BAB II LANDASAN TEORI

BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Power Regulator Pada umumnya adalah sebagai alat atau perangkat keras yang mampu menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya.

2.2. Komponen-komponen Primer Tidak ada persyaratan khusus yang penulis tentukan terhadap perataperata masukan dan kapasitor penyimpan pada peralatan yang akan dirancang ini. Sehingga ini akan sama dengan yang digunakan pada tipe-tipe power regulator lain akan tetapi akan dipilih untuk memenuhi tingkat daya dan persyaratan untuk peralatan Air Field Lighting. 2.2.1. Transistor Saklar Primer Transistor saklar pada pemasok daya regulator ini akan sangat stress. Tingkat arus tergantung pada beban maksimum, efisiensi, tegangan masukan, mode operasi dan rancangan regulator. Ini akan dibentuk dengan menghitung arus kolektor puncak pada tegangan masukan minimum dan beban maksimum. 2.2.2.

Dioda dan pemakainya Diode merupakan alat dengan dua terminal dan terbentuk dari dua

jenis semi konduktor (jenis p dan jenis n) yang tersambung. Alat ini mampu

7

http://digilib.mercubuana.ac.id/

dialiri arus secara relatif mudah dalam satu arah, tetapi amat sukar dalam arah kebalikannya.

Anoda

Katoda P

Anoda

Katoda

N

Gambar 2.1 : Symbol diode Diode yang banyak digunakan saat ini adalah diode dengan bahan dari silicon dengan batas tegangan tembus sebesar 0,7 volt dan diode yang terbuat dari bahan germanium dengan batasan tegangan tembus 0,3 Volt. Bila dioda dihubungkan dengan sumber listrik dari baterai, dimana kutub positif (anoda) dihubungkan dengan sumber positif baterai dan kutub negative (katoda) dioda dihubungkan dengan sumber negatif baterai, maka arus akan mengalir. Hal ini dinamakan forward bisa. Apabila anoda dihubungkan dengan negatif baterai dan katoda dihubungkan dengan positif baterai, maka arus listrik tidak mengalir. Hal ini dinamakan reverse bias. Diode secara umum difungsikan sebagai penyearah (rectifier). Ada tiga jenis penyearah yaitu penyearah jembatan gelombang penuh, penyearah gelombang penuh dan penyearah setengah gelombang.

8


Gambar 2.2 : Rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh. Pada penyearah gelombang penuh, besar tegangan DC dapat dicari dengan rumus:

f out = 2 f in

………………..(2.1)

Keterangan : f in

= Frekuensi maksimum (Hz)

f out

= Frekuensi keluaran (Hz)

Besarnya tegangan DC yang dihasilkan oleh rangkaian dapat diketahui dengan persamaan :

V dc =

………………..(2.2)

Keterangan : Vdc = Tegangan dc (volt) 2

= Konstanta

Vp = Tegangan puncak π

= Phi (3,14)

9


Dioda tersusun atas „pn junction‟, dan didesain sedemikian rupa sehingga mampu menghasilkan arus pada satu arah saja, seperti gambar.

Anoda

p

n

Katoda

R

DC

Gambar 2.3 : Arah arus pada diode Karakteristik tegangan versus arus bagi diode seperti pada gambar (2.3)

D R

Vb

Gambar 2.3 : Pengaturan tegangan diode Maka dengan tegangan yang kecil saja (umumnya kira-kira 0,6-0,7 volt), akan mengalir arus maju. Dengan penaikan tegangan yang sedikit saja sudah didapat arus maju yang besar. Sebaliknya, apabila diode diberi tegangan balik (gambar 6.3b), maka untuk tegangan yang masih dibawah V (lihat karakteristik diode), arus tidak akan mengalir. Tetapi, untuk tegangan di atas V, akan mengalir

10


arus balik yang besar. Pada umumnya, pada titik batas ini, diode sudah tidak mampu lagi menahan disipasi daya yang sangat besar, karena V besar dan arus baliknya juga besar. Tgangan V disebut juga tegangan tembus (peak inverse voltage).

2.2.3. Pengatur Tegangan (IC 78XX) IC 78XX adalah regulator tegangan positif dengan tiga terminal, masingmasing input, Ground dan output. IC 78XX tersedia untuk beberapa nilai tegangan keluaran seperti terlihat pada tabel. Table 2.1. Informasi nilai arus dan tegangan IC regulator 7812 Type 7805 7806 7808 7809 7810 7812 7815 7818 7824

VOUT (Volt) 5 6 8 9 10 12 15 18 24

IOUT (A) 78XXC 78LXX 78MXX 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5 1 0,1 0,5

VIN (Volt) Min Maks 7,5 20 8,6 21 10,5 23 11,5 24 12,5 25 14,5 27 17,5 30 21 33 27 38

Meskipun semula dirancang untuk regulator tegangan tetap, namun regulator ini dapat dikembangkan untuk tegangan dan arus yang dapat diatur. Rangkaian dasar 78XX ditunjukkan gambar 10, untuk tegangan dan arus output sesuai nilai nominalnya.

11


Gambar 2.5 : Rangkaian dasar regulator 78XX C1 diperlukan jika regulator jauh dari Kapasitor Filter pencatu daya sedangkan C2 diperlukan untuk memperbaiki hasil output. Dalam penerapannya, tegangan masukan VIN harus lebih besar dari tegangan keluaran (lihat tabel 1) jika kurang maka regulator tidak berfungsi tetapi bila melebihi nilai V IN maksimumnya dapat merusak regulator. 2.2.4. Light Emitting Diode (LED) LED adalah merupakan suatu diode yang dipasang dalam suatu wadah yang tembus pandang dan akan menyala bila dilalui arus sekitar 20 mA. Tegangan pada diode tidaklah 0,6 volt akan tetapi diantara 1,6 – 2,4 volt atau mempunyai tegangan ambang antara 1,6 – 2,7 volt dan tergantung pada warnanya. Pada diode silicon tegangan ini adalah sekitar 0,7 volt namun tidak mengeluarkan cahaya.. Dalam kondisi menghantar LED dapat dipandang sebagai saklar menutup yang dialiri arus. Oleh karena itu antara sumber tegangan dan LED perlu diberi resistor yang mampu menampung tegangan lebih. Besar resistor yang dihubungkan dengan LED dapat dihitung dengan rumus yang dipakai untuk menghitung besar resistor basis pada transistor, yaitu:

12



Komponen dc adalah harga rata-rata tegangan dc pada output. Ini dapat dihitung dengan rumus: ∫

…………………. (2.5)

Komponen ac adalah harga rms dari tegangan ac yang keluar. Komponen ac tercampur dengan komponen dc. Sangat sulit memisahkan lebih dahulu komponen ac dari komponen dc. Maka, untuk menghitung factor ripple, diguakan rumus pendekatan:

r =√ Di mana

……………………….(2.6)

merupakan harga rms total (mengandung komponen ac

dan komponen dc) dari tegangan output. Ini dapat dihitung dengan rumus: √ ∫

2.4.

…………………………………(2.7)

Pengatur Tegangan Dua kategori dasar pengaturan tegangan adalah pengaturan garis (Line

Regulation) dan pengaturan beban (Load Regulation). Pengaturan garis adalah kemampuan pengatur tegangan (voltage regulator) untuk tetap memepertahankan tegangan keluaran ketika tegangan masukan berubah-ubah. Pengaturan Beban kemampuan untuk tetap mempertahankan tegangan keluaran ketika beban bervariasi.

14


2.4.1. Line Regulation Ketika tegangan masukan DC berubah-ubah, pengatur tegangan (voltage regulator) harus mempertahankan tegangan keluaran, seperti digambarkan pada gambar 2.7.

