Pengoperasian Dasar Transistor Bipolar Sebagai Saklar ( Bagian Kedua )

Disini ,Bila transistor akan dioperasikan sebagai saklar maka transistor akan bertukar2 kondisi dari titik menyumbat ke titik jenuh ( saturasi ) atau sebaliknya.
1. Transistor Dalam Keadaan Menyumbat ( cut-off )
Bila transistor dalam keadaan menyumbat bagaikan saklar yang sedang membuka ( switch OFF ).Maka:
A. Kuat arus = 0.
B. Tegangan VCE = tegangan baterai ( Vcc ).
C. Tegangan di beban = 0 volt .
D. Perlawanan transistor = tak terhingga (∞).
E. Pada keadaan menyumbat transistor ada arus-bocor.
2. Transistor Dalam Keadaan Jenuh ( saturation )
Bila transistor dalam keadaan jenuh bagaikan saklar yang sedang menutup (switchON).Maka:
A. Kuat arus = Maksimum
Kuat arus ini ditentukan oleh:
1) Perlawanan RC ( sebab perlawanan antara kolektor-emitor adalah 0 )
2) Faktor Penguatan arus (hFE) transistor.
3) Tegangan baterai
B. Tegangan VCE = 0 volt
C. Tegangan dibeban = tegangan baterai
D. Perlawanan transistor = Nol.
E. Ada tegangan sisa sebesar VBE.
3. Contoh Penerapan Transistor Sebagai Saklar
Sebuah transistor BC547 dan sebuah lampu led 5mm berwarna merah pada terminal keluaran transistor,buatlah rangkaian saklar dengan panjaran basis,dimana jika transistor jenuh (saklar tertutup) maka lampu led harus menyala ( menghasilkan cahaya ),sumber-daya kita gunakan baterai 9 Volt DC ?.....
Diketahui:
Dari lembar-data Transistor BC547 :
a) hFE =110 – 800
b) Imaks = 100 ma
c) VCE (sat) = Maksimum 0,250 V atau 250mV ( tegangan sisa ) Dari lembar-data dioda led :
• Arus maju = 10 ma
• Tegangan maju = 2,250 volt
Ditanya : Berapa nilai hambatan resistor2 pada jejaring panjaran basis untuk mengendalikan arus dan menyalakan lampu led ?...
Jawab :
Dalam keadaan menyumbat besar VCE = VCC yaitu sebesar 9V.Arus yang dibutuhkan dioda LED sebesar 10mA pada terminal Kolektor.Kita buat grafik titik kerja-DC transistor dari lembar data transistor BC547.
Dari grafik terlihat jelas bahwa arus basis yang diperlukan sekitar 50 mikroAmpere (50uA) atau 0,00005A untuk menghasilkan arus pada kolektor sebesar 0,01A ( 10 mA ) pada suhu ruang ( 25 derajat celsius ) dititik jenuh transistor BC547. Adapun besar penguatan DC nya sebesar:
Dimana:
IC = HFE * IB
HFE = IC / IB =10ma / 50ua =10 ma / 0,05 ma = 200
HFE = 200 masih status operasi aman dari jangkauan transistor BC547 sekitar 110 – 800.
Arus pada emitor sebesar :
IE = IC + IB = 10mA + 0,050mA = 10,050mA
Sedangkan besar nilai perlawanan2 yang diperlukan berdasarkan hukum Ohm:
R= V/ I
Karena pada sambungan kolektor ( dioda kolektor-emitor ) ada tegangan-sisa ( bocor ) pada transistor silikon yaitu sebesar maksimum 0,250 Volt pada kondisi test IC = 10mA, IB = 0,5mA yang tertulis pada lembar data transistor itu.Dan tegangan panjar maju dioda Led yang berseri dengan sambungan kolektor ini. Maka tegangan pada beban sebesar :
Vload = VCC – Vled – VCEsat
Besar perlawanan pada beban ialah :
RC = VRC / IRC
RC = VCC – Vled – VCEsat / IC
RC = 9 V – 2,250V – 0,250V/ 10ma
RC = 6,50V / 0,01A = 650 Ohm
Jika menggunakan resistor dengan toleransi 5% maka jangkauan hambatan kolektor berkisar :
Dimana ( 5 / 100 ).650 = 32,5 ohm
Nilai terbesar = 650 + 32,5 ohm = 682,5 ohm
Nilai terkecil = 650 - 32,5 = 617,5 ohm
Maka jangkauan hambatan dengan toleransi 5% = 617,5 ohm – 682,5 ohm Berdasarkan standar resistor E24 ,kita gunakan RC = 680 ohm Karena pada sambungan emitor ( dioda basis-emitor ) ada tegangan hilang pada transistor silikon yaitu sebesar 0,7Volt,besar perlawanan basis sebesar:
RB = VRB / IRB
RB = VCC – VBE / IRB
= 9V – 0,7V / 50uA = 8,3 V/ 50uA
= 8,3V / 0,00005A = 166000 Ohm atau 166 Kohm
Jika menggunakan resistor dengan toleransi 5% maka jangkauan hambatan basis berkisar : Dimana ( 5 / 100 )*166000 = 8300 ohm
Nilai terbesar = 166000 + 8300ohm = 174300 ohm
Nilai terkecil = 166000 - 8300= 157700 ohm
Maka jangkauan hambatan dengan toleransi 5% = 157700 ohm – 174300 ohm
Berdasarkan standar resistor E24, kita gunakan RB = 150Kohm
Besar sumber Tegangan :
VCC = VCE + VRC + VLED
Maka Arus dari sumber tegangan 9V ialah
ICC = IRC + IRB = 10mA + 0,050 mA = 10,050mA
Supaya dioda basis- kolektor menghantar dengan pajaran maju maka: VCE = VBE + VCB
Maka VCB = VCE – VBE = 0,250V – 0,7V = – 0,450V
Hasil VCB bernilai negatif menyebakan panjaran maju pada dioda basis-kolektor.
Tabel berikut hasil dari perbandingan penerapan transistor sebagai Saklar
Keterangan:
• VCEsat ( dari lembar-data transistor ) karena sebagai saklar.
• Ada tegangan hilang pada LED sebesar 0.3V,karena terbuat dari semikonduktor galium arsenida.
• Aktual artinya hasil pengukuran secara praktikum dengan MultiTester.
• Agar dapat bekerja seperti saklar,dan kita dapat melihat jelas,cara kerjanya,komponen perlawanan 150kohm dipilih jenis resistor peka cahaya ( LDR ),dimana pada saat sinar terang jatuh pada permukaan LDR,resistor ini bernilai perlawanan maksimun sehingga arus yang mengalir melalui LDR menjadi minimum dari Vcc,sedangkan saat gelap hasil arus kebalikan dari saat terang.Cobalah Tutup-buka ,tutup-buka permukaan LDR dengan jari anda.
• Karena kita belum pelajari cara mengkopel sumber isyarat dengan penguat, maka sementara ini kita menggunakan LDR untuk sepintas mengetahui bagaimana transistor sebagai saklar.

4. Disipasi Daya
Dalam percobaan sebelumnya bahwa transistor dalam beroperasi akan mengalirkan arus,dimana:
A. Dalam dioda basis-emitor
Maka arus basis mengalir membangkitkan tegangan 0,2 volt( germanium) atau 0,6 (silikon).
Besar daya pada dioda ini sebesar ( IB x VBE ) watt.

B. Dalam dioda kolektor-emitor
Maka arus kolektor mengalir membangkitkan tegangan VCE.Besar daya pada dioda ini sebesar ( IC x VCE ) watt.
Daya2 yang terjadi pada A dan B, daya itu berupa panas ( bahang ) yang terbuang sia2, dalam hal ini daya itu disebut Disipasi Daya.
Daya yang berupa panas akan merusak transistor bila terlalu berlebihan oleh sebab itu transistor diberi pembenam bahang ( umumnya alumunium).Arus yang mengalir terpengaruh oleh panas. Contoh:
Diketahui:
Berdasarkan contoh pertama transistor dimana pada keadaan tabel teori VCC = 9volt,RC = 860Ohm,IB = 0,050ma, bila transistor dalam keadaan jenuh maka VCE = 0,250V (=250mV) dan VBE = 0,7V ( =700mV).
Ditanya: Arus kolektor dan Disipasi daya....?
Jawab :
a) Arus kolektor
VRC = VCC - VCE = 9V – 0,250V= 8,750V
IC =VRC / RC= 8,750 volt / 860ohm = 0,01286 A atau 13mA
b) Disipasi daya
• Disipasi daya pada basis ada sebesar:
IBxVBE = 0,050 mA x 700mV = 0,050 mA x 700mV = 35mW atau 0,035 Watt
• Disipasi daya pada kolektor ada sebesar:
IC x VCE = 13mA x 250mV = 3250 mW atau 3,250 Watt
• Total disipasi daya transistor ialah:
Pt = PB + PC= 0,035Watt + 3,250Watt = 3,285 watt ( 3.285 mW).
Dari perhitungan diatas disipasi daya yang disebabkan dioda basis-emitor hanya kecil saja sedangkan disipasi daya yang disebabkan arus kolektor harus di perhitungkan,disipasi daya ini disebut disipasi kolektor,pabrik memberi batasan maksimum untuk disipasi daya kolektor ( maximum collector dissipation ),bila terlampaui akan merusakan transistor itu.