PERANTI POWER ELEKTRONIK

 

1.0  Pengenalan

 

Peranti elektronik kuasa adalah peranti elektronik yang bertindak sebagai suis dan boleh

dikendalikan pada kadaran kuasa yang tinggi. Antara peranti-peranti yang akan dibincangkan dalam bab ini ialah seperti:-

 

Ø  Penerus terkawal silikon (Silicon controlled Rectifier)

Ø  Triak

Ø  GTO-SCR ( Gate Turn-Off SCR)

Ø  Diod Kuasa dan

Ø  Transistor Kuasa

 

2.0 Penerus Terkawal Silikon (SCR)

 

Rajah 1.1(a) dan 1.1(c) menunjukkan struktur binaan dan rupa bentuk fizikal Tiristor yang lazim digunakan. Manakala rajah 1.1 (b) merupakan rajah simbol Tiristor.

 

Rajah 1.1 : Struktur binaan dan bentuk fizikal SCR

 

2.1  Struktur dan Simbol SCR

 

SCR adalah peranti separa pengalir empat lapis seperti ditunjukkan di Rajah 1.1(a) dan Rajah 1.1(b). Terdapat tiga terminal yang dipanggil Anod, Katod dan Get.

 

Anod adalah terminal positif peranti manakala katod adalah terminal negatif

peranti.

 

Ø Get merupakan terminal yang akan menerima voltan picuan yang digunakan untuk mengawal ON/OFF peranti.

 

Ø Peranti ini adalah peranti satu arah yang mana ia akan membenarkan arus mengalir pada satu arah sahaja.

 

 

2.2  Pemicuan SCR

 

SCR hanya akan ON apabila satu denyut arus positif dikenakan di terminal getnya dan pada masa yang sama terminal anod adalah lebih positif berbanding katod. Picuan ini akan menyebabkan arus pincang hadapan (foward current) mengalir dari anod ke katod.  Pada masa ini terminal anod-katod berada dalam keadaan litar pintas. Arus pincang hadapan ini akan terus mengalir walaupun voltan picuan pada get dihentikan selagi terminal anod-katod berada dalam keadaan pincang hadapan. Operasi SCR ini boleh dihentikan beroperasi dengan salah satu cara berikut:

a.             Arus yang mengalir kehadapan dikurangkan dari nilai arus pegang peranti(

            I_hI_holding) yang boleh didapati dari helaian data pembuat.

b.             Pintaskan terminal anod dan katod.

c.             Alirkan arus dalam arah yang bertentangan ataupun terminal anod-katod

dipincang songsang.

 

Rajah 1.2 menunjukkan bagaimana SCR dapat dihidupkan pada sumber bekalan a.t. dengan cara memberikan voltan picuan pada terminal getnya.

 

(a)    SCR dalam keadaan OFF apabila tiada voltan get di kenakan

 

(b)   SCR ON bila dikenakan voltan get

 

Rajah 1.2 : Menghidupkan SCR pada sumber bekalan a.t.

 

Ketika S1 dibuka tiada arus yang mengalir pada beban RL (lampu) seperti yang ditunjukkan di Rajah 1.2 (a) dan (b). Apabila suis S1 ditutup maka terminal get akan menerima arus picuan dan memicu SCR. Picuan ini menyebabkan arus mengalir dari anod ke katod SCR dan lampu akan menyala. Apabila suis S1 dibuka arus masih mengalir ke beban atau lampu masih menyala. Untuk mematikan SCR, terdapat tiga kaedah boleh dilakukan iaitu, dengan cara memintaskan terminal anod-katod, memutuskan bekalan arus ke anod ataupan menterbalikkan punca bekalan voltan supaya arus songsang mengalir dari katod ke anod.

 

 

Rajah 1.3                                           Rajah 1.4

Rajah 1.3 : Mematikan SCR dengan cara memintaskan terminal A-K.,

Rajah 1.4 : Mematikan SCR dengan cara memutuskan arus I_A.

 

Rajah 1.3 menunjukkan bagaimana SCR dimatikan dengan cara memintaskan anod dengan katod. Dengan ini tiada arus akan mengalir dari anod ke katod. Kaedah lain untuk mematikan SCR adalah dengan meletakkan suis S2 seperti Rajah 1.4. Apabila suis S2 dibuka maka tiada arus dapat mengalir dari anod ke katod atau arus pincang hadapan adalah sifar iaitu kurang daripada I_h.  Untuk menghidupkan SCR ini maka kedua-dua suis S1 dan S2 perlu ditutup. Pada keadaan normal SCR tidak akan hidup jika arus mengalir dari katod atau pada arah yang bertentangan. Kebaikan SCR yang nyata adalah dengan arus picuan yang kecil ia dapat mengawal arus beban yang tinggi. Selain daripada itu SCR adalah sebagai peranti pensuisan yang laju. Dengan hanya satu denyut lazimnya hanya satu mikrosaat hingga dua mikrosaat pada get ia dapat menghidupkan SCR.

