Thyristor

PENGERTIAN THYRISTOR
Thyristor merupakan salah satu devais semikonduktor
daya yang paling penting dan telah digunakan secara
ekstensif pada rangkaian elektronika daya.Thyristor
biasanya digunakan sebagai saklar/bistabil,beroperasi
antara keadaan non konduksi ke konduksi.Pada banyak
aplikasi,thyristor dapt diasumsikan sebagai saklar ideal
akan tetapi dalam prakteknya thyristor memiliki batasan
dan karakteristik tertentu.
Tujuan
1. Memahami prinsip kerja beberapa piranti Thyristor,
yaitu:
a. SCR
b. DIAC
c. TRIAC
2. Memahami karakteristik dari beberapa piranti Thyristor
3. Memahami aplikasi dasar dari thyristor
 Thyristor adalah suatu piranti penting untuk aplikasi
switching yaitu merubah keadaan off menjadi on dan
sebaliknya
 Aplikasinya pada pengendalian daya yang besar
dalam motor-motor, pemanas, sistem penerangan,
dan lain-lain.
Pada bab ini akan dibahas beberapa komponen yaitu :
 SCR
Unidirectional thyristor
 DIAC
 TRIAC
Bidirectional thyristor
Prinsip Kerja → latching (penguncian)
Efek umpan balik positif → perubahan
arus pada suatu titik akan diperkuat dan
dikembalikan ke titik semula dengan fase
sama
Q1
Q2
Struktur thyristor
IB2 », IC2 » → IB1 », IC1 » → hingga jenuh
→ saklar tertutup → proses dadal jenuh
(yaitu penggunaan VCC yang cukup
besar untuk menimbulkan kejenuhan
muatan pada salah satu dioda kolektor)
Sebaliknya → transistor terputus →
saklar terbuka
SCR adalah unidirectional thyristor dengan terminal picu untuk
memasukkan arus picu (yaitu arus minimum yang diperlukan untuk
menghasilkan aksi penyaklaran regeneratif)
Tegangan break-overnya 50 ~ 2500 V (misal: 2N4444 mempunyai VBO
600 V, arus picu 10 mA)
Mempunyai arus 1 ~ 2500 A (misal : C701, I=1250 A, IG=150 mA,
IH=500 mA)
Laju Kritis Kenaikan Tegangan → menghindarkan kesalahan sinyal
picu
 misal: 2N4444 : 50 V/μs , C701: 200 V/μs
 Pelanggaran → gejala transien penyaklaran pada catu tegangan
 Untuk mengurangi: pembatas RC (RC snubber)
Laju Kritis Kenaikan Arus
 Misal: C701: 150 A/ μs
 Akibat : SCR rusak
 Mengatasi : RC snubber ditambah induktor seri
VCC
Beban
VCC
Beban
L
R
G
C
R
G
RC snubber
C
RC snubber dengan L
SCR
Beban
E
B
PNP
Gate
Switch
C
C
B
+
Sumber
IG
-
NPN
E
Rangkaian Ekuivalen SCR
 SCR merupakan dua transistor NPN dan PNP yang dihubungkan
menjadi satu.
 Prinsip kerja SCR
 Ketika Supply(sumber tegangan ) pertama kali dihubungkan,
maka tidak ada arus yang mengalir pada transistor karena
keduanya off.
 Pada saat switch gate ditutup ada arus yang mengalir ke base
transistor NPN sehingga junction base-emitor dibias forward dan
transistor on. Pemberian arus pada base transistor PNP
menyebabkan transistor on dan arus mengalir ke beban.
 Ketika switch gate dibuka, kedua transistor tetap on dan arus
beban tetap mengalir. Hal ini disebabkan sekali transistor on
kedua transistor saling mensupply. Sehingga sekali saja di triger
gatenya akan on dan baru off jika supply atau bebannya dilepas.
SCR
Gate
P
E
C
N
B
B
P
C
E
N
Transistor PNP
Transistor NPN
A
A
Arus
Gate
Arus
K
K
Struktur
Simbol
SCR
KARAKTERISTIK V-I SCR
+I
“On sate”
Holding current
+V
-V
“Off state”
Reverse
Breakover
voltage
-I
Forward
Breakover
voltage
SCR
Efek arus gate pada tegangan breakover
+I
Forward Breakover
+V
IG3
IG2
IG1
 Arus IG1<IG2<IG3 .. Ketika arus gate rendah maka tegangan
forward bias yang tinggi diperlukan untuk meng-on-kan SCR.
 Dalam pengoperasian SCR tidak memerlukan tegangan yang
cukup tinggi untuk mencapai tegangan breakover. Untuk
meng-on-kan SCR cukup di switch dengan pulsa yang
memadai untuk menjamin keadaan on bahkan dengan
tegangan forward bias yang relatif rendah.
