Iklan bawah header

Penggunaan Transistor Sebagai Saklar - Cara Kerja dan Perhitungannya

Transistor merupakan komponen yang terbuat dari bahan semikonduktor yang paling banyak dipakai di rangakaian-rangakaian elektronika. Fungsi transistor yang paling umum dalam rangkaian elektronika adalah sebagai saklar atau switch pada sebuah perangkat DC yang bertegangan rendah.

Transistor yang akan dibahas pada artikel kali ini adalah dari jenis Transistor Bipolar atau BJT (Bipolar Junction Transistor) yang terdiri dari 3 lapisan, 3 kaki terminal dan 2 persimpangan semikonduktor. Dinamakan dengan Bipolar karena melibatkan dua jenis pembawa muatan (carrier) yaitu Electron sebagai pembawa muatan negatif dan Hole yang berperan sebagai pembawa muatan negatif.

Transistor Bipolar terdiri dari 3 wilayah yaitu Basis, Emitor dan kolektor. Emitor merupakan daerah yang di doping berat yang akan memancarkan elektron ke daerah Basis. Sedangkan Basis yang di doping ringan akan meneruskan elektron dari daerah Emitor ke Kolektor. Daerah kolektor yang di doping sedang memiliki peran untuk mengumpulkan elektron dari daerah Basis. Kolektor yang memiliki daerah yang lebih besar ini akan memiliki panas yang lebih dari kedua wilayah lainnya.

BJT (Bipolar Junction Transistor) terdiri dari dua jenis yaitu NPN dan PNP, kedua jenis BJT tersebut sebenarnya memiliki fungsi yang sama, hanya saja berbeda dalam hal biasing dan polaritas catu daya. Dalam Transistor PNP, dua bahan tipe-P mengapit bahan tipe-N sedangkan untuk transistor NPN bahan tipe-P yang diapit diantara dua bahan tipe-N. Kedua jenis transistor tersebut dapat dikonfigurasikan ke dalam berbagai tipe seperti konfigurasi basis umum, common emitor, dan common collector.

Mode Pengoperasian Transistor

Bergantung pada kondisi bias seperti mundur (Reverse) atau maju (Forward), Transistor mempunyai tiga mode operasi utama yaitu mode aktif, cut-off dan saturasi.

1. Mode Aktif

Dalam mode aktif, transistor umumnya digunakan sebagai penguat (amplifier). Dalam mode ini, dua persimpangan berbeda bias yang artinya persimpangan basis-emitor bias maju sedangkan persimpangan kolektor-basis bias terbalik. Pada saat dalam mode ini, arus mengalir antara emitor dan kolektor dan jumlah aliran arus sebanding dengan arus basis.

2. Mode Cut-off

Pada saat mode cut-off ini, baik persimpangan basis-kolektor dan persimpangan basis-emitor dibiaskan terbalik. Dalam mode ini, perangkat akan dimatikan (OFF) karena arus yang mengalir melalui perangkat adalah nol.

3. Mode saturasi

Pada saat mode pengoperasian ini, baik persimpangan basis-emitor dan persimpangan basis-kolektor bias maju. Arus mengalir bebas dari kolektor ke emitor ketika tegangan pada basis-emitor tinggi. Dalam mode ini, perangkat akan sepenuhnya hidup atau ON.

Transistor sebagai Saklar

Penggunaan transistor sebagai saklar ini sering ditemukan di berbagai perangkat elektronik karena memiliki keandalan yang signifikan dengan biaya yang lebih rendah atau lebih murah dibandingkan dengan relay konvensional.

Aplikasi switching jenis ini biasanya digunakan untuk mengendalikan motor, solenoid, beban lampu dan lainnya. Yang perlu kalian ketahui juga, kedua jenis transistor Bipolar yaitu transistor NPN dan PNP bisa digunakan sebagai sakelar.

Sedangkan untuk menggerakan perangkat yang berdaya tinggi, kita bisa menggunakan transistor yang berdaya tinggi untuk menggerakannya.

Transistor NPN sebagai Saklar

Transistor bisa beroperasi sebagai sakelar jika terdapat tegangan di terminal basis. Ketika tegangan yang cukup (Vin > 0.7 V) diberikan diantara terminal basis dan emitor dengan tegangan kolektor ke emitor sekitar sama dengan 0V. Oleh sebab itu, Transistor bertindak sebagai penghubung (sirkuit tertutup atau hubungan pendek). Arus kolektor Vcc / Rc akan mengalir melalui Transistor.

Demikian pula, saat tegangan nol diterapkan pada input, transistor bekerja di daerah cut-off dan bertindak sebagai sirkuit terbuka. Dalam jenis koneksi switching, beban (dalam contoh ini adalah lampu LED) terhubung ke output switching dengan titik referensi. Jadi, saat transistor dinyalakan, arus akan mengalir dari sumber (source) ke tanah (ground) melalui beban seperti pada gambar yang ada dibawah ini.

Transistor NPN sebagai Saklar

Contoh Rangkaian dan Perhitungan Transistor NPN sebagai Saklar

Lihat gambar rangkaian yang ada dibawah ini, Resistansi pada R= 50 kΩ dan Resistansi pada terminal kolektor RC = 0.7 kΩ, sedangkan tegangan Vcc adalah 5V dengan nilai beta 125.

Pada input Basis, sinyal yang bervariasi antara 0 dan 5V diberikan sehingga output pada kolektor dengan memvariasikan Vi di dua kondisi yaitu pada saat kondisi 0V dan kondisi 5V seperti yang ditunjukan pada gambar dibawah.

Rangkaian transistor NPN

Arus Kolektor
Ic = Vcc/Rc ketika VCE = 0
Ic = 5V/0.7 kΩ
Ic = 7.1 mA

Arus Basis
Ib = Ic / β
Ib = 7.1 mA/125
Ib = 56.8 µA

Dari perhitungan di atas, nilai puncak (peak value) arus kolektor dalam rangkaian adalah 7.1 mA ketika Vce = 0. Dan arus basis yang sesuai dengan arus kolektor adalah 56.8 µA. Jadi, jelas bahwa ketika arus basis meningkat melebihi 56.8 µA maka transistor akan masuk ke dalam mode saturasi.

Saat tegangan 0V diterapkan pada input. Maka akan menyebabkan arus Basis menjadi 0V dan karena Emitor di-Ground-kan, persimpangan Basis-Emitor tidak bias maju. Oleh karena itu, transistor dimatikan atau dalam kondisi OFF dan tegangan keluaran kolektor sama dengan 5V.

Ketika

Vi = 0V, Ib = 0 and Ic =0,
Vc = Vcc – (IcRc)
Vc = 5V – 0
Vc = 5V

Namun, apabila tegangan input yang diberikan ke terminal Basis adalah 5V, maka arus Basis dapat ditentukan dengan menerapkan hukum tegangan kirchoff.

Ketika

Vi = 5V
Ib = (Vi – Vbe) / Rb

Untuk Transistor Silicon Vbe = 0.7 V

Maka

Ib = (5V – 0.7V) / 50K ohm
Ib = 86 µA, lebih besar daripada 56.8 µA

Karena arus Basis lebih besar dari 56.8µA, transistor akan didorong ke saturasi yang ON ketika 5V diberikan pada input. Dengan demikian Output pada kolektor menjadi sekitar 0.

Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel