Di dalam dunia elektronika, sebetulnya rangkaian elektronika yang hanya mengenal kondisi arus listrik menyala dan mati, atau dalam dunia digitalnya adalah hanya mengenal 0 dan 1 atau 0 volt dan 5 volt. Dalam beberapa kondisi hal itu di atur dalam konsep switching, switching/saklar adalah komponen mekanis yang bisa memutus atau mengalihkan arus listrik dalam sirkuit elektronik. Show Saklar atau switching dalam dunia rangkaian elektronika bisa di lakukan dengan beberapa cara seperti dengan IC (Integrated Ciruit), transistor (transistor sebagai saklar), atau juga komponen mekanis yang disebutkan di awal, dan lain-lain. Cara kerja transistor sebagai saklar atau biasa disebut sebagai saklar solid state adalah satu aplikasi utama untuk penggunaan transistor, dan transistor sebagai saklar dapat digunakan untuk mengendalikan perangkat elektronika dengan daya tinggi seperti motor, solenoid atau lampu, tetapi transistor sebagai saklar juga dapat digunakan dalam elektronika digital dan sirkuit gerbang logika digital. Nah sudah sudah kita ketahui bahwa area kerja dari sebuah transistor adalah area aktif, area jenuh dan area cut-off. Dalam aplikasi transistor sebagai saklar, yang mana area kerja transistor akan berada di area jenuh dan area cut-off. Transistor Sebagai Saklar: Karakteristik area cut-off Input basis dan basis dibuat ground atau V = 0 volt Gambar tersebut merupakan skema rangkaian kerja dari transistor sebagai saklar. Arus masuk dari kaki basis (Ib) pada transistor adalah nol dan arus keluaran pada kaki kolektor (Ic) juga adalah nol, dan tegangan maksimum berada di kaki kolektor (Vce), kondisi di atas membuat arus tidak bisa memasuki komponen ini, oleh karena itu kondisi ini adalah dimana transistor berada dalam kondisi “full-off” atau kondisi tidak aktif secara penuh. Jadi bisa kita definisikan bahwa kondisi di atas adalah kondisi dimana transistor sebagai saklar berada dalam area kerja cut-off atau tidak aktif secara penuh. Transistor Sebagai Saklar: Karakteristik area jenuh (saturation)Dalam kondisi ini arus yang di kaki basis akan dibuat maksimum sehingga menghasilkan arus maksimum pada kaki kolektor dan membuat tegangan di kaki emitor mengecil atau minimum. Hal ini membuat arus yang maksimal mengalir pada transistor ini, kondisi ini disebut membuat transistor sebagai saklar menjadi “full-on” Input dan basis dihubungkan ke Vcc Arus maksimal mengalir melewati kaki kolektor (Ic = Vcc / Rl) Tegangan yang lewat kaki emitor (Vce) = 0 Transistor beroperasi dalam kondisi saklar tertutup atau closed switch
Salah satu fungsi transistor yang banyak digunakan terutama dalam dunia elektronika digital adalah Transistor Sebagai Saklar atau biasa juga disebut Rangkaian Switching Transistor. Sebagaimana kita ketahui bahwa titik kerja transistor ada 3 yaitu Daerah Jenuh (Saturation), Daerah Aktif, dan Daerah mati (Cut Off). Perhatikan grafik dibawah ini.
Untuk membuat transistor menghantarkan arus, maka pada input kaki basis transistor harus diberikan tegangan yang besarnya harus lebih besar dari 0,3V (untuk transistor germanium) atau 0,7V (untuk transistor silikon). Dalam hal ini kita akan memfungsikan transistor sebagai switch, maka arus basis (Ib) yang mengalir minimal harus sama dengan (sebaiknya lebih besar) arus kolektor (Ic) di bagi Beta DC (Ib-sat >= Ic/βdc) agar transistor berada pada titik jenuh, dan Ib harus lebih kecil dari (atau minimal sama dengan) 0,3V (untuk transistor germanium) dan 0,7V untuk transistor silikon (Simple nya Ib = 0V). Dalam buku Teori Elektronika Dasar yang pernah saya baca, untuk menjamin agar transistor berada di titik saturasi, maka Ib harus dibuat 10 x lebih besar dari Ib saturasi (Ib = 10x(Ic/βdc)). Kita akan mengoperasikan transistor sebagai saklar atau switch, maka transistor hanya bekerja di 2 titik kerja yaitu Daerah Jenuh dan Daerah Cut Off. Ketika transistor berada di daerah Jenuh maka hal tersebut adalah ekivalen dengan saklar sedang tertutup, sedangkan ketika transistor berada di daerah Cut Off maka hal tersebut ekivalen dengan saklar yang sedang terbuka. Transistor Dalam Kondisi Jenuh (Saklar Tertutup / Saklar ON)
Vcc - Ic.Rc - Vce = 0 Maka besar tegangan kolektor emitor (Vce) dapat dicari dengan persamaan : Vce = Vcc - Ic.Rc Karena kondisi saturasi Vce ~= 0V (dalam implementasi nya, Vce bisa dianggap 0V (Vce = 0V)) maka arus kolektor dapat dicari dengan rumus :Ic(sat) = (Vcc - Vce) / Rc = Vcc / Rc Dalam implementasi nya Rc merupakan beban yang digerakkan oleh transistor (misal Relay, LED, dll). Oleh sebab itu spesifikasi transistor yang menggerakkan beban tersebut harus memiliki Ic(max) lebih besar dari Ic(sat) agar transistor tidak mengalami kerusakan. Sebagai pedoman dalam perancangan, agar transistor awet digunakan (tidak mengalami panas maksimum) maka dalam perancangan gunakanlah transistor dengan spesifikasi Ic(max) ≥ (Ic.100)/80 atau Ic(sat) ≤ 80%.Ic(max). Sekarang arus kolektor diatas adalah merupakan arus kolektor saturasi (Ic(sat)), agar transistor tersebut dapat mengalirkan Ic(sat), mak arus basis (Ib(sat)) harus bernilai :Ib(sat) ≥ Ic(sat) / βdc Sebagai pedoman perancangan, mengingat parameter-parameter yang dapat mempengaruhi kerja transistor (seperti suhu, toleransi komponen, dll), maka agar arus basis yang mengalir benar-benar menjamin arus kolektor berada dititik satusari, Ib(sat) dibuat 10 x Ib(sat) :Ib = 10 x Ib(sat) Nah, untuk mencari arus basis (Ib) ini, sesuai dengan gambar diatas, menggunakan rumus :Ib = (Vi - Vbe) / Rb Dalam implementasi dilapangan, yang perlu dicari disini adalah Tahanan Basis (Rb) :Rb = (Vi - Vbe) / Ib Rb = (Vi - 0,7V) / Ib ......... (Untuk transistor silikon) Rb = (Vi - 0,3V) / Ib ......... (Untuk transistor germanium) Transistor Dalam Kondisi Cut Off (Saklar Terbuka / Saklar OFF)
Gambar diatas adalah rangkaian transistor dalam kondisi cut off dan disampingnya adalah rangkaian ekivalennya (Saklar sedang terbuka). Pada gambar diatas, dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis (Vi = 0V) maka transistor akan berada dalam kondisi mati (cut off), sehingga tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Dalam perancangan, arus kolektor yang mengalir (Ic) dapat dianggap 0 (Ic = 0A). Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada gambar disampingnya. Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off adalah : Vce = Vcc - (Ic.Rc) Karena dalam kondisi cut off (mati) Ic = 0A, maka :Vce = Vcc - (0.Rc) Vce = Vcc Besar arus basis untuk membuat arus kolektor (Ic) menjadi 0A adalah sebesar 0A juga, sesuai dengan persamaan berikut ini : Ib = Ic / βdc Ib = 0 / βdc Ib = 0 Ampere Lantas, bagaimana cara untuk mng-cut off transistor ini atau cara agar arus basis menjadi 0A ? Jawabannya ya gampang, tinggal matikan saja tegangan supplai pada kaki basis, ototmatis arus basis akan menjadi 0. Secara matematis dapat dijelaskan seperti berikut : Ib = (Vi - Vbe) / Rb Vi = (Ib.Rb) + Vbe Vi = (0A.Rb) + Vbe Vi = 0 + Vbe Vi ≈ 0V Demikian tutorial ini semoga bermanfaat. Insya Allah pada tutorial selanjutnya kita akan membahas implementasi rangkaian transistor sebagai saklar, yaitu Rangkaian Penggerak Relay.
Berdasarkan karakteristiknya, selain sebagai penguat, transistor juga dapat berfungsi sebagai saklar. Untuk mengetahui cara kerja transistor sebagai saklar, sebaiknya dipahami terlebih dahulu istilah Cut-Off dan Saturasi pada transistor. Cut-Off adalah kondisi transistor dimana arus basis sama dengan nol (IB = 0), arus output pada Collector (IC) sama dengan nol, dan tegangan pada Collector adalah maksimal atau sama dengan tegangan supply (VCE = VCC). Saturasi adalah kondisi transistor dimana arus basis adalah maksimal (IB=Max), arus Collector adalah maksimal (IC=Max), dan tegangan Collector-Emitor adalah minimal (VCE=0). Apabila rangakaian transistor sebagai saklar menggunakan jenis transistor NPN, maka ketika basis diberi tegangan tertentu, transistor akan berada dalam kondisi ON (Saturasi), besarnya tegangan pada basis tergantung dari spesifikasi transistor itu sendiri (hFE, Vcc, dan IC Max).Terminal Basis akan mengontrol arus yang mengalir dari Collector ke Emitor. Arus atau tegangan tertentu yang dihubungkan ke input (terminal Basis) akan menyebabkan transitor saturasi seperti halnya saklar tertutup seolah-olah terminal Collector dan Emitor terhubung singkat seperti saklar tertutup, akibatnya arus akan mengarir dari Collector ke Emitor. Pada kondisi ini tegangan Collector-Emitor (VCE) mendekati nol (0 Volt) . Sebaliknya jika tidak terminal Basis tidak diberi arus atau tegangan, maka transistor akan berada dalam kondisi Cut-Off dan terminal Collector-Emitor terputus seolah saklar terbuka, akibatnya arus tidak akan mengalir dari Collector ke Emitor. Dalam kondisi ini tegangan Collector-Emitor akan maksimal (sama dengan VCC). Contoh: Sebuah transistor NPN mempunyai penguatan (hFE) 100 kali dan IC= 20mA. Jika tegangan Vcc = 5 Volt, maka RB (Resistor pada Basis) yang dibutuhkan untuk menghasilkan arus Basis agar transitor menjadi ON adalah:
Pada gambar di atas, lampu L1 akan menyala jika Basis diberi tegangan 5 Volt dan akan padam ketika Basis (Vin)= 0 Volt. Pada saat L1 On, transistor bekejra seperti saklar tertutup dan ketika L1 Off, transistor bekerja seperti saklar terbuka. Transistor sebagai saklar ini menjadi cikal-bakal pembuatan IC Digital logika (logic gate). Referensi:Tutorial Elektronika, Komputer, dan lain-lain (Transistor Sebagai Saklar Bagian 1 dan Bagian 2) |
Bagaimana menghitung ic pada saat transistor berfungsi sebagai switch
Pos Terkait
Copyright © 2024 ketajaman Inc.
