dan satu output. Sifat dasar Op-Amp ideal meliputi:

• Penguatan terbuka (open-loop gain) sangat tinggi

• Impedansi input sangat tinggi

• Impedansi output sangat rendah

• Respon linier terhadap sinyal input

2. Summing Amplifier

Konfigurasi ini memungkinkan beberapa sinyal input dijumlahkan pada satu output. Semua sinyal masuk ke terminal inverting melalui resistor masing-masing, sedangkan non-inverting di-ground-kan. Rumus output untuk dua input $V_1$ dan $V_2$ adalah:

Rangkaian ini juga menghasilkan output yang berfasa terbalik terhadap total sinyal input.

Rangkaian summing-integrator adalah kombinasi dari dua fungsi utama op-amp, yaitu penjumlah (summing amplifier) dan pengintegrasi (integrator). Secara umum, rangkaian ini berfungsi untuk menjumlahkan beberapa sinyal input sekaligus dan menghasilkan output berupa integral dari hasil penjumlahan tersebut terhadap waktu. Rangkaian ini menggunakan konfigurasi inverting op-amp, di mana beberapa sinyal input diberikan ke terminal inverting melalui resistor masing-masing, sementara terminal non-inverting dihubungkan ke ground.

3. Operasi Integrator dengan Step Input 

Dalam konfigurasi ini, op-amp berfungsi untuk mengintegrasikan sinyal input terhadap waktu. Ketika diberikan input step sebesar +1V, arus mengalir melalui resistor ke terminal inverting, dan karena adanya umpan balik negatif melalui kapasitor $C1$, op-amp menghasilkan output yang merupakan integral dari sinyal input. Karena input adalah konstan (step), maka hasil integrasinya adalah sinyal ramp, yaitu tegangan yang naik atau turun secara linear terhadap waktu. Dalam kasus ini, output menurun secara linear karena sifat pembalikan fasa dari integrator inverting.

5. Prinsip Kerja [kembali]

1. Pengisian Kapasitor: Ketika GTO dalam kondisi off, kapasitor C1 mulai mengisi melalui resistor R2. Tegangan pada kapasitor meningkat secara linier terhadap waktu, membentuk bagian naik dari gelombang sawtooth.
2. Pemicu GTO: Ketika tegangan di C1 mencapai tegangan breakdown dari dioda zener (VZ), GTO menerima sinyal pada gerbang (G) dan mulai konduksi dari anoda ke katoda (A ke K). Ini menyebabkan C1 cepat mengosongkan muatan ke ground melalui GTO.
3. Pengosongan Kapasitor : Proses pengosongan sangat cepat sehingga membentuk sisi jatuh (falling edge) yang tajam dari gelombang sawtooth.
4. Reset dan Pengulangan: Setelah pengosongan, GTO dimatikan melalui sinyal gate negatif, dan proses pengisian ulang kapasitor dimulai kembali. Siklus ini terus berulang sehingga dihasilkan gelombang sawtooth yang periodik di output (Vo).   

6. Problem [kembali]

1.Pertanyaan: Jelaskan fungsi masing-masing komponen utama dalam rangkaian GTO sawtooth generator ini:

• Q1 (GTO: Gate Turn-Off Thyristor)
• C1
• RV1
• DI
• Jawaban:

• Q1 (GTO): Bertugas sebagai saklar elektronik yang mengendalikan proses charging dan discharging kapasitor C1. GTO memungkinkan kontrol turn-off melalui sinyal gate.
• C1 (Kapasitor): Menyimpan muatan listrik yang kemudian dilepaskan untuk membentuk gelombang gigi gergaji (sawtooth). Waktu pengisian C1 menentukan periode sinyal.
• RV1 (Potensiometer): Mengatur waktu pengisian kapasitor C1, sehingga frekuensi sawtooth bisa diubah.
• D1 (Dioda Zener): Melindungi komponen dengan menjaga agar tegangan balik tidak melebihi batas tertentu.

