(อิเล็กทรอนิกส์เบื้องต้น)

1. Resistor ( ตัวต้านทาน)
2. Transistor ( ทรานซิสเตอร์ )
3. Capacitor ( ตัวเก็บประจุ )
4. Diode ( ไดโอด )
5. Inductor ( ตัวเหนี่ยวนำไฟฟ้า )
6. Diac ( ไดแอก )
7. SCR ( เอสซีอาร์ )
8. Triac ( ไตรแอก )
9. FET ( เฟต )
10. MOSFET ( มอสเฟต )
11. OP-Amp ( ออปแอมป์ )

เอสซีอาร์ (SCR)

สถาปัตย์โครงสร้างและรูปสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

ชื่อเต็มคือ ซิลิคอน คอนโทรล เร็คติไฟร์เออร์ (Silicon Control Rectifier) หรือ เอสซีอาร์ (SCR) เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตท (Solid-State) ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด – ปิด (On – Off )

วงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง รวมทั้งเอสซีอาร์ (SCR) ยังจัดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำประเภท “ไทริสเตอร์” (Thyristor) ข้อดีของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์คือจะไม่มีหน้าสัมผัสหรือเรียกว่า

คอนแท็ค (Contact) ขณะปิด – เปิด จึงไม่ทำให้เกิดประกายไฟที่หน้าสัมผัสจึงมีความปลอดภัยสูงซึ่งสวิตช์ธรรมดา คือแบบกลไกที่มีหน้าสัมผัสจะไม่สามารถนำไปใช้ในบางสถานที่ได้

สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์บางครั้งเรียกว่า “โซลิดสเตทสวิตช์” (Solid State Switch)

รูปที่ 1 สถาปัตย์โครงสร้าง วงจรสมมูลและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

ถ้าดูจากรูปที่ 1 ก. โครงสร้างของเอสซีอาร์ (SCR) ประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำ 4 ชิ้นคือ พี – เอ็น – พี – เอ็น (P – N – P – N) มีจำนวน 3 รอยต่อ มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขาคือ
1. แอโนด (A : Anode)

2. แคโทด (k : Cathode)

3. เกต (G : Gate)

ซึ่งสภาวะการทำงานของเอสซีอาร์ (SCR) สามารถแบ่งการทำงานออกได้เป็น 2 สภาวะคือ

1. สภาวะนำกระแส เรียกว่า ON

2. สภาวะหยุดนำกระแส เรียกว่า OFF

อธิบายสภาวะนำกระแสของเอสซีอาร์

พิจารณารูปที่ 2 การที่จะทำให้เอสซีอาร์นำกระแสสามารถทำได้โดยจุดชนวน เรียกว่า “ทริกเกอร์” (Trigger) ด้วยกระแสเกต (IG) ให้แก่เอสซีอาร์ (SCR) และที่ขั้วแอโนด (A) และแคโทด (K)

ได้รับไบอัสตรงคือที่แอโนดได้แรงดันบวก (+) และที่แคโทดได้รับแรงดันลบ (-) ทำให้เกิดกระแส IB2 ไหลเข้าขาเบส (Base) ของทรานซิสเตอร์ TR2 ทำให้ TR2 อยู่ในสภาวะนำกระแส (ON)

จะเกิดกระแสคอลเลคเตอร์ (IC2) ไหลผ่าน TR2 ซึ่งก็คือกระแส IB1 ของทรานซิสเตอร์ TR1 นั่นเอง ดังนั้น TR1 จึงนำกระแสด้วย ค่าความต้านทานระหว่างขั้วแอโนด (A) และแคโทด (K)

จึงมีค่าต่ำมากเป็นผลให้เกิดกระแสแอโนด (IA) ไหลผ่านอีมิตเตอร์ของ TR1 ไปออกที่อีมิตเตอร์ของ TR2 สภาวะการทำงานของเอสซีอาร์เปรียบเสมือนสวิตช์ปิดวงจร

