Prinsip Kerja Transistor Sebagai Saklar dan Karakteristiknya

Prinsip Kerja Transistor Sebagai  Saklar ( Switch )

Saat mendengar kata " saklar" pasti tidak asing lagi di telinga kita semua. Seperti yang kita ketahui saklar adalah suatu komponen yang memiliki dua keadaan yaitu ON dan OFF. Pada kondisi off arus tidak bisa mengalir karena terputus aliran arusnya. Sedangkan pada kondisi on tentunya tidak ada hambatan yang menghalangi sehingga arus dapat mengalir dengan bebas. Saklar sendiri memiliki arti berupa media penghubung dan pemutus aliran listrik. Dalam kehidupan sehari-hari misalnya, Anda bisa menemukan saklar pada penggunaan lampu di rumah. Begitu juga dengan kinerja atau prinsip kerja dari transistor, dari hal tersebut dapat dikatakan bahwa transistor berfungsi sebagai saklar.

Berdasarkan daerah operasinya,titik kerja transistor terbagi menjadi  2 diantaranya :

    

1. Cut-off Region

Ini adalah kondisi operasi dimana keadaan transistor arus input basis ( Ib), arus output kolektor ( Ic )  adalah nol dan maksimum tegangan kolektor (Vce) yang mana hasilnya adalah sebuah depletion layer yang besar dan menyebabkan tidak ada arus yang mengalir melalui perangkat. Oleh karena itu transistor dapat dikatakan sebagai saklar "OFF".

Dari keadaan tersebut kita dapat mendefinisikan "Cut-off Region" atau "mode saklar OFF" ketika menggunakan sebuah transistor bipolar sebagai saklar, antara kedua hubungan ( junction ) direverse bias, Vb < 0,7V dan Ic = 0. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus negatif terhadap basis.

Kalau arus basis yang cukup telah diberikan, maka arus kolektor akan mengalir ke kaki emitor transistor. Bagaimana bila arus basis terus diberikan dengan lebih besar ?. Inilah yang disebut dengan kondisi saturasi. Jika arus pada basis transistor diberikan lebih besar dari yang diperlukan oleh transistor untuk mencapai saturasi, maka transistor berada dalam keadaan over saturation, tegangan kolektor - emitor kecil (sekitar 0,2 - 0,3 Volt) dan itu berarti transistor berada dalam keadaan saklar tertutup.

Karakteristik Cut-off  ( Transistor dalam keadaan OFF ) :

Dari perumpamaan transistor sebagai saklar diketahui bahwa komponen transistor memiliki sifat atau karakteristik saklar. Ketika kaki basis transistor tidak diberikan arus, tidak ada arus emitor, berarti transistor terbuka atau saklar terbuka ( Open) atau  Off) biasa disebut cut-off.

    Cut - Off  = Kondisi Terbuka ( Open )

Pada kondisi terbuka ( Open ) transistor memiliki beberapa karakteristik atau cirri, diantaranya :

• - Input dan basis di groundkan (0V)
• - Tegangan Basis - Emitor Vbe < 0,7V
• - Basis - Emitor Junction terangkai Reverse Bias
• - Basis - Kolektor Junction terangkai Reverse Bias
• - Transistor dalam keadaan " Terbuka atau OFF " ( dalam keadaan Cut-off Region )
• - Tidak ada arus yang mengalir pada kolektor ( Ic = 0 )
• - Transistor bekerja sebagai sebuah "saklar terbuka"

Definisikan "Cut-off Region" atau mode "OFF" ketika menggunakan sebuah bipolar transistor yang digunakan sebagai saklar, kedua hubungan junction dalam keadaan Reverse Bias, Vb < 0,7V dan Ic = 0. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus lebih negatif terhadap Basis.

Dari salah satu fungsi transistor yang dapat menghubungkan serta memutuskan arus listrik, maka transistor bisa digunakan sebagai saklar. Saklar sendiri memiliki arti berupa media penghubung dan pemutus aliran listrik. Dalam kehidupan sehari-hari misalnya, Anda bisa menemukan saklar pada penggunaan lampu di rumah. Bahkan saklar untuk menghidupkan pompa air juga bisa menggunakan transistor. Penggunaan transistor sebagai saklar pada dasarnya seperti prinsip pada kran air. Ketika kran dibuka, maka air akan keluar dan ketika kran ditutup, maka air akan berhenti. Begitupun pada saklar. 

