Light-Activated SCR
Light-Activated
Silicon Controlled Rectifier (LASCR) adalah sebuah komponen semikonduktor yang
dikembangkan dari SCR konvensional namun memiliki kemampuan unik, yakni dapat
diaktifkan oleh cahaya. Dengan struktur empat lapis semikonduktor dan tiga
junction, LASCR dapat dikendalikan melalui sinyal optik yang diarahkan ke area
sensitif cahaya tanpa memerlukan sinyal gerbang listrik. Hal ini membuatnya
sangat berguna dalam aplikasi yang memerlukan pengaktifan non-kontak atau
isolasi listrik penuh antara sistem kontrol dan beban.
LASCR banyak digunakan pada sistem kontrol daya, proteksi, serta perangkat berbasis optoelektronik. Misalnya, dalam sistem pengendali motor dan relay optik, LASCR mampu merespons perubahan cahaya secara cepat dan akurat. Dalam konteks pembelajaran teknik elektro, penguasaan konsep kerja LASCR membantu mahasiswa memahami keterkaitan antara cahaya dan semikonduktor serta pengaruh foton terhadap konduktivitas material elektronik.
Dalam
dunia industri modern, penerapan Light-Activated SCR (LASCR) semakin luas dan
strategis. Komponen ini banyak digunakan dalam sistem kendali berbasis cahaya,
terutama di lingkungan yang memiliki risiko interferensi elektromagnetik tinggi
atau membutuhkan isolasi listrik absolut antara kontrol dan aktuator. LASCR
sangat ideal digunakan dalam sistem pemantik elektronik, pemutus arus otomatis
berbasis cahaya, serta perangkat switching pada sistem tenaga yang dikendalikan
secara optik.
Sifatnya
yang responsif terhadap cahaya membuat LASCR unggul dalam desain rangkaian
pengaman otomatis dan sistem kendali jarak jauh. Beberapa aplikasinya meliputi
pengontrol dimmer, sensor cahaya industri, dan rangkaian start otomatis
berbasis optik. Pemahaman mendalam terhadap penerapan LASCR ini tidak hanya
memperkuat pemahaman konsep dasar semikonduktor, tetapi juga memberikan bekal
praktis bagi mahasiswa teknik elektro dalam mendesain sistem kontrol yang
adaptif dan efisien di dunia nyata.
- Mengetahui definisi dan fungsi dari Light-Activated SCR
- Mengetahui bentuk rangkaian sederhana Light-Activated SCR
- Mensimulasikan rangkaian Light-Activated SCR pada aplikasi proteus
A. ALAT & BAHAN
1. Ptoteus
Proteus adalah perangkat lunak simulasi dan desain rangkaian elektronik yang umum digunakan dalam dunia teknik elektro. Software ini memungkinkan pengguna untuk merancang, menguji, dan memvisualisasikan rangkaian elektronik secara virtual sebelum direalisasikan secara fisik.
2. LED Green
3. Resistor
4. SCR
5. Switch SPST
6. DC Volts
7. DC Generators
8. Ground
Light-Activated
Silicon-Controlled Rectifier (LASCR) merupakan salah satu jenis SCR yang dapat
diaktifkan melalui penyinaran cahaya pada area tertentu dari perangkat.
Perangkat ini memiliki struktur dasar yang serupa dengan SCR konvensional,
namun dilengkapi dengan elemen fotosensitif pada gerbangnya. Prinsip kerja
LASCR didasarkan pada fenomena fotokonduktivitas, di mana energi cahaya yang
mengenai gerbang akan menghasilkan pasangan elektron-hole, sehingga
memungkinkan terjadinya pemicu (triggering) pada SCR.
Pada
aplikasi praktisnya, LASCR banyak digunakan dalam rangkaian yang membutuhkan
isolasi listrik dan kontrol tanpa kontak langsung, seperti pada sistem kontrol
daya dan relai latch berbasis optik. Salah satu keuntungan utama dari LASCR
adalah kemampuannya untuk diaktifkan dari jarak jauh menggunakan sinar laser
atau sumber cahaya lain, sehingga meningkatkan keandalan dalam lingkungan yang
membutuhkan kontrol non-kontak.
