Cara Kerja Transistor Sebagai Saklar

by

Selain digunakan sebagai penguat tegangan maupun arus listrik, transistor juga dapat difungsikan sebagai saklar yang dapat menymbung dan memutuskan arus DC. Cara kerja transistor sebagai saklar didapat dari proses pengendalian tegangan bias basis sehingga transistor dapat diatur berada dalam kondisi Cut Off ataupun Saturasi.

Secara umum baik transistor jenis PNP maupun NPN dapat digunakan sebagai saklar elektonik. Namun harus diperhatikan cara penerapan tegangan terhadap masing masing terminal transistor. Karena secara struktur kedua jenis transistor tersebut berbeda dalam sususnan bahan semikonduktornya. Sehingga cara pemeberian tegangannya pun akan berbeda juga.

Saklar transistor sering digunakan pada rangkaian yang membutuhkan pengalihan kondisi On dan Off tegangan DC dengan arus rendah seperti pada rangakian digital yang hanya mempunyai arus kecil. Sementara untuk daya tinggi, saklar elektornik yang terbuat dari trasisotr ini kurang disarankan karena dapat menyebabkan kerusakan transistor.

Prinsip Kerja Transistor Sebagai Saklar

Seperti sudah dijelaskan pada materi awal pembahasan transistor bipolar, trasistor memiliki tiga buah kondisi ketika beroperasi di dalam rangkaian elektronika. Ketiga kondisi tersebut adalah : kondisi aktif, Cut Off dan Saturasi. 
Agar bisa bekerja sebagai sebuah saklar elektronika, transistor hanya akan dibuat berada dalam dua kondisi saja : kondisi Cut Off layaknya sakalar terbuka dan kondisi Saturasi seperti saklar dalam keadaan tertutup.
Untuk mengubah transistor agar bisa beralih dalam dua kondisi yang berbeda tersebut dilakukan dengan pengendalian pemeberian biasa tegangan pada basisnya.

 Kondisi Cut Off

Pada kondisi ini basis transistor tidak diberikan bias tegangan, sehingga arus biasa basis transistor adalah nol (Ib = 0). Sementara tegangan pada kolektor berada dalam kondisi maksimum (Vce = max) sedangkan arus koleketornya adalah nol ( Ic = 0). Kondisi ini menyebabkan lapisan deplesi pada persimpangan PN transistor melebar sehingga tidak bisa mengalirkan arus listrik dari kolektor menuju emitor. Keadaan transistor seperti ini sama seperti saklar dalam keadaan terbuka.
Kondisi transistor ketika Cut Off : 
  • Input basis terhubung ke ground sehingga tegangan bias basis Vb = 0 Volt
  • Tegangan pada emitor-basis Vbe = < 0,7 Volt
  • Arus kolektor Ic = 0 
  • Tegangan output Vout = Vce = Vcc
  • Transistor seperti saklar terbuka
Kondisi transistor sebagai saklar Cut Off

Kondisi Saturasi

Dalam kondisi saturasi, transistor diberikan bias basis secara maksimum sehingga menghasilkan aliran arus kolektor – emitor. Aliran arus listrik pada koleketor menuju emitor ini sebagi akibat penipisan pada area deplesi di persimpangan PN transistor. 
Berikut ini karakteristik transistor saat berada di kondisi saturasi :
  • Basis terhubung ke Vcc sehingga Vb = Vcc
  • Tegangan pada emitor-basis Vbe > 0,7 Volt
  • Arus kolektor Ic = max
  • Tegangan Vout = Vce = 0
  • Transistor seperti saklar tertutup
Cara kerja transistor dalam kondisi saturasi

Rangkaian Transistor Sebagai Saklar

Dibawah ini merupakan contoh penggunaan trasistor NPN sebagai saklar yang terhunbung dengan relay. Dalam rangkaian tersebut relay merupakan beban yang akan dioperasikan oleh transistor agar bisa beroperasi. Dioda D digunakan untuk membuang muatan listrik elektromagnetik yang terbentuk pada kumparan relay yang dapat merusak transistor.
Rangkaian transistor sebagai saklar
Bentuk konfigurasi rangkaian transistor dengan sistem Common Emiter, namun diberlakukan sebagai saklar. Sebagai sebuah saklar, idealnya saat dalam keadaan Cut Off dimana transistor berada dalam kondisi terbuka tidak terdapat hambatan antara koleketor dan emitor. Sehingga arus dapat mengalir secara bebas. Namun pada kenyataannya masih terdapat sedikit kebocoran arus listrik yang melintasi persimpngan PN.

Transistor dapat dibuat ON ketika diberikan aliran arus bias basis lebih dari 0,7 Volt. Sehingga transistor akan berada dalam kondisi saturasi dimana aliran arus pada kolektor menuju emeitor dapat dikendalikan melalui terminal basis.

Contoh Perhitungan :

1). Sebuah transistor yang memiliki nilai beta (β) 200 dan arus kolektor (Ic) 4mA digunakan sebagai saklar dengan tegangan input basis (Vin) 2,5 Volt dan arus basis ( Ib ) sebesar 20μA. Berapan nilai resistensi resistor yang diperlukan untuk menjadikan transistor tersebut ON secara penuh ?

Jawab :

Rb = (Vin – Vbe) / Ib = (2,5V – 0,7V) / 20 x 10-6 = 90 KΩ

2). Hitung juga berapa arus minimum basis yang dibutuhkan untuk mengangkat beban arus kolektor (Ic) sebesar 200mA  dengan tegangan input basis dinaikan menjadi 5 Volt agar transistor dapat berubah menjadi ON ?

Jawab :

Ib = Ic / β = 200mA / 200 = 1 mA

Sedangkan hambatan resistor basis (Rb) adalah :

Rb = (Vin – Vbe) / Ib = (5V – 0,7V) / 0,001A = 4,3 KΩ

Dari contoh perhitungan diatas, kita dapat memahami untuk menjadikan transistor sebagai saklar harus diperhitungkan juga besar aliran arus beban yang akan diswitch oleh transistor. Sehingga kita bisa menentukan besar arus minimal bias basis yang dibutuhkan. Pengaturan arus bias basis dilakukan dengan menggunakan resistor sebagai pembatas arus listrik.

Leave a Comment