Ketika saklar ini ditekan, akan memutus jaringan listrik, sehingga lampu tidak menerima aliran listrik sehingga lampu akan mati. Ketika saklar ditekan dan lampu menyala, berarti lampu memiilki aliran listrik yang jalannya dibuka oleh saklar ini. Sebenarnya, selain transistor, sebenarnya telah terdapat rangkaian khusus pada saklar tanpa transistor. Tapi terdapat beberapa kelebihan jika menggunakan transistor sebagai saklar, yaitu :

    a. Tidak menimbulkan suara dan percikan api saat terjadi on - off

    b. Bentuk fisik yang jauh lebih kecil

    c. Lebih ekonomis.

Karena arus kolektor pada transistor proporsional dan dibatasi oleh arus basis, maka transistor dapat digunakan sebagai pengontrol arus seperti fungsi saklar. Dengan melewatkan arus yang kecil pada basis, maka kita bisa mengontrol aliran arus yang lebih besar yaitu arus yang melewati kolektor-emitor.

  

2. Daerah Saturasi ( Saturation Region )

Disini adalah kondisi dimana transistor yang akan dibiaskan  dalam jumlah maksimum yang mengalir pada Arus Bias (Ib) sehingga arus kolektor maksimum dan mengakibatkan kolektor-emitor menjadi tegangan jatuh yang mengakibatkan penipisan lapisan junction sekecil mungkin dan arus maksimum dapat melalui transistor. Oleh karena itu transistor aktif dan dalam kondisi "Saklar Tertutup ( Close )"

Karakteristik Saturasi (Transistor dalam keadaan ON) :

• - Input dan Basis terhubung ke VCC
• - Tegangan Basis - Emitor VBE >0,7V
• - Hubungan Junction antara Basis - Emitor dalam keadaan Forward Bias (Bias Maju)
• - Hubungan Junction antara Basis - Kolektor dalam keadaan Forward Bias (Bias Maju)
• - Transistor dalam sepenuhnya dalam kondisi "ON"
• - Arus maksimal Kolektor ( IC = VCC / RL )
• - VCE = 0 ( Ideal Saturasi )
• - Vout = VCE = 0
• - Transistor bekerja sebagai sebuah "saklar tertutup"

Ketika kita mendefinisikan "Saturasi Region atau Daerah Saturasi" atau mode "ON" menggunakan sebuah transistor bipolar sebagai saklar, kedua hubunga juction dalam keadaan forward bias atau panjar maju. dimana Vb > 0,7V dan Ic =  Maksimum. Untuk transistor PNP, potensial emitor harus lebih positif terhadap Basis.

Transistor sebagai saklar biasanya digunakan sebagai aplikasi seperti antarmuka  perangkat dengan arus yang besar atau perangkat dengan tegangan yang tinggi seperti motor, relay, lampu atau IC digital logika tegangan rendah atau gate seperti AND gate atau OR gate. Output dari digital logic gate hanya +5V tetapi perangkat untuk mengkontrolnya mungkin memerlukan suplay tegangan 12 Volt atau bahkan 24 Volt. Atau beban seperti sebuah motor DC yang memerlukan kecepatan penggendalian menggunakan pulsa PWM ( Pulse Width Modulation ). Transistor sebagai saklar akan berjalan lebih cepat daripada saklar mekanik konvensional.  

Digital Logic Transistor Switch

Pada salah satu contoh dasar transistor sebagai saklar menggunakan logic gate AND, dimana Basis resistor, RB diperlukan untuk membatasi arus output dari logic gate dan sebagai input masukan ON/OFF bagi transistor.

Kita dapat juga menggnakan Transistor PNP sebagai saklar, perbedaannya kali ini adalah beban yang dihubungkan dngan ground (0 Volt) dan transistor PNP mengallihkan daya padanya. Untuk menjadikan transistor PNP bekerja sebagai saklar pada posisi "ON", terminal Basis terhubung dengan ground atau nol Volt (0 Volt).

Persamaan untuk menghitung resistansi Basis, Arus kolektor dan tegangan tentunya sama seperti transistor NPN sebagai saklar sebelumnya. Perbedaannya adalah kali ini bahwa kita menggalihkan daya dengan sebuah transistor PNP (sumber arus) bukannya menggalihkan ground dengan sebuah NPN Transistor (Membuang Arus).

sebenarnya masih banyak sekali perangkat aatau rangkaian yang menggunakan fungsi transistor sebagai saklar. beberapa rangkaian didesign sesuai kebutuhan untuk mendapatkan hasil yag lebih baik. selamat menjoba, terima kasih