Sub Bab 17.12 Unijunction Transistor

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Ringkasan

7. Problem

8. Soal Latihan

9. Percobaan

10. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

Unijunction Transistor (UJT) adalah salah satu komponen semikonduktor yang memiliki karakteristik unik dan telah digunakan secara luas dalam berbagai aplikasi elektronik. Sejak diperkenalkan pada tahun 1948 dan mulai diproduksi secara komersial pada tahun 1952, UJT menjadi populer karena harganya yang murah, konsumsi daya yang rendah, serta kemampuannya untuk bekerja secara efisien dalam rangkaian-rangkaian osilator, pemicu (trigger circuits), pengatur fasa, pembangkit gelombang gergaji (sawtooth generators), hingga pengatur tegangan dan arus.

UJT merupakan perangkat tiga terminal yang memiliki struktur dasar terdiri dari satu sambungan p–n (junction) yang terbentuk antara batang aluminium (emitor) dan substrat silikon tipe-n yang memiliki resistivitas tinggi. Kedua ujung dari substrat silikon tersebut berfungsi sebagai terminal basis, yaitu B1 dan B2, sedangkan terminal emitter (E) dihubungkan ke sambungan p–n. Keunikan UJT terletak pada kemampuannya untuk menunjukkan karakteristik resistansi negatif setelah mencapai tegangan pemicu tertentu, menjadikannya ideal untuk fungsi pemicu dalam rangkaian relaksasi dan timing.

Dalam kondisi normal, UJT tidak menghantarkan arus antara emitor dan basis, tetapi ketika tegangan emitor mencapai nilai tertentu, arus emitor meningkat tajam dan perangkat memasuki kondisi konduksi. Sifat ini dimanfaatkan untuk menghasilkan pulsa, gelombang periodik, serta mengendalikan rangkaian daya dengan presisi.      

2. Tujuan (kembali)

Tujuan dari pembelajaran dan simulasi Unijunction Transistor (UJT) adalah untuk:

1. Memahami struktur dasar dan prinsip kerja Unijunction Transistor (UJT) sebagai komponen semikonduktor tiga terminal dengan karakteristik unik.

2. Menjelaskan fungsi masing-masing terminal (Emitter, B1, dan B2) serta bagaimana tegangan dan arus bekerja dalam kondisi normal maupun saat konduksi.

3. Mengenali karakteristik resistansi negatif UJT dan penggunaannya dalam rangkaian pemicu (trigger), osilator, dan kontrol waktu (timing circuits).

4. Menganalisis kurva karakteristik dan parameter penting seperti tegangan puncak (Vp), tegangan valley (Vv), dan arus emitor (IE).

5. Menerapkan UJT dalam simulasi rangkaian sederhana di Proteus, seperti pembangkit pulsa dan osilator relaksasi.

3. Alat dan Bahan (kembali)

A. ALAT

1. Proteus 8 Professional – Software untuk merancang dan menjalankan simulasi rangkaian

   
   
   

2. Multimeter (Voltmeter) – Untuk memantau tegangan output pada beban

   

3. Oscilloscope (opsional) – Untuk mengamati bentuk pulsa pemicu dan respons SCR

   

B. BAHAN

Komponen Elektronik dalam Simulasi:

1. Unijunction Transistor (UJT)

   • Komponen: UJT (misalnya 2N2646 atau sesuai library Proteus)

   • Komponen di skematik: Q6, Q7

     
     
     

2. Silicon Controlled Rectifier (SCR)

   • Komponen: SCR (misalnya TYN616, TIC106)

   • Komponen di skematik: U9, U10

     
     
     

3. Resistor

   • R15, R19: 100 Ω (resistor seri emitor)

   • R16, R20: 47 kΩ (resistor pengisi kapasitor)

   • R17, R21: 1 kΩ (resistor pembatas beban)

   • R18: 470 Ω (resistor LED)

     
     
     

4. Kapasitor

   • C2, C3: 1 µF (kapasitor timing)

     

5. Sumber Tegangan DC

   • V8, V9: 9 V DC

     

4. Dasar Teori (kembali)

Unijunction Transistor (UJT) adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang memiliki kemampuan unik dalam menghasilkan pulsa pendek dan tajam. Sifat utamanya adalah karakteristik resistansi negatif, di mana arus emitor meningkat secara tiba-tiba ketika tegangan mencapai titik pemicu tertentu (peak point voltage, V_P). Sifat ini menjadikan UJT sangat cocok digunakan dalam rangkaian pemicu (triggering) untuk SCR (Silicon Controlled Rectifier).

Sementara itu, SCR adalah komponen semikonduktor empat lapis (PNPN) yang hanya mengalirkan arus ketika diberikan pulsa pemicu (gate trigger). Setelah SCR menyala, arus akan terus mengalir hingga arus turun di bawah holding current, menjadikannya sangat berguna dalam kontrol daya dan switching.

Prinsip Pemicu UJT terhadap SCR

Pada rangkaian Gambar 17.40, UJT digunakan untuk menghasilkan pulsa pendek sebagai pemicu gate SCR. Prosesnya adalah sebagai berikut:

1. Kapasitor (C) diisi melalui resistor (R) hingga mencapai tegangan puncak V_P dari UJT.

2. Saat tegangan kapasitor mencapai V_P, UJT memasuki mode konduksi secara tiba-tiba (breakdown), menciptakan lompatan arus tajam melalui resistor seri di emitor (RE).

3. Pulsa arus tajam ini diarahkan ke gate SCR, memicu SCR untuk menyala.

4. Setelah SCR aktif, arus akan mengalir ke beban dan mempertahankan konduksi hingga arus turun di bawah nilai ambang (I_H).

Proses ini memanfaatkan pulsa berulang dari UJT untuk menyalakan SCR secara berkala. Tegangan dan waktu pemicu dapat dikontrol dengan memilih nilai R dan C yang sesuai, menjadikan sistem ini ideal untuk pengendalian waktu (timing), pengatur sudut fasa, dan pengontrol beban.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Rangkaian pada Gambar 17.40 berfungsi sebagai rangkaian pemicu (triggering) untuk mengaktifkan SCR (Silicon Controlled Rectifier) menggunakan pulsa pendek yang dihasilkan oleh UJT (Unijunction Transistor).

Langkah-langkah prinsip kerjanya adalah sebagai berikut:

1. Pengisian Kapasitor C3: Ketika sumber tegangan DC (V9 = 9V) diberikan, kapasitor C3 mulai terisi melalui resistor R20 (47kΩ). Pengisian ini menyebabkan tegangan pada kapasitor perlahan meningkat seiring waktu.

2. Pemicu oleh UJT (Q7): Ketika tegangan pada kapasitor C3 mencapai tegangan puncak (Vp) dari UJT Q7, maka UJT memasuki kondisi konduksi secara tiba-tiba (karakteristik resistansi negatif). Akibatnya, C3 akan melepaskan muatannya secara cepat melalui jalur emitter menuju resistor R19 (100Ω).

3. Pulsa Menuju Gate SCR (U10): Arus pelepasan dari kapasitor melalui R19 mengalir menuju gate dari SCR (U10). Pulsa tajam ini cukup untuk menyalakan SCR, sehingga SCR berubah dari kondisi non-konduksi menjadi konduksi.

4. SCR Menyala dan Menghantarkan Arus ke Beban (R21): Setelah SCR aktif, arus dari sumber (V9) mengalir melalui SCR ke resistor beban R21 (1kΩ). Pada titik ini, beban terhubung dengan sumber dan menerima daya.

5. SCR Tetap Aktif: SCR akan tetap menghantarkan arus meskipun pulsa gate dari UJT telah berhenti, selama arus beban tetap di atas arus penahan (holding current). Untuk mematikan SCR, arus beban harus turun di bawah nilai tersebut, atau sumber daya diputus.

6. Ringkasan [kembali]

Ringkasan: Unijunction Transistor (UJT)

Pengertian Umum

• UJT adalah komponen tiga terminal yang memiliki satu junction PN (karena itu disebut "uni-junction").

• Digunakan secara luas pada:

  • Osilator

  • Pemicu SCR

  • Pengatur fasa

  • Timer dan rangkaian saklar

  • Trigger sawtooth generator, dan lainnya.

• Walau ditemukan tahun 1948, UJT baru umum digunakan sejak 1952 karena murah dan hemat daya.

Struktur Dasar (Gambar 17.34 & 17.35)

• Terbuat dari batang silikon n-type resistif tinggi, dengan aluminium rod (emitter, E) ditanam di bagian atas.

• Dua terminal lainnya: Base 1 (B1) dan Base 2 (B2).

• Tegangan VBB diberikan antara B2 dan B1 → menghasilkan pembagian tegangan sepanjang batang n-type.

• Sinyal dikendalikan lewat terminal E.

Cara Kerja UJT

• Saat tegangan Emitter (VE) < tegangan referensi V_P, UJT tidak aktif.

• Ketika VE > VP, UJT mulai konduksi (menyalakan jalur E → B1).

• Jalur ini melewati dua hambatan:

  • RB1 (antara E dan B1), bisa berubah sesuai arus emitter (IE)

  • RB2 (antara B2 dan E), biasanya tetap

Model Rangkaian Setara (Gambar 17.36)

• Diwakili oleh dua resistor (RB1 dan RB2) dan sebuah dioda.

• Hambatan total:

  $$R_{BB}=R_{B1}+R_{B2}\text{(saat }{I}_E=0)$$

• Tegangan pembagi:

  $$V_{RB1}=\frac{R_{B1}}{R_{B1}+R_{B2}}{V}_{BB}=\eta V_{B\mathrm{B<span\; style="font-family:\; times;\; font-size:\; large;"></span>}}$$

  dengan η = rasio stand-off internal.

