Perangkat utama dalam domain kelistrikan dan elektronik adalah katup yang diatur yang memungkinkan sinyal lemah untuk mengatur lebih banyak aliran serupa dengan nosel yang mengatur aliran air dari pompa, tabung, dan lainnya. Pada satu periode, katup yang diatur yang diterapkan dalam domain listrik ini adalah tabung vakum. Penerapan dan pemanfaatan tabung vakum baik, tetapi komplikasi dengan ini besar dan konsumsi daya listrik yang besar yang dikirim sebagai panas yang memotong masa pakai tabung. Sebagai kompensasi atas masalah ini, transistor adalah perangkat yang memberikan solusi baik yang sesuai dengan kebutuhan seluruh industri listrik dan elektronik. Perangkat ini ditemukan oleh 'William Shockley' pada tahun 1947. Untuk membahas lebih lanjut, mari kita selami topik rinci tentang mengetahui apa itu transistor , menerapkan transistor sebagai saklar , dan banyak karakteristik.

Apa itu Transistor?

Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang dapat digunakan untuk aplikasi switching, penguatan sinyal lemah, dan dalam jumlah ribuan dan jutaan transistor saling berhubungan dan tertanam ke dalam sirkuit / chip terintegrasi kecil, yang membuat memori komputer. Sakelar Transistor, yang digunakan untuk membuka atau menutup suatu rangkaian, artinya transistor biasa digunakan sebagai sakelar pada perangkat elektronik hanya untuk aplikasi tegangan rendah karena sifatnya yang rendah. kekuasaan konsumsi. Transistor berfungsi sebagai sakelar ketika berada di daerah cutoff dan saturasi.

Jenis Transistor BJT

Pada dasarnya, transistor terdiri dari dua persimpangan PN, persimpangan ini dibentuk dengan mengapit tipe-N atau tipe-P semikonduktor bahan antara sepasang bahan semikonduktor jenis yang berlawanan.

Persimpangan bipolar transistor diklasifikasikan menjadi beberapa tipe

NPN
PNP

Transistor memiliki tiga terminal yaitu Base, Emitor , dan Kolektor. Emitor adalah terminal yang sangat dikotori dan memancarkan elektron ke daerah Basis. Terminal Base dikotori ringan dan melewatkan elektron yang diinjeksikan emitor ke kolektor. Terminal kolektor didoping menengah dan mengumpulkan elektron dari Basis.

Transistor tipe NPN adalah komposisi dua bahan semikonduktor doped tipe-N antara lapisan semikonduktor doped tipe-P seperti yang ditunjukkan di atas. Demikian pula, transistor tipe PNP adalah komposisi dua bahan semikonduktor doped tipe-P antara lapisan semikonduktor doped tipe-N seperti yang ditunjukkan di atas. Fungsi transistor NPN dan PNP sama tetapi berbeda dalam hal bias dan polaritas catu daya.

Transistor sebagai Saklar

Jika rangkaian menggunakan Transistor BJT sebagai switc h, maka bias transistor, baik NPN atau PNP diatur untuk mengoperasikan transistor pada kedua sisi kurva karakteristik I-V yang ditunjukkan di bawah ini. Transistor dapat dioperasikan dalam tiga mode, wilayah aktif, wilayah saturasi, dan wilayah cut-off. Di daerah aktif, transistor berfungsi sebagai penguat. Sebagai sakelar transistor, ia beroperasi di dua wilayah dan itu adalah Wilayah Saturasi (sepenuhnya ON) dan Wilayah Cut-off (OFF sepenuhnya). Itu transistor sebagai diagram rangkaