Transistor Sebagai Saklar

√ Transistor Sebagai Saklar Bagaimana Cara Kerjanya?

Diposting pada

Elektronikindo.com – √ Transistor Sebagai Saklar Bagaimana Cara Kerjanya?. Transistor adalah salah satu komponen elektronik paling fundamental yang telah merevolusi dunia teknologi modern. Artikel ini akan mengupas secara mendalam tentang peran transistor sebagai saklar dalam rangkaian elektronik. Dengan menggali cara kerjanya, kita dapat memahami bagaimana transistor mampu mengontrol arus listrik dengan presisi yang tinggi, sehingga menjadi tulang punggung dari berbagai perangkat elektronik mulai dari komputer hingga peralatan elektronik rumah tangga.

Dalam dunia teknologi, pemahaman tentang prinsip kerja transistor sangatlah penting. Artikel ini akan menguraikan mekanisme dasar di balik fungsi transistor sebagai saklar, menjelaskan bagaimana sinyal listrik kecil dapat mengendalikan aliran arus yang lebih besar dengan tepat dan efisien. Dengan demikian, pembaca akan dapat mengapresiasi peran transistor dalam menggerakkan perkembangan teknologi modern menuju masa depan yang lebih canggih dan terhubung secara elektronik.

Apa itu Transistor?

Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang memainkan peran kunci dalam teknologi elektronik modern. Selain digunakan untuk mengalihkan sinyal dan memperkuat sinyal lemah, transistor juga merupakan komponen dasar dalam pembuatan ribuan hingga jutaan sirkuit terpadu yang membentuk memori komputer dan perangkat elektronik canggih lainnya.
Dalam konteks sakelar, transistor berfungsi untuk membuka atau menutup jalur arus listrik dalam sebuah rangkaian, yang menjadikannya ideal untuk aplikasi tegangan rendah dengan konsumsi daya yang minim. Ketika beroperasi, transistor dapat berada dalam dua keadaan utama: daerah cutoff, di mana arus tidak mengalir, atau daerah saturasi, di mana arus dapat mengalir secara maksimal melalui transistor tersebut.

Transistor sebagai Saklar

Transistor sebagai saklar BJT mengatur aliran arus dengan mengatur biasingnya sesuai dengan kurva karakteristik IV yang menggambarkan hubungan antara tegangan kolektor-emitor (Vce) dan arus kolektor (Ic). Dalam pengaturan ini, transistor dapat beroperasi dalam tiga mode utama: wilayah aktif, di mana ia berfungsi sebagai penguat; wilayah saturasi, di mana transistor berada dalam kondisi ON penuh sehingga arus dapat mengalir dengan maksimal; dan wilayah cut-off, di mana transistor berada dalam kondisi MATI sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui kolektor dan emitor.

Baik transistor NPN maupun PNP dapat diaplikasikan sebagai saklar dalam berbagai rangkaian elektronik. Penggunaan transistor sebagai saklar seringkali terlihat dalam aplikasi daya, di mana mereka dapat mengontrol aliran arus yang lebih besar dengan menggunakan arus yang lebih kecil sebagai inputnya. Dalam kondisi ini, transistor mampu beroperasi tanpa memerlukan transistor sinyal tambahan untuk mengontrolnya, menjadikannya pilihan yang efisien dan handal dalam desain rangkaian elektronik modern.

Mengapa Menggunakan Transistor Daripada Switch?

Saat mengimplementasikan transistor sebagai pengganti saklar, bahkan arus basis yang sangat kecil saja sudah cukup untuk mengontrol arus beban yang jauh lebih besar di terminal kolektor. Penggunaan transistor sebagai pengganti saklar seringkali melibatkan penggunaan relay atau solenoid untuk mengendalikan beban yang lebih besar secara efektif. Transistor Darlington adalah pilihan yang ideal ketika perlu mengatur tingkat arus atau tegangan yang lebih tinggi, karena konfigurasi ini menyediakan penguatan arus yang lebih besar daripada transistor tunggal.

