Transistor adalah komponen aktif elektronika, terbuat dari silikon atau germanium yang berfungsi sebagai pengontrol arus listrik. Ada banyak jenis-jenis transistor salah satu bentuknya seperti kotak kecil berwarna hitam dengan 3 kaki kawat sebagai koneksi.
Ada juga berbentuk pipih atau transistor jengkol
Dalam rangkaian modern, transistor adalah nyawanya, Komponen ini paling aktif bekerja mengontrol arus listrik. Bahan transistor adalah silikon atau germanium yaitu semikonduktor yang memiliki sifat diantara konduktor dan isolator.
Dalam rangkaian rangkaian kecil, transistor dapat digunakan sebagai rangkaian switch elektronik sederhana, logika digital, dan rangkaian penguat sinyal. Dalam jumlah ribuan, jutaan, bahkan miliaran, transistor yang saling berhubungan dan tertanam dalam satu chip kecil akan membuat memori komputer, mikroprosesor, dan IC komplek lainnya.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengulas bagaimana transistor bekerja sebagai switch atau amplifier. untuk itu mari kita kenali dulu yuk jenis jenis transistor.
Jenis Jenis Transistor
Ada dua jenis transistor dipasaran bi-polar junction (BJT) dan MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor). Dalam ulasan kali ini kita akan fokus pada BJT. Untuk mosfet dikesempatan yang lain. Transistor BJT sendiri terdiri dari 2 tipe NPN dan PNP.
Simbol Transistor BJT
Transistor adalah perangkat fundamental dengan 3 kaki. Masing masing kakinya diberi nama kolektor (C), basis (B), dan emitor (E). Berikut simbol transistor NPN dan PNP:
Perbedaan Transistor NPN dan PNP adalah arah panah pada kaki emitor. Panah NPN menunjuk keluar berarti arus keluar di emitor dan PNP menunjuk masuk atau arus masuk di emitor, contoh transistor NPN dan PNP yang banyak ditemukan dipasaran.
Penamaan transistor
Mode cutoff/ Off state
mode cutoff adalah kebalikan dari saturasi. Sebuah transistor dalam mode cutoff berarti tidak ada arus kolektor maka tidak ada arus emitor. Mode cutt off Seperti sirkuit terbuka.
Untuk mendapatkan mode cutoff, tegangan basis harus negatif ( Vb< Vbe). Pada kenyataannya jika VBE berada diantara 0V dan Vth (sekitar 0.6V bahan silikon) mode cutoff sudah terjadi. Dari gambar tampak Ic =0 yang berarti Vce tidak ada aliran arus bisa dilihat. Tampak keluaran Vo = 10 volt adalah representasi tegangan transistor saat berada di mode cut off
Mode Active
Untuk beroperasi dalam mode aktif, VBE harus lebih besar dari 0,6 volt, tampak digambar Ib = 0,05 mA nilai ini berada diantara mode cut off dan saturasi.
Dengan gain 100 x lipat di Ib nilai 0,05 mA menjadi sampai 5 mA di kaki kolektor Ic. Mode aktif adalah mode yang banyak dipakai di perangkat ampifier.
Pada mode aktif gain sangat penting untuk mengendalikan arus di kaki koleketor (Ic), Notasi singkat untuk gain (faktor penguatan) transistor adalah ß (notasi lainnya adalah β F, atau h FE). β linear dengan arus kolektor (I C) dan arus basis (I B):
Nilai dari β bervariasi sesusai dengan tipe transistornya, Umumnya sekitar 100 kali penguatan atau berkisar dari 50 sampai 200 bahkan ada juga 2000. Sebagai contoh transistor tanpa dipasang resistor memiliki β = 100, berarti jika arus yang masuk ke basis 1mA menghasilkan 100mA arus di kolektor.
Bagaimana dengan pin E saat mode aktif? Dalam mode aktif, pin C dan pin B adalah titik arus masuk ke transistor, dan pin E tempat arus keluar. Untuk hubungan arus emitor ke kolektor saat ini, kita memiliki nilai konstana α. α adalah common base gain arus.
Dalam mode aktif α biasanya sangat dekat dengan 1 tapi kurang dari 1. Itu berarti pin C sangat dekat dengan 1 tapi kurang dari nilai pin E. Anda dapat menggunakan β untuk menghitung α atau sebaliknya:
Sebagai contoh di mode saturasi sebelumnya, jika β adalah 100 itu berarti α = 0.99. Jadi, jika pin C adalah 10 mA maka nilai pin E adalah 10,1 mA.
Di mode aktif sebelumnya juga tampak, jika β adalah 100 itu berarti α = 0.99. Jadi, jika pin C adalah 5 mA maka nilai pin E adalah 5,05 mA.
Aplikasi Transistor
Kita telah ulas teori transistor. Saatnya kita ulas bagaimana transistor bekerja di rangkaian yang sebenarnya. Mari kita lihat beberapa aplikasi transistor di rangkaian.
• Aplikasi Switch
Salah satu aplikasi yang paling mendasar dari transistor adalah untuk mengontrol aliran listrik seperti menggunakannya sebagai saklar listrik/switch. Jika transistor bekerja pada mode cutoff dan mode saturasi maka transistor dapat membuat status on / off layaknya cara kerja switch. Dari kerja switch transistor ini kita dapat membuat gerbang logika yang menjadi dasar pembuatan mikrokontroler atau mikroprosesor.
Berikut rangkaian saklar transistor. Di sini kita menggunakan transistor NPN untuk mengendalikan LED:
Kaki basis sebagai pengendali arus, kolektor sebagai output, dan emitor digrounding. Saklar yang normal akan memerlukan sentuhan fisik untuk bekerja, beda dengan switch transistor yang dikendalikan oleh tegangan di pin basis untuk bekerja.
Ketika tegangan di basis lebih besar dari Vth 0.6V, transistor akan bekerja dengan mode saturasi yaitu bekerja seperti sebuah sirkuit tertutup antara kolektor dan emitor. Ketika tegangan di basis kurang dari 0.6V transistor beroperasi dalam mode cutoff maka tidak ada arus mengalir dan terlihat seperti rangkaian terbuka antara C dan E.
Sebagai tambahan, anda akan melihat bahwa masing-masing sirkuit akan menggunakan resistor yang dirangkai seri yang berfungsi untuk mengontrol jumlah arus input pada kaki basis transistor.
Beberapa transistor memiliki arus picu maksimal 10-100mA. Jika Anda memaksa arus pada nilai maksimum, transistor bisa rusak atau terbakar
Resistor harus cukup besar untuk membatasi arus, tapi cukup untuk memberi picu ke basis biasanya sekitar 1mA sampai 10mA, untuk memastikan kita bisa periksa datasheet transistor
• Digital Logic
Transistor dapat dikombinasikan untuk menciptakan semua dasar gerbang logika seperti AND, OR, dan NOT yang nanti menjadi dasar dalam pembuatan IC
(Catatan: Saat ini MOSFET lebih banyak digunakan untuk membuat gerbang logika dari BJTs MOSFET karena lebih hemat listrik)
Gerbang NOT
Berikut adalah rangkaian transistor yang mengimplementasikan kerja inverter, atau gerbang NOT atau pembalik keadaan input.
Jika input Y / basis diberikan tegangan positif atau tinggi maka transistor akan terhubung antara kolektor dan emitor. Emitor yang terhubung langsung ke tanah mengakibatkan output Y dominan di negatif / GND sehingga input positif akan menghasilkan output negatif, Jika sekarang input Y diberi tegangan negatif atau rendah , maka transistor akan terputus antara kolektor dan emitor, Emitor yang terputus dengan tanah mengakibatkan output Y dominan di positif/ VCC sehingga input negatif akan menghasilkan output positif.
Gerbang AND
Berikut adalah sepasang transistor yang digunakan untuk membuat gerbang AND dengan dua input A dan B :
Jika salah satu input Basis A dan B transistor diberi nilai negatif, maka transistor akan terputus antara kolektor dan emitor, Emitor yang terputus dengan tanah mengakibatkan output Y dominan positif/ VCC sehingga input negatif akan menghasilkan output positif.
Jika kedua transistor on (kedua kaki basis tinggi), maka arus positif VCC dari dari kedua kaki collector akan mengalir ke output emitor.
Gerbang OR
Gerbang OR dengan 2-input:
Di sirkuit ini, jika salah satu atau kedua A atau B tinggi, maka output transistor tinggi. Jika kedua basis transistor rendah, maka output akan rendah akibat dominannya kutub GND
H-Bridge
H-Bridge adalah sirkuit berbasis transistor yang mampu mengendalikan arah putaran motor baik searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Ini adalah sirkuit yang sangat populer banyak diaplikasikan untuk mengendalikan banyak engsel engsel robot yang menggunakan motor.
Pada dasarnya, sebuah H-bridge adalah kombinasi dari empat transistor dengan dua baris input dan dua output:
Jika kedua input tegangannya sama negatif atau sama positif, maka kedua output motor tegangannya juga sama, dan motor tidak akan bisa berputar jika output sama. Tetapi jika kedua input berlawanan, motor akan bekerja dan berputar searah jarum jam atau sebaliknya.
H-Bridge memiliki tabel logika sbb:
Osilator
Sebuah osilator adalah sirkuit yang menghasilkan sinyal periodik atau mampu menghasilkan tegangan tinggi dan rendah pada satu waktu. Osilator digunakan dalam segala macam sirkuit, dari hanya untuk lampu kedip LED sampai menghasilkan sinyal clock untuk mikrokontroler. Ada banyak cara untuk membuat rangkaian osilator bisa dengan kristal kuarsa, op amp, dan tentu saja transistor.
Berikut ini adalah contoh osilator transistor, yang disebut multivibrator astabil/tidak stabil.
Selain dari dua transistor yang bekerja, kapasitor juga berperan penting dalam sirkuit ini. Kapasitor yang melakukan pengisian dan pengosongan menyebapkan dua transistor hidup dan mati.
Cara kerja dari osilator astabil ini adalah ketika C1 terisi penuh (menyimpan tegangan sekitar VCC), muatan C2 dibuang dan Q1 aktif dan Q2 off begitupun sebaliknya. proses ini berlangsung terus menerus hingga menjadi osilasi.
Dengan memilih ukuran C1, C2, R2, dan R3 (dan menjaga R1 dan R4 relatif rendah) kita dapat mengatur kecepatan osilasi sirkuit multivibrator ini.
Jadi, dengan memberi nilai masing masing kapasitor dan resistor 10μF dan 47kΩ akan didapat frekuensi osilator sekitar 1,5 Hz. Itu berarti setiap LED akan berkedip sekitar 1,5 kali per detik.
Amplifier
Beberapa aplikasi transistor yang paling sering dipakai adalah amplifier. amplifier mengubah sinyal daya rendah menjadi daya yang lebih tinggi. Amplifier dapat meningkatkan tegangan, mulai dari μV menjadi mV atau bahkan V, atau amplifier dapat meningkatkan arus, mulai dari μA menjadi mA atau bahkan A
Transistor adalah komponen kunci untuk banyak sirkuit amplifier. Ada tiga konfigurasi umum dari amplifier transistor yang paling mendasar yaitu common emitor, common kolektor dan common basis, disini penulis fokus membahas common emitor.
Common emitor adalah salah satu konfigurasi transistor yang paling populer. Dalam rangkaian ini emitor terhubung ke tanah. kaki basis menjadi sinyla input dan kaki kolektor menjadi output. Salah satu kekhasan dari common emitor adalah sinyal outputnya terbalik terhadap sinyal input (seperti kerja inverter).
Rangkaian common emitor cocok untuk tegangan amplifier, terutama pada frekuensi rendah. Biasanya dipakai untuk memperkuat sinyal audio. Berikut sirkuitnya
Jika Anda memiliki tegangan puncak hanya 1.5V sebagai sinyal input kita bisa memperkuat tegangan yang lebih tinggi menjadi 3 volt 4,5 volt dst.
Darlington (Amplifier multistage)
Darlington amplifier atau konfigurasi darlington dipakai sebagai penguat arus.
Pasangan transistor yang membentuk konfigurasi darlington adalah alat yang cocok untuk mengendalikan beban besar dengan arus input yang sangat kecil.
Datasheet Transistor
Berikut penulis lampirkan datasheet transistor yang umum dipakai dan transistor persamaan (transistor pengganti), dari datasheet sobat bisa menyesuaikan beban kerja, frekuensi kerja rangkaian.
ref
https://www.sparkfun.com/
http://www.ermicro.com
https://www.electronics-tutorials.ws
https://www.edaboard.com
Ada juga berbentuk pipih atau transistor jengkol
Dalam rangkaian modern, transistor adalah nyawanya, Komponen ini paling aktif bekerja mengontrol arus listrik. Bahan transistor adalah silikon atau germanium yaitu semikonduktor yang memiliki sifat diantara konduktor dan isolator.
Dalam rangkaian rangkaian kecil, transistor dapat digunakan sebagai rangkaian switch elektronik sederhana, logika digital, dan rangkaian penguat sinyal. Dalam jumlah ribuan, jutaan, bahkan miliaran, transistor yang saling berhubungan dan tertanam dalam satu chip kecil akan membuat memori komputer, mikroprosesor, dan IC komplek lainnya.
Dalam kesempatan ini penulis ingin mengulas bagaimana transistor bekerja sebagai switch atau amplifier. untuk itu mari kita kenali dulu yuk jenis jenis transistor.
Jenis Jenis Transistor
Ada dua jenis transistor dipasaran bi-polar junction (BJT) dan MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor). Dalam ulasan kali ini kita akan fokus pada BJT. Untuk mosfet dikesempatan yang lain. Transistor BJT sendiri terdiri dari 2 tipe NPN dan PNP.
Simbol Transistor BJT
Transistor adalah perangkat fundamental dengan 3 kaki. Masing masing kakinya diberi nama kolektor (C), basis (B), dan emitor (E). Berikut simbol transistor NPN dan PNP:
Perbedaan Transistor NPN dan PNP adalah arah panah pada kaki emitor. Panah NPN menunjuk keluar berarti arus keluar di emitor dan PNP menunjuk masuk atau arus masuk di emitor, contoh transistor NPN dan PNP yang banyak ditemukan dipasaran.
Penamaan transistor
Transistor memiliki sistem penamaan yang masing-masing negara punya standar yang berbeda berikut tiga pabrikan transistor (JIS, JEDEC dan EURO)
Daftar selain Kode A (kode ketiga)
Seri transistor 2SA1216 artinya:
kode pertama angka "2" menunjukkan sebuah transistor
kode kedua "S "menunjukkan semiconductor
kode ketiga "A" menunjukkan PNP frekuensi tinggi
kode keempat 1216 menunjukkan seri
kode kelima 52y adalah kode produksi.
Karakteristik transistor 2SA1216:
Dengan kode : 2N 3055 transistor ini banyak digunakan untuk tujuan umum yang memerlukan power yang cukup besar.
Kode pertama angka 2 menunjukkan sebuah transistor,
kode kedua huruf N adalah singkatan dari “no-heating” artinya tidak perlu element pemanas seperti transistor jadul
dan kode angka 3055 menunjukkan seri dari transistornya.
Karakteristik transistor 2N3055:
Kode pada transistor BC 548 diawali huruf B
kode pertama huruf B menunjukkan transistor terbuat dari silikon
kode kedua huruf C menunjukkan fungsi transistor untuk AF low power
dan kode angka 548 menunjukkan seri dari transistornya.
Karakteristik transistor BC 548:
Transistor dibangun dengan tiga lapisan yang berbeda, 3 lapisan semikonduktor ini digabung menjadi satu. Beberapa dari lapisan ditambah dengan elektron ekstra (prosesnya disebut "doping"), sementara lapisan lain dihapus elektronnya (didoping dengan "hole" artinya tidak adanya elektron).
Bahan semikonduktor dengan elektron ekstra disebut tipe N (n untuk negatif karena elektron memiliki muatan negatif) dan lapisan lain yang telah dihapus elektronnya disebut tipe P (untuk positif). Sehingga nantinya transistor memiliki susunan n p n untuk transistor type npn dan susunan p n p untuk type pnp.
Diagram sederhana dari struktur sebuah transistor NPN.
Proses kerja dari hasil penyusunan lapisan npn dan pnp adalah seperti gambar dibawah ini, elektron dapat dengan mudah mengalir dari daerah n ke daerah p dengan syarat adanya tegangan kecil untuk memicunya di IB.
Transistor type NPN dirancang untuk mengalirkan elektron dari emitor ke kolektor (ingat ya.. :) elektron mengalir dari N ke P) Setelah dipicu tegangan positif di Ib, seperti saat kita mengecek kaki transistor (C-B-E) dengan telunjuk basah itu sama dengan kita mengalirkan tegangan positif dari collector ke basis. Kemudian elektron yang berasal dari emitor akan dikumpul di kolektor untuk nanti dialirkan ke rangkaian. Begitu juga transistor type PNP bekerja dengan cara yang sama namun berlawanan arah.
Dengan kata lain transistor mirip seperti katup elektron. Pin Basis bekerja seperti pedal pemutar, Anda dapat menyesuaikan dengan mengatur putaran pedalnya dan elektron mengalir dari emitor ke kolektor.
Kerja transistor dalam analogi air
Untuk lebih memahami proses kerja sebuah transistor dapat di analogikan seperti aliran air dalam sebuah pipa dan sebuah katup penahan didalamnya.
• Arus mengalir
Sebuah katup dapat sepenuhnya dibuka, sehingga air mengalir dengan bebas.
Demikian juga transistor akan terlihat aliran antara kolektor dan emitor bebas mengalir masuk melalui kolektor, dan keluar di emitor.
• Arus tertutup
Ketika ditutup, katup benar-benar menghentikan aliran air.
Dengan cara yang sama, transistor dapat digunakan untuk membuat sirkuit terbuka sehingga tidak ada elektron mengalir antara kolektor dan emitor.
• Mengatur arus
Dengan beberapa tuning yang tepat, katup dapat disesuaikan untuk mengontrol laju aliran air agar lebih soft.
Sebuah transistor dapat melakukan hal yang sama, mengendalikan arus dengan linear tapi dengan nilai arus yang lebih besar. Arus yang bisa diatur dianalogikan seperti sebuah bendungan besar yang memiliki aliran arus air yang begitu kuat dan dipasang sebuah katup untuk mengatur aliran air. Dengan sedikit putaran katup saja akan ada arus air yang mengalir begitu besar. Begitu juga dengan transistor yang dapat memperkuat sinyal listrik, dari mengubah sinyal daya rendah menjadi jauh lebih tinggi.
Mode operasi Transistor
Tidak seperti resistor yang hubungan antara tegangan dan arusnya mengalir hanya satu operasi linear, transistor adalah perangkat yang mampu menghasilkan 3 mode operasi sbb:
• Saturasi: transistor bekerja seperti sebuah sirkuit tertutup. Arus bebas mengalir dari kolektor ke emitor.
• Cut-off: transistor bekerja seperti sebuah sirkuit terbuka. Tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor.
• Forward aktif: Arus dari kolektor ke emitor sebanding dengan arus yang mengalir ke pin basis.
Untuk menentukan mode operasi transistor, kita perlu melihat ke 3 pin masing masing, dan bagaimana hubungan pin satu sama lain dengan mengatur Tegangan dari basis ke emitor (VBE), dan dari basis ke kolektor (VBC) .
Melihat Mode Operasi Transistor
Mari kita lihat gambar dibawah saya kutip dari ermicro, ketiga mode transistor sebagai rujukan kita mengurai satu persatu tiap mode.
Catatan: Mayoritas ulasan ini berfokus pada transistor NPN . Untuk memahami bagaimana transistor PNP bekerja, hanya membalik polaritasnya saja.
Mode Saturasi
Sebuah transistor dalam modus saturasi bertindak seperti sebuah close switch antara kolektor dan emitor, dimana saturasi terjadi ketika tegangan VCE <= dengan 0,2 volt namun pada perhitungan dibawah kita ambil nilai ideal (0 volt) untuk memudahkan melihat seperti apa mode saturasi (nilai bisa berbeda beda ref di datasheet).
VCE saturation berarti Ic berada pada nilai maksimumnya (jenuh) transistor sudah tidak mampu diberikan nilai arus yang lebih besar. Idealnya kita menganggap Vce sebagai nol tetapi sebenarnya 0,2 hingga 0,3 volt sudah membuat transistor saturasi. Perhatikan bahwa saturasi dari Ic disini juga terjadi Rc ( maksimal arus diresistor hanya akan sampai 10 mA), Jika Vcc adalah 10V dan Rc adalah 1K ohm, maka Ic saturation 10V / 1K = 10mA. Dalam mode saturasi tampak VBE diberi tegangan sama atau lebih besar dari 0,7 v. Tampak keluaran Vo = 0 V adalah representasi tegangan transistor saat mengalami saturasi.
Tegangan ambang atau drop tegangan selain VBE memiliki notasi antara lain Vth, Vγ, dan Vd. Dan nilai aktual drop tegangan bervariasi setiap transistor (selain bahan transistor, suhu kerja juga berpengaruh).
- Japanese Industrial Standar ( JIS )
Daftar selain Kode A (kode ketiga)
- Huruf A berarti : Transistor PNP frekuensi tinggi
- Huruf B berarti : Transistor PNP frekuensi rendah
- Huruf C berarti : Transistor NPN frekuensi tinggi
- Huruf D berarti : Transistor NPN daya/frekuensi rendahA
Seri transistor 2SA1216 artinya:
kode pertama angka "2" menunjukkan sebuah transistor
kode kedua "S "menunjukkan semiconductor
kode ketiga "A" menunjukkan PNP frekuensi tinggi
kode keempat 1216 menunjukkan seri
kode kelima 52y adalah kode produksi.
Karakteristik transistor 2SA1216:
- Tipe = PNP
- Memiliki Gain (hFE) = 30 x
- Daya keluaran (Ptot) 200 Watt
- Tegangan maksimal 180VArus kolektor (Ic) 17 Amper
- JEDEC ( USA)
Dengan kode : 2N 3055 transistor ini banyak digunakan untuk tujuan umum yang memerlukan power yang cukup besar.
Kode pertama angka 2 menunjukkan sebuah transistor,
kode kedua huruf N adalah singkatan dari “no-heating” artinya tidak perlu element pemanas seperti transistor jadul
dan kode angka 3055 menunjukkan seri dari transistornya.
Karakteristik transistor 2N3055:
- Tipe = NPN
- Memiliki gain (hFE) =20 x
- Daya keluaran (Ptot) 117 Watt
- Tegangan maksimal 60 V
- Arus kolektor maksimal (Ic) 15 A
- Pro – Elektron ( EURO )
Kode pada transistor BC 548 diawali huruf B
kode pertama huruf B menunjukkan transistor terbuat dari silikon
kode kedua huruf C menunjukkan fungsi transistor untuk AF low power
dan kode angka 548 menunjukkan seri dari transistornya.
Karakteristik transistor BC 548:
- Tipe = NPN
- Gain (hFE) = 110 x
- Daya keluaran (Ptot) 500 mW
- Tegangan maksimal 30 V
- Arus kolektor maksimal (Ic) 100 mA
Transistor dibangun dengan tiga lapisan yang berbeda, 3 lapisan semikonduktor ini digabung menjadi satu. Beberapa dari lapisan ditambah dengan elektron ekstra (prosesnya disebut "doping"), sementara lapisan lain dihapus elektronnya (didoping dengan "hole" artinya tidak adanya elektron).
Bahan semikonduktor dengan elektron ekstra disebut tipe N (n untuk negatif karena elektron memiliki muatan negatif) dan lapisan lain yang telah dihapus elektronnya disebut tipe P (untuk positif). Sehingga nantinya transistor memiliki susunan n p n untuk transistor type npn dan susunan p n p untuk type pnp.
Diagram sederhana dari struktur sebuah transistor NPN.
Proses kerja dari hasil penyusunan lapisan npn dan pnp adalah seperti gambar dibawah ini, elektron dapat dengan mudah mengalir dari daerah n ke daerah p dengan syarat adanya tegangan kecil untuk memicunya di IB.
Transistor type NPN dirancang untuk mengalirkan elektron dari emitor ke kolektor (ingat ya.. :) elektron mengalir dari N ke P) Setelah dipicu tegangan positif di Ib, seperti saat kita mengecek kaki transistor (C-B-E) dengan telunjuk basah itu sama dengan kita mengalirkan tegangan positif dari collector ke basis. Kemudian elektron yang berasal dari emitor akan dikumpul di kolektor untuk nanti dialirkan ke rangkaian. Begitu juga transistor type PNP bekerja dengan cara yang sama namun berlawanan arah.
Dengan kata lain transistor mirip seperti katup elektron. Pin Basis bekerja seperti pedal pemutar, Anda dapat menyesuaikan dengan mengatur putaran pedalnya dan elektron mengalir dari emitor ke kolektor.
Kerja transistor dalam analogi air
Untuk lebih memahami proses kerja sebuah transistor dapat di analogikan seperti aliran air dalam sebuah pipa dan sebuah katup penahan didalamnya.
• Arus mengalir
Sebuah katup dapat sepenuhnya dibuka, sehingga air mengalir dengan bebas.
Demikian juga transistor akan terlihat aliran antara kolektor dan emitor bebas mengalir masuk melalui kolektor, dan keluar di emitor.
• Arus tertutup
Ketika ditutup, katup benar-benar menghentikan aliran air.
Dengan cara yang sama, transistor dapat digunakan untuk membuat sirkuit terbuka sehingga tidak ada elektron mengalir antara kolektor dan emitor.
• Mengatur arus
Dengan beberapa tuning yang tepat, katup dapat disesuaikan untuk mengontrol laju aliran air agar lebih soft.
Sebuah transistor dapat melakukan hal yang sama, mengendalikan arus dengan linear tapi dengan nilai arus yang lebih besar. Arus yang bisa diatur dianalogikan seperti sebuah bendungan besar yang memiliki aliran arus air yang begitu kuat dan dipasang sebuah katup untuk mengatur aliran air. Dengan sedikit putaran katup saja akan ada arus air yang mengalir begitu besar. Begitu juga dengan transistor yang dapat memperkuat sinyal listrik, dari mengubah sinyal daya rendah menjadi jauh lebih tinggi.
Mode operasi Transistor
Tidak seperti resistor yang hubungan antara tegangan dan arusnya mengalir hanya satu operasi linear, transistor adalah perangkat yang mampu menghasilkan 3 mode operasi sbb:
• Saturasi: transistor bekerja seperti sebuah sirkuit tertutup. Arus bebas mengalir dari kolektor ke emitor.
• Cut-off: transistor bekerja seperti sebuah sirkuit terbuka. Tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor.
• Forward aktif: Arus dari kolektor ke emitor sebanding dengan arus yang mengalir ke pin basis.
Untuk menentukan mode operasi transistor, kita perlu melihat ke 3 pin masing masing, dan bagaimana hubungan pin satu sama lain dengan mengatur Tegangan dari basis ke emitor (VBE), dan dari basis ke kolektor (VBC) .
Melihat Mode Operasi Transistor
Mari kita lihat gambar dibawah saya kutip dari ermicro, ketiga mode transistor sebagai rujukan kita mengurai satu persatu tiap mode.
Catatan: Mayoritas ulasan ini berfokus pada transistor NPN . Untuk memahami bagaimana transistor PNP bekerja, hanya membalik polaritasnya saja.
Mode Saturasi
Sebuah transistor dalam modus saturasi bertindak seperti sebuah close switch antara kolektor dan emitor, dimana saturasi terjadi ketika tegangan VCE <= dengan 0,2 volt namun pada perhitungan dibawah kita ambil nilai ideal (0 volt) untuk memudahkan melihat seperti apa mode saturasi (nilai bisa berbeda beda ref di datasheet).
VCE saturation berarti Ic berada pada nilai maksimumnya (jenuh) transistor sudah tidak mampu diberikan nilai arus yang lebih besar. Idealnya kita menganggap Vce sebagai nol tetapi sebenarnya 0,2 hingga 0,3 volt sudah membuat transistor saturasi. Perhatikan bahwa saturasi dari Ic disini juga terjadi Rc ( maksimal arus diresistor hanya akan sampai 10 mA), Jika Vcc adalah 10V dan Rc adalah 1K ohm, maka Ic saturation 10V / 1K = 10mA. Dalam mode saturasi tampak VBE diberi tegangan sama atau lebih besar dari 0,7 v. Tampak keluaran Vo = 0 V adalah representasi tegangan transistor saat mengalami saturasi.
Tegangan ambang atau drop tegangan selain VBE memiliki notasi antara lain Vth, Vγ, dan Vd. Dan nilai aktual drop tegangan bervariasi setiap transistor (selain bahan transistor, suhu kerja juga berpengaruh).
Mode cutoff/ Off state
mode cutoff adalah kebalikan dari saturasi. Sebuah transistor dalam mode cutoff berarti tidak ada arus kolektor maka tidak ada arus emitor. Mode cutt off Seperti sirkuit terbuka.
Untuk mendapatkan mode cutoff, tegangan basis harus negatif ( Vb< Vbe). Pada kenyataannya jika VBE berada diantara 0V dan Vth (sekitar 0.6V bahan silikon) mode cutoff sudah terjadi. Dari gambar tampak Ic =0 yang berarti Vce tidak ada aliran arus bisa dilihat. Tampak keluaran Vo = 10 volt adalah representasi tegangan transistor saat berada di mode cut off
Mode Active
Untuk beroperasi dalam mode aktif, VBE harus lebih besar dari 0,6 volt, tampak digambar Ib = 0,05 mA nilai ini berada diantara mode cut off dan saturasi.
Dengan gain 100 x lipat di Ib nilai 0,05 mA menjadi sampai 5 mA di kaki kolektor Ic. Mode aktif adalah mode yang banyak dipakai di perangkat ampifier.
Pada mode aktif gain sangat penting untuk mengendalikan arus di kaki koleketor (Ic), Notasi singkat untuk gain (faktor penguatan) transistor adalah ß (notasi lainnya adalah β F, atau h FE). β linear dengan arus kolektor (I C) dan arus basis (I B):
Nilai dari β bervariasi sesusai dengan tipe transistornya, Umumnya sekitar 100 kali penguatan atau berkisar dari 50 sampai 200 bahkan ada juga 2000. Sebagai contoh transistor tanpa dipasang resistor memiliki β = 100, berarti jika arus yang masuk ke basis 1mA menghasilkan 100mA arus di kolektor.
Bagaimana dengan pin E saat mode aktif? Dalam mode aktif, pin C dan pin B adalah titik arus masuk ke transistor, dan pin E tempat arus keluar. Untuk hubungan arus emitor ke kolektor saat ini, kita memiliki nilai konstana α. α adalah common base gain arus.
Dalam mode aktif α biasanya sangat dekat dengan 1 tapi kurang dari 1. Itu berarti pin C sangat dekat dengan 1 tapi kurang dari nilai pin E. Anda dapat menggunakan β untuk menghitung α atau sebaliknya:
Sebagai contoh di mode saturasi sebelumnya, jika β adalah 100 itu berarti α = 0.99. Jadi, jika pin C adalah 10 mA maka nilai pin E adalah 10,1 mA.
Di mode aktif sebelumnya juga tampak, jika β adalah 100 itu berarti α = 0.99. Jadi, jika pin C adalah 5 mA maka nilai pin E adalah 5,05 mA.
Aplikasi Transistor
Kita telah ulas teori transistor. Saatnya kita ulas bagaimana transistor bekerja di rangkaian yang sebenarnya. Mari kita lihat beberapa aplikasi transistor di rangkaian.
• Aplikasi Switch
Salah satu aplikasi yang paling mendasar dari transistor adalah untuk mengontrol aliran listrik seperti menggunakannya sebagai saklar listrik/switch. Jika transistor bekerja pada mode cutoff dan mode saturasi maka transistor dapat membuat status on / off layaknya cara kerja switch. Dari kerja switch transistor ini kita dapat membuat gerbang logika yang menjadi dasar pembuatan mikrokontroler atau mikroprosesor.
Berikut rangkaian saklar transistor. Di sini kita menggunakan transistor NPN untuk mengendalikan LED:
Kaki basis sebagai pengendali arus, kolektor sebagai output, dan emitor digrounding. Saklar yang normal akan memerlukan sentuhan fisik untuk bekerja, beda dengan switch transistor yang dikendalikan oleh tegangan di pin basis untuk bekerja.
Ketika tegangan di basis lebih besar dari Vth 0.6V, transistor akan bekerja dengan mode saturasi yaitu bekerja seperti sebuah sirkuit tertutup antara kolektor dan emitor. Ketika tegangan di basis kurang dari 0.6V transistor beroperasi dalam mode cutoff maka tidak ada arus mengalir dan terlihat seperti rangkaian terbuka antara C dan E.
Sebagai tambahan, anda akan melihat bahwa masing-masing sirkuit akan menggunakan resistor yang dirangkai seri yang berfungsi untuk mengontrol jumlah arus input pada kaki basis transistor.
Beberapa transistor memiliki arus picu maksimal 10-100mA. Jika Anda memaksa arus pada nilai maksimum, transistor bisa rusak atau terbakar
Resistor harus cukup besar untuk membatasi arus, tapi cukup untuk memberi picu ke basis biasanya sekitar 1mA sampai 10mA, untuk memastikan kita bisa periksa datasheet transistor
• Digital Logic
Transistor dapat dikombinasikan untuk menciptakan semua dasar gerbang logika seperti AND, OR, dan NOT yang nanti menjadi dasar dalam pembuatan IC
(Catatan: Saat ini MOSFET lebih banyak digunakan untuk membuat gerbang logika dari BJTs MOSFET karena lebih hemat listrik)
Gerbang NOT
Berikut adalah rangkaian transistor yang mengimplementasikan kerja inverter, atau gerbang NOT atau pembalik keadaan input.
Jika input Y / basis diberikan tegangan positif atau tinggi maka transistor akan terhubung antara kolektor dan emitor. Emitor yang terhubung langsung ke tanah mengakibatkan output Y dominan di negatif / GND sehingga input positif akan menghasilkan output negatif, Jika sekarang input Y diberi tegangan negatif atau rendah , maka transistor akan terputus antara kolektor dan emitor, Emitor yang terputus dengan tanah mengakibatkan output Y dominan di positif/ VCC sehingga input negatif akan menghasilkan output positif.
Gerbang AND
Berikut adalah sepasang transistor yang digunakan untuk membuat gerbang AND dengan dua input A dan B :
Jika salah satu input Basis A dan B transistor diberi nilai negatif, maka transistor akan terputus antara kolektor dan emitor, Emitor yang terputus dengan tanah mengakibatkan output Y dominan positif/ VCC sehingga input negatif akan menghasilkan output positif.
Jika kedua transistor on (kedua kaki basis tinggi), maka arus positif VCC dari dari kedua kaki collector akan mengalir ke output emitor.
Gerbang OR
Gerbang OR dengan 2-input:
Di sirkuit ini, jika salah satu atau kedua A atau B tinggi, maka output transistor tinggi. Jika kedua basis transistor rendah, maka output akan rendah akibat dominannya kutub GND
H-Bridge
H-Bridge adalah sirkuit berbasis transistor yang mampu mengendalikan arah putaran motor baik searah jarum jam atau berlawanan arah jarum jam. Ini adalah sirkuit yang sangat populer banyak diaplikasikan untuk mengendalikan banyak engsel engsel robot yang menggunakan motor.
Pada dasarnya, sebuah H-bridge adalah kombinasi dari empat transistor dengan dua baris input dan dua output:
Jika kedua input tegangannya sama negatif atau sama positif, maka kedua output motor tegangannya juga sama, dan motor tidak akan bisa berputar jika output sama. Tetapi jika kedua input berlawanan, motor akan bekerja dan berputar searah jarum jam atau sebaliknya.
H-Bridge memiliki tabel logika sbb:
masukan A | masukan B | Output A | Output B | Arah Motor |
0 | 0 | 1 | 1 | Berhenti (stop) |
0 | 1 | 1 | 0 | searah jarum jam |
1 | 0 | 0 | 1 | Berlawanan arah jarum jam |
1 | 1 | 0 | 0 | Berhenti (stop) |
Osilator
Sebuah osilator adalah sirkuit yang menghasilkan sinyal periodik atau mampu menghasilkan tegangan tinggi dan rendah pada satu waktu. Osilator digunakan dalam segala macam sirkuit, dari hanya untuk lampu kedip LED sampai menghasilkan sinyal clock untuk mikrokontroler. Ada banyak cara untuk membuat rangkaian osilator bisa dengan kristal kuarsa, op amp, dan tentu saja transistor.
Berikut ini adalah contoh osilator transistor, yang disebut multivibrator astabil/tidak stabil.
Selain dari dua transistor yang bekerja, kapasitor juga berperan penting dalam sirkuit ini. Kapasitor yang melakukan pengisian dan pengosongan menyebapkan dua transistor hidup dan mati.
Cara kerja dari osilator astabil ini adalah ketika C1 terisi penuh (menyimpan tegangan sekitar VCC), muatan C2 dibuang dan Q1 aktif dan Q2 off begitupun sebaliknya. proses ini berlangsung terus menerus hingga menjadi osilasi.
Dengan memilih ukuran C1, C2, R2, dan R3 (dan menjaga R1 dan R4 relatif rendah) kita dapat mengatur kecepatan osilasi sirkuit multivibrator ini.
Jadi, dengan memberi nilai masing masing kapasitor dan resistor 10μF dan 47kΩ akan didapat frekuensi osilator sekitar 1,5 Hz. Itu berarti setiap LED akan berkedip sekitar 1,5 kali per detik.
Amplifier
Beberapa aplikasi transistor yang paling sering dipakai adalah amplifier. amplifier mengubah sinyal daya rendah menjadi daya yang lebih tinggi. Amplifier dapat meningkatkan tegangan, mulai dari μV menjadi mV atau bahkan V, atau amplifier dapat meningkatkan arus, mulai dari μA menjadi mA atau bahkan A
Transistor adalah komponen kunci untuk banyak sirkuit amplifier. Ada tiga konfigurasi umum dari amplifier transistor yang paling mendasar yaitu common emitor, common kolektor dan common basis, disini penulis fokus membahas common emitor.
Common emitor adalah salah satu konfigurasi transistor yang paling populer. Dalam rangkaian ini emitor terhubung ke tanah. kaki basis menjadi sinyla input dan kaki kolektor menjadi output. Salah satu kekhasan dari common emitor adalah sinyal outputnya terbalik terhadap sinyal input (seperti kerja inverter).
Rangkaian common emitor cocok untuk tegangan amplifier, terutama pada frekuensi rendah. Biasanya dipakai untuk memperkuat sinyal audio. Berikut sirkuitnya
Jika Anda memiliki tegangan puncak hanya 1.5V sebagai sinyal input kita bisa memperkuat tegangan yang lebih tinggi menjadi 3 volt 4,5 volt dst.
Darlington (Amplifier multistage)
Darlington amplifier atau konfigurasi darlington dipakai sebagai penguat arus.
Pasangan transistor yang membentuk konfigurasi darlington adalah alat yang cocok untuk mengendalikan beban besar dengan arus input yang sangat kecil.
Datasheet Transistor
Berikut penulis lampirkan datasheet transistor yang umum dipakai dan transistor persamaan (transistor pengganti), dari datasheet sobat bisa menyesuaikan beban kerja, frekuensi kerja rangkaian.
ref
https://www.sparkfun.com/
http://www.ermicro.com
https://www.electronics-tutorials.ws
https://www.edaboard.com
0 Please Share a Your Opinion.:
Posting Komentar