 

 

 

 

 

 

2.3   Lengkuk Cirian I-V bagi SCR

 

Rajah 1.5 menunjukkan gambarajah lengkuk cirian I-V bagi SCR.

		Rajah 1.5 : Lengkuk Cirian I-V bagi SCR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Lengkuk cirian SCR hampir sama dengan lengkuk cirian diod biasa kecuali terdapatnya sebahagian kawasan di peringkat awal yang menggambarkan arus depan yang tersekat seketika.

 

Semasa pincang depan (V_F), ketika I_G=0, tiada arus anod (I_A) yang dialirkan oleh SCR itu kecuali sedikit arus bocor. Sekalipun V_F dinaikkan, I_A tetap tiada melainkan sedikit kenaikan arus bocor. Arus pada paras ini dinamakan Arus Sekat Depan ( Forward Blocking Current ).

 

Dengan keadaan I_G masih 0 dan V_F terus dinaikkan, akan sampai pada suatu nilai voltan di mana I_A tiba-tiba mengalir dan meninggi dengan cepat. Nilai V_F pada masa itu khususnya dinamakan Voltan Pecah Tebat Depan (Forward Breakover Voltage, V_BRF1). V_BRF1 ialah ketika I_G = 0.

 

Jika ada I_G ( disebabkan oleh voltan positif kepada pintu ), yang di dalam rajah itu dilabelkan sebagai I_G2, kejadian voltan pecah tebat depan akan berlaku lebih awal lagi (V_BRF2). Takat V_BRF boleh direndahkan lagi dengan menambahkan nilai I_G. Begitulah seterusnya sehingga jika I_G dilaras kepada suatu nilai yang cukup tinggi, SCR akan berlagak seperti diod biasa.

 

Sewaktu SCR dipincang songsang (V_R), SCR tidak akan mengalirkan arus kecuali sedikit arus bocor atau arus sekat songsang. Jika V_R terlalu tinggi, akan sampai ke takat voltan pecah tebat songsang. SCR bertindak seperti diod biasa dalam keadaan pincang songsang.

 

 

Arus Penahan ( Holding Current ) ialah paras di mana arus SCR berpindah dari keadaan tersekat ( OFF ) kepada keadaan pengaliran ( ON ).

 

Semasa pincang hadapan, SCR mempunyai dua keadaan operasi iaitu keadaan “OFF” dan “ON” ( rujuk rajah 4.3 ). Semasa keadaan “OFF”, SCR bertindak seperti litar terbuka manakala semasa keadaan “ON” SCR bertindak seperti litar tertutup.

 

Semasa pincang songsang, SCR bertindak seperti litar terbuka.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

tanpa isyarat picuan

diberi isyarat picuan

SCR pincang songsang

SCR pincang depan

Rajah 1.6 : Keadaan SCR semasa pincang depan dan pincang songsang

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4  Operasi SCR

 

Seperti diod biasa, untuk membolehkan arus mengalir melalui SCR, anod mestilah diberikan voltan pincang depan. Namun begitu, bagi SCR, voltan pincang depan itu masih belum boleh mengalirkan arus. Hanya setelah get diberikan voltan positif yang seketika ( denyut ) dengan magnitud yang cukup, barulah berlaku pengaliran arus dari anod ke katod.

 

Sebaik saja SCR beroperasi, voltan denyut positif pada get tadi sudah tidak diperlukan lagi, get telah hilang daya kawalannya. Walaupun denyut positif itu kemudiannya dihapuskan, SCR masih boleh terus mengalirkan arus tinggi tanpa henti.

 

Operasi SCR hanya boleh dihentikan dengan beberapa cara, di antaranya ialah dengan:-

 

Þ    memutuskan litar laluan arus SCR, misalnya dengan meletakkan alat pemutus litar pada mana-mana tempat laluan arus.

 

Þ    memintaskan anod dan katod.

 

Þ    mematikan bekalan voltan positif pada anod.

 

Þ    menukar kekutuban voltan kepada anod itu menjadi negatif.

 

 

2.5  Kegunaan SCR

 

Peranti ini sangat popular digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam sistem pengawal kuasa tinggi. Ia boleh beroperasi dengan voltan yang bernilai sehingga 1000 volt dan beroperasi pada nilai arus sehingga kepada 1000A jika dibandingkan dengan peranti diod biasa. Oleh kerana ia dinamakan penerus terkawal silikon maka ia banyak terlibat dalam penukaran voltan dan arus au kepada voltan dan arus at. Ia juga berfungsi untuk mengawal magnitud-magnitud gelombang keluaran ini. SCR juga membolehkan pensuisan voltan dan arus beban yang besar dari sumber arus dan voltan pensuisan yang kecil.  Contoh penggunaan yang paling mudah adalah seperti dalam litar kawalan statik yang boleh digunakan pada sistem amaran penceroboh seperti yang ditunjukkan pada Rajah 1.7.

 

Rajah 1.7: Litar Kawalan Statik

Suis-suis S₁ dan S₂ adalah suis yang sentiasa tertutup. Jika salah satu suis tersebut terbuka, SCR akan dihidupkan dan jika beban adalah mentol maka ia akan menyala. Apabila S₁ atau S₂ ditutup semula SCR masih berfungsi. Untuk mematikan SCR suis RESET perlu dibuka semula ini menyebabkan arus yang mengalir dari anod ke katod kurang dari I_h. SCR juga boleh digunakan sebagai penerus terkawal di mana voltan keluaran a.t. purata dapat dikawal kepada nilai-nilai tertentu. Rajah 1.8 di bawah menunjukkan bagaimana SCR digunakan pada sumber voltan a.u. untuk menghasilkan voltan keluaran a.t. yang boleh dikawal pada beban R_L. Manakala Rajah 1.9 pula menunjukkan bentuk gelombang voltan merentasi beban R_L, voltan picuan pada terminal get dan juga voltan sumber bekalan V_s. Perhatikan voltan keluaran merentasi R_L adalah merupakan voltan a.t dan nilai puratanya boleh dikawal dengan mengawal sudut picuan α (iaitu dengan melaraskan nilai perintang bolehubah R_V)

 

Rajah 1.8 : SCR digunakan sebagai penerus terkawal satu fasa

 

Rajah 1.9 : Rupabentuk gelombang Vs, Vg dan VRL

 

 

 

 

3.0  Triak

 

Triak merupakan peranti dwi-arah iaitu ia boleh beroperasi ketika masukan positif

mahupun negatif. Triak adalah peranti tiga terminal dan boleh dianggapkan dua SCR

yang disambung secara selari berlawanan arah (anti-parallel).

 

3.1         Struktur Dan Simbol

Triak mempunyai lapisan NPNP selari dengan lapisan PNPN. Susun atur bahan empat dan get (G). Jika keseluruhan struktur simpang P-N triak diteliti, arus dilihat boleh melalui lapisan PNPN atau NPNP. Oleh kerana triak boleh mengalirkan arus dalam kedua-dua hala, simbol triak mengandungi dua diod yang bersemuka dalam arah yang berlawanan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.10.

Rajah 1.10 : Struktur dan simbol Triak

Rajah 4.5 : Litar setara TRIAK menggunakan SCR

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2         Ciri-ciri Triak

 

Graf dalam Rajah 1.12 mewakili pengendalian triak yang lazim tanpa pembekalan arus get. Apabila voltan mara bertambah, arus kecil mengalir dalam triak. Arus yang kecil ini ialah arus bocor. Apabila voltan mara mencapai titik pecah lampau, arus pada triak mula mengalir. Perhatikan voltan telah jatuh melintangi triak. Voltan ini dibekalkan kepada beban

Rajah 1.12 : Graf ciri volt-ampiar untuk triak

 

 

3.3    Aplikasi Triak

 

Triak sesuai digunakan untuk mengawal litar yang menggunakan arus a.u. SCR adalah merupakan peranti satu arah sahaja oleh itu ia hanya boleh beroperasi bagi separuh kitar positif sahaja manakala Triak boleh beroperasi dalam kedua-dua kitar iaitu pada kitar positif dan kita negatif. Rajah 1.13 menunjukkan salah satu contoh sambungan litar penggunaan Triak untuk mengawal kuasa atau voltan a.u. pada beban RL. Sekiranya perintang RL digantikan dengan lampu, maka kecerahan lampu boleh dikawal dengan melaraskan perintang bolehubah R2.

Rajah 1.13 : Contoh Penggunaan Triak sebagai litar kawalan A.U.

