Thyristor: SCR, TRIAC, dan DIAC

Thyristor: SCR, TRIAC, dan DIAC

Thyristor berasal dari bahasa yunani, “pintu”. Diambil dari kata ini kemungkinan karena sifatnya yang mirip dengan pintu. Thyristor terbuat dari semikonduktor silikon. Namun ini berbeda dengan transistor bipolar dan MOS karena P-N junction-nya lebih kompleks. Di samping itu, fungsinya lebih digunakan sebagai saklar (switch) daripada sebagai penguat arus atau tegangan.

Thyristor mempunyai struktur dasar empat layer PNPN. Jika dipilah, struktur ini terdiri dari junction PNP dan NPN yang disambung. Dengan kata lain, komponen ini terdiri dari dua transistor, PNP dan NPN yang saling dihubungkan pada kolektor dan basisnya.

Struktur, susunan, dan rangkaian ekuivalen thyristor

Seperti yang kita ketahui bahwa I_C = ß. I_B, arus kolektor merupakan penguatan dari arus basis. Misal, arus sebesar I_B yang mengalir pada basis transistor Q₂, maka akan ada arus I_B yang mengalir pada kolektor Q₂. Arus kolektor ini merupakan arus basis I_B pada transistor Q₁, sehingga akan muncul penguatan pada arus kolektor transistor Q1. Arus kolektor transistor Q₁ tidak lain adalah arus base bagi transistor Q₂. Demikian seterusnya sehingga makin lama sambungan PN dari thyristor ini di bagian tengah akan mengecil dan hilang yang tertinggal hanyalah lapisan P dan N di bagian luar. Dalam keadaan ini, struktur ini merupakan struktur dioda PN (anoda-katoda) yang telah dikenal. Dengan demikian, thyristor dalam keadaan ON dan dapat mengalirkan arus layaknya dioda.

SCR
Untuk membuat thryristor dalam keadaan ON, dengan memberi arus trigger pada P yang dekat dengan katoda. Atau, ini dapat dilakukan dengan membuat kaki gate pada P yang dekat dengan katoda. Ini merupakan struktur dari SCR, yang dalam banyak literatur disebut thyristor saja.

Struktur, susunan, rangkaian ekuivalen, simbol, dan bentuk SCR

KomponeN ini dapat ditrigger menjadi ON dengan memberi arus gate melalui pin gate. Dengan memberi arus gate I_g yang semakin besar dapat menurunkan tegangan breakover (V_bo) SCR. Tegangan ini merupakan tegangan minimum untuk membuat SCR dalam keadaan ON. SCR akan mudah menjadi ON sampai pada suatu besar gate tertentu, meski dengan tegangan forward kecil, 1 volt atau lebih kecil lagi.

Kurva SCR

Pada kuva SCR di atas, tampak tegangan V_bo. SCR dalam keadaan ON jika tegangan Forward SCR mencapai titik ini. Di samping itu, arus I_g dapat menurunkan V_bo menjadi lebih kecil lagi. Arus trigger dinotasikan I_GT (gate trigger current), sedangkan I_h merupakan arus holding yang berfunsi mempertahankan SCR tetap ON. Sehingga, arus forward dari anoda yang menuju katoda harus berada di atas parameter ini agar SCR tetap ON. Dengan demikian, jika ingin SCR dalam keadaan OFF, maka arus anoda-katoda harus di bawah nilai I_h. Nilai I_h sendiri terdapat dalam datasheet. Hal ini sama dengan menurunkan tegangan anoda-katoda ke titik nol. Sehingga SCR atau thyristor pada umumnya tidak cocok untuk aplikasi DC. Sedangkan pada aplikasi tegangan AC, SCR dalam keadaan OFF saat gelombang tegangan AC di titik nol.

Tegangan trigger pada gate (V_GT) juga dapat menyebabkan SCR menjadi ON. Atau, jika dalam model, tegangan ini adalah V_be pada Q2. V_GT seperti halnya V_be, besarnya kira-kira 0.7 volt (bahan silikon).

I_g = Gate Current (arus gate) I_h = Holding Current (arus genggam)
V_bo = Breakover Voltage (tegangan breakover)
V_GT = Gate Trigger Voltage (tegangan pemicuan gate)
I_GT = Gate Trigger Current (arus pemicuan gate)

TRIAC
SCR dapat dikatakan thyristor uni-directional (satu arah), ini karena ketika ON hanya dapat melewatkan arus satu arah saja yaitu dari anoda menuju katoda. Sebenarnya, struktur TRIAC sama dengan dua buah SCR yang arahnya bolak-balik dan kedua gate-nya disatukan. TRIAC biasa juga disebut thyristor bi-directional.

Kerja TRIAC mirip dengan SCR yang paralel bolak-balik sehingga dapat mengalirkan arus dua arah. Untuk kurvanya:

Kurva TRIAC

Pada datasheet akan lebih detail diberikan besar parameter-parameter seperti V_bo dan -V_bo, lalu I_GT dan -I_GT, I_h serta -I_h 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
DIAC, jika dilihat dari strukturnya, bukan termasuk thyristor. Namun, prinsip kerjanya membuat DIAC digolongkan sebagai thyristor. Struktur DIAC mirip dengan transistor PNP. Perbedaannya, Lapisan N pada transistor dibuat tipis agar mudah dilewati elektron. Sedangkan pada DIAC, lapisan N dibuat lebih tebal agar elektron sulit melewatinya. DIAC lebih mirip dengan dioda PN dan NP. Sehingga, DIAC digolongkan sebagai dioda pada beberapa literatur.

DIAC dimaksudkan agar sukar dilewati arus. DIAC dapat menghantarkan arus dengan tegangan breakdown tertentu. Arus ini tentu saja dapat bola-balik dari anoda-katoda, dan sebaliknya. Untuk kurva karakteristiknya sama dengan TRIAC. Namun nilai tegangan breakdown perlu diketahui.

Umumnya, DIAC digunakan sebagai pemicu TRIAC agar ON pada tegangan masukan yang relatif tinggi. Contoh aplikasinya adalah dimmer lampu.

Rangkaian dimmer

Jika I_GT TRIAC diketahui sebesar 10 mA dan V_GT=0,7 volt, sedangkan V_bo DIAC sebesar 20 V, maka TRIAC akan ON pada:

V=I_GT(R)+V_bo+V_GT=120.7V

Biasanya, Resistor R pada rangkaian dimmer diganti dengan rangkaian seri resistor dan potensiometer. Kapasitor C dengan rangkaian R digunakan untuk menggeser fasa tegangan VAC. Lampu dapat menyala redup dan terang bergantung kapan TRIAC dipicu.