Gambar 2.7:. Pengaturan Garis. Suatu perubahan tegangan masukan DC tidak mempengaruhi tegangan keluaran suatu pengatur tegangan ( di dalam batas tertentu). Pengaturan Garis dapat digambarkan sebagai persentase perubahan tegangan keluaran terhadap perubahan yang terjadi pada tegangan masukan. Pada umumnya dinyatakan dalam % / V. Sebagai contoh, sebuah regulator tegangan mempunyai pengaturan garis 0,05%/V berarti bahwa tegangan keluaran berubah 0,05 persen ketika tegangan masukan meningkat atau berkurang dengan satu volt.

15


2.4.2.

Load Regulation Ketika arus yang mengalir melalui beban berubah akibat perubahan

beban, regulator tegangan haruslah tetap mempertahankan tegangan keluaran pada beban agar tidak berubah (tetap). Pengaturan beban dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan tegangan keluaran untuk setiap perubahan arus beban. Pengaturan beban juga dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan dari tegangan keluaran tanpa beban (TB) ke tegangan keluaran dengan beban penuh (BP).

Gambar 2.8 : Pengaturan beban. Suatu perubahan pada arus beban tidak mempengaruhi tegangan keluaran. Pengaturan beban dapat juga dinyatakan sebagai persentasi perubahan tegangan keluaran terhadap perubahan setiap mA arus pada beban. Sebagai contoh, regulator tegangan mempunyai Load Regulation 0,01% / mA, berarti bahwa tegangan keluaran berubah 0,01 persen ketika arus beban meningkat atau berkurang 1 mA.

16


2.5.

Komponen Sekunder Setiap rangkaian listrik selalu memiliki komponen tambahan atau

komponen sekunder dimana komponen ini digunakan sebagai perbaikan suatu rangkaian agar tercapai tujuan penggunaan dari suatu rangkaian listrik. Komponen tersebut antara lain ; 2.5.1. Kapasitor Kapasitor adalah atau sering disebut sebagai Kondensator adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday. Kapasitor banyak digunakan dalam rangkaian elektronik dan mengerjakan berbagai fungsi. Pada dasarnya kapasitor merupakan alat penyimpan muatan listrik yang dibentuk dari dua permukaan piringan yang berhubungan, tetapi dipisahkan oleh suatu penyakat. Bila elektron berpisah dari suatu plat ke plat yang lain akan terdapat muatan diantara mereka pada medium penyekat tadi. Muatan ini disebabkan oleh muatan positif pada plat yang kehilangan elektron dan muatan negatif pada plat yang memperoleh elektron. Pada dasarnya ada dua jenis kapasitor yang sering dipakai yaitu kapasitor non elektron yaitu kapasitor yang tidak mempunyai kutub dan kapasitor elektrolit yang mempunyai kutub. Kapasitor elektrolit mempunyai daya tampung yang lebih besar dibandingkan kapasitor non elektrolis 17


dengan besar yang sama. Namun kapasitor ini mempunyai kekurangan yaitu kapasitansi hanya diperoleh dalam satu arah saja karena adanya kutub positif dan negatif. Sehingga jika terjadi kesalahan menghubungkan akan menyebabkan hubungan singkat dan tentu saja kapasitor akan rusak. CV

C

Gambar 2.9 : Simbol sirkit kapasitor non elektrolit

+VE

-VE

Gambar 2.10 : Simbol sirkit kapasitor elektrolit

Apabila kapasitor digunakan sebagai elemen perata maka dapat ditentukan besarnya nilai minimum kapasitor dengan rumus: C min =

……………..(2.4)

Keterangan : C min

= Nilai Kapasitansi minimum (Farad)

2,828

= Konstanta

r

= Ripple (0%)

Rl

= Resistansi beban (Ω)

f

= frekuensi ripple (Hz)

18


Untuk mendapatkan teganagn ripple yang kecil dan kapasitansi yang tidak terlalu besar, beberapa perancang menggunakan aturan maksimal tegangan ripple yang dihasilkan sebesar 10 %, yaitu nilai kapasitor yang dipilih untuk menjaga tegangan ripple puncak ke puncak sebesar maksimal 10 % dari tegangan puncak.

Kondensator

juga

dikenal

sebagai

"kapasitor",

namun

kata

"kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya.

