เอสซีอาร์ (SCR: Silicon Control Rectifier)

         เอสซีอาร์ (SCR) ชื่อเต็มคือ ซิลิคอน คอนโทรล เร็คติไฟร์เออร์ (Silicon Control Rectifier) เป็นอุปกรณ์โซลิดสเตท (Solid-State) ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิด - ปิด (On - Off ) วงจรทางอิเล็กทรอนิกส์ชนิดหนึ่ง อีกทั้งเอสซีอาร์ ยังจัดเป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำประเภท "ไทริสเตอร์" (Thyristor) ข้อดีของสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์คือจะไม่มีหน้าสัมผัสหรือเรียกว่าคอนแท็ค (Contact) ขณะปิด - เปิด จึงไม่ทำให้เกิดประกายไฟที่หน้าสัมผัสจึงมีความปลอดภัยสูงซึ่งสวิตช์ธรรมดาคือแบบกลไกที่มีหน้าสัมผัสจะไม่สามารถนำไปใช้ในบางสถานที่ได้ สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์บางครั้งเรียกว่า "โซลิดสเตทสวิตช์" (Solid State Switch)

โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

             SCR เป็นอุปกรณ์สารกึ่งตัวนำจำพวกไทริสเตอร์ จะมีโครงสร้างประกอบด้วยสารกึ่งตัวนำชนิด P และชนิด N ต่อชนกันทั้งหมด 4 ตอน เป็นสารชนิด P2 ตอน และสารชนิด N 2 ตอน โดยเรียงสลับกัน มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขา คือ ขาแอโนด (ANODE) ขาแคโถด (CATHODE) และขาเกท (GATE) โครงสร้างและสัญลักษณ์ แสดงดังรูป  

                รูปที่ 2 โครงสร้างและสัญลักษณ์ของเอสซีอาร์

จากรูปโครงสร้างของเอสซีอาร์ (SCR) ประกอบไปด้วยสารกึ่งตัวนำ 4 ชิ้น คือ

พี - เอ็น - พี - เอ็น (P - N - P - N) มีจำนวน 3 รอยต่อ มีขาต่อออกมาใช้งาน 3 ขาคือ         

1. แอโนด (A : Anode)          

2. แคโถด (K : Cathode)

3. เกท (G : Gate)

การทำงานของเอสซีอาร์

            การเปิดเอสซีอาร์ให้นำกระแสนั้น ทำได้โดยการป้อนแรงดันไฟฟ้าบวกที่ขั้วเกตที่เรียกว่าจุดชนวนเกตหรือสัญญาณทริกเกอร์ (Trigerred) เอสซีอาร์ยังไม่นำกระแส เมื่อกดสวิตช์ เอสซีอาร์นำกระแส ดังรูป

รูปที่ 3 การทำงานของเอสซีอาร์

การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์

             การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์นี้จะทำได้เพียงทางเดียวเท่านั้น คือลดค่ากระแสที่ไหลผ่านแอโนดลง จนต่ำกว่าค่าที่เรียกว่า กระแสโฮลดิ้ง (holding current) หรือเรียกว่า Ih และในกรณีที่เอสซีอาร์ถูกใช้งานโดยการป้อนกระแสสลับผ่านตัวมัน การหยุดทำงานของมันจะเกิดขึ้นโดยอัตโนมัติ เมื่อค่าแรงดันไฟสลับที่ให้นั้นใกล้กับจุดที่เรียกว่า "จุดตัดศูนย์" (Zero-crossing point) ซึ่งจะเกิดขึ้นทุก ๆ ครึ่งคาบเวลาของสัญญาณไฟสลับที่ให้แก่วงจรนั้น ถ้าต้องการหยุดการนำกระแสของเอสซีอาร์จากวงจรทำได้โดยกดสวิตช์ S2 หรือ S3

รูปที่ 4 การหยุดการทำงานของเอสซีอาร์

การนำ SCR ไปใช้งาน

            SCR ถูกนำไปใช้มากในงานจำพวกไฟฟ้ากำลัง เช่น วงจรควบคุมความสว่าง วงจรควบคุมความเร็วของมอเตอร์ วงจรควบคุมการชาร์จแบตเตอรี่ ระบบควบคุมอุณหภูมิ และวงจรรักษาระดับกำลัง เป็นต้น คุณลักษณะของ SCR นั้น จะนำกระแสในทิศทางตรงเท่านั้น (Forward Direction) ด้วยเหตุผลนี้จึงจัดให้ SCR เป็นอุปกรณ์จำพวก นำกระแสในทิศทางเดียว (Unidirectional Device ) ซึ่งหมายความว่า ถ้าป้อนสัญญาณไฟฟ้า กระแสสลับผ่าน SCR ขาเกทของ SCR จะตอบสนองสัญญาณ และกระตุ้นให้ SCR ทำงานเฉพาะครึ่งบวกของสัญญาณที่จะทำให้อาโนดเป็นบวกเมื่อเทียบกับคาโธดเท่านั้น ตัวอย่างการนำเอสซีอาร์ไปใช้งานอย่างง่ายคือ การนำเอสซีอาร์ไปใช้ในการเปิด - ปิดหลอดไฟซึ่งแสดงดังรูปที่ 5

รูปที่ 5 แสดงการนำเอสซีอาร์ไปใช้ในการเปิด - ปิดหลอดไฟ

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

การวัดและทดสอบเอสซีอาร์ด้วยโอห์มมิเตอร์

              การวัดหาขาของ SCR และตรวจสอบว่า SCR ดีหรือเสีย โดยใช้มัลติมิเตอร์แบบเข็มชี้ (Analog) โดยใช้โอห์มมิเตอร์ของซันวา ( SUNWA ) รุ่น XZ 300 สายวัดสีแดงจะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นลบ (-) ส่วนสายวัดสีดำจะมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวก (+) ( มีมิเตอร์บางยี่ห้อสายวัดจะตรงข้ามกัน คือ สายสีแดงมีศักย์เป็นบวก และสายสีดำมีศักย์เป็นลบ ) โดยวิธีการวัดให้ทำการสมมุติตำแหน่งของขาก่อน คือ เอสซีอาร์มี 3 ขาหรือ 3ขั้ว เราก็สมมุติขาเป็นตำแหน่งที่ 1, 2 และ 3 ดังรูปที่ 6 เสร็จแล้วแบ่งเป็น 3 คู่ แล้วทำการวัดดังตารางที่ 1

รูปที่ 6 การสมมุติตำแหน่งของขาของเอสซีอาร์

ตารางที่ 7 การวัดหาขาของเอสซีอาร์ด้วยโอห์มมิเตอร์

หมายเหตุ มัลติมิเตอร์ที่ใช้เป็นของซันวา ( SUNWA ) รุ่น YX -360 มัลติมิเตอร์บางรุ่นสายวัดอาจมีศักย์ไฟไม่เหมือนกัน ก่อนทำการวัดจึงควรศึกษาให้เข้าใจพิจารณาค่าความต้านทานระหว่างขาของเอสซีอาร์จากตารางสรุปได้ว่า การวัดเอสซีอาร์ทั้ง 3 ขา จำนวน 6 ครั้ง สามารถอ่านค่าความต้านทานได้เพียง 1 ครั้งหรือเรียกว่า " วัด 6 ครั้ง เข็มขึ้น 1 ครั้ง " ครั้งที่สามารถอ่านค่าความต้านทานต่ำได้นั้น ศักย์ไฟบวก ( สายสีดำ ) จับที่ขาใด ขานั้นเป็นขาเกต (G) และขาที่ต่อกับไฟลบของมัลติมิเตอร์ขานั้นเป็นขาแคโทด (K) ส่วนขาที่เหลือคือขาแอโนด (A)

การวัดหาขาของเอสซีอาร์ด้วยโอห์มมิเตอร์