Thyristor - TRIAC dan
DIAC
Published on Saturday, 26 January
2013 16:21
Written by Aswan Hamonangan
Hits: 808
Thyristor
berakar kata dari bahasa Yunani yang berarti ‘pintu'. Dinamakan demikian
barangkali karena sifat dari komponen ini yang mirip dengan pintu yang dapat
dibuka dan ditutup untuk melewatkan arus listrik. Ada beberapa komponen yang
termasuk thyristor antara lain PUT (programmable uni-junction
transistor), UJT (uni-junction transistor ), GTO (gate
turn off switch), photo SCR dan sebagainya. Namun pada kesempatan
ini, yang akan kemukakan adalah komponen-komponen thyristor yang dikenal
dengan sebutan SCR (silicon controlled rectifier), TRIAC
dan DIAC. Pembaca dapat menyimak lebih jelas bagaimana prinsip kerja
serta aplikasinya.
Struktur
Thyristor
Ciri-ciri
utama dari sebuah thyristor adalah komponen yang terbuat dari bahan
semiconductor silicon. Walaupun bahannya sama, tetapi struktur P-N junction
yang dimilikinya lebih kompleks dibanding transistor bipolar atau MOS. Komponen
thyristor lebih digunakan sebagai saklar (switch) ketimbang sebagai
penguat arus atau tegangan seperti halnya transistor.
Struktur
dasar thyristor adalah struktur 4 layer PNPN seperti yang ditunjukkan
pada gambar-1a. Jika dipilah, struktur ini dapat dilihat sebagai dua buah
struktur junction PNP dan NPN yang tersambung di tengah seperti pada gambar-1b.
Ini tidak lain adalah dua buah transistor PNP dan NPN yang tersambung pada
masing-masing kolektor dan base. Jika divisualisasikan sebagai transistor Q1
dan Q2, maka struktur thyristor ini dapat diperlihatkan seperti pada gambar-2
yang berikut ini.
Terlihat di
sini kolektor transistor Q1 tersambung pada base transistor Q2 dan sebaliknya
kolektor transistor Q2 tersambung pada base transistor Q1. Rangkaian transistor yang demikian
menunjukkan adanya loop penguatan arus di bagian tengah. Dimana diketahui bahwa
Ic = b Ib, yaitu arus kolektor adalah penguatan dari arus
base.
Jika
misalnya ada arus sebesar Ib yang mengalir pada base transistor Q2,
maka akan ada arus Ic yang mengalir pada kolektor Q2. Arus kolektor
ini merupakan arus base Ib pada transistor Q1, sehingga akan muncul
penguatan pada pada arus kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q1
tdak lain adalah arus base bagi transistor Q2. Demikian seterusnya sehingga
makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan
hilang. Tertinggal hanyalah lapisan P dan N dibagian luar.
Jika keadaan
ini tercapai, maka struktur yang demikian todak lain adalah struktur dioda PN
(anoda-katoda) yang sudah dikenal. Pada saat yang demikian, disebut bahwa
thyristor dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus dari anoda menuju katoda
seperti layaknya sebuah dioda.
Bagaimana
kalau pada thyristor ini kita beri beban lampu dc dan diberi suplai tegangan
dari nol sampai tegangan tertentu seperti pada gambar 3. Apa yang terjadi pada
lampu ketika tegangan dinaikkan dari nol. Ya betul, tentu saja lampu akan tetap
padam karena lapisan N-P yang ada ditengah akan mendapatkan reverse-bias
(teori dioda). Pada saat ini disebut thyristor dalam keadaan OFF karena
tidak ada arus yang bisa mengalir atau sangat kecil sekali. Arus tidak dapat
mengalir sampai pada suatu tegangan reverse-bias tertentu yang
menyebabkan sambungan NP ini jenuh dan hilang. Tegangan ini disebut tegangan
breakdown dan pada saat itu arus mulai dapat mengalir melewati
thyristor sebagaimana dioda umumnya. Pada thyristor tegangan ini disebut tegangan
breakover Vbo.
SCR
Telah
dibahas, bahwa untuk membuat thyristor menjadi ON adalah dengan memberi arus
trigger lapisan P yang dekat dengan katoda. Yaitu dengan membuat kaki gate pada
thyristor PNPN seperti pada gambar-4a. Karena letaknya yang dekat dengan
katoda, bisa juga pin gate ini disebut pin gate katoda (cathode gate).
Beginilah SCR dibuat dan simbol SCR digambarkan seperti gambar-4b. SCR dalam
banyak literatur disebut Thyristor saja.