Gambar kapasitor atau kondensator;

Gambar 2.11 : Macam bentuk kondensator dan kapasitor. 1. Kapasitor Elektrolit Dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat aluminium dan menggantikan medium dielektrolitnya dengan elektrolit basah, sehingga namanya menjadi elektrolit. Disini kapasitansi dibentuk pada lapisan oksida

19


mempunyai kapasitansi yang sangat besar dan berukuran kecil, sehingga dibandingkan dengan non elektrolit menjadi 100 : 1. Kekurangan jenis ini adalah bahwa kapasitansinya hanya diperoleh dalam satu arah karena adanya kutub positif dan kutub negatif.

+ -

Gambar 2.17 : Simbol Kapasitor Elektrolit 2. Kapasitor Non Elektrolit Kapasitor non elektrolit adalah kapasitor yang tidak mempunyai polaritas sehingga dapat dipasang sembarang arah. Kapasitor ini dapat dibuat dalam bentuk variable yang berubah – ubah nilai kapasitansinya hanya berkisar ratusan pikofarad, biasanya dipakai pada pemancar dan penerima. Kapasitansi dapat diubah dengan cara menghubungkan beberapa kapasitor secara seri atau paralel. Kapasitansi total dapat dikurangi bila kapasitor dihubungkan secara seri. Nilai kapasitansi total dapat dikalkulasikan sebagai berikut : =

+

20


…………………(2.9)

3. Pengisian Kapasitor Maksud dari pengisian kapasitor adalah peristiwa masuknya muatan listrik ke dalam kapasitor, sehingga kapasitor menjadi bermuatan. Untuk memberikan gambaran tentang pengisian kapasitor dapat dilihat pada gambar 2.13.

Gambar 2.13 : a. Rangkaian Pengisi Kapasitor b. Grafik Pengisian Kapasitor Dengan menutup saklar kebawah, maka arus akan mengalir memasuki kapasitor. Tegangan yang ada pada kapasitor tidak langsung maksimum, namun naik secara perlahan hingga menjadi sama dengan tegangan sumbernya (Vs). Hal ini dapat dilihat pada gambar 8.b, yaitu grafik hubungan antara waktu dengan tegangan saat pengisian. Arus pengisian maksimum terjadi pada saat awal pengisian dan terus menurun sampai tegangan di kapasitor sama dengan tegangan sumber. 4. Pengosongan Kapasitor Setelah dilakukan pengisian maka kapasitor mempunyai muatan. Bila catu daya dilepas dan dilakukan hubungan singkat pada kapasitor maka

21


kapasitor akan membuang muatannya. Peristiwa inilah yang dimaksud dengan pengosongan kapasitor. Pada gambar 2.14 dibawah ini, bila saklar dipindahkan maka kapasitor akan membuang muatan dengan arah arus seperti terlihat pada gambar.

Gambar 2.14 : a. Rangkaian Pengosongan Kapasitor b. Grafik Pengosongan Kapasitor Sedangkan gambar 2.14.b, berikut ini merupakan grafik yang menjelaskan tentang pengosongan muatan yang berkaitan dengan tegangan dan arus terhadap waktu. 5. Waktu Pengisian dan Pengosongan Kapasitor Pengisian

dan

pengosongan

muatan

kapasitor

tentunya

membutuhkan waktu. Waktu yang dibutuhkan dapat dipengaruhi oleh nilai resistansi dari resistor yang dihubungkan seri dengan kapasitor dan nilai kapasitansi dari kapasitor itu sendiri. Untuk pengisian yang kondisi awalnya benar – benar kosong dan mulai dari waktu t = 0 detik, sampai muatannya benar – benar penuh, yaitu tegangan di kapasitor telah sama dengan tegangan sumber. Dan pengosongan

22


dari muatan yang benar – benar kosong, maka waktu yang dibutuhkan disebut waktu konstan yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus: T = R . C ……………………(2.9) Keterangan : T = waktu konstan (detik) R = nilai resistansi (ohm) C = nilai kapasitansi (farad)

2.5.2. Resistor Resistor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menghambat arus listrik dan biasa digunakan untuk menurunkan tegangan, membagi tegangan dan membatasi arus yang lewat.

