PENGERTIAN THYRISTOR Thyristor merupakan salah satu devais semikonduktor

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

q Thyristor adalah suatu piranti penting untuk aplikasi switching yaitu merubah keadaan off menjadi on dan sebaliknya q Aplikasinya pada pengendalian daya yang besar dalam motor-motor, pemanas, sistem penerangan, dan lain-lain. Pada bab ini akan dibahas beberapa komponen yaitu : Ø SCR Unidirectional thyristor Ø DIAC Ø TRIAC Bidirectional thyristor

Prinsip Kerja → latching (penguncian) üEfek umpan balik positif → perubahan arus pada suatu titik akan diperkuat dan dikembalikan ke titik semula dengan fase sama Q 1 Q 2 Struktur thyristor üIB 2 » , IC 2 » → IB 1 » , IC 1 » → hingga jenuh → saklar tertutup → proses dadal jenuh (yaitu penggunaan VCC yang cukup besar untuk menimbulkan kejenuhan muatan pada salah satu dioda kolektor) üSebaliknya → 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: 2 N 4444 mempunyai VBO 600 V, arus picu 10 m. A) Mempunyai arus 1 ~ 2500 A (misal : C 701, I=1250 A, IG=150 m. A, IH=500 m. A) Laju Kritis Kenaikan Tegangan → menghindarkan kesalahan sinyal picu Ø misal: 2 N 4444 : 50 V/μs , C 701: 200 V/μs Ø Pelanggaran → gejala transien penyaklaran pada catu tegangan Ø Untuk mengurangi: pembatas RC (RC snubber)

Laju Kritis Kenaikan Arus Ø Misal: C 701: 150 A/ μs Ø Akibat : SCR rusak Ø Mengatasi : RC snubber ditambah induktor seri RC snubber dengan L

SCR Beban E B PNP Gate Switch C B + Sumber IG - C NPN E Rangkaian Ekuivalen SCR

q SCR merupakan dua transistor NPN dan PNP yang dihubungkan menjadi satu. q Prinsip kerja SCR ü Ketika Supply(sumber tegangan ) pertama kali dihubungkan, maka tidak ada arus yang mengalir pada transistor karena keduanya off. ü 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. ü 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 Arus Transistor PNP Transistor NPN A A Arus Gate 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 IG 3 IG 2 IG 1

Ø Arus IG 1<IG 2<IG 3. . Ketika arus gate rendah maka tegangan forward bias yang tinggi diperlukan untuk meng-on-kan SCR. Ø 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. Ø 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 ü DIAC ü TRIAC

DIAC

v DIAC mempunyai tingkah laku dua diode yang menurut susunannya P-N-P-N dengan Anoda pada diode pertama dihubungkan ke katode pada diode kedua v Ketika tegangan positif diberikan pada M 1 terhadap M 2, Junction J 4 dibias reverse sehingga daerah n 2’ tidak menyebarkan elektron. Oleh karena itu lapisan p 1 -n 1 -p 2 -n 2 merupakan diode P-N-P-N yang menghasikan forward pada karakteristik V-I v Jika tegangan positif diberikan pada M 2, arus akan konduksi dalam arah berlawanan dan J 3 akan direverse bias. Oleh karena itu lapisan p 1’-n 1’-p 2’-n 2’ 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 J 3 N P P M 1 2 N current J 2 N N J 1 N P P 1 N Gate Main terminal 2 Struktur Triac dan Simbol Triac M 2

q Bidirectional Thyristor dengan tiga terminal disebut Triac (Triode as switch). Triac dianggap sebagai dua SCR yang dihubungkan paralel yang saling berbalikan q Ketika salah satu SCR dalam keadaan reverse bloking, satunya yang akan mengalirkan arus beban. q 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 q Triac sangat cocok untuk pentrigeran (switching) daya ac

TRIAC Ringkasan Pentrigeran pada Triac Mode G ke M 1 ke M 2 Sensitivitas Gate 1 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 üCatu daya > 10 V, diode PNPN on, lampu menyala üJika catu daya kembali normal, lampu tetap menyala üMematikan lampu dengan menghentikan catu daya

THYRISTOR Rangkaian penahan beban atau pelindung SCR Tingkat alih

Ø 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. Ø Jika tegangan catu daya > 20 V, V+ op-amp > V- op-amp, sehingga output op-amp ke SCR tegangan positif, SCR on. Ø SCR on melindungi beban dari efek perusakan akibat tegangan lewat batas Ø Digunakan untuk melindungi IC digital yang mahal

THYRISTOR Rangkaian pengontrol daya SCR 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

Ø R 1, R 2 menentukan kecepatan pengisian C 3. Ø Diac off selama C 3 diisi. Setelah tegangan C 3 penuh, muatannya dibuang ke Triac melalui Diac, sehingga Triac on. Ø C 1 dan L 1 adalah filter low pass untuk mencegah energi harmonic dari beban kabel listrik dan radiasi.