Thyristor

Thyristor adalah klasifikasi luas dari perangkat semikonduktor penghantar bipolar yang memiliki empat (atau lebih) lapisan N-P-N-P bergantian. Thyristor meliputi:penyearah yang dikendalikan silikon (SCR), TRIAC, sakelar pemutus gerbang (GTO), sakelar yang dikendalikan silikon (SCS), dioda AC (DIAC), transistor unijunction (UJT), transistor unijunction yang dapat diprogram (PUT). Hanya SCR yang diperiksa di bagian ini; meskipun GTO disebutkan.

Shockley mengusulkan thyristor dioda empat lapis pada tahun 1950. Hal itu tidak direalisasikan sampai bertahun-tahun kemudian di General Electric. SCR sekarang tersedia untuk menangani tingkat daya yang mencakup watt hingga megawatt. Perangkat terkecil, dikemas seperti transistor sinyal kecil, mengubah 100 miliampere pada hampir 100 VAC. Perangkat paket terbesar berdiameter 172 mm, beralih 5600 Amps pada 10.000 VAC. SCR daya tertinggi dapat terdiri dari wafer semikonduktor utuh dengan diameter beberapa inci (100 mm).

Slicon Controlled Rectifier (SCR)

Silikon controlled rectifier (SCR):(a) profil doping, (b) sirkuit ekivalen BJT.

Penyearah yang dikontrol silikon adalah dioda empat lapis dengan koneksi gerbang seperti pada Gambar di atas (a). Ketika dihidupkan, ia melakukan seperti dioda, untuk satu polaritas arus. Jika tidak dipicu, itu adalah nonkonduktor. Operasi dijelaskan dalam hal ekuivalen transistor terhubung senyawa pada Gambar di atas (b). Sinyal pemicu positif diterapkan antara gerbang dan terminal katoda. Hal ini menyebabkan transistor setara NPN untuk melakukan. Kolektor transistor NPN konduktor menarik rendah, menggerakkan basis PNP menuju tegangan kolektornya, yang menyebabkan PNP konduksi. Kolektor PNP konduktor menarik tinggi, menggerakkan basis NPN ke arah kolektornya. Umpan balik positif (regenerasi) ini memperkuat status NPN yang sudah berjalan. Selain itu, NPN sekarang akan berjalan bahkan tanpa adanya sinyal gerbang. Setelah SCR berjalan, itu berlanjut selama tegangan anoda positif ada. Untuk baterai DC yang ditampilkan, ini untuk selamanya. Namun, SCR paling sering digunakan dengan arus bolak-balik atau suplai DC yang berdenyut. Konduksi berhenti dengan berakhirnya setengah positif dari gelombang sinus di anoda. Selain itu, sebagian besar sirkuit SCR yang praktis bergantung pada siklus AC yang menuju ke nol hingga terputus atau berubah SCR.

Gambar di bawah (a) menunjukkan profil doping dari SCR. Perhatikan bahwa katoda, yang sesuai dengan emitor ekivalen dari transistor NPN didoping berat seperti yang ditunjukkan N+. Anoda juga didoping berat (P+). Ini adalah emitor setara transistor PNP. Dua lapisan tengah, yang sesuai dengan daerah basis dan kolektor dari transistor ekivalen, tidak terlalu banyak didoping:N- dan P. Profil dalam SCR daya tinggi ini dapat tersebar di seluruh wafer semikonduktor dengan diameter besar.

Thyristor:(a) Penampang melintang, (b) simbol penyearah terkendali silikon (SCR), (c) simbol thyristor (GTO) pemutus gerbang.

Simbol skematik untuk SCR dan GTO ditunjukkan pada Gambar di atas (b &c). Simbol dasar dioda menunjukkan bahwa konduksi katoda ke anoda searah seperti dioda. Penambahan lead gerbang menunjukkan kontrol konduksi dioda. Sakelar pemutus gerbang (GTO) memiliki panah dua arah tentang kabel gerbang, yang menunjukkan bahwa konduksi dapat dinonaktifkan oleh pulsa negatif, serta diinisiasi oleh pulsa positif.

Selain SCR berbasis silikon yang ada di mana-mana, perangkat silikon karbida eksperimental telah diproduksi. Silikon karbida (SiC) beroperasi pada suhu yang lebih tinggi, dan lebih menghantarkan panas daripada logam apa pun, kedua setelah berlian. Ini seharusnya memungkinkan perangkat yang secara fisik lebih kecil atau lebih tinggi dengan daya yang lebih tinggi.

TINJAUAN:

• SCR adalah anggota paling umum dari keluarga dioda empat lapis thyristor.
• Sebuah pulsa positif yang diterapkan ke gerbang SCR memicunya menjadi konduksi. Konduksi berlanjut bahkan jika pulsa gerbang dihilangkan. Konduksi hanya berhenti ketika tegangan anoda ke katoda turun ke nol.
• SCR paling sering digunakan dengan suplai AC (atau DC berdenyut) karena konduksi terus menerus.
• Sakelar pemutus gerbang (GTO) dapat dimatikan dengan penerapan pulsa negatif ke gerbang.
• SCR switch megawatt daya, hingga 5600 A dan 10.000 V.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Lembar Kerja Thyristor