R

R

Gambar 2.15: Simbol resistor Ditinjau dari nilai resistansinya, ada dua jenis resistor yang biasa digunakan yaitu resistor tetap dan resistor variabel. Pada suatu rangkaian yang menggunakan resistor untuk melakukan beberapa perhitungan dapat menggunakan rumusan OHM, sebagai berikut:

23


....................(2.10)

V=IxR

Keterangan : V = teganagnan (Volt/V) I = arus (ampere/A) R = resistan (Ohm/Ω) Hokum OHM menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan. Jika tegangan bertambah dan hambatannya tetap maka arus akan bertambah. Jika tegangannya tetap dan hambatannya bertambah, maka arus akan berkurang. Dapat disebutkan bahwa besarnya arus total pada suatu rangkaian ditentukan dengan banyaknya jumlah beban yang terpasang pada rangkaian tersebut. Dalam penerapannya sebagai berikut : It

=

I1 + I2 + I3………dst.

………………(2.11)

Dan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan pada suatu rangkaian adalah dengan menerapkan rumus :

P

=

V x I ( WATT )

24


……………(2.12)

Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-maca kompon dan film, bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi seperti nikel-kromium). Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau listrik (noise), dan induktansi. Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.

2.6. Trafo / Transformator Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik bolak-balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainya secara induksi elektromagnetik dengan tanpa merubah frekuensi. Dalam pengertian lain Transformator juga suatu alat listrik yang dapat memindahkan dan mengubah energi listrik satu atau lebih, rangkaian listrik satu atau lebih ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendengan magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Trafo yang digunakan pada rangkaian voltage regulator ini adalah dua jenis trafo yang berbeda, satu

25


trafo digunakan dalam rangkaian voltage regulator dan satunya lagi akan digunakan pada output CCR (constant current regulator) atau sumber power yang ada pada landasan, dalam penggunaanya trafo ini akan dibedakan oleh penulis guna lebih rinci dalam penyampaiannya agar dapat dimengerti oleh pembaca dan dalam penyusunan tugas akhir ini, Prinsip kerja transformator berdasarkan hukum Lens dan Hukum Faraday. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan, maka akan mengalir arus bolak-balik I1 pada kumparan tersebut yang menimbulkan fluks magnet (ɸ) yang berubah-ubah pada intinya, sehingga pada kumparan primer akan timbul GGL induksi Ep. Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah :

………………..(2.13)

Fluks

magnet

yang menginduksikan kumparan primer juga

menginduksi kumparan sekunder, sehingga kumparan sekunder juga timbul GGL induksi sebesar:

………………..(2.14)

26


Dari persamaan (5) dan (6) didapatkan perbandingan lilitan yaitu :

……………(2.15)

Dimana :

ep

= GGL induksi pada kumparan primer dalam satuan volt.

es

= GGL induksi pada kumparan sekunder dalam satuan volt.

Np

= Jumlah lilitan pada kumparan primer.

Ns

= Jumlah lilitan pada kumparan sekunder.

dɸ

= Perubahan garis-garis gaya magnet dalam satuan weber.

dt

= Perubahan waktu dalam satuan detik.

a

= Nilai perbandingan lilitan transformer (trun ratio).

Apabila a<1, maka transformator berfungsi sebagai trafo step up/menaikan tegangan.

a>1, maka transformator berfungsi sebagai trafo step down/menurunkan tegangan.

