Rangkaian Saklar Transistor

Kita telah membahas rangkaian saklar transistor dasar pada prmbahasan sebelumya. Sekarang, kita akan mengkaji secara lebih mendalam jenis rangkaian saklar ini dan mempelajari cara-cara perancangannya. Rangkaian saklar transistor memanfaatkan fitur terpenting dari sebuah transistor BJT-gain. Terdapat lebih dari satu definisi untuk gain, namun disini kita akan memakai istilah ini untuk merujuk pada gain arus sinyal kecil (small signal current gain), ℎ𝑓𝑒, yang dijelaskan pada sebelumnya. Gain tidak mempunyai satuan. Gain hanyalah sebuah bilangan, sebab besaran ini merupakan hasil dari pembagian arus dengan arus. Gain sebuah transistor BJT yang tipikal yaitu 100. 

Rangkaian dibawah ini dipakai untuk memperlihatkn dan menjelaskan secara sederhana konsep gain transistor.

Aktifitas yang harus dilakukan 

Dua garis sejajar A dan B pada diagram dibawah merepresentasikan dua buah kontak logam ang terpisah sejauh 1 mm. kedua kontakini sanggup berup dua buah jarum logam yang ditancapkan pada kayu, gabus atau plastic. Atau, kontak-kontak ini sanggup berupa sepasang kawat tembaga yang telah dikupas, dengan panjang sekitar 3 cm, yng ditancapkan ke lubang-lubang papan protoboard. Pililah lubang-lubang protoboard yang sedemikian rupa sehingga kedua kawat TIDAK terhubung satu sama lainnya, baik secara listrik maupun fisik. 

Arus yan mengalir dalam rangkaian ini relative kecil, sehingga anda tidak membutuhkan sebuah resistor yang terhubung seri dengan LED, atau yang disambungkan ke terminal basis Q1. 

Pastikan bahwa tidak terdapat kekerabatan apapun antara A dn B. Sambungkan catu daya ke rangkaian. Dalam keadaan ini, LED seharusnya tidak menyala. Sentuhkan jari anda ke A dan B secara sekaligus untuk menjembatani celah diantara kedunya (namun JANGAN menciptakan kedua kontak ini bersetuhan pribadi satu sama lainnya!). LED akan menyala. Anda mungkin tidak sanggup melihat cahayanya dengan terperinci apabila anda berada di samping jendela. Cobalah, melembabkan ujung jari anda sebelum menyentuhkannya ke kedua kontak. Perkirakan berapa besar arus yang mengalir melewati permukaan ujung jari anda.

Transistor Daya 

Transistor BJT daya-rendah, semisal BC548, sangat cocok untuk dipakai sebagai saklar arus ke LED dan lampu-lampu filament kecil. Jenis transistor ini mempunyai rating arus kolektor sampai 100 mA. Banyak perangkat lainnya, ibarat contohnya motor-motor DC dan lampu-lampu yang lebih terang, membutuhkan arus yang jauh lebih besar dari nilai ini. Untuk menyambungkn arus pada level ini, kita membutuhkan transistortransistor dya-menengah atau daya-tinggi. 

Transistor BJT daya-tinggi yang diperlihatkan dala foto di sebelh kanan bisa melewatkan arus sampai 10 A.sebagaimana halnya semua transistor lainnya, transistor ini mempunyai tiga kaki terminal. 

Salah satu hambatan yang dihadapi dengan listrik daya tinggi yaitu bahwa sebagian dari daya yang dipakai akan hilang sebagai panas. Dengan arus sebesar beberapa ampere, panas yang dihasilkan sanggup menjadi sedemikian besar sampai merusak BJT. 

Untuk menghindari terjadinya hal semacam ini, kita harus memasang sebuah heat sink (alat pembang panas) pada tag yang terdapat di pecahan atas dan tubuh transistor. Piranti heat sink ini akan membuang panas ke lingkungan sekitar. 

Sebuah heat sink sanggup dibentuk dari materi logam (biasanya aluminium) yang mmpu mengalirkan panas ke lingkungan sekitar. Sebagian besar heat sink dibentuk dengan bentuk sirip-sirip tipis, sehingga memungkinkan arus konveksi yang ada di udara menarik panas dari permukaan sirip. Selain itu, heat sink pada umumnya diberi warna hitam-legam biar sanggup merdiasikan panas secara efisien. Sebuah pasta yang terbuat dari materi konduktor khusus dilapisi pada permukaan heat sink yang bersentuhan pribadi dengan pecahan tag.  

Akan tetapi, sebuah transistor pada umunya tidak membutuhkan heat sink ketika  berada  dalam  keadaan  yang  sepenuhnya  ‘mati’  (tidak  ada  arus   mengalir)  atau  sepenuhnya  ‘hidup’  (saturasi).  Ketika  transistor  mengalami   saturasi, tahanan listrik terhadap arus kolektor sangat kecil. Tahanan yang sangat kecil ini hanya menyebabkan timbulnya rugi-rugi daya menjadi panas yang sangat sedikit. 

Catatan 

𝑃=  𝐼𝑅.𝑘𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎  𝑅  𝑏𝑒𝑟𝑛𝑖𝑙𝑎𝑖  𝑠𝑎𝑛𝑔𝑎𝑡  𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙, 𝑚𝑎𝑘𝑎  𝑃  𝑗𝑢𝑔𝑎  𝑠𝑎𝑛𝑔𝑎𝑡  𝑘𝑒𝑐𝑖𝑙.

Merancang Sebuah Saklar 

Kita membutuhkan rangkaian yang sanggup menyalakan LED saat cahaya dari lingkungan sekitar mulia meredup. Rangkaian ini boleh jadi merupakan satu pecahan dari sebuah sistem keamanan, yang berfungsi untuk mendeteksi datangnya tamu tak diundang. Diagram sistem unuk rangkaian ini memperlihatkan tiga pecahan (atau tahapan) yang tipikal : 

Bagian sensor cahaya sanggup berupa sebuah rangkaian pembagi tegangan, yang terdiri dari sebuah LDR dan sebuah resistor. Arus output dari sensor mengalir ke pecahan saklar transistor, yang terdiri dari sebuah transistor yang tersambung ke sebuah resistor yang tersambung ke sebuah resistor basis. Bagian ini berfungsi untuk menyambungkan arus ke sebuah LED dan ke sebuah resistor lainnya yang terhubung seri ke LED. Diagram rangkaian selengkapnya lihat pada gambar di bawah ini. 

R1 dan LDR (R2) disusun dalam konfigurasi yang sedemikian rupa sehingga tegangan pada titik A akan naik saat LDR mendapatkan lebih sedikit cahaya. Sumber listrik yang dipakai yaitu sebuah PSU plug-in 6V, sebab rangkaian akan bekerja siang-malam. Sensor yang dipakai yaitu piranti sensor popular tipe ORP12, yang memang banyak tersedia di pasaran. 

Sebuah LED tipikal membutuhkan arus sebesar 20 mA dalam keadaan menyala. Sebuah transistor daya-rendah semisal BC548 sanggup menyambungkan arus sampai 100 mA, dan oleh karenanya kita akan menentukan tipe ini untuk transistor Q1. Ketika Q1 berada dalam keadaan saturasi, akan terdapat tegangan sebesar hampir 6V pada D1 dan R4. Jatuh tegangan maju pada diode akan mencapai hampir 2V, sehingga kita membutuhkan jatuh tegangan sebesar 4V dan R4. Hukum Ohm menggariskan bahwa tahanan R4 harus bernilai 4V dibagi dengan 20 mA, yaitu 200 W. 

Dengan memakai multimeter, kita sanggup mengetahui bahwa tahanan R2 di bawah cahaya yang redup (tingakt intensitas untuk kondisi LEDHIDUP) yaitu 1,3 kW. Untuk mengaktifkan Q1, kita membutuhkan teganagn lebih dari 1V pada titik A. sedikit perhitungan dan acuan ke nilai-nilai tahanan di dalam seri E24 akan memperlihatkan bahwa apabila R1 yaitu 3,9 kW, maka tegangan pada A yaitu 1,5 V. Nilai tegangan ini memperlihatkan cukup ruang untuk toleransi resistor. 

Ketika Q1 berada dalam keadaan aktif(saturasi), tegangan pada A yaitu 1,5 V (sebagaimana perhitungan di atas) dan tegangan pada basis yaitu 0,7V. jatuh tegangan pada R3 yaitu 0,8V. Apabila gain Q1 yaitu 100, atau 200mA. Dengan demikian , tahanan R3 haruslah bernilai sebesar 0,8V dibagi dengan 200mA, yang yaitu 4 kW. Nilai E24 yang terdeat dengan tahanan ini yaitu 3,9 kW. 

Berikut ini yaitu diagram yang memperlihatkan rancangan final dari rangkaian saklar transistor kita, yang menyertakan nilai-nilai kritis untuk tegangan dan arus.

Berbagi :