Kondisi Menyala (Firing Condition)

• UJT mulai menghantar jika:

  $$V_E>V_P=\eta V_{BB}+V_{\mathrm{D<span\; style="font-family:\; times;\; font-size:\; large;"></span>}}$$

  dengan V_D adalah tegangan maju dioda (sekitar 0.35 – 0.7V).

• Setelah itu, arus IE mulai mengalir melalui RB1.

Kesimpulan

• UJT adalah komponen saklar satu junction yang menggunakan tegangan Emitter untuk mengendalikan arus.

• Efektif dalam rangkaian osilator, pemicu SCR, dan timer karena konsumsi dayanya rendah.

• Memiliki karakteristik non-linear yang khas dan digunakan untuk menghasilkan pulsa atau pemicu.

7. Problem [kembali]

Problem 1: Osilator Relaksasi dengan UJT

Sebuah rangkaian osilator relaksasi menggunakan UJT untuk menghasilkan pulsa periodik sebagai pemicu SCR. Kapasitor dalam rangkaian sering diganti-ganti, namun menyebabkan frekuensi tidak stabil. Pertanyaan: Bagaimana cara menentukan frekuensi output dari osilator UJT, dan apa pengaruh kapasitor terhadap frekuensinya?

✅ Jawaban: Frekuensi output dari osilator UJT bergantung pada konstanta waktu pengisian kapasitor, yaitu:

$$f = \frac{1}{R \times C \times \ln\left(\frac{1}{1 - \eta}\right)}$$Dengan:

• R = resistor pengisi kapasitor

• C = nilai kapasitor

• η = intrinsic stand-off ratio UJT

Semakin besar nilai C, semakin lama waktu pengisian, sehingga frekuensi semakin rendah. Sebaliknya, kapasitor kecil akan menghasilkan pulsa lebih cepat (frekuensi lebih tinggi).

Problem 2: Triggering SCR Menggunakan UJT

Dalam rangkaian Gambar 17.40, UJT digunakan untuk menyalakan SCR secara berkala. Pertanyaan: Jelaskan bagaimana proses UJT menghasilkan pulsa dan bagaimana pulsa tersebut dapat memicu SCR?

✅ Jawaban: Kapasitor di rangkaian akan terisi hingga mencapai tegangan puncak (V_P) UJT.

• Saat mencapai V_P, UJT menjadi konduktif secara tiba-tiba karena karakteristik resistansi negatif.

• Arus mengalir dari kapasitor ke resistor emitor (RE), membentuk pulsa tajam.

• Pulsa ini diberikan ke gate SCR, sehingga SCR menyala dan menghantarkan arus ke beban.

Problem 3: Stabilitas Konduksi UJT

Mahasiswa merangkai UJT tetapi perangkat tidak pernah menyala meskipun suplai diberikan. Pertanyaan: Sebutkan kemungkinan penyebab UJT tidak menghantarkan, dan solusi yang dapat dilakukan.

✅ Jawaban: Kemungkinan penyebab:

• Tegangan pada kapasitor belum mencapai V_P

• Nilai R atau C terlalu kecil sehingga waktu pengisian tidak mencukupi

• Polaritas pemasangan UJT salah Solusi:

• Pastikan tegangan supply cukup

• Gunakan nilai R dan C yang memungkinkan pengisian hingga V_P

• Cek sambungan terminal E, B1, B2 sesuai datasheet

8. Soal Latihan [kembali]

Soal 1:

Karakteristik utama dari UJT adalah: A. Memiliki dua junction dan satu basis B. Memiliki resistansi tetap antara emitter dan basis C. Memiliki karakteristik resistansi negatif D. Hanya bekerja dengan arus AC ✅ Jawaban: C

Soal 2:

Tegangan puncak (V_P) pada UJT adalah: A. Tegangan saat arus emitor berhenti mengalir B. Tegangan minimum agar UJT mulai menghantarkan C. Tegangan maksimum yang dapat diberikan ke B1 D. Tegangan suplai maksimum ke SCR ✅ Jawaban: B

Soal 3:

Dalam rangkaian osilator relaksasi UJT, pulsa output dihasilkan saat: A. Kapasitor mulai terisi B. Kapasitor penuh dan UJT menghantarkan C. SCR menghantarkan D. Tegangan gate SCR konstan ✅ Jawaban: B

9. Percobaan [kembali]

Rangkaian 17.40

10. Download File [kembali]

Rangkaian 17.40 [Download]

Video Rangkaian 17.40 [Download]

• Download Datasheet

resistor [download]

baterai [download]

voltmeter [download]

amperemeter [download]

UJT [download]

2N6394 [download]

[menuju awal]