 

Rajah 1.14 : Rupabentuk gelombang VS, Vg dan VRL bagi litar kawalan A.U seperti litar pada rajah 1.13.

 

Gabungan kapasitor C1 dan perintang bolehubah R1 akan menyebabkan voltan get akan terlengah (delayed) sebanyak α darjah daripada voltan masukan. Pada separuh kitaran positif, triak akan dipicu pada sudut α manakala pada separuh kitaran negatif triak akan dipicu pada sudut (π + α). Nilai α ini boleh diubah dengan melaraskan nilai perintang bolehubah R2. Voltan keluaran r.m.s. merentangi beban akan berubah berkadar songsang dengan nilai sudut picuan α di mana semakin besar nilai sudut picuan maka semakin kecil nilai r.m.s. keluaran. Rupabentuk gelombang bagi voltan  masukan VS, voltan picuan Vg dan voltan keluaran pada beban RL, VRL adalah seperti yang ditunjukkan pada rajah 1.14 di atas.

 

 

4.0    GTO-SCR (Gate Turn-Off SCR)

 

GTO-SCR adalah satu peranti elektronik kuasa uni-kutub. Ia memerlukan picuan positif

        pada terminal get untuk “ON”. Apabila terminal get dikenakan isyarat picuan negatif ia

akan bertukar kepada keadaan “OFF”. Sifat ini merupakan satu kelebihan bagi GTO-SCR berbanding dengan SCR.

 

 

4.1    Simbol dan Ciri-Ciri GTO-SCR

 

Rajah 1.15 menunjukkan simbol GTO-SCR dan rajah 1.16 pula menunjukkan lengkung ciri I-V nya.

 

Rajah 1.15 : Simbol GTO-SCR

 

Rajah 1.16 : Ciri-ciri I-V GTO

 

Rajah 1.17 : Lengkung Ciri I-V GTO-SCR

 

GTO boleh dihidupkan dengan memberikan denyut positif kepada kaki get. GTO

akan terus berfungsi walaupun tanpa denyut positif. GTO boleh dimatikan dengan memberikan denyut negatif kepada kaki get dan ini menyebabkan Ig negatif mengalir dalam jumlah yang banyak. Ig negatif ini akan mengalir dalam beberapa mikrosaat sahaja. Kedua-dua keadaan ini dikawal oleh arus get ( Ig).

 

Apabila Ig mencapai nilai maksimun, arus pada anod mula mengalami kejatuhan

manakala voltan, VAK yang melalui peranti ini mula meningkat. Keadaan ini boleh dilihat pada ciri-ciri I-V dalam Rajah 1.17.

 

 

4.2    Aplikasi GTO-SCR

 

GTO juga berfungsi seperti SCR yang digunakan dalam pensuisan kuasa dan dalam sistem pengawal kuasa tinggi. Ia mempunyai beberapa kelebihan jika dibandingkan dengan SCR.

 

 

 

5.0    Bipolar Junction Transistor (BJT)

 

5.1 Pengenalan

 

Asas kepada sistem elektronik yang berbagai-bagai pada masa kini adalah peranti separuh pengalir. Satu daripada peranti separuh pengalir yang banyak digunakan adalah Transistor Simpang Dwikutub (Bipolar Junction Transistor) atau lebih dikenali sebagai BJT. Ia digunakan sebagai penguat dan juga sebagai suis logic.

 

Tidak seperti diod yang terbentuk dari bahan separuh pengalir dua lapis ( simpang pn),  

BJT merupakan separuh pengalir tiga lapis. Oleh itu terdapat tiga terminal iaitu :

·         Pemunggut (collector)           : C

·         Tapak (base)                          : B

·         Pemancar (pemunggut)         : E

 

BJT merupakan peranti “dwikutub” kerana kedua-dua pembawa arus majority dan pembawa arus minority memainkan peranan di dalam aliran arus. Jumlah aliran arus dari satu terminal terminal yang lain boleh dikawal. Terdapat dua jenis transistor BJT iaitu jenis PNP dan NPN.

 

Rajah 1.18 : Transistor BJT (a) jenis PNP dan (b) jenis NPN

 

Rajah 1.18 menunjukkan kedudukan setiap terminal dan juga symbol BJT jenis PNP dan NPN. Tapak merupakan terminal ditengah-tengah dan ia lebih nipis daripada lapisan pemancar dan pemunggut. Anak panah pada rajah 1.18 menunjukkan arah pengaliran arus iaitu dari bahagian P ke N.  Untuk transistor PNP adalah dari E ke B, manakala dari B ke E untuk jenis NPN

 

Menggunakan analog diod, transistor adalah dua diod yang disambung seperti yang ditunjukkan pada rajah 1.19.  Oleh itu cara kerja transistor BJT adalah berasaskan cara kerja diod.

Rajah 1.19 : (a) Transistor PNP dan (b) Transistor NPN

 

 

5.2    Kendalian Transistor

 

Transistor perlu dipincang dengan betul untuk membolehkannya berkendali. Rajah 1.20 menunjukkan pincang yang betul bagi transistor NPN.

 

Rajah 1.20 : Pincangan transistor NPN

 

Bagi membolehkan elektron yang dipancarkan daripada pemancar diterima oleh pemunggut, litar masukan iaitu simpang antara tapak dan pemancar perlu dibekalkan dengan voltan pincang depan yang mencukupi supaya rintangan simpang tersebut rendah. Keadaan ini membolehkan electron bergerak dari pemancar ke tapak.

 

Litar keluaran iaitu simpang antara tapak dan pemunggut pula mestilah dipincang songsang supaya kebanyakan electron yang sampai di tapak, akan ditarik ke pemunggut yang bercas positif (kerana dipincang songsang). Voltan di litar keluaran dinamakan voltan keluaran.

 

Pengedopan tapak yang sangat ringan memainkan peranan yang sangat penting kerana hanya sedikit sahaja electron terserap dibahagian ini. Electron yang selebihnya diterima di pemunggut.

 

Lazimnya 99% electron akan ke pemunggut dan hanya 1% diserap ke tapak. Rumus yang menunjukkan hubungkait antara arus pemancar I_E dan arus tapak I_B dan arus pemunggut I_C  ialah :

	IE  = IC + IB

 

 

 

 

Rajah 1.21 : Pengaliran arus dalam transistor NPN

 

Gandaan arus AT dari tapak ke pemunggut diberi dalam spesifikasi transistor. Gandaan ini dikenali sebagai β_AT atau h_FE dan diwakili oleh formula

 

 

Bagi transistor PNP, cara memberi pincang kepada adalah seperti rajah 1.22. Oleh kerana kekutuban bekalan adalah berbeza arah arus juga berbeza seperti yang ditunjukkan dalam rajah tersebut.

Rajah 1.22 : Pincang dan pengaliran arus dalam transistor PNP

 

 

5.3     Tatarajah Transistor

 

Transistor BJT boleh disambung di dalam sesuatu litar elektrik menggunakan tiga cara (tatarajah) atau konfigurasi iaitu :

·         Pemancar sepunya     : CE (common emitter)

·         Tapak sepunya           : CB (common base)

·         Pemunggut sepunya : CC (common collector)

 

Cara sambungan ini menunjukkan terminal mana yang akan disambung dengan isyarat masukan dan di terminal mana isyarat keluaran akan diambil, rujuk Jadual 1.1.  Cara transistor BJT beroperasi bergantung kepada konfigurasi atau cara sambungannya.

 

Jadual 1.1 : Penentuan konfigurasi sambungan BJT

Konfigurasi	Terminal masukan	Terminal keluaran
CE	B	C
CB	E	C
CC	B	E

 

Tatarajah yang berbeza memberikan kesan yang berbeza terhadap isyarat. Perbezaan ini merangkumi aspek :

a)      Gandaaan arus – nisbah arus keluaran kepada arus masukan.

b)      Gandaan voltan – nisbah voltan keluaran kepada voltan masukan.

c)      Gandaan kuasa – hasil darab gandaan voltan dengan gandaan arus.

d)      Keadaan fasa.

 

Tatarajah sesuatu transistor  ditentukan oleh tamatan sepunya litar masukan dan litar keluaran.

 

Rajah 1.23 menunjukkan tiga tatarajah transistor. Tatarajah ini adalah asas kepada litar penguat dan litar suis.

 

Rajah 1.23 : Tatarajah transistor

 

 

5.4    Transistor Sebagai Penguat

 

Transistor berkeupayaan melakukan penguatan terhadap isyarat elektrik. Gandaan, hasil daripada penguatan yang dilakukan oleh transistor, member kesan seperti suara bertambah kuat dan nilai isyarat bertambah tinggi. Penguat terdapat dalam bentuk tatarajah tapak sepunya, tatarajah pemancar sepunya dan tatarajah pemunggut sepunya.

 

Jadual 1.2 menunjukkan gambarajah skema litar asas penguat untuk ketiga-tiga tatarajah  transistor serta perbezaan antara ketiga-tiganya dari aspek gandaan arus, gandaan voltan, gandaan kuasa serta keadaan fasa.

