SCR

SCR

SCR singkatan dari Silicon Control Rectifier. Adalah Dioda yang mempunyai fungsi sebagai pengendali. SCR atau Tyristor masih termasuk keluarga semikonduktor dengan karateristik yang serupa dengan tabung thiratron. Sebagai pengendalinya adalah gate (G). SCR sering disebutTherystor. SCR sebetulnya dari bahan campuran P dan N. Isi SCR terdiri dari PNPN (Positif Negatif Positif Negatif) dan biasanya disebut PNPN Trioda.
Logo pada skema elektronik untuk SCR:

Guna SCR:

• Sebagai rangkaian Saklar (switch control)
• Sebagai rangkaian pengendali (remote control)

Diagram dan skema SCR:

Ada tiga kelompok besar untuk semikonduktor ini yang sama-sama dapat berfungsi sebagai Saklar(Switching) pada tegangan 120 volt sampai 240 volt. Ketiga kelompok tersebut adalah SCR ini sendiri, DIAC dan TRIAC.
Sebuah SCR terdiri dari tiga terminal yaitu anoda, katoda, dan gate. SCR berbeda dengan dioda rectifier biasanya. SCR dibuat dari empat buah lapis dioda. SCR banyak digunakan pada suatu sirkuit elekronika karena lebih efisien dibandingkan komponen lainnya terutama pada pemakaian saklar elektronik.
SCR biasanya digunakan untuk mengontrol khususnya pada tegangan tinggi karena SCR dapat dilewatkan tegangan dari 0 sampai 220 Volt tergantung pada spesifik dan tipe dari SCR tersebut. SCR tidak akan menghantar atau on, meskipun diberikan tegangan maju sampai pada tegangan breakovernya SCR tersebut dicapai (VBRF). SCR akan menghantar jika pada terminal gate diberi pemicuan yang berupa arus dengan tegangan positip dan SCR akan tetap on bila arus yang mengalir pada SCR lebih besar dari arus yang penahan (IH).

Satu-satunya cara untuk membuka (meng-off-kan) SCR adalah dengan mengurangi arus Triger (IT) dibawah arus penahan (IH). SCR adalah thyristor yang uni directional,karena ketika terkonduksi hanya bisa melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Artinya, SCR aktif ketika gate-nya diberi polaritas positif dan antara anoda dan katodanya dibias maju. Dan ketika sumber yang masuk pada SCR adalah sumber AC, proses penyearahan akan berhenti saat siklus negatif terjadi
Mengetest SCR
Jika Anda tidak memiliki tester untuk memeriksa SCR, maka saya menunjukkan cara mudah untuk menguji SCR Anda harus menetapkan satu meter analog ke X1 ohm. Tempelkan kabel merah meter ke Cathode (Katoda, K) dan kabel hitam ke Anoda (A). Saat ini jarum tidak bergerak (tahanan tinggi). Sekarang dengan hati-hati sentuhkan G (gate) hanya sebentar saja ke Anoda (kabel hitam) dan Anda akan melihat jarum akan bergerak pada nilai tahanan rendah. Ketika Gate dilepaskan maka jarum juga tidak turun. ini berarti SCR dalam kondisi baik.

1.       Silicon Controlled Rectifier (SCR)

SCR merupakan jenis thyristor yang terkenal dan paling tua, komponen ini tersedia dalam rating arus antara 0,25 hingga ratusan amper, serta rating tegangan hingga 5000 volt. Struktur dan simbol dari SCR dapat digambarkan seperti pada gambar dibawah :.

 

Gambar  struktur dan simbol dari SCR

Sedangkan jika didekati dengan struktur transistor, maka struktur SCR dapat digambarkan seperti pada   gambar dibawah :

Gambar Struktur SCR jika didekati dengan struktur transistor.

Kondisi awal dari SCR adalah dalam kondisi OFF (A dan K tidak tersambung). Salah satu cara untuk meng-ON kan (menyambungkan antara A dan K) adalah dengan memberikan tegangan picu terhadap G (gate). Sekali SCR tersambung maka SCR akan terjaga dalam kondisi ON (dapat dilihat pada struktur transistor Gambar 2). Untuk mematikan sambungan A-K, maka yang perlu dilakukan adalah dengan memberikan tegangan balik pada A-K-nya, atau dengan menghubungkan G ke K. Gambar 3 berikut adalah karakteristik volt-amper SCR dan skema aplikasi dasar dari SCR.

  

Gambar Karakteristik dan skema aplikasi SCR.

2.       Triac

Triac dapat dianggap sebagai dua buah SCR dalam struktur kristal tunggal, dengan demikian maka Triac dapat digunakan untuk melakukan pensaklaran dalam dua arah (arus bolak balik, AC). Simbol dan struktur Triac adalah seperti ditunjukan dalam gamabr dibawah :

Gambar simbol dan struktur Triac.

Karena secara prinsip adalah ekivalen dengan dua buah SCR yang disusun secara paralel dengan salah SCR dibalik maka Triac memiliki sifat-sifat yang mirip dengan SCR. Gambar dibawah adalah gambar karakteristik volt-amper dan skema aplikasi dari Triac.

Gambar Karakteristik dan skema aplikasi Triac.

Jika TRIAC sedang OFF, arus tidak dapat mengalir diantara terminal-terminal utamanya (saklar terbuka). Jika TRIAC sedang ON, maka dengan tahanan yang rendah arus mengalir dari satu terminal ke terminal lainnya dengan arah aliran tergantung dari polaritas tegangan yang digunakan (saklar tetutup).

Arus rata-rata yang dialirkan pada beban dapat bervariasi oleh adanya perubahan harga waktu setiap perioda ketika TRIAC tersebut ON. Jika porsi waktu yang kecil saat kondisi ON, maka arus rata-ratanya akan tinggi.