Gambar
17.26 menunjukkan konfigurasi dasar LASCR dalam aplikasi relai latch. Pada
rangkaian tersebut, terdapat dua input yang dapat berupa tegangan DC atau AC.
Input DC pada sisi kiri digunakan untuk memberi arus bias pada LASCR, sedangkan
input AC atau DC pada sisi tengah difokuskan pada aktivasi SCR melalui
penyinaran. Ketika cahaya mengenai area fotosensitif, SCR akan beralih ke
keadaan konduksi, sehingga memungkinkan arus DC mengalir melalui beban yang
terhubung.
Secara
umum, LASCR dapat mempertahankan kondisi konduksi selama arus anoda-ke-katoda
tetap di atas arus holding (holding current). Apabila sumber cahaya dihentikan,
LASCR tidak akan kembali ke keadaan off jika arus yang mengalir masih cukup
besar. Hal ini menjadikannya ideal untuk aplikasi relai latch, di mana
perubahan keadaan tidak memerlukan pemicuan ulang secara terus-menerus.
Salah satu
aplikasi LASCR yang populer adalah pada pengaturan beban daya tinggi, seperti
pada motor listrik atau sistem pencahayaan. Dalam konfigurasi ini, LASCR
memungkinkan kontrol beban yang aman dan efisien, terutama di lingkungan dengan
potensi bahaya listrik. Kemampuan pengendalian dari jarak jauh tanpa memerlukan
kontak fisik memberikan fleksibilitas tambahan pada aplikasi industri.
Light-Activated Silicon-Controlled Rectifier (LASCR) bekerja berdasarkan prinsip dasar dari SCR konvensional, dengan tambahan elemen fotosensitif yang memungkinkan perangkat diaktifkan melalui penyinaran cahaya. LASCR memiliki empat lapisan semikonduktor (PNPN) dan tiga terminal, yaitu anoda, katoda, dan gate yang responsif terhadap cahaya. Prinsip kerjanya melibatkan pemicuan (triggering) menggunakan cahaya sebagai pengganti sinyal listrik pada terminal gerbang.
Pada saat tegangan positif diberikan pada anoda terhadap katoda tanpa adanya penyinaran pada area fotosensitif, LASCR berada pada kondisi off (non-konduktif). Dalam kondisi ini, arus bocor yang mengalir sangat kecil dan tidak cukup untuk mengaktifkan SCR. Ketika cahaya dengan intensitas yang cukup mengenai area fotosensitif pada LASCR, pasangan elektron-hole terbentuk akibat efek fotovoltaik. Hal ini menyebabkan aliran arus pada gerbang, sehingga memicu transisi dari keadaan off ke on (konduktif).
Setelah aktif, LASCR akan tetap berada dalam kondisi konduksi selama arus yang mengalir melalui anoda dan katoda lebih besar dari arus holding (holding current). Keunikan LASCR adalah meskipun cahaya dihentikan, selama arus tetap berada di atas arus holding, perangkat akan tetap berada dalam kondisi aktif. Ini memungkinkan LASCR berfungsi sebagai relai latch yang tidak memerlukan pemicuan ulang secara kontinu.
Pada rangkaian latching relay yang ditunjukkan pada gambar, terdapat dua input utama: input DC dan input AC atau DC. Input DC pada sisi kiri digunakan sebagai sumber daya utama untuk memberi bias pada LASCR. Input kedua yang berupa AC atau DC dapat digunakan sebagai pemicu tambahan melalui penyinaran cahaya pada komponen fotosensitif. Saat LASCR aktif, arus mengalir melalui beban yang terhubung, dan relay tetap dalam keadaan aktif meskipun sinar dihentikan, selama arus beban tidak turun di bawah arus holding.
Untuk menghentikan konduksi pada LASCR, arus anoda harus diputus atau diturunkan di bawah nilai arus holding. Hal ini biasanya dilakukan dengan memutus sumber tegangan atau melalui komponen saklar tambahan pada rangkaian. Begitu arus anoda turun di bawah ambang batas, LASCR akan kembali ke keadaan off, dan relay akan membuka kembali (latch-off).
