Thyristor adalah komponen elektronika / kelistrikan yang banyak digunakan pada perangkat switching dengan kecepatan tinggi. Komponen ini sering digunakan untuk mengendalikan daya AC dan sirkuit pengalihan tegangan AC / DC. Contoh komponen thyristor adalah triac dan SCR atau Silicon Controlled Rectifier.
SCR adalah salah satu jenis thyristor yang sering dipakai di berbagai perangkat switching. Banyak tipe scr yang tersedia dan mempunyai kemampuan untuk mengalihkan beban listrik dari beberapa watt hinga puluhan kilowatt.
Simbol komponen SCR ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Prinsip kerja dari SCR pada dasarnya adalah seperti dioda silikon biasa dengan dan mempunyai terminal anoda dan katoda. Namun pada scr diberikan terminal tambahan yang berfungsi sebagai pengendali dan disebut GATE. Karena itu dinamakan Silicon Controlled Rectifier.
Tegangan triger diberikan pada terminal gate, sementara terminal anoda diberikan tegangan dengan arah maju. Sehingga memungkinkan SCR untuk mengalirkan arus listrik dari anoda menuju katoda. Aliran arus ini akan tetap mengalir, bahkan meskipun tegangan trigernya dilepas. Aliran arus akan berhenti ketika arus anoda ke katoda turun mendekati titik nol karena pengaruh dari eksternal misalnya rangkaian dimatikan.
Struktur Bentuk SCR
Struktur penyusunan bahan semikonduktor scr tidak seperti pada tipe dioda penyearah biasa yang mempunyai dua lapisan semikonduktor PN,. SCR terdiri dari empat lapisan bahan silikon yang dibentuk dalam konfigurasi PNPN. Penambahan terminal gate ke struktur lapisan ini memungkinkan pengendalian kinerja dioda untuk mengalirkan tegangan dalam arah bias maju. Jadi dengan arus kecil yang diberikan ke terminal gate bisa mengendalikan laju aliran arus yang lebih besar diantara terminal anoda dan katoda.
Setelah SCR aktif dan bekerja normal, komponen akan bertindak seperti dioda penyearah silikon biasa. Dan kondisi ini akan terus berjalan walaupun arus pada gate dilepaskan.
SCR telah dirancang agar bekerja ketika diberikan tegangan pemicu pada terminal gate. Sementara pada terminal anoda dan katoda merupakan aliran utama tegangan bias maju. Ketika scr diberikan bias balik, pemberian tegangan triger pada terminal gate tidak akan berpengaruh. Dengan kata lain scr hanya bisa mengalirkan tegangan dalam arah bias maju seperti dioda biasa.
Untuk mematikan kerja scr, aliran arus darianoda ke katoda harus dikurangi sehingga mendekati nilai kritis tertentu yang biasanya mendekati titik nol. Anda bisa melihat pada data sheet tipe scr yang digunakan untuk mengetahui nilai tegangan shutdown scr.
Penggunaan scr biasanya adalah pada sirkuit pemindahan beban tegangan dengan daya tinggi. Misalnya pada rangkaian dimmer tegangan tinggi.
Cara Kerja SCR
Untuk menjelaskan cara kerja dari scr kita bisa menggmbarkan scr seperti dua buah transistor yang terhubung sedemikian rupa. Lihat gambar di bawah ini untuk yang merupakan bentuk struktur lapisan semikonduktor PN pada scr.
Untuk memahami cara kerja scr, empat lapisan semikonduktor pada scr secara teoritis bisa digambarkan seperti sebuah rangkaian kecil yang berisi dua buah transistor PNP dan NPN. Lihat bahwa lapisan P2 membentuk terminal emitor Tr1 dan terminal basis Tr2, sementara lapisan N1 membentuk terminal basis Tr1 dan terminal kolektor Tr2.
Saat tidak ada sinyal pada terminal gate sehingga gate (g) mempunyai tegangan potensial yang sama dengan kaki katoda (k). Setiap tegangan yang diberikan pada anoda (a ) menuju katoda (k) dibawah dari tegangan breakdown scr. Maka tidak akan ada liran arsu yang terjadi.
Tr2 yang merupakan jenis transistor NPN memiliki tegangan 0v pada terminal basis dan emitor sehingga transistor tidak bekerja. Karena tegangan Tr2 pada terminal kolektornya merupakan sumber tegangan bias basis untuk Tr1 (transistor PNP), maka persimpangan basis / emitornya akan berupa bias balik. Sehingga kedua transistor dalam kondisi off dan tidak ada arus yang akan mengalir pada anoda SCR dan katoda.
Ketika terminal gate yang merupakan basis Tr2 diberikan tegangan positif dengan arus yang sangat kecil sekitar beberapa μA, maka Tr2 akan aktif dan tegangan pada kolektornya akan turun. Kondis ini akan menyebabkan terjadi aliran arus di transistor PNP Tr1 dan peningkatan tegangan yang cepat pada kolektor Tr1 dan di terminal basis Tr2.
Persimpangan pada emitor basis Tr2 akan menjadi lebih tegangan bias maju dan dengan cepat mengaktifkan Tr1. Hal ini menghasilkan tegangan yang diterapkan pada basis Tr2 dan menjaga agar Tr2 dan Tr1 tetap aktif. Bahkan jika pulsa atau tegangan pada gate dilepaskan. Karena kedua transistor tersebut sudah bekerja saling mengaktifkan sendiri.
Resistensi yang ada antara anoda dan katoda berkurang hingga mendekati nol ohm sehingga aliran arus pada scr Cuma dibatasi oleh resistensi pada rangkaian beban. Proses yang berlangsung ini terjadi sangat cepat. Dimana pengaktifan Tr2 oleh Tr1 merupakan bentuk umpan balik positif dan setiap kolektor transistor mensupplai perubahan arus yang besar ke terminal basis yang lain.
Karena terminal kolektor Tr1 terhubung ke terminal basis Tr2, aksi pengalihan pada transistor Tr1 secara virtual menghubungkan terminal basis Tr2 ke arus positif di anoda (a). Hal ini memastikan bahwa Tr2 dan Tr1 tetap aktif, meskipun ketika arus gate dihentikan.
Untuk menon-aktifkan transistor, maka tegangan yang melewati kaki anoda (a) dan katoda (k) harus mempunyai polaritas terbalik.