Kondisi suatu TRIAC  pada setiap perioda tidak dibatasi hingga 180^o, dengan pengaturan picu dia dapat menghantarkan hingga 360^o penuh.  Tegangan gate untuk pemicu buasanya diberi notasi V_GT , dan arus gate pemicu dinotasikan dengan I_GT.

Gambar Rangkaian picu TRIAC

Selama setengah perioda negative, muatan negative akan berada pada plat bagian atas kapasitor dan jika tegangan yang berada pada kapasitor telah mencukupi, maka TRIAC akan ON.

Kecepatan pengisian kapasitor diatur oleh hambatan R₂, dimana jika R2 bernilai besar, maka pengisisannya akan lambat sehingga terjadi penundaan penyalaan yang panjang dan arus rata-ratanya kecil. Jika R2 bernilai kecil, maka pengisian kapasitor akan cepat dan arus bebannya tinggi. 

Gambar DIAC sebagai pengendali TRIAC

Rangkaian tersebut menggunakan DIAC sebagai pengen dali picu. Prinsip kerjanya, jika tegangan input berada pada setengah periode positif, maka kapasitor akan terisi muatan melebihi beban dan hambatan R. jika tegangan kapasitor mencapai tegangan breakover DIAC, maka kapasitor mulai mengosongkan muatan melalui DIAC ke gerbang (gate) TRIAC.

Pulsa trigger TRIAC akan menghantarkan TRIAC pada setengah perioda tadi dan untuk setengah perioda berikutnya (negative) prinsipnya sama.

Sekali TRIAC dihidupkan, maka dia akan menghantarkan sepanjang arus yang mengalir melaluinya tetap dipertahankan. TRIAC tidak dapat dimatikan oleh arus balik layaknya suatu SCR. TRIAC dapat dimatikan dan kembali pada kondisi menghambat, ketika arus beban AC yang melewatinya berharga nol (0), sebelum setengah perioda lainnya digunakan. Faktor ini akan membatasi frekuensi respon yang dimiliki oleh TRIAC tersebut.

Bagi beban-beban resitif, waktu yang tersedia guna mematikan suatu TRIAC akan lebih panjang dari titik ketika arus bebannya jatuh hingga waktu dimana tegangan balik mencapai nilai yang dapat menghasilkan arus latching yang dibutuhkan.

Sedangkan bagi beban-beban induktif komutasinya akan lebih rumit lagi, dimana jika arus beban jatuh dan TRIAC berhenti menghantar, maka tegangan masih ada pada piranti tersebut. Jika tegangannya muncul terlalu cepat, maka akibat yang dihasilkan oleh persambungan kapasitansi adalah tetap menghantarnya TRIAC tersebut. Untuk itu maka sering digunakan rangkaian pengaman yang dapat mengubah nilai perubahan (Range of Change) tegangan TRIAC.

Adapun pengaturan tegangan bolak-balik dengan menggunakan TRIAC ditunjukkan pada gambar dibawah ini.

Contoh penggunaan TRIAC:

Pemakaian motor arus bolak-balik 1 fasa banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari dibandingkan dengan motor arus searah. Pengontrolan pun sekarang sudah banyak ragamnya dari mulai pengaturan putaran sampai pada proteksinya.

3.       DIAC

Kalau dilihat strukturnya seperti gambar-8a, DIAC bukanlah termasuk keluarga thyristor, namun prisip kerjanya membuat ia digolongkan sebagai thyristor. DIAC dibuat dengan struktur PNP mirip seperti transistor. Lapisan N pada transistor dibuat sangat tipis sehingga elektron dengan mudah dapat menyeberang menembus lapisan ini. Sedangkan pada DIAC, lapisan N di buat cukup tebal sehingga elektron cukup sukar untuk menembusnya. Struktur DIAC yang demikian dapat juga dipandang sebagai dua buah dioda PN dan NP, sehingga dalam beberapa literatur DIAC digolongkan sebagai dioda.

Gambar-8 : Struktur dan simbol DIAC

Sukar dilewati oleh arus dua arah, DIAC memang dimaksudkan untuk tujuan ini. Hanya dengan tegangan breakdown tertentu barulah DIAC dapat menghantarkan arus. Arus yang dihantarkan tentu saja bisa bolak-balik dari anoda menuju katoda dan sebaliknya. Kurva karakteristik DIAC sama seperti TRIAC, tetapi yang hanya perlu diketahui adalah berapa teganganbreakdown-nya. 

Simbol dari DIAC adalah seperti yang ditunjukkan pada gambar-8b. DIAC umumnya dipakai sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan input tertentu yang relatif tinggi. Contohnya adalah aplikasi dimmer lampu yang berikut pada gambar-9.

Gambar 9 : Rangkaian Dimmer

Jika diketahui I_GT dari TRIAC pada rangkaian di atas 10 mA dan V_GT = 0.7 volt. Lalu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah DIAC dengan V_bo = 20 V, maka dapat dihitung TRIAC akan ON pada tegangan :

V = I_GT(R)+V_bo+V_GT = 120.7 V

Gambar-10 : Sinyal keluaran TRIAC

Pada rangkaian dimmer, resistor R biasanya diganti dengan rangkaian seri resistor dan potensiometer. Di sini kapasitor C bersama rangkaian R digunakan untuk menggeser phasa tegangan V_AC. Lampu dapat diatur menyala redup dan terang, tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.

  
pengaplikasian tyristor seperti Triac biasanya dipakai sebagai sistem pensaklaran pada motor AC yang berdaya besar seperti pada mesin cuci digital dan SCR biasanya dipakasi sebagai pensaklaran pada lampu otomatis (misal sakelar cahaya)


Sumber : modul-modul pembelajaran tetentang thyristor