Pada aplikasi industri, LASCR digunakan untuk mengendalikan beban daya besar dengan aman, mengingat kemampuannya dalam mengisolasi kontrol dan daya. Karena LASCR dapat diaktifkan secara optik, ini mengurangi risiko percikan listrik (arcing) dan meningkatkan keamanan pada lingkungan berbahaya. Kombinasi kontrol optik dan kemampuan latch membuat LASCR sangat sesuai untuk aplikasi pengendalian motor, pemutus daya, dan sistem kontrol otomatis.
Example 1
Soal:
Sebuah LASCR memiliki tegangan gate yang tetap 0 V. Ketika cahaya dikenakan pada permukaan SCR, arus mulai mengalir dari anoda ke katoda. Jelaskan bagaimana cahaya memicu konduksi pada LASCR, dan apa perbedaan utamanya dibandingkan SCR biasa.
Pembahasan:
Pada LASCR, pemicuan dilakukan oleh fotons cahaya yang mengenai junction PN dalam struktur semikonduktor. Ketika cahaya masuk, ia menghasilkan pasangan elektron-hole yang meningkatkan arus bocor junction, menyebabkan arus holding tercapai lebih cepat, sehingga SCR menyala (konduksi) tanpa memerlukan sinyal di gate.
Perbedaannya dengan SCR biasa:
- SCR biasa butuh sinyal di gate untuk menyala.
- LASCR diaktifkan oleh cahaya, sehingga cocok untuk sistem isolasi optik dan kontrol tegangan tinggi tanpa koneksi langsung.
Example 2
Soal:
Sebuah LASCR digunakan dalam sistem switching. Jika intensitas cahaya meningkat, apa yang terjadi terhadap waktu aktif (turn-on time) dari LASCR tersebut?
Pembahasan:
Semakin besar intensitas cahaya yang diterima LASCR, semakin banyak pasangan elektron-hole yang terbentuk. Ini mempercepat akumulasi arus bocor yang dibutuhkan untuk memicu SCR menyala.
Kesimpulan:
Waktu aktif (turn-on time) akan semakin cepat seiring bertambahnya intensitas cahaya.
Example 3
Soal:
Diketahui LASCR digunakan dalam rangkaian proteksi lonjakan tegangan. Jelaskan bagaimana LASCR bisa berperan dalam melindungi beban dari tegangan berlebih menggunakan sinar sebagai pemicunya.
Pembahasan:
Dalam aplikasi proteksi tegangan, LASCR bisa diposisikan paralel terhadap beban. Ketika sensor mendeteksi tegangan melebihi ambang batas, ia menyalakan sumber cahaya (misalnya LED) yang diarahkan ke LASCR.
Cahaya ini memicu konduksi pada LASCR, sehingga arus dialihkan dari beban ke jalur bypass, melindungi beban dari lonjakan. Setelah tegangan kembali normal, LASCR akan padam saat arus turun di bawah arus holding.
a. Problem 1 : Prinsip Kerja dan Analisis Rangkai
Sebuah rangkaian latching relay menggunakan LASCR memiliki sumber tegangan DC sebesar 12 V yang diberikan pada anoda. Ketika cahaya dengan intensitas tertentu mengenai area fotosensitif, LASCR mulai mengonduksi.
- (a) Jelaskan secara rinci bagaimana cahaya dapat mengaktifkan LASCR dan mengapa perangkat tetap berada dalam kondisi konduksi meskipun cahaya dihentikan.
- (b) Jika arus holding LASCR adalah 50 mA, hitung besar arus minimum yang harus dipertahankan agar LASCR tetap aktif.
- (c) Jika rangkaian latching relay menggunakan beban dengan resistansi 240 Ω, hitung besar daya yang diserap oleh beban ketika LASCR aktif.
Petunjuk: Gunakan konsep arus holding dan hukum Ohm untuk menghitung daya.
Sebuah sistem pengendalian motor menggunakan LASCR sebagai saklar daya. Motor tersebut membutuhkan arus 2 A pada tegangan 24 V DC. LASCR diaktifkan dengan menggunakan LED inframerah yang terhubung ke pemicu optik.
(a) Gambarkan dan jelaskan diagram rangkaian sistem tersebut, termasuk penempatan LED dan LASCR.
(b) Pada kondisi normal, motor bekerja secara terus-menerus setelah diaktifkan oleh LED. Apa yang akan terjadi jika intensitas cahaya LED menurun secara tiba-tiba? Jelaskan alasan fisiknya.
(c) Jika Anda ingin mematikan motor secara manual tanpa mematikan sumber daya, komponen apa yang dapat ditambahkan pada rangkaian, dan bagaimana prinsip kerjanya?
c. Problem 3 : Analisis Gangguan pada LASCR
Pada sebuah rangkaian LASCR, terjadi gangguan berupa penyinaran cahaya dari sumber tidak diinginkan, sehingga LASCR aktif secara tidak terkontrol. Akibatnya, beban pada rangkaian terus menyala walaupun tidak ada sinyal pemicu dari sistem kontrol.
- (a) Analisis mengapa gangguan cahaya dapat memicu LASCR secara tidak terencana.
- (b) Rancang sebuah solusi praktis untuk mengurangi efek gangguan tersebut pada rangkaian LASCR.
- (c) Sebutkan dua contoh kasus nyata di industri di mana gangguan aktivasi LASCR oleh cahaya lingkungan dapat menimbulkan masalah, dan jelaskan bagaimana solusi Anda dapat diterapkan pada kasus tersebut.
Soal 1: Prinsip Kerja LASCR
Ketika sebuah LASCR berada dalam keadaan off dan kemudian terkena penyinaran cahaya yang cukup, apa yang menyebabkan perangkat tersebut berpindah ke kondisi on?
A. Peningkatan tegangan anoda terhadap katoda
B. Peningkatan arus bocor pada katoda
C. Terbentuknya pasangan elektron-hole pada area fotosensitif
D. Penurunan arus holding hingga nol
Jawaban: C
Pembahasan:
LASCR diaktifkan ketika cahaya mengenai area fotosensitif, yang menyebabkan terbentuknya pasangan elektron-hole. Hal ini menghasilkan arus pada terminal gerbang, sehingga SCR berpindah dari kondisi off ke on.
Soal 2: Stabilitas Konduksi pada LASCR
Setelah LASCR aktif akibat penyinaran, apa yang menyebabkan perangkat tetap berada dalam keadaan konduksi meskipun cahaya dihentikan?
A. Arus holding tetap lebih besar dari nilai minimum
B. Tegangan anoda langsung terhubung ke katoda
C. Intensitas cahaya tetap terjaga pada batas minimum
D. Gerbang secara otomatis terhubung ke ground
Jawaban: A
Pembahasan:
Setelah LASCR aktif, perangkat akan tetap berada dalam keadaan konduksi selama arus anoda-katoda tetap lebih besar dari arus holding. Penghentian cahaya tidak memengaruhi konduksi selama arus ini tetap dipertahankan.
Soal 3: Aplikasi LASCR pada Sistem Relai
Pada sebuah rangkaian relay yang menggunakan LASCR, apa yang terjadi jika intensitas cahaya yang mengenai LASCR tiba-tiba turun drastis, namun arus melalui anoda tetap di atas arus holding?
A. LASCR akan langsung kembali ke kondisi off
B. LASCR tetap berada dalam kondisi on
C. Beban akan terputus secara otomatis
D. Arus anoda akan meningkat secara drastis
Jawaban: B
Pembahasan:
LASCR tetap berada dalam kondisi on meskipun intensitas cahaya menurun, asalkan arus anoda masih berada di atas nilai arus holding. Hal ini karena LASCR bersifat latch, yang artinya setelah aktif, perangkat tetap konduksi sampai arus turun di bawah arus holding.
Komentar
Posting Komentar