Rangkaian Dasar Transistor Sebagai Saklar

Salah satu fungsi transistor yang banyak digunakan terutama dalam dunia elektronika digital adalah Transistor Sebagai Saklar atau biasa juga disebut Rangkaian Switching Transistor. Sebagaimana kita ketahui bahwa titik kerja transistor ada 3 yaitu Daerah Jenuh (Saturation), Daerah Aktif, dan Daerah mati (Cut Off). Perhatikan grafik dibawah ini.

Untuk membuat transistor menghantarkan arus, maka pada input kaki basis transistor harus diberikan tegangan yang besarnya harus lebih besar dari 0,3V (untuk transistor germanium) atau 0,7V (untuk transistor silikon).  Dalam hal ini kita akan memfungsikan transistor sebagai switch, maka arus basis (Ib) yang mengalir minimal harus sama dengan (sebaiknya lebih besar) arus kolektor (Ic) di bagi Beta DC (Ib-sat >= Ic/βdc) agar transistor berada pada titik jenuh, dan Ib harus lebih kecil dari (atau minimal sama dengan) 0,3V (untuk transistor germanium) dan 0,7V untuk transistor silikon (Simple nya Ib = 0V). Dalam buku Teori Elektronika Dasar yang pernah saya baca, untuk menjamin agar transistor berada di titik saturasi, maka Ib harus dibuat 10 x lebih besar dari Ib saturasi (Ib = 10x(Ic/βdc)).

Kita akan mengoperasikan transistor sebagai saklar atau switch, maka transistor hanya bekerja di 2 titik kerja yaitu Daerah Jenuh dan Daerah Cut Off. Ketika transistor berada di daerah Jenuh maka hal tersebut adalah ekivalen dengan saklar sedang tertutup, sedangkan ketika transistor berada di daerah Cut Off maka hal tersebut ekivalen dengan saklar yang sedang terbuka.

Transistor Dalam Kondisi Jenuh (Saklar Tertutup / Saklar ON)

Gambar diatas adalah rangkaian transistor dalam kondisi saturasi dan disampingnya adalah rangkaian ekivalennya (Saklar sedang tertutup). Persamaan yang digunakan untuk menghitung arus basis (Ib), arus kolektor (Ic) dan parameter lainnya adalah sebagai berikut.

Pada rangkaian loop tertutup (lihat gambar diatas) :

Vcc - Ic.Rc - Vce = 0

 Maka besar tegangan kolektor emitor (Vce) dapat dicari dengan persamaan :

Vce = Vcc - Ic.Rc

Karena kondisi saturasi Vce ~= 0V (dalam implementasi nya, Vce bisa dianggap 0V (Vce = 0V)) maka arus kolektor dapat dicari dengan rumus :

Ic(sat) = (Vcc - Vce) / Rc = Vcc / Rc
   
Dalam implementasi nya Rc merupakan beban yang digerakkan oleh transistor (misal Relay, LED, dll). Oleh sebab itu spesifikasi transistor yang menggerakkan beban tersebut harus memiliki Ic(max) lebih besar dari Ic(sat) agar transistor tidak mengalami kerusakan. Sebagai pedoman dalam perancangan, agar transistor awet digunakan (tidak mengalami panas maksimum) maka dalam perancangan gunakanlah transistor dengan spesifikasi Ic(max) ≥ (Ic.100)/80 atau Ic(sat) ≤ 80%.Ic(max). Sekarang arus kolektor diatas adalah merupakan arus kolektor saturasi (Ic(sat)), agar transistor tersebut dapat mengalirkan Ic(sat), mak arus basis (Ib(sat)) harus bernilai :

Ib(sat) ≥ Ic(sat) / βdc

Sebagai pedoman perancangan, mengingat parameter-parameter yang dapat mempengaruhi kerja transistor (seperti suhu, toleransi komponen, dll), maka agar arus basis yang mengalir benar-benar menjamin arus kolektor berada dititik satusari, Ib(sat) dibuat 10 x Ib(sat) :

Ib = 10 x Ib(sat)

Nah, untuk mencari arus basis (Ib) ini, sesuai dengan gambar diatas, menggunakan rumus :

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Dalam implementasi dilapangan, yang perlu dicari disini adalah Tahanan Basis (Rb) :

Rb = (Vi - Vbe) / Ib

Rb = (Vi - 0,7V) / Ib      ......... (Untuk transistor silikon)
Rb = (Vi - 0,3V) / Ib      ......... (Untuk transistor germanium)


Transistor Dalam Kondisi Cut Off (Saklar Terbuka / Saklar OFF)

Gambar diatas adalah rangkaian transistor dalam kondisi cut off dan disampingnya adalah rangkaian ekivalennya (Saklar sedang terbuka). Pada gambar diatas, dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis (Vi = 0V) maka transistor akan berada dalam kondisi mati (cut off), sehingga tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Dalam perancangan, arus kolektor yang mengalir (Ic) dapat dianggap 0 (Ic = 0A). Keadaan ini menyerupai saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada gambar disampingnya. Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off adalah :

Vce = Vcc - (Ic.Rc)

Karena dalam kondisi cut off (mati) Ic = 0A, maka :

Vce = Vcc - (0.Rc)
Vce = Vcc

Besar arus basis untuk membuat arus kolektor (Ic) menjadi 0A adalah sebesar 0A juga, sesuai dengan persamaan berikut ini :

Ib = Ic / βdc
Ib = 0 / βdc
Ib = 0 Ampere 

Lantas, bagaimana cara untuk mng-cut off transistor ini atau cara agar arus basis menjadi 0A ? Jawabannya ya gampang, tinggal matikan saja tegangan supplai pada kaki basis, ototmatis arus basis akan menjadi 0. Secara matematis dapat dijelaskan seperti berikut :

Ib = (Vi - Vbe) / Rb
Vi = (Ib.Rb) + Vbe
Vi = (0A.Rb) + Vbe
Vi = 0 + Vbe
Vi ≈ 0V

Demikian tutorial ini semoga bermanfaat. Insya Allah pada tutorial selanjutnya kita akan membahas implementasi rangkaian transistor sebagai saklar, yaitu Rangkaian Penggerak Relay.