 

Jadual 1.2 : Tatarajah penguat

 

Penguat pemancar sepunya adalah penguat yang paling kerap digunakan kerana ia dapat menghasilkan gandaan yang tertinggi seperti yang telah ditunjukkan dalam Jadual 1.2.  Litar seperti yang telah dibincangkan sebelum ini ialah litar asas penguat. Untuk membolehkan penguat berfungsi dengan baik beberapa komponen lain pelu ditambah kepada litar tersebut seperti ditunjuk dalam Rajah 1.24.

Nota : Bekalan VBB tidak dimasukkan dalam litar pada rajah 1.7 kerana voltan pincang yang diperlukan oleh transistor diperolehi daripada VCC melalui perintang R1.

 

Rajah 1.24 : Penguat pemancar sepunya

5.5    Transistor Sebagai Suis

 

Tatarajah yang lazim digunakan untuk tujuan pensuisan ialah tatarajah pemancar sepunya. Rajah 1.25 menunjukkan transistor yang digunakan sebagai suis.

Dua bahagian litar suis ialah:

a)      Bahagian litar kawalan – berperanan menentukan nilai arus tapak

b)      Bahagian litar kuasa.

 

Jika suis  S₁ dalam Rajah 1.25 (a) terbuka (off), tiada arus mengalir dalam litar kawalan. Ini bermakna rintangan antara tapak dan pemancar adalah tinggi. Ini menyebabkan tiada arus mengalir ke litar kuasa dan lampu akan terpadam.

 

Apabila suis S₁ ditutup (on), arus yang kecil mengalir dalam litar kawalan. Ini menyebabkan simpang tapak pemancar dipincang depan dan membolehkan arus yang besar mengalir dalam litar tersebut untuk menyelakan lampu.

 

Suis S₁ dalam litar pada Rajah 1.25 (a) boleh diganti dengan komponen pengesan seperti perintang peka cahaya (light dependence resistor, LDR) seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.25(b).

 

 

Rajah 1.25 : Transistor sebagai suis

 

 

 

5.6    Pengujian Transistor Dan Kerosakan Transistor

 

Oleh kerana kerosakan yang sering berlaku kepada transistor ialah kerosakan terbuka dan terpintas, maka ujian asas menggunakan meter ohm boleh digunakan untuk menguji kerosakan tersebut.

 

Transistor seolah-olah dua diod yang disambung terbalik. Jika ujian terhadap kedua-dua diod ini positif, transistor itu berkeadaan baik. Rajah 1.26 menunjukkan cara menguji transistor NPN menggunakan meter ohm.

 

Rajah 1.26 : Cara menguji transistor

 

Meter ohm juga boleh digunakan untuk menentukan jenis transistor serta elemen sesuatu transistor. Ini penting apabila maklumat berkaitan sesuatu transistor tidak diketahui.

 

Rajah 1.27 menunjukkan langkah untuk menentukan elemen tapak dan seterusnya jenis (sama ada NPN dan PNP) sesuatu transistor menggunakan meter ohm.

1.             Tandakan kaki transistor

2.             Set meter pelbagai analog ke fungsi pengujian rintangan pada julat R x 10.

3.             Uji transistor mengikut langkah seperti yang ditunjukkan dalam contoh

           dibawah.

 

Rajah 1.27 : Cara menentukan elemen tapak transistor

 

4.             Kenalpasti langkah apabila transistor berada dalam keadaan pincang ke depan

           [dalam contoh diatas, transistor berada dalam keadaan pincang ke depan pada

           langkah 1 dan langkah 6]

5.             Kenalpasti kaki sepunya untuk kedua-dua keadaan dalam langkah 4. Kaki ini

           ialah elemen tapak untuk transistor tersebut. [Dalam contoh diatas kaki     

           sepunya untuk kedua-dua keadaan ialah kaki 2].

6.             Jenis transistor ditentukan berdasarkan kenyataan berikut :

a.             Transistor PNP – Jika kaki sepunya disambung ke tamatan positif meter pelbagai analog

b.             Transistor NPN – Jika kaki sepunya disambung ke tamatan negative meter pelbagai analog

 

Rajah 1.28 : Cara untuk menentukan elemen pemancar dan pemungut sesuatu transistor

1.             Setkan meter pelbagai berdigit ke fungsi pengujian diod.

2.             Lakukan ujian seperti ditunjukkan dalam contoh di bawah ini [dalam contoh ini elemen tapak telah dikenalpasti iaitu kaki 2 menggunakan kaedah seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 1.28.

3.             Kenalpasti langkah yang menunjukkan nilai susutan voltan tinggi.

4.             Dalam contoh diatas langkah yang menunjukkan nilai susutan voltan tertinggi ialah keadaan 2. Oleh itu kaki ialah elemen pemancar manakala kaki 3 ialah elemen pemungut.

 

 

5.7    Langkah Keselamatan

 

Seperti diod, transistor juga perlu dikendalikan dengan berhati-hati. Langkah-langkah keselamatan seperti berikut perlu dipatuhi supaya transistor tersebut rosak.

a)            Elakkan daripada mengenakan tekanan mekanikal kepada tamatan-tamatan

           transistor supaya penyambungan antara dawai dengan bahan separuh  

           pengalir tidak terjejas.

b)            Elakkan daripada mengenakan haba yang tinggi kepada transistor, haba yang

           terlampau tinggi boleh merosakkan transistor. Apabila memateri transistor

           ke papan litar, gunakan  alat  pemateri berkuasa rendah.

c)             Apabila menguji transistor pada papan litar, pastikan transistor terlebih

           dahulu dipisahkan daripada litar.

d)            Untuk transistor kuasa, penenggelam haba perlu dipasang untuk

           menyejukkan transistor tersebut.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.0  MOSFET

 

6.1 Pengenalan

 

Transistor yang dipelajari sebelum ini ialah dalam kategori transistor dwipolar, iaitu melibatkan kedua-dua pembawa arus elektron dan hol. Transistor tersebut juga tergolong di dalam jenis komponen atau alat terkawal arus (current controlled device).

 

Satu lagi kategori transistor ialah transistor “unipolar” iaitu yang hanya melibatkan salah satu pembawa arus majoriti. Salah satu transistor “unipolar” yang sering digunakan ialah Transistor Kesan Medan (Field Effect Transistor) atau ringkasnya dipanggil FET. Ia merupakan komponen atau alat terkawal voltan (voltage controlled device).

 

FET adalah terdiri daripada dua kategori iaitu JFET ( Junction FET ) dan MOSFET         ( Metal-oxide semiconductor FET ). Dalam  bab ini kita akan membincangkan lebih kepada komponen MOSFET.

 

MOSFET adalah kategori kedua bagi FET. MOSFET (metal-oxide semiconductor FET) mempunyai terminal-terminal seperti JFET iaitu punca, parit dan get. Yang membezakan MOSFET dengan JFET ialah terminal get diasingkan dengan saluran (channel) oleh satu lapisan silikon oksida (SiO₂). Oleh sebab itu, arus get menjadi semakin kecil. MOSFET juga dipanggil sebagai IGFET (insulated-get FET).

 

Terdapat dua jenis MOSFET, iaitu MOSFET ragam susutan dan peningkatan (depletion-enhancement mode) dan MOSFET ragam peningkatan sahaja (enhancement-only mode).

 

 

6.2 MOSFET Ragam Susustan Dan Peningkatan (DE MOSFET)

 

E MOSFET boleh beroperasi secara ragam susutan dan ragam peningkatan dengan hanya menukar polariti voltan antara get dan punca (V_GS). Bila V_GS adalah negatif, DE MOSFET beroperasi secara ragam susutan. Sebaliknya bila V_GS adalah positif, DE MOSFET beroperasi secara ragam peningkatan. Rajah 1.29 dan 1.30 menunjukkan struktur binaan dan simbol DE MOSFET.

 

Merujuk kepada struktur binaan, kita dapati saluran (channel) bersambung dari parit ke punca. Ini menyebabkan arus parit (I_D) boleh mengalir walaupun V_GS=0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.3  MOSFET Ragam Peningkatan (E MOSFET)

 

E MOSFET boleh beroperasi secara ragam peningkatan sahaja. Ia beroperasi dengan nilai V_GS yang besar.  Struktur binaan E MOSFET berbeza dengan DE MOSFET. Rajah 1.31 menunjukkan struktur binaan dan simbol E MOSFET.  Merujuk kepada struktur binaan, kita dapati saluran (channel) tidak bersambung antara parit dan punca. Ini menyebabkan arus parit (I_D) tidak boleh mengalir jika V_GS=0.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.4 Lengkuk Ciri I-V MOSFET

                                                          

Rajah 1.32 :  Simbol MOSFET

 

 

 

 

 

                                                          

Rajah 1.33 : Binaan MOSFET

 

 

 

           

Rajah 1.34 : Lengkuk Ciri I-V MOSFET

 

 

Ciri-ciri

•      3 terminal Salir (D), Get (G) & Sumber (S)

•      Arus mengalir dari D ke S di kawal oleh V_GS.