รูปที่ 2 โชว์หลักการ จุดชนวนให้เอสซีอาร์นำกระแส

เมื่อเอสซีอาร์นำกระแสแล้วไม่จำเป็นต้องคงค่ากระแสเกต (IG) ไว้ตลอดไป สามารถลดค่ากระแสเกตให้เป็นศูนย์ (IG = 0) หรือปลดกระแสเกตออกได้โดยที่เอสซีอาร์ยังคงนำกระแสต่อไปเพราะ IB2

ที่ไหลเข้าเบสของ TR2 จะไหลมาจากคอลเลคเตอร์ของ TR1 ดังนั้นถึงแม้จะไม่มีกระแสเกตเอสซีอาร์ก็ยังคงนำกระแสต่อไปได้

ในสภาวะนำกระแสนี้ถ้าแหล่งจ่ายเป็นไฟกระแสสลับสามารถจะบังคับให้เอสซีอาร์นำกระแสได้มากหรือน้อยได้โดยเลือกมุมจุดชนวนที่เกตให้เหมาะสม

อธิบายสภาวะหยุดนำกระแสของเอสซีอาร์

หลักการทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระแสมีหลักการคือ ทำให้กระแสแอโนด (IA) ลดลงจนต่ำกว่ากระแสโฮลดิ้ง (IH : Holding Current คือค่ากระแสต่ำสุดที่ทำให้เอสซีอาร์นำกระแส) หรือ จึงจะทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระแสได้ซึ่งการที่จะทำให้เอสซีอาร์หยุดนำกระมี 2 วิธีคือ

1. แอโนดเคอเรนท์อินเทอรัพชั่น (Anode Current Interruption)

โดยการตัดกระแส IA ไม่ให้ไหลผ่านแอโนดของเอสซีอาร์ วิธีง่ายๆ ดังรูปที่ 3 ก. โดยต่อสวิตช์อนุกรมแอโนด (A) ของเอสซีอาร์และเปิดสวิตช์เมื่อต้องการทำให้เอสซีอาร์หยุดทำงาน (Turn – Off)

หรืออีกวิธีในรูปที่ 3 ข. โดยต่อสวิตช์ระหว่างขั้วแอโนดและแคโทดของเอสซีอาร์เป็นการเปลี่ยนทางเดินของกระแสแอโนด (IA) ไม่ให้ไหลผ่านเอสซีอาร์

รูปที่ 3 วิธีการทำให้ SCR หยุดนำกระแสโดยวิธี Anode Current Interruption

2. หลักการของ ฟอร์ชคอมมูเทชั่น (Forced Commutation)

วิธีการนี้ทำได้โดยบังคับให้SCRได้รับไบอัสกลับโดยใช้สวิตช์ขนานกับSCRเป็นตัวควบคุมการหยุดนำกระแสของเอสซีอาร์ดังรูปที่ 4 ถ้าสวิตช์เปิดวงจรSCRยังคงนำกระแสอยู่ แต่ถ้าสวิตช์ปิดวงจร

SCRจะหยุดนำกระแส เนื่องจากได้รับไบอัสกลับตลอดเวลาที่สวิตช์ยังคงปิดอยู่ โดยระยะเวลาในการบังคับให้SCRหยุดนำกระแสโดยให้ไบอัสกลับนี้จะต้องนานกว่าระยะเวลา Turn Off Time

ซึ่งระบุไว้ในคู่มือ โดยทั่วไปค่าเวลานี้จะน้อยมาก (ประมาณไมโครวินาที)

รูปที่ 4 วิธีการทำให้เอสซีอาร์ยุดนำกระแสโดยวิธี Forced Commutation

วิธีการนำเอสซีอาร์ไปใช้งาน

SCR สามารถนำไปใช้ในงานอิเล็กทรอนิกส์ได้หลากหลาย เช่น วงจรเรียงกระแสที่สามารถควบคุมได้ (Control Rectifier) แต่ส่วนมากจะนิยมนำไปใช้ในการควบคุมหลักๆ 2 ประการคือ

สภาวะนำกระแสและสภาวะหยุดนำกระแส เพื่อให้เกิดการทำงานและหยุดการทำงานของอุปกรณ์ต่างๆ ตัวอย่างการนำเอสซีอาร์ไปใช้งานอย่างง่ายคือ

การนำเอสซีอาร์ไปใช้ในการเปิด – ปิดหลอดไฟซึ่ง จะแสดงดังในรูปที่ 5

รูปที่ 5 โชว์วิธีการนำSCRไปใช้ในการเปิด – ปิดหลอดไฟ

ในขณะที่สวิตช์ S1 อยู่ในสภาวะเปิดวงจรเอสซีอาร์จะไม่นำกระแส เพราะว่าไม่มีกระแสไปจุดชนวนที่ขาเกตของเอสซีอาร์ (IG = 0) แรงดันตกคร่อมขาแอโนดและแคโทดมีค่าสูงมาก กระแส IA

จึงไม่สามารถไหลผ่านได้ หลอดไฟจึงไม่ติดสว่าง แต่ถ้าทำการสวิตช์ S1 (on) จะมีกระแสไปจุดชนวนที่ขาเกตของเอสซีอาร์ ทำให้เอสซีอาร์เกิดการนำกระแส ทำให้แรงดันที่ตกคร่อมระหว่าง

ขาแอโนดและขาแคโทด ลดลงจนมีค่าต่ำมากมีกระแส IA ไหลเข้าขาแอโนดและออกที่ขาแคโทดได้ครบวงจรเป็นผลให้หลอดไฟติดสว่าง

วิธีการวัดและทดสอบSCRด้วยโอห์มมิเตอร์

การวัดหาขาของSCRโดยใช้โอห์มมิเตอร์ของ SUNWA รุ่น XZ 300 สายวัดสีแดงจะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (-) ส่วนสายวัดสีดำจะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (+) ( มีมิเตอร์บางยี่ห้อสายวัดจะตรงข้ามกัน คือ

สายสีแดงมีศักย์เป็นบวก และสายสีดำมีศักย์เป็นลบ ) โดยวิธีการวัดให้ทำการสมมุติตำแหน่งของขาก่อน คือ เอสซีอาร์มี 3 ขาหรือ 3ขั้ว เราก็สมมุติขาเป็นตำแหน่งที่ 1, 2 และ 3 ดังรูปที่ 6 เสร็จแล้ว

แบ่งเป็น 3 คู่ แล้วทำการวัดดังตารางที่ 1

รูปที่ 6 แสดงตำแหน่งของขาของเอสซีอาร์

ตารางที่ 1 อธิบายวิธีการวัดหาขาของเอสซีอาร์ด้วยโอห์มมิเตอร์

หมายเหตุ มัลติมิเตอร์ที่ใช้เป็นของซันวา ( SUNWA ) รุ่น YX -360 มัลติมิเตอร์บางรุ่นสายวัดอาจมีศักย์ไฟไม่เหมือนกัน ก่อนทำการวัดจึงควรศึกษาให้เข้าใจ

พิจารณาค่าความต้านทานระหว่างขาของเอสซีอาร์จากตารางสรุปได้ว่า

การวัดเอสซีอาร์ทั้ง 3 ขา จำนวน 6 ครั้ง สามารถอ่านค่าความต้านทานได้เพียง 1 ครั้งหรือเรียกว่า “ วัด 6 ครั้ง เข็มขึ้น 1 ครั้ง ” ครั้งที่สามรถอ่านค่าความต้านทานต่ำได้นั้น ศักย์ไฟบวก ( สายสีดำ )

จับที่ขาใดนั้นเป็นขาเกต และศักย์ไฟลบ (สายสีแดง ) จับที่ขาใดขานั้นเป็นขาแคโถด ส่วนขาที่เหลือเป็นขาแอโนด