Secara ringkas, beberapa kondisi yang perlu dipertimbangkan saat menggunakan transistor sebagai saklar adalah:

  1. Ketika menggunakan BJT sebagai saklar, pastikan transistor dioperasikan dalam kondisi ON tidak lengkap atau ON lengkap.
  2. Transistor memungkinkan arus basis minimal untuk mengendalikan arus kolektor yang lebih tinggi.
  3. Saat mengaplikasikan transistor untuk menggantikan relay atau solenoid, disarankan untuk menggunakan dioda flywheel untuk melindungi transistor dari lonjakan tegangan balik.
  4. Untuk mengatur nilai tegangan atau arus yang lebih tinggi, transistor Darlington menawarkan kinerja yang lebih baik karena kemampuannya dalam memberikan penguatan arus yang tinggi.

Mode Pengoperasian Transistor

Transistor memiliki tiga mode operasi utama tergantung pada kondisi biasnya, yaitu maju (Forward) atau mundur (Reverse), yang meliputi mode aktif, cut-off, dan saturasi. Sebelum kita menjelajahi lebih jauh tentang fungsi transistor sebagai saklar, penting untuk memahami ketiga mode operasi transistor ini terlebih dahulu.

1. Mode Aktif

Mode Aktif pada transistor mengacu pada kondisi di mana transistor berfungsi sebagai penguat arus. Dalam mode ini, transistor diatur sedemikian rupa sehingga persimpangan basis-emitor (junction) diberi bias maju (forward bias), sedangkan persimpangan kolektor-basis (junction) diberi bias terbalik (reverse bias). Pada saat ini, arus dapat mengalir dari emitor ke kolektor, dan jumlah arus yang mengalir antara kedua terminal ini sebanding dengan arus basis yang diberikan.

Dalam praktiknya, mode aktif memungkinkan transistor untuk menguatkan sinyal atau arus yang diberikan pada basisnya dengan perbandingan tertentu terhadap arus yang mengalir melalui kolektor dan emitor. Ini membuat transistor sangat berguna dalam aplikasi penguat dan memungkinkan kontrol yang presisi terhadap arus atau sinyal yang lebih besar dalam sirkuit elektronik. Dalam rangkaian penguat, mode aktif memastikan transistor bekerja dalam kondisi yang stabil dan menghasilkan output yang sesuai dengan input yang diberikan.

2. Mode Cut-off

Dalam mode ini, baik persimpangan basis-kolektor maupun persimpangan basis-emitor diberi bias terbalik. Akibatnya, tidak ada arus yang dapat mengalir dari kolektor ke emitor ketika tegangan basis-emitor rendah. Dalam kondisi ini, perangkat transistor sepenuhnya dimatikan (OFF), karena tidak ada aliran arus yang terjadi melalui perangkat tersebut.

Karakteristik Wilayah Cut-off

Karakteristik dari wilayah cut-off adalah sebagai berikut:

  • Terminal basis dan input terhubung ke ground, sehingga tegangan adalah ‘0’ volt.
  • Tegangan pada persimpangan basis-emitor kurang dari 0,7 volt.
  • Persimpangan basis-emitor diberi bias terbalik.
  • Transistor berfungsi sebagai saklar yang terbuka (OPEN).
  • Ketika transistor benar-benar OFF, ia berada dalam wilayah cut-off.
  • Persimpangan basis-kolektor diberi bias terbalik.
  • Tidak ada arus yang mengalir melalui terminal kolektor, sehingga Ic = 0.
  • Nilai tegangan antara emitor dan kolektor, serta pada terminal output, adalah ‘1’ volt.

3. Mode Saturasi

Dalam mode operasi ini, baik basis-emitor maupun basis-kolektor diberi bias maju. Arus dapat mengalir secara bebas dari kolektor ke emitor ketika tegangan basis-emitor tinggi. Dalam kondisi ini, perangkat transistor sepenuhnya aktif atau ON.

Karakteristik Daerah Saturasi

Karakteristik dari daerah saturasi adalah sebagai berikut:

  • Terminal basis dan input terhubung ke Vcc = 5 volt.
  • Tingkat tegangan pada persimpangan basis-emitor lebih besar dari 0,7 volt.
  • Persimpangan basis-emitor diberi bias maju.
  • Transistor berfungsi sebagai saklar yang tertutup.
  • Ketika transistor benar-benar OFF, ia berada dalam daerah saturasi.
  • Persimpangan basis-kolektor diberi bias maju.
  • Arus yang mengalir melalui terminal kolektor adalah Ic = (Vcc / RL), di mana RL adalah resistansi beban.
  • Nilai tegangan antara emitor dan kolektor, serta pada terminal output, adalah ‘0’ volt.
  • Ketika tegangan pada persimpangan kolektor-emitor adalah ‘0’ volt, ini menunjukkan kondisi ideal dari saturasi.

Cara Kerja Transistor Sebagai Saklar

Selain itu, cara kerja transistor sebagai saklar dapat diuraikan secara detail sebagai berikut:

Transistor NPN sebagai Sakelar

Berdasarkan tegangan yang diberikan pada terminal basis transistor, operasi pengalihan terjadi. Ketika tegangan yang mencukupi (V IN > 0,7 V) diterapkan antara basis dan emitor, tegangan dari kolektor ke emitor hampir mendekati nol. Sebagai akibatnya, transistor berperan sebagai hubung singkat. Arus kolektor, sebesar V CC / R C, mengalir melalui transistor.

Sebaliknya, ketika tidak ada tegangan atau tegangan nol yang diberikan pada input, transistor berada dalam kondisi cutoff dan berfungsi sebagai rangkaian terbuka. Pada jenis switching ini, beban (seperti LED) terhubung ke output switching dengan titik referensi tertentu. Jadi, ketika transistor diaktifkan, arus akan mengalir dari sumber ke ground melalui beban tersebut.

Contoh Rangkaian dan Perhitungan Transistor NPN sebagai Sakelar

Sebagai contoh, pada rangkaian di bawah ini, resistansi pada RB = 50 kΩ dan resistansi pada terminal Kolektor RC = 0,7 kΩ, dengan tegangan Vcc sebesar 5V dan nilai beta transistor sebesar 125. Input pada Basis menerima sinyal yang bervariasi antara 0 dan 5V. Ini menyebabkan variasi output pada Kolektor yang terlihat saat input Vi berada pada dua kondisi, yaitu 0V dan 5V, seperti yang tergambar dalam gambar rangkaian tersebut.

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 tersebut, nilai maksimum atau puncak arus kolektor dalam rangkaian adalah 7.1 mA ketika Vce = 0V. Arus basis yang sesuai dengan arus kolektor adalah 56.8 µA. Oleh karena itu, jelas bahwa jika arus basis melebihi 56.8 µA, transistor akan masuk ke mode saturasi.

Ketika input diterapkan dengan tegangan 0V (atau tidak ada tegangan yang diberikan), arus basis menjadi nol dan karena emitor di-ground-kan, persimpangan basis-emitor tidak diberi bias maju. Akibatnya, transistor dalam kondisi OFF dan tegangan keluaran pada kolektor akan tetap sebesar 5V.

Ketika

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

Namun, jika tegangan input yang diberikan ke terminal Basis adalah 5 volt, arus Basis dapat dihitung dengan menerapkan hukum Kirchhoff pada hukum tegangan.

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

Dengan arus basis melebihi 56,8 µA, transistor akan dipaksa masuk ke dalam kondisi saturasi penuh ketika input diberikan 5V. Sebagai hasilnya, output pada kolektor transistor akan mendekati nol.

BACA JUGA :

Penutup

Dalam mengakhiri artikel elektronikindo.com ini, kita telah memahami secara mendalam bagaimana transistor berfungsi sebagai saklar dalam dunia elektronika.

Dari pembahasan tentang mode operasi seperti aktif, cut-off, hingga saturasi, kita melihat bagaimana transistor dapat mengontrol aliran arus dengan tepat berdasarkan sinyal yang diberikan pada terminal basisnya.

Transistor tidak hanya mengubah status dari ON ke OFF atau sebaliknya, tetapi juga memungkinkan aplikasi yang luas dalam pengendalian daya dan sinyal di berbagai perangkat elektronik.

Dengan teknologi yang terus berkembang, pemahaman tentang prinsip kerja transistor sebagai saklar tetap menjadi landasan penting dalam inovasi dan desain sistem elektronika masa depan.

Tinggalkan Balasan

Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *