Karakteristik dan Cara Kerja Transistor Sebagai Swicth

Transitor Sebagai Switch (Saklar)

Pada rangkaian transistor penguat sinyal AC, bias tegangan pada transistor akan selalu berperasi pada kondisi aktif. Tetapi jika transistor diberikan bias DC maka transistor akan bekerja seperti saklar dengan cara mengontrol arus pada kaki basisnya. Jika kaki basis diberi arus yang besar maksimal sama dengan tegangan supply, maka transistor akan berada pada kondisi ON seperti saklar tertutup yaitu arus akan mengalir antara kolektor dan emiter. sebaliknya jika arus yang diberikan ke kaki basis sangat kecil transistor akan seperti saklar terbuka atau kondisi OFF.

Rangkaian switch dengan transistor banyak digunakan sebagai pengontrol relay, motor, selenoid dan lampu atau sebagai driver input-output pada rangkaian IC digital (TTL). Cara kerja transistor sebagai saklar berada pada 2 keadaan yaitu; kondisi Saturasi (switch ON) dan kondisi Cut-Off (switch OFF), untuk lebih jelasnya perhatikan gambar grafik dibawah ini:

Wilayah Fully-Off (Cut-Off) Transistor

Ketika arus yang masuk ke kaki basis sangat kecil bahkan mendekati nol, kondisi ini mengakibatkan transistor berada pada dkondisi Cut-Off sehingga arus pada kolektor mejadi nol dan besar tegangan antara kaki kolektor dan emitter sama dengan supply (VCC). kondisi ini tidak ada arus mengalir antara kaki kolektor dan emiter seperti saklar terbuka atau OFF. Perhatikan gambar dibawah ini:

Cut-off Transistor

Karakteristik Cut-Off Transistor

• Tegangan basis emiter (VBE) kurang dari 0,7V.
• kondisi forward bias antara kaki Basis dan kaki Emiter
• kaki basis - kolektor pada kondisi reverse bias
• Tidak ada arus yang mengalir ke kolektor atau IC = 0
• Vout = VCE = VCC = 1
• Transistor beroperasi seperti saklar terbuka.
• Kaki basis harus lebih negatif dari emiter untuk transistor jenis NPN, dan untuk transistor tipe PNP arus basis harus lebih positif dari kolektor.

Wilayah Saturasi Transistor

Transistor akan berada pada kondisi saturasi jika arus yang masuk ke kaki basis sangat besar, bahkan sampai ketitik jenuh sehingga arus pada kaki kolektor akan maksimum (IC=VCC/RL). Kondisi seperti ini diibaratkan seperti saklar pada posisi ON. Perhatikan gambar berikut:

Saturasi Transistor

Karakteristik Saturasi Transistor

• Tegangan basis - emiter (VBE) lebih besar dari 0,7V
• Kondisi Basis - emiter adalah forward bias
• Kondisi basis - kolektor adalah forward bias
• Arus yang mengalir pada kolektor adalah maksimum (Ic = Vcc/RL)
• Tegangan kolektor - emiter (VCE = 0)
• VOUT = VCE = 0
• Transistor beroperasi seperti saklar tertutup.
• Kaki basis harus lebih positif dari emiter untuk transistor jenis NPN, dan untuk transistor tipe PNP arus basis harus lebih negatifdari kolektor. 

Cara Menghitung Resistor basis Transistor Sebagai Switch

Arus pada kaki kolektor dapat diatur sesuai kebutuhan dengan cara memasang resistor pembatas arus pada kaki basis, untuk menghitung berapa nilai yang tepat berlaku rumus berikut ini:

IB = IC/β

RB = (VIN - VBE) / IB

dimana RB = R basis, VBE = tegangan basis-emiter, IB = arus basis

Contoh:

Jika sebuah transistor memiliki nilai β = 200, dibuat rangkaian switch dengan supply 5V, dibutuhkan arus output kolektor 100mA untuk mendrive sebuah relay. hitunglah arus basis minimal sehingga transistor mencapai titik saturasi, dan berapa resistor basis yang diperlukan?

Jawab:

IB = IC/β

IB = 100mA/200 = 0,5mA

RB = (VIN - VBE) / IB

RB = (5V - 0,7) / 0,0005A

RB = 8600Ω = 8,6KΩ 

 Jadi resistor basis yang harus dipasang maksimal 8,6k.

Catatan:

• Pergunakan transistor dengan spesifikasi arus kolektor yang lebih besar dari kebutuhan
• Jika arus kolektor yang dibutuhkan sangat besar maka dapat menggunakan dua buah transistor yang dirangkaian secara darlington, hal ini akan dibahas secara khusus pada artikel mengenai transistor darlington.