Melalui kaki
(pin) gate tersebut memungkinkan komponen ini di trigger menjadi ON, yaitu
dengan memberi arus gate. Ternyata
dengan memberi arus gate Ig yang semakin besar dapat
menurunkan tegangan breakover (Vbo) sebuah SCR. Dimana
tegangan ini adalah tegangan minimum yang diperlukan SCR untuk menjadi ON.
Sampai pada suatu besar arus gate tertentu, ternyata akan sangat mudah membuat
SCR menjadi ON. Bahkan dengan tegangan forward yang kecil sekalipun.
Misalnya 1 volt saja atau lebih kecil lagi. Kurva tegangan dan arus dari sebuah
SCR adalah seperti yang ada pada gambar-5 yang berikut ini.
Pada gambar
tertera tegangan breakoverVbo, yang jika tegangan
forward SCR mencapai titik ini, maka SCR akan ON. Lebih penting lagi adalah
arus Ig yang dapat menyebabkan tegangan Vbo turun menjadi lebih kecil. Pada
gambar ditunjukkan beberapa arus Ig dan korelasinya terhadap tegangan
breakover. Pada datasheet SCR, arus trigger gate ini sering ditulis dengan
notasi IGT (gate trigger current). Pada gambar ada
ditunjukkan juga arus Ih yaitu arus holding yang
mempertahankan SCR tetap ON. Jadi agar SCR tetap ON maka arus forward
dari anoda menuju katoda harus berada di atas parameter ini.
Sejauh ini
yang dikemukakan adalah bagaimana membuat SCR menjadi ON. Pada kenyataannya,
sekali SCR mencapai keadaan ON maka selamanya akan ON, walaupun tegangan gate
dilepas atau di short ke katoda. Satu-satunya cara untuk membuat SCR
menjadi OFF adalah dengan membuat arus anoda-katoda turun dibawah arus Ih
(holding current). Pada gambar-5 kurva I-V SCR, jika arus forward berada
dibawah titik Ih, maka SCR kembali pada keadaan OFF. Berapa besar
arus holding ini, umumnya ada di dalam datasheet SCR.
Cara membuat
SCR menjadi OFF tersebut adalah sama saja dengan menurunkan tegangan
anoda-katoda ke titik nol. Karena inilah SCR atau thyristor pada umumnya tidak
cocok digunakan untuk aplikasi DC. Komponen ini lebih banyak digunakan untuk
aplikasi-aplikasi tegangan AC, dimana SCR bisa OFF pada saat gelombang tegangan
AC berada di titik nol.
Ada satu
parameter penting lain dari SCR, yaitu VGT. Parameter ini
adalah tegangan trigger pada gate yang menyebabkab SCR ON. Kalau dilihat dari
model thyristor pada gambar-2, tegangan ini adalah tegangan Vbe
pada transistor Q2. VGT seperti halnya Vbe, besarnya
kira-kira 0.7 volt. Seperti contoh rangkaian gambar-8 berikut ini sebuah SCR
diketahui memiliki IGT = 10 mA dan VGT = 0.7 volt. Maka
dapat dihitung tegangan Vin yang diperlukan agar SCR ini ON adalah
sebesar :
Vin
= Vr + VGT
Vin
= IGT(R) + VGT = 4.9 volt
TRIAC
Boleh
dikatakan SCR adalah thyristor yang uni-directional, karena ketika ON hanya
bisa melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Struktur
TRIAC sebenarnya adalah sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan
kedua gate-nya disatukan. Simbol TRIAC ditunjukkan pada gambar-6. TRIAC
biasa juga disebut thyristor bi-directional.
TRIAC
bekerja mirip seperti SCR yang paralel bolak-balik, sehingga dapat melewatkan
arus dua arah. Kurva karakteristik dari TRIAC adalah seperti pada gambar-7
berikut ini.
Pada
datasheet akan lebih detail diberikan besar parameter-parameter seperti Vbo
dan -Vbo, lalu IGT dan -IGT,
Ih serta -Ih dan sebagainya. Umumnya besar
parameter ini simetris antara yang plus dan yang minus. Dalam perhitungan
desain, bisa dianggap parameter ini simetris sehingga lebih mudah di hitung.
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.
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 tegangan breakdown-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.
Jika
diketahui IGT dari TRIAC pada rangkaian di atas 10 mA dan VGT
= 0.7 volt. Lalu diketahui juga yang digunakan adalah sebuah DIAC dengan Vbo
= 20 V, maka dapat dihitung TRIAC akan ON pada tegangan :
V = IGT(R)+Vbo+VGT
= 120.7 V
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 VAC. Lampu dapat diatur menyala redup dan
terang, tergantung pada saat kapan TRIAC di picu.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar