PENGERTIAN SCR (SILICON CONTROLLED RECTIFIER) DAN PRINSIP KERJANYA

Silicon Controlled Rectifier atau sering disingkat dengan SCR adalah Dioda yang
memiliki fungsi sebagai pengendali. Berbeda dengan Dioda pada umumnya yang hanya
mempunyai 2 kaki terminal, SCR adalah dioda yang memiliki 3 kaki Terminal. Kaki Terminal
ke-3 pada SCR tersebut dinamai dengan Terminal “Gate” atau “Gerbang” yang berfungsi sebagai
pengendali (Control), sedangkan kaki lainnya sama seperti Dioda pada umumnya yaitu Terminal
“Anoda” dan Terminal “Katoda”. Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan salah satu dari
anggota kelompok komponen Thyristor.

Silicon Controlled Rectifier (SCR) atau Thrystor pertama kali diperkenalkan secara
komersial pada tahun 1956. SCR memiliki kemampuan untuk mengendalikan Tegangan dan
daya yang relatif tinggi dalam suatu perangkat kecil. Oleh karena itu SCR atau Thyristor sering
difungsikan sebagai Saklar (Switch) ataupun Pengendali (Controller) dalam Rangkaian
Elektronika yang menggunakan Tegangan / Arus menengah-tinggi (Medium-High Power).
Beberapa aplikasi SCR di rangkaian elektronika diantaranya seperi rangkaian Lampu Dimmer,
rangkaian Logika, rangkaian osilator, rangkaian chopper, rangkaian pengendali kecepatan motor,
rangkaian inverter, rangkaian timer dan lain sebagainya.

Pada dasarnya SCR atau Thyristor terdiri dari 4 lapis Semikonduktor yaitu PNPN (Positif
Negatif Positif Negatif) atau sering disebut dengan PNPN Trioda. Terminal “Gate” yang
berfungsi sebagai pengendali terletak di lapisan bahan tipe-P yang berdekatan dengan Kaki
Terminal “Katoda”. Cara kerja sebuah SCR hampir sama dengan sambungan dua buah bipolar
transistor (bipolar junction transistor).

Silicon Controlled Rectifier (SCR) merupakan alat semikonduktor empat lapis (PNPN)
yang menggunakan tiga kaki yaitu anoda (anode), katoda (cathode), dan gerbang (gate) – dalam
operasinya. SCR adalah salah satu thyristor yang paling sering digunakan dan dapat melakukan
penyaklaran untuk arus yang besar.
 Gambar 1 Bentuk fisik SCR

SCR dapat dikategorikan menurut jumlah arus yang dapat beroperasi, yaitu SCR arus
rendah dan SCR arus tinggi. SCR arus rendah dapat bekerja dengan arus anoda kurang dari 1 A
sedangkan SCR arus tinggi dapat menangani arus beban sampai ribuan ampere.

Gambar 2 Konstruksi dan simbol SCR

Simbol skematis untuk SCR mirip dengan simbol penyearah dioda dan diperlihatkan
pada Gambar 2. Pada kenyataannya, SCR mirip dengan dioda karena SCR menghantarkan hanya
pada satu arah. SCR harus diberi bias maju dari anoda ke katoda untuk konduksi arus. Tidak
seperti pada dioda, ujung gerbang yang digunakan berfungsi untuk menghidupkan alat.
PRINSIP KERJA DAN SISTEM OPERASI SCR

Pada prinsipnya, cara kerja SCR sama seperti dioda normal, namun SCR memerlukan
tegangan positif pada kaki “Gate (Gerbang)” untuk dapat mengaktifkannya. Pada saat kaki Gate
diberikan tegangan positif sebagai pemicu (trigger), SCR akan menghantarkan arus listrik dari
Anoda (A) ke Katoda (K). Sekali SCR mencapai keadaan “ON” maka selamanya akan ON
meskipun tegangan positif yang berfungsi sebagai pemicu (trigger) tersebut dilepaskan. Untuk
membuat SCR menjadi kondisi “OFF”, arus maju Anoda-Katoda harus diturunkan hingga berada
pada titik Ih (Holding Current) SCR. Besarnya arus Holding atau Ih sebuah SCR dapat dilihat
dari datasheet SCR itu sendiri. Karena masing-masing jenis SCR memiliki arus Holding yang
berbeda-beda. Namun, pada dasarnya untuk mengembalikan SCR ke kondisi “OFF”, kita hanya
perlu menurunkan tegangan maju Anoda-Katoda ke titik Nol.

Operasi SCR sama dengan operasi dioda standar kecuali bahwa SCR memerlukan
tegangan positif pada gerbang untuk menghidupkan saklar. Gerbang SCR dihubungkan dengan
basis transistor internal, dan untuk itu diperlukan setidaknya 0,7 V untuk memicu SCR.
Tegangan ini disebut sebagai tegangan pemicu gerbang (gate trigger voltage). Biasanya pabrik
pembuat SCR memberikan data arus masukan minimum yang dibutuhkan untuk menghidupkan
SCR. Lembar data menyebutkan arus ini sebagai arus pemicu gerbang (gate trigger current).
Sebagai contoh lembar data 2N4441 memberikan tegangan dan arus pemicu :

VGT = 0,75 V

IGT = 10 mA

Hal ini berarti sumber yang menggerakkan gerbang 2N4441 harus mencatu 10 mA pada
tegangan 0,75 V untuk mengunci SCR.

Gambar 3 SCR yang dioperasikan dari sumber DC

 Skema rangkaian penghubungan SCR yang dioperasikan dari sumber DC diperlihatkan
pada Gambar 3. Anoda terhubung sehingga positif terhadap katoda (bias maju). Penutupan
sebentar tombol tekan (push button) PB1 memberikan pengaruh positif tegangan terbatas pada
gerbang SCR, yang men-switch ON rangkaian anoda-katoda, atau pada konduksi, kemudian
menghidupkan lampu.Rangkaian anoda-katoda akan terhubung ON hanya satu arah. Hal ini
terjadi hanya apabila anoda positif terhadap katoda dan tegangan positif diberikan kepada
gerbang Ketika SCR ON, SCR akan tetap ON, bahkan sesudah tegangan gerbang dilepas. Satu-
satunya cara mematikan SCR adalah penekanan tombol tekan PB2 sebentar, yang akan
mengurangi arus anoda-katoda sampai nol atau dengan melepaskan tegangan sumber dari
rangkaian anoda-katoda.

SCR dapat digunakan untuk penghubungan arus pada beban yang dihubungkan pada
sumber AC. Karena SCR adalah penyearah, maka hanya dapat menghantarkan setengah dari
gelombang input AC. Oleh karena itu, output maksimum yang diberikan adalah 50%; bentuknya
adalah bentuk gelombang DC yang berdenyut setengah gelombang.

Gambar 4 SCR yang dioperasikan dari sumber AC

Skema penghubungan rangkaian SCR yang dioperasikan dari sumber AC diperlihatkan

oleh Gambar 4. Rangkaian anoda-katoda hanya dapat di switch ON selama setengah siklus dan
jika anoda adalah positif (diberi bias maju). Dengan tombol tekan PB1 terbuka, arus gerbang
tidak mengalir sehingga rangkaian anoda-katoda bertahan OFF. Dengan menekan tombol tekan
PB1 dan terus-menerus tertutup, menyebabkan rangkaian gerbang-katoda dan anoda-katoda
diberi bias maju pada waktu yang sama. Prosedur arus searah berdenyut setengah gelombang
melewati depan lampu. Ketika tombol tekan PB1 dilepaskan, arus anoda-katoda secara otomatis
menutup OFF ketika tegangan AC turun ke nol pada gelombang sinus.
 Gambar 5 Aplikasi SCR sebagai kontrol output suplai daya pada motor DC

Ketika SCR dihubungkan pada sumber tegangan AC, SCR dapat juga digunakan untuk
merubah atau mengatur jumlah daya yang diberikan pada beban. Pada dasarnya SCR melakukan
fungsi yang sama seperti rheostat, tetapi SCR jauh lebih efisien. Gambar 5 menggambarkan
penggunaan SCR untuk mengatur dan menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber
AC.

Gambar 6 Aplikasi SCR untuk start lunak motor AC induksi 3 fase

 Rangkaian SCR dari Gambar 6 dapat digunakan untuk “start lunak” dari motor induksi
3 fase. Dua SCR dihubungkan secara terbalik paralel untuk memperoleh kontrol gelombang
penuh. Dalam tema hubungan ini, SCR pertama mengontrol tegangan apabila tegangan positif
dengan bentuk gelombang sinus dan SCR yang lain mengontrol tegangan apabila tegangan
negatif. Kontrol arus dan percepatan dicapai dengan pemberian trigger dan penyelaan SCR pada
waktu yang berbeda selama setengah siklus. Jika pulsa gerbang diberikan awal pada setengah
siklus, maka outputnya tinggi. Jika pulsa gerbang diberikan terlambat pada setengah siklus,
hanya sebagian kecil dari bentuk gelombang dilewatkan dan mengakibatkan outputnya rendah.

APLIKASI SCR

Pada aplikasinya, SCR tepat digunakan sebagai saklar solid-state, namun tidak dapat
memperkuat sinyal seperti halnya transistor. SCR juga banyak digunakan untuk mengatur dan
menyearahkan suplai daya pada motor DC dari sumber AC, pemanas, AC, melindungi beban
yang mahal (diproteksi) terhadap kelebihan tegangan yang berasal dari catu daya, digunakan
untuk “start lunak” dari motor induksi 3 fase dan pemanas induksi. Sebagian besar SCR
mempunyai perlengkapan untuk penyerapan berbagai jenis panas untuk mendisipasi panas
internal dalam pengoperasiannya.

 Aplikasi SCR pada saklar solid state

Solid state relay berfungsi sama seperti halnya relay mekanik, dengan solid state
relay kita dapat mengendalikan beban AC maupun DC daya besar dengan sinyal logika
TTL. Rangkaian solid state relay terdiri dari 2 jenis, yaitu solid state relay DC dan solid
state relay AC. Pada gambar rangkaian dibawah merupakan skema dari rangkaian solid
state relay yang digunakan untuk jaringan AC 220V dengan daya maksimum 500 watt.
Rangkaian solid state relay ini dibangun menggunakan TRIAC BT136 sebagai saklar
beban dan optocopler MOC3021 sebagai isolator. Solid state relay pada gambar
rangkaian dibawah dapat digunakan untuk mengendalikan beban AC dengan konsumsi
daya maksimal 500 watt.

Daya maksimum rangkaian solid state relay ini ditentukan oleh kapasitas
menglirkan arus oleh TRIAC Q1 BT136. Untuk membuat rangkaian solid state relay
dapat dilihat gambar rangkaian dan komponen yang digunakan sebagai berikut.

Gambar 6. Rangkaian Solid State Relay 220VAC 500W

 Rangkaian solid state relay pada gambar diatas dapat digunakan untuk mengendalikan
beban dengan tegangan kerja AC dari 24 volt hingga 220 volt. Rangkaian solid state relay ini
dikendalikan dengan sinyal logika tinggi TTL 2 – 5 volt DC yang diberikan ke jalur input solid
state relay. Untuk meningkatkan daya atau kemampuan arus solid state relay ini dapat dilkukan
dengan mengganti TRIAC Q1 BT136 dengan TRIAC yang memiliki kapasitas arus yang lebih
besar. TRIAC Q1 BT136 pada rangkaian solid state relay diatas harus dilengkapi dengan
pendingin (heatsink) untuk meredam panas yang dihasilkan TRIAC pada saat mengalirkan arus
ke beban.

KELEBIHAN

1. TIDAK ADA KONTAK KONTAKYANG AUS KARENA TERBAKAR

2. TIDAK AKAN MENIMBULKAN BUNGA API
3. SEDIKIT SEKALI MEMBUTUHKAN KOMPONEN KOMPONEN TAMBAHAN