TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR DAN SUMBER ARUS
1.
TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR Salah satu aplikasi yang paling mudah dari suatu transistor adalah transistor sebagai
saklar. Yaitu dengan mengoperasikan transistor pada salah satu dari titik saturasi atau titik cutoff,asalkan tidak pada daerah aktif (titik kerja). Jika transistor berada pada titik saturasi maka transistor berfungsi seperti sebuah saklar tertutup. Jika transistor berada pada titik cut-off maka transistor berfungsi seperti sebuah saklar terbuka. Gambar 1(a,b) adalah rangkaian transistor sebagai saklar.
Gambar 1. Transistor sebagai saklar
Analisis arus basis (IB) dapat dicari dengan melihat loop input dengan memberikan : VBB – VBE – IBRB = 0 ……………………………………..(1) IB
V BB V BE
I C sat
RB VCC RC
……………………………………………(2)
……………………………………………….(3)
Jika arus basis (IB) lebih besar atau sama dengan I B(sat), maka transistor beroperasi pada titik saturasi dan transistor berfungsi seperti sebuah saklar tertutup. Sebaliknya jika arus basis sama dengan nol (IB=0) , maka transistor beroperasi pada titik cut-off dan transistor berfungsi sebagai saklar terbuka.
Aturan Desain Untuk mendesain transistor sebagai saklar, maka dikenal istilah hard saturation yang berarti bahwa arus basis cukup besar untuk membuat transistor saturasi pada semua harga dari dc. Pedoman desain dari hard saturation adalah mempunyai arus basis kira-kira sepersepuluh dari harga arus saturasi kolektor. Gambar 2 menunjukkan ilustrasi transistor sebagai saklar.
Gambar 2. Ilustrasi transistor sebagai saklar
Contoh : 1. Pada gambar 3 ditunjukkan rangkaian transistor sebagai saklar yang digerakkan oleh tegangan step.
Gambar 3. Rangkaian transistor sebagai saklar
Jika tegangan input nol, transistor menjadi cut-off, sehingga transistor seperti saklar terbuka. Dengan tidak adanya arus kolektor yang mengalir, maka tegangan keluaran atau Vcutoff = 15 Volt. Jika tegangan input sebesar 5 Volt, maka arus basis sebesar : IB
5 0 .7 1.43mA 3K
Bayangkan transistor terhubung singkat antara kolektor dan emitor. Maka idealnya tegangan output jatuh menjadi nol dan arus kolektor menjadi arus saturasi (I I C sat
C-sat).
15 15mA 1K
Nilai Ic-sat ini kira-kira sebesar 10 kali dari arus basis, sehingga cukup mudah untuk menghasilkan hard saturation pada hampir setiap transistor sinyal kecil. Ini berarti bahwa transistor bekerja sebagai suatu saklar tertutup dan tegangan keluaran (Vout) mendekati nol. Pada Gambar 4 ditunjukkan rangkaian transistor sebagai saklar dengan sedikit modifikasi yaitu dengan menambahkan LED pada bagian kolektornya.
Gambar 4. Rangkaian LED Driver
Rangkaian ini disebut juga LED driver karena transistor berfungsi sebagai pengendali LED. Jika tegangan input rendah(low), transistor akan cut-off dan LED mati. Jika tegangan input tinggi (high), transistor saturasi dan LED menyala. Misalkan tegangan jatuh pada LED adalah 2 Volt maka arus kolektor saturasi (arus LED) adalah : I C sat
15V 2V 13mA 1K
2.
TRANSISTOR SEBAGAI SUMBER ARUS Rangkaian LED driver pada gambar 4 akan bekerja dengan baik jika tegangan catu
kolektor besar. Tapi jika tegangan catu rendah, maka toleransi tegangan jatuh pada LED akan mempengaruhi terangnya LED. Maka dari itu, cara terbaik untuk menggerakkan sebuah LED adalah dengan rangkaian sumber arus, ini menyebabkan arus LED besarnya tetap, walaupun tegangan LED jatuh. Pada Gambar 5 ditunjukkan rangkaian transistor sebagai sumber arus dengan penambahan sebuah tahanan pada bagian emitor.
Gambar 5. Rangkaian transistor sebagai sumber arus
Adanya penambahan tahanan pada emitor , menyebabkan adanya tegangan jatuh pada R E sehingga penjumlahan tegangan pada loop output adalah sebagai berikut : VCC – ICRC – VCE – IERE = 0 Karena arus kolektor besarnya hampir sama dengan arus emitor maka persamaan menjadi: VCC – VCE – IC(RC+RE) = 0 IC
VCC VCE RC R E
…………………………………………..(4)
Persamaan (4) adalah persamaan garis beban dc pada rangkaian sumber arus seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5b. Ujung atas adalah I
C-sat,
terjadi saat VCE = 0 (bayangkan terminal kolektor-emitor
terhubung singkat), sehingga arus saturasi kolektor : IC
VCC RC R E
……………………………………………(5)
Ujung bawah adalah tegangan cut-off (Vcut-off), terjadi saat IC = 0 (bayangkan terminal kolektor-emitor terbuka), sehingga VCE = VCC. Pada rangkaian ini diharapkan transistor bekerja pada daerah aktif pada beberapa titik Q sepanjang garis beban . Dengan rangkaian pada Gambar 5 diatas, terdapat kemungkinan untuk mengeset suatu arus kolektor yang konstan, yang tidak dipengaruhi oleh perubahan dc. Mengeset Arus Emitor Untuk mengerti bagaimana kita mengeset arus kolektor pada suatu nilai tertentu, maka marilah kita perhatikan loop input pada Gambar 5. VBB – VBE – IERE = 0 IE
V BB V BE RE
…………………………………………(6)
Karena arus kolektor mendekati (hampir sama) dengan arus emitor maka persamaan (6) dapat digunakan sebagai pendekatan nilai arus kolektor. Sebagai contoh, jika V BB = 2 V dan RE = 100 Ohm , maka : IE
2V 0.7V 13mA 100
Jadi arus kolektor kira-kira sebesar 13 mA, disini arus kolektor tergantung dari besarnya nilai tahanan emitor (RE), yang terpenting adalah arus kolektor tidak tergantung nilai dc transistor karena dc tidak muncul pada persamaan (6). Sehingga kita dapat mengganti transistor sewaktu-waktu dengan arus kolektor yang besarnya tetap sekitar 13 mA. Konsep Bootstrap Tegangan pada tahanan emitor (VE) pada Gambar 5 adalah sebagai berikut : VE = VBB - VBE …………………………………………(7) Karena nilai VBE tertentu besarnya yaitu 0.7 V, nilia VE akan mengikuti perubahan nilai VBB. Misalnya, jika VBB = 2 V maka VE = 1,3 V dan jika VBB = 10 Volt maka VE = 9,3 V. Hal ini berarti bahwa tegangan emitor (VE) akan selalu ada selisih sebesar 0,7 V dari tegangan input (VBB). Keadaan inilah yang dinamakan emitor di “bootstrap” pada tegangan input.
Contoh : 1. Hitunglah arus LED pada Gambar 6 dibawah ini.
Gambar 6. Rangkaian transistor sebagai sumber arus
Jawab : Karena tegangan emitor di bootstrap terhadap tegangan input sebesar 0,7 Volt, maka besarnya tegangan tahanan emitor sebesar 1,3 Volt. Sehingga arus emitornya adalah IE
1,3V 13mA 100
Karena IC besarnya mendekati IE, maka IC ≈ IE = 13 mA. Perhatikan bahwa disini tegangan jatuh LED tidak diperhitungkan, karena transistor bekerja sebagai suatu sumber arus.
PR. 1. Gambarkan garis beban dari Gambar rangkaian transistor di bawah ini. Berapakah arus saturasinya? dan berapakah tegangan cutoff-nya?
2. Berapakah besarnya arus kolektor yang ada pada Gambar dibawah ini? Berapakah besarnya tegangan antara kolektor dan tanah? Berapa besarnya tegangan kolektor-emitor?
