PENS-ITS
IGBT Transistor dwikutub gerbang-terisolasi (IGBT = insulated gate bipolar transistor ) adalah piranti semikonduktor yang setara dengan gabungan sebuah BJT dan sebuah MOSFET. Jenis peranti baru yang berfungsi sebagai komponen saklar untuk aplikasi daya ini muncul
sejak tahun 1980-an.
Simbol IGBT
Karakteristik IGBT Sesuai
dengan
namanya,
peranti
baru
ini
merupakan
peranti
yang
menggabungkan struktur dan sifat-sifat dari kedua jenis transistor tersebut di atas, BJT dan MOSFET. Dengan kata lain, IGBT mempunyai sifat kerja yang menggabungkan keunggulan sifat-sifat kedua jenis transistor tersebut. Saluran gerbang dari IGBT, sebagai saluran kendali juga mempunyai struktur bahan penyekat (isolator) sebagaimana pada MOSFET.
Gambar dan Struktur IGBT Input dari IGBT adalah terminal Gerbang dari MOSFET, sedang terminal Sumber dari Sumber dari MOSFET terhubung ke terminal Basis dari BJT. Dengan demikian, arus cerat keluar dan dari MOSFET akan menjadi arus basis dari BJT. Karena besarnya resistansi masukan dari MOSFET, maka terminal masukan IGBT hanya akan menarik arus yang kecil dari sumber. Di pihak lain, arus cerat sebagai arus keluaran dari MOSFET akan cukup besar untuk membuat BJT mencapai keadaan jenuh. EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
1
PENS-ITS
Dengan gabungan sifat kedua unsur tersebut, IGBT mempunyai perilaku yang cukup ideal sebagai sebuah saklar elektronik. Di satu pihak IGBT tidak terlalu membebani sumber, di pihak lain mampu menghasilkan arus yang besar bagi beban listrik yang dikendalikannya. Terminal masukan IGBT mempunyai nilai impedansi yang sangat tinggi, sehingga tidak membebani rangkaian pengendalinya yang umumnya terdiri dari rangkaian logika. Ini akan menyederhanakan rancangan rangkaian pengendali dan penggerak dari IGBT. Di samping itu, kecepatan pensaklaran IGBT juga lebih tinggi dibandingkan peranti BJT, meskipun lebih rendah dari peranti MOSFET yang setara. Di lain pihak, terminal keluaran IGBT mempunyai sifat yang menyerupai terminal keluaran (kolektor-emitor) BJT. Dengan kata lain, pada saat keadaan menghantar, nilai resistansi-hidup ( R on on) dari IGBT sangat kecil, menyerupai
R on on
pada BJT.
Dengan demikian bila tegangan jatuh serta borosan dayanya pada saat keadaan menghantar juga kecil. Dengan sifat-sifat seperti ini, IGBT akan sesuai untuk dioperasikan pada arus yang besar, hingga ratusan Ampere, tanpa terjadi kerugian daya yang cukup berarti. IGBT sesuai untuk aplikasi pada perangkat Inverter maupun Inverter maupun Kendali Motor Listrik ( Drive). Drive). SIFAT- SIFAT
IGBT
Komponen utama di dalam aplikasi elekronika daya (power electronics) dewasa ini adalah saklar zat padat (solid-state switches) yang diwujudkan dengan peralatan semikonduktor seperti transistor bipolar (BJT),transistor efek medan (MOSFET), maupun Thyristor. Sebuah saklar ideal di dalam aplikasi elektronika daya akan mempunyai sifat-sifat sebagai berikut: 1. pada saat keadaan tidak menghantar (off), saklar mempunyai tahanan yang besar sekali, mendekati nilai tak berhingga. Dengan kata lain, nilai arus bocor struktur saklar sangat kecil 2. Sebaliknya, pada saat keadaan menghantar (on), saklar mempunyai tahanan menghantar ( R on on) yang sekecil mungkin. Ini akan membuat nilai tegangan jatuh (voltage ( voltage drop) drop ) keadaan menghantar juga sekecil mungkin, demikian pula dengan besarnya daya lesapan ( ( power dissipation) dissipation) yang terjadi, dan (kecepatan pensaklaran ( switching speed ) yang tinggi.
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
2
PENS-ITS
y
Sifat nomor (1) umumnya dapat dipenuhi dengan baik oleh semua jenis peralatan semikonduktor yang disebutkan di atas, karena peralatan semikonduktor komersial pada umumnya mempunyai nilai arus bocor yang sangat kecil.
y
Untuk sifat nomor (2), BJT lebih unggul dari MOSFET, karena tegangan jatuh pada terminal kolektor-emitter, VCE pada keadaan menghantar (on) dapat dibuat sekecil mungkin dengan membuat transitor BJT berada dalam keadaan jenuh (saturasi).
y
Sebaliknya, untuk unsur kinerja nomor (3) yaitu kecepatan switching, MOSFET lebih unggul dari BJT, karena sebagai divais yang bekerja berdasarkan aliran pembawa muatan mayoritas ( majority carrier ), ), pada MOSFET tidak dijumpai aruh penyimpanan pembawa muatan minoritas pada saat proses pensaklaran, yang cenderung memperlamnat proses pensaklaran tersebut.
RUMUS-RUMUS
IGBT
1.
Total Daya Disipasi (Daya maksimal yang dapat device tahan)
2.
Arus Pada Colector
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
3
PENS-ITS
Keterangan P
= Daya Disipasi
Ic
Tj
= Temperatur Junction
Vce
= Arus Colector = Beda potensial Colector ± Emiter
Grafik karakteristik IGBT
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
4
PENS-ITS
UJT Transistor pertemuan tunggal ( UJT) adalah sebuah peranti semikonduktor elektronik yang hanya mempunyai satu pertemuan.
Simbol UJT Gambar UJT Konstruksi UJT mempunyai tiga saluran, sebuah emitor (E) dan dua basis (B1 dan B2). Basis dibentuk oleh batang silikon tipe-n yang terkotori ringan. Dua sambungan ohmik B1 dan B2 ditambahkan pada kedua ujung batang silikon. Resistansi diantara B1 dan B2 ketika emitor dalam keadaan rangkaian terbuka dinamakan resistensi antarbasis antarbasis (interbase resistance). resistance ).
Gambar konstruksi dan model UJT Tipe Ada dua tipe dari transistor pertemuan tunggal, yaitu: y
Transistor pertemuan tunggal dasar , dasar , atau UJT, adalah sebuah peranti
sederhana yang pada dasarnya adalah sebuah batangan semikonduktor tipe-n yang ditambahkan difusi bahan tipe-p di suatu tempat sepanjang batangan, menentukan parameter dari peranti. Peranti 2N2646 adalah versi yang paling sering digunakan. y
Transistor pertemuan tunggal dapat diprogram , atau PUT, sebenarnya
adalah saudara dekat tiristor. Seperti tiristor, ini terbentuk dari empat lapisan P-N dan mempunyai sebuah anoda dan sebuah katoda yang tersambung ke lapisan EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
5
PENS-ITS
pertama dan lapisan terakhir, dan sebuah gerbang yang disambungkan ke salah satu lapisan tengah. Penggunaan PUT tidak dapat secara langsung dipertukarkan dengan penggunaan UJT, tetapi menunjukkan fungsi yang mirip. Pada konfigurasi sirkuit konvensional, digunakan dua resistor pemrogram untuk mengeset parameter dari PUT, pada konfigurasi ini, UJT berlaku seperti UJT konvensional. Peranti 2N6027 adalah contoh dari peranti ini. Cara kerja UJT dipanjar dengan tegangan positif diantara kedua basis. Ini menyebabkan penurunan tegangan disepanjang peranti. Ketika tegangan emitor dinaikkan kira-kira 0,7V diatas tegangan difusi P (emitor), arus mulai mengalir dari emitor ke daerah basis. Karena daerah basis dikotori sangat ringan, arus tambahan (sebenarnya muatan pada daerah basis) menyebabkan modulasi konduktifitas yang mengurangi resistansi basis diantara pertemuan emitor dan saluran B2. Pengurangan resistansi berarti pertemuan emitor lebih dipanjar maju, dan bahkan ketika lebih banyak arus diinjeksikam. Secara keseluruhan, efeknya adalah resistansi negatif pada saluran emitor. Inilah alasan mengapa UJT sangat berguna, terutama untuk sirkuit osilator sederhana.
Grafik karakteristik UJT
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
6
PENS-ITS
Penggunaan Selain penggunaan pada osilator relaksasi, salah satu penggunaan UJT dan PUT yang paling penting adalah untuk menyulut tiristor (seperti SCR, TRIAC, dll). Faktanya, tegangan DC dapat digunakan untuk mengendalikan sirkuit UJT dan PUT karena waktu hidup peranti meningkat sesuai dengan peningkatan tegangan kendali DC. Penggunaan ini penting untuk pengendalia AC arus tinggi.
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
7
PENS-ITS
PUT Programmable Unijunction Transistor (PUT) mempunyai sifat-sifat seperti Uni Junction Transistor (UJT). Akan tetapi PUT,
dapat ' dapat
diprogram ' melalui resistor.
Dengan menambahkan dua resistor, V p (peak voltage) PUT dapat diatur. Selain harganya yang lebih murah daripada UJT, PUT lebih mudah didapat di pasaran. PUT digolongkan dalam thyristor karena memiliki empat lapisan (layer), tidak seperti UJT yang hanya memiliki dua lapisan (layer) saja. Perhatikan gambar di bawah ini:
Kurva karakteristik dari PUT pada gambar di atas mirip dengan karakteristik UJT. PUT sendiri dapat dikatakan ekuivalen dengan UJT, perhatikan gambar di bawah.
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
8
PENS-ITS
Gambar di bawah ini adalah rangkaian osilator relaksasi yang menggunakan PUT:
EEPIS | Makalah Piranti Elektronika
9