•      Bila V_GS +ve, transistor ON

 

 

6.5  Asas Prinsip Kendalian FET

 

Rajah 1.35 menunjukkan struktur binaan FET. Ia terbina daripada satu bar semikonduktor bahan jenis N yang dari dua hujungnya diterbitkan elemen atau kaki yang satunya bernama Punca (Source) dan satu lagi bernama Parit (Drain). Di tengah-tengah bar tersebut terdapat dua bahan jenis P yang bersetentang, dan darinya diterbitkan satu elimen bernama Pintu (Gate). Untuk kemudahan, kadangkala huruf-huruf S, D dan G akan digunakan sebagai singkatan bagi punca, parit dan pintu.

 

Oleh kerana bar yang digunakan di antara punca dan parit ialah dari semikonduktor bahan jenis N, maka FET ini dikenali dengan nama FET Saluran N. Rajah 1.35 menunjukkan lukisan simbol skematik baginya. Perhatikan bahawa anak panah pintu menunjuk ke dalam.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Satu jenis FET lagi ialah FET Saluran P. Rajah 1.36 menunjukkan struktur binaannya, di mana bar yang digunakan ialah bahan jenis P dan ditengah-tengahnya dua bahan jenis N yang bersetentang. Namun demikian tidak ada perbezaan pada nama-nama elemen. Cuma sedikti perubahan pada lukisan simbol skematiknya seperti yang ditunjuk di Rajah 1.36 iaitu anak panah pintu menunjuk ke luar.

	Rajah 1.36 : Struktur binaan dan Simbol Skematik bagi FET saluran P

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Untuk mudah mengingati simbol skematik kedua-dua jenis ini, ingatkan saja bahawa yang ditunjuk oleh anak panah ialah bahan jenis N. Jika anak panah menunjuk ke dalam, maka yang ditunjuk ialah bahan jenis N untuk saluran.

 

Jika anak panah menunjuk ke luar, maka yang ditunjuk ialah bahan jenis N untuk pintu.  Perhatikan juga pada rajah struktur binaan bahawa di antara bahan untuk saluran dan bahan untuk pintu terdapat cantuman P-N yang tentunya mempunyai kesan-kesan keujudan kawasan kesusutan dan voltan sawar.

 

 

6.6  Perbandingan Antara FET Dengan Transistor Dwikutub

 

Jika dari segi bentuk fizikal, tidak banyak perbezaan yang ketara di antara kedua-dua jenis transistor ini, malahan kedua-duanya agak sama. Tanpa merujuk kepada nombor pengenalan dan buku manual, agak sukar untuk membezakannya. FET, seperti juga transistor dwipolar biasa, mempunyai tiga kaki.

 

Dari segi penggunaannya di dalam litar-litar elektronik, FET juga boleh bertugas sebagai amplifier. Cara sambungan dan pendawaiannya juga tidak banyak bezanya. FET, seperti juga transistor biasa, disambungkan dengan tatarajah punca sepunya, di mana litar pintu-punca menjadi terminal masukan dan litar parit-punca menjadi terminal keluaran.

 

Namun, dari segi prinsip dan ciri-cirinya, perbezaan di antara FET dengan transistor dwipolar biasa tetap ada, di antaranya ialah:

 

Þ           FET tatarajah punca-sepunya mempunyai kerintangan masukan yang sangat tinggi, lebih kurang 100M ohm ( kerana litar masukannya ialah di antara pintu-punca yang dipincang songsang )

Þ           FET ialah alat terkawal voltan, transistor biasa ialah alat terkawal arus.

Þ           FET ialah transistor unipolar, iaitu melibatkan satu jenis pembawa arus majoriti sahaja. Transistor biasa ialah dwipolar, kerana melibatkan kedua-dua jenis pembawa arus.

Þ           FET tidak terlalu sensistif kepada perubahan suhu sekitar. Pembawa arus minoriti tidak meninggalkan kesan-kesan besar. Tiada pengaruh Beta.

Þ           FET mempunyai tatalaku Hukum Kuasa Dua, di mana, arus keluaran berubah dengan kuasa dua masukan. Ciri seperti ini tidak ada pada transistor biasa. Ada beberapa litar elektronik yang memerlukan ciri seperti ini.

Þ           FET mempunyai kadar bising dalaman yang rendah dari transistor biasa. Oleh itu ia kerap digunakan dalam amplifier hi-fi dan alat terima radio FM.