2: Analisis Gelombang

Pertanyaan: Apa bentuk gelombang output yang dihasilkan dari titik output rangkaian ini? Dan bagaimana bentuk ini dihasilkan dari kerja GTO dan kapasitor?

Jawaban: Bentuk gelombang output adalah sawtooth (gigi gergaji). Hal ini terjadi karena:

• Saat GTO OFF, kapasitor C1 mengisi perlahan melalui resistor R2, menghasilkan tegangan yang meningkat secara linear.
• Ketika GTO ON, kapasitor C1 langsung discharge (mengosongkan muatan) dengan cepat, menyebabkan tegangan turun drastis.
• Proses ini berulang, menciptakan pola naik lambat dan turun cepat khas gelombang gigi gergaji

3: Pengaruh Nilai Potensiometer

Pertanyaan: Apa yang terjadi terhadap frekuensi output sawtooth jika nilai resistansi pada RV1 ditingkatkan?

Jawaban: Jika nilai resistansi pada RV1 ditingkatkan, maka arus pengisian kapasitor berkurang. Akibatnya, waktu yang dibutuhkan untuk mengisi kapasitor menjadi lebih lama, sehingga frekuensi output sawtooth menurun. Dengan kata lain, gelombang menjadi lebih lebar (periode lebih besar).

7. Soal Latihan [kembali]

Soal 1:

Komponen utama yang berfungsi sebagai sensor proximity dalam rangkaian ini adalah:

a) DIAC (D1) b) SCR (U1) c) Resistor R1 d) Kapasitor variabel RV1

Jawaban: d) Kapasitor variabel RV1

Soal 2:

DIAC (D1) akan mulai menghantarkan arus ketika tegangan melintasinya mencapai nilai:

a) Tegangan catu daya AC maksimum b) Tegangan gate SCR c) Tegangan breakover (VBO) DIAC d) Tegangan forward bias dioda

Jawaban: c) Tegangan breakover (VBO) DIAC

Soal 3:

Apa fungsi utama SCR (U1) pada rangkaian 1?

a) Mendeteksi perubahan kapasitansi b) Membatasi arus melalui DIAC c) Mengendalikan daya yang dialirkan ke beban (L1) d) Menghasilkan tegangan breakover untuk DIAC

Jawaban: c) Mengendalikan daya yang dialirkan ke beban (L1)

8. Percobaan [kembali]

a. prosedur percoban

• Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
• Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
• Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
• Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
• Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja.

FIG.17.22

Prinsi kerja :

Di sini terdapat rangkaian GTO Sawtooth Generator yang berfungsi menghasilkan gelombang gigi gergaji (sawtooth). Rangkaian ini menggunakan sumber tegangan DC sebesar 280 V yang dialirkan melalui resistor R2 (3,3 kΩ) dan dioda D1 untuk mengisi kapasitor C1 (1 µF) saat GTO (Q1) dalam kondisi OFF. Selama proses pengisian, tegangan pada kapasitor naik secara linier sehingga membentuk bagian naik dari gelombang sawtooth. Ketika GTO dinyalakan (ON) oleh sinyal gate, kapasitor langsung membuang muatannya ke ground, menyebabkan tegangan turun tajam dan membentuk bagian turun dari gelombang.
Siklus pengisian dan pengosongan ini terus berulang sehingga menghasilkan sinyal sawtooth secara terus-menerus. Tegangan output dari kapasitor disalurkan melalui potensiometer RV1 (25 kΩ) dan resistor R3 (1 kΩ) ke output, yang dapat diamati menggunakan osiloskop. Gelombang yang dihasilkan memiliki frekuensi sekitar 303 Hz, berdasarkan konstanta waktu $\tau$$=$$R$$\times$$C$$=$$\mathrm{3,3}$$$$\text{ms}$$\tau =R\times C=3,3\text{ms}$. Potensiometer juga berfungsi untuk mengatur besar sinyal output sesuai kebutuhan.

Vidio simulasi

9. Download File [kembali]

Rangkaian FIG.17.22 [klik disini]

• Download Datasheet

resistor [download]

baterai [download]

dioda [download]

voltmeter [download]

amperemeter [download]

[menuju awal]