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) Q 1 Efek umpan balik positif perubahan arus pada suatu titik akan diperkuat dan dikembalikan ke titik semula dengan fase sama Struktur thyristor Q 2 I B2», I C2» I B1», I C1» hingga jenuh saklar tertutup proses dadal jenuh (yaitu penggunaan V CC 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 V BO 600 V, arus picu 10 ma) Mempunyai arus 1 ~ 2500 A (misal : C701, I=1250 A, I G =150 ma, I H =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 R L G C R G C RC snubber RC snubber dengan L
S C R Beban E Gate Switch PNP C B Sumber + - I G B C 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.
Transistor NPN Transistor PNP S C R A P E A Gate C B N P B C Arus E N Arus Gate K K Struktur Simbol
S C R KARAKTERISTIK V-I SCR + I On sate Holding current -V Reverse Breakover voltage - I Off state +V Forward Breakover voltage
S C R Efek arus gate pada tegangan breakover + I Forward Breakover +V I G3 I G2 I G1
Arus I G1 <I G2 <I G3.. 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
D I A C
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.
D I A C Karakteristik V-I DIAC + I On sate Off state -V On sate Off state +V - I
T R I A C SCR 1 SCR 2 Main terminal 1 Gate M1 J3 J2 J1 N N N P P P P N N N current Gate 2 1 M2 current 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
T R I A C 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
T R I A C Karakteristik V-I TRIAC + I On sate Off state -V On sate Off state +V - I
THYRISTOR Aplikasi Thyristor Detektor tegangan lewat batas Prinsip kerja Catu daya 9 V lampu VB=10 V beban 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 + Catu tegangan 20 V 10 K 10 K + - 2N4441 Beban 10 K Vz = 10 V - Tingkat alih
Dalam operasi normal, V L = 20 V. V Z =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 Source beban Adjustable gate control G A 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
R 1, R 2 menentukan kecepatan pengisian C 3. Diac off selama C 3 diisi. Setelah tegangan C 3 penuh, muatannya dibuang ke Triac melalui Diac, sehingga Triac on. C 1 dan L 1 adalah filter low pass untuk mencegah energi harmonic dari beban kabel listrik dan radiasi.