 SCR ON : pemberian arus picu
OFF : pemutusan arus rendah
Bidirectional Thyristor adalah piranti switching yang mempunyai
keadaan on dan off pada tegangan anoda positif dan negatif
sehingga banyak digunakan dalam aplikasi ac
Ada dua jenis yang akan dibahas disini yaitu
 DIAC
 TRIAC
DIAC
 DIAC mempunyai tingkah laku dua diode yang menurut susunannya
P-N-P-N dengan Anoda pada diode pertama dihubungkan ke katode
pada diode kedua
 Ketika tegangan positif diberikan pada M1 terhadap M2, Junction J4
dibias reverse sehingga daerah n2’ tidak menyebarkan elektron. Oleh
karena itu lapisan p1-n1-p2-n2 merupakan diode P-N-P-N yang menghasikan forward pada karakteristik V-I
 Jika tegangan positif diberikan pada M2, arus akan konduksi dalam
arah berlawanan dan J3 akan direverse bias. Oleh karena itu lapisan
p1’-n1’-p2’-n2’ merupakan diode P-N-P-N yang menghasilkan reverse
pada karakteristik V-I.
DIAC
Karakteristik V-I DIAC
+I
“On sate”
“Off state”
+V
-V
“Off state”
“On sate”
-I
TRIAC
SCR 1 SCR 2
Main terminal 1
Gate
J3 N
P
P
M1
2
N
current
current
J2
N
N
J1
N
P
P
1
N
Gate
M2
Main terminal 2
Struktur Triac dan Simbol Triac
 Bidirectional Thyristor dengan tiga terminal disebut Triac (Triode as
switch). Triac dianggap sebagai dua SCR yang dihubungkan paralel
yang saling berbalikan
 Ketika salah satu SCR dalam keadaan reverse bloking, satunya yang
akan mengalirkan arus beban.
 Triac dapat ditriger oleh pulsa gate baik positif maupun negatif terhadap
terminal utama 1, juga terminal utama 2 dapat positif maupun negatif.
sehingga ada 4 kombinasi pentrigeran Triac
 Triac sangat cocok untuk pentrigeran (switching) daya ac
TRIAC
Ringkasan Pentrigeran pada Triac
Mode
G ke M1
M1 ke M2
Sensitivitas
Gate
1
Positif
Positif
Tinggi
2
Negatif
Positif
Sedang
3
Positif
Negatif
Sedang
4
Negatif
Positif
Sedang
TRIAC
Karakteristik V-I TRIAC
+I
“On sate”
“Off state”
+V
-V
“Off state”
“On sate”
-I
THYRISTOR
Aplikasi Thyristor
Detektor tegangan lewat batas
Prinsip kerja
Catu
daya
9V
lampu
beban
VB=10 V
Catu daya > 10 V, diode PNPN
on, lampu menyala
Jika catu daya kembali normal,
lampu tetap menyala
Mematikan lampu dengan
menghentikan catu daya
THYRISTOR
Rangkaian penahan beban atau pelindung SCR
+
10 K
Catu
tegangan
20 V
10 K
+
-
10 K
-
Tingkat
alih
Vz = 10 V
2N4441
Beban
 Dalam operasi normal, VL = 20 V. VZ =10 V pada
masukan negatif op-amp. Tingkat alih diatur V < 10 V ke
masukan positif op-amp, sehingga keluaran op-amp ke
SCR tegangan negatif, dan SCR off.
 Jika tegangan catu daya > 20 V, V+ op-amp > V- op-amp,
sehingga output op-amp ke SCR tegangan positif, SCR
on.
 SCR on melindungi beban dari efek perusakan akibat
tegangan lewat batas
 Digunakan untuk melindungi IC digital yang mahal
THYRISTOR
Rangkaian pengontrol daya SCR
beban
A
Source
Adjustable
gate
control
G
SCR
K
Daya sangat rendah: SCR ditrigger sangat lambat
Daya rendah: SCR ditrigger lambat
Daya tinggi: SCR ditrigger lebih cepat
Daya penuh: SCR ditrigger pada awal putaran
THYRISTOR
Rangkaian pengontrol Diac-Triac
Lampu
L1
100 
C1
0.1 F
R1
200 k
AC
C2
0.1 F
R2
15 k
Triac
C3
0.1 F
Diac
 R1, R2 menentukan kecepatan pengisian C3.
 Diac off selama C3 diisi. Setelah tegangan C3 penuh,
muatannya dibuang ke Triac melalui Diac, sehingga Triac
on.
 C1 dan L1 adalah filter low pass untuk mencegah energi
harmonic dari beban kabel listrik dan radiasi.