Gambar 2.16: Transformator

27


Tegangan yang ada pada bagian sekunder transformator adalah tegangan efektif, untuk mendapatkan tegangan maksimum yaitu sebagai berikut :

Vm = 1,41 x Vs Dimana :

………………..(2.16)

Vm

= Tegangan maksimum (Volt)

Vs

= tegangan sekunder efektif (volt)

2.6.1. Trafo isolasi Trafo isolasi ini digunakan sebagai penyetaraan output arus yang dikeluarkan oleh peralatan CCR, dimana keluaran tersebut tetap berupa arus konstan namun pada tegangannya akan berubah-ubah, hal ini tidak dipermasalahkan selama peralatan yang sudah ditentukan. Penulis pernah melakukan pengukuran tegangan pada trafo isolasi tersebut dan tegangan berubah-ubah sesuai step arus yang dikeluarkan peralatan CCR, sehingga pada trafo ini akan dilakukan modifikasi oleh penulis guna tercapainya tegangan keluaran yang dapat dipakai pada voltage regulator yang telah dirancang untuk power pada beberapa peralatan yang baru dilandasan. 2.6.2. Trafo Step-Down Trafo jenis ini adalah pada prinsipnya memiliki lilitan sekunder lebih sedikit dari lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan. Hanya saja penulis disini tidak serta merta menggunakan trafo stef down, karna tegangan keluaran dari trafo isolasi yang tidak menentu maka ada modifikasi yang dilakukan penulis sehingga trafo disini akan dinamakan 28


trafo regulator. Prinsip kerja dari trafo regulator ini hampir sama dengan trafo stef down, dimana akan menurunkan tegangan yang tidak menentu dari keluaran trafo isolasi untuk diproses selanjutnya.

2.7.

Transistor Transistor adalah komponen semikonduktor yang dapat digunakan

untuk memperkuat sinyal listrik. Disamping itu transistor dapat difungsikan pula sebagai saklar elektronik. Transistor dibuat dari bahan semikonduktor kristal silikon atau germanium yang disusun tiga lapis. Sesuai dengan bahan pembuatan serta penyusunan lapisan muatannya, transistor dibedakan dalam dua tipe yaitu : a. Transistor Tipe PNP b. Transistor Tipe NPN

Kolektor (c)

Kolektor (c)

p Basis (b)

n

n

p

Basis (b) p

n Emiter (e)

Emiter (e)

E

P

N

P

C

E

N

B

P

N

B

(a)

(b)

Gambar 2.17: Simbol Sirkuit untuk Transistor. (a) pnp; (b) npn

29


C

Transistor mempunyai tiga kaki yang disebut dengan collector, basis dan emiter. Pada umumnya untuk memudahkan dalam menentukan kakikaki tersebut pada badan transistor sudah diberi tanda tertentu dari pabriknya. Transistor sebagai saklar digunakan untuk menyatakan dua keadaan, yaitu keadaan tinggi dan rendah. Pada rangkaian terintegrasi digital untuk menyatakan logika 1 dan 0 pada prisipnya memakai transistor sebagai saklar. Saklar kecepatan tinggi dengan menggunakan transistor sangat penting keberadaannya karena sering digunakan dalam rangkaian elektronika,

terutama

pada

rangkaian-rangkaian

elektronika

yang

menggunakan Integrated Circuit (IC). Fungsi utama dari transistor sebagai saklar dalam rangkaian elektronika adalah mengubah kondisi suatu rangkaian tertutup (close circuit) ke rangkaian terbuka (open circuit) atau sebaliknya. Dengan kata lain transistor sebagai sakelar dapat digunakan untuk menghubungkan atau melepaskan suatu rangkaian, layaknya sebuah sakelar (switch). Dengan melihat fungsi transistor sebagai sakelar, maka transistor tersebut bekerja pada dua kondisi, yaitu : kondisi “ON” . Pada kondisi ini transistor conduct (kerja) sehingga kaki colector dan emiter dari transistor seolah-olah terhubung singkat karena tahanan sangat kecil bahkan mendekati nol dan arus collector (Ic) mencapai maksimum, sehingga kondisi ini dapat di katakan kondisi saturation. Kondisi kedua adalah “OFF”, Pada kondisi ini transistor non conduct (tidak bekerja) sehingga kaki collector dan emitter

30


dari transistor seolah-olah terbuka karena tahanannya sangat besar bahkan mendekati tak terhingga dan arus collector (Ic) sangat minimum (mendekati nol), sehingga kondisi ini dapat dikatakan kondisi cut off. Agar transistor dapat bekerja sebagai sakelar, seperti yang telah dijelaskan diatas, maka transistor harus bekerja pada kondisi saturation dan cut off. Untuk itu biasing pada transistor harus diatur sedemikian rupa sehingga transistor dapat bekerja seperti kondisi diatas.

Gambar 2.18: Transistor sebagai Saklar Ttipe NPN (A) Rangkaian saklar transistor (B) Transistor dalam kondisi cut off (C) Transistor dalam kondisi saturation

Berikut ini di gambarkan kurva arus Ib, Ic dan tegangan collector emitter (Vce) pada kondisi saturation dan cut off beserta operating pointnya:

31


Gambar 2.19 : Operating Point Transistor sebagai Saklar

Berdasarkan grafik diatas dapat dijelaskan, bahwa pada saat tidak ada arus base (Ib = 0) karena kaki base-emitter tidak mendapat tegangan maju (forward bias), transistor dalam kondisi cut off, akibatnya tahanan antara kaki collector – emitter sangat besar (mendekati tak terhingga) sehingga arus collector (Ic) sangat kecil (mendekati nol). Maka pada posisi ini tegangan pada kaki collector-emitter (Vce) sama dengan tegangan sumber (Vcc). Sedangkan pada saat ada arus base (Ib), transistor akan conduct karena kaki base emitter mendapat tegangan maju (forward bias), dengan demikian akan ada arus collector (Ic) yang mengalir. Agar transistor bekerja pada kondisi saturation, maka operating point dari transistor tersebut harus pada titik dimana Ic sama dengan Ic saturation. Icsat  

Vcc ………………….(2.17) Rc

Keterangan : Ic (sat) = arus collector saat saturation 32


Vcc

= tegangan sumber

Rc

= tahanan pada collector

1) Transistor Kondisi Cut Off. Pada saat transistor dalam kondisi tidak bekerja atau non conducting, maka transistor tersebut dinamakan dalam kondisi cut off, maka antara kaki base-emitter terjadi reverse bias, begitu pula antara kaki collector-emitor. Dalam kondisi cut off, ini dapat dikatakan tidak ada arus yang mengalir antara kaki collector-emiter. Disini nilai tahanan antara kaki collector-emitter sangat besar, arus yang melalui kaki collectoremiter tersebut nilainya sangat kecil sehingga dapat diabaikan dan arus ini dinamakan arus bocor. Pada kondisi ini, keluaran dari transistor yang diambil dari titik collector ke ground sama dengan

tegangan sumber

(Vcc). 2) Transistor Kondisi Saturation Pada saat transistor dalam kondisi kerja, dimana kaki base-emitter terjadi forward bias dan antara kaki collector-emitter terjadi reverse bias, arus yang mengalir antara kaki collector-emitter mencapai maksimum karena tahanan antara kaki collector-emitter sangat kecil (mendekati nol), sehingga dapat dikatakan seolah-olah short circuit (rangkaian tertutup). Kondisi sepertii ini disebut kondisi saturation dan keluaran dari transistor pada kondisi ini yang diambil dari titik collector ke ground sama dengan nol. 33


Untuk merancang transistor agar beroperasi dalam kondisi saturation, maka arus base (Ib) harus lebih besar dari pada hasil perbandingan antara arus collector (Ic) dengan hfe dari transistor itu sendiri, sehingga dapat dituliskan dalam bentuk rumus sebagai berikut: Ib 

Ic hfe …………………………..(2.18)

Dimana besarnya hfe suatu transistor dapat dilihat pada buku tabel data transistor. Dengan demikian besarnya arus base (Ib) dapat dibuat dua kali lebih besar dari Ic / hfe. Ib  2

Ic hfe ……………………….(2.19)

Setelah dapat diketahui besarnya arus Ib maka nilai Rb dapat di cari dengan rumus sebagai berikut : Rb 

Vi  Vbe Ib ………………………(2.20)

Keterangan : Ib  arus basis Rb  resistor basis Vi  tegangan input Vbe  tegangan basis emiter Ic  arus colector hfe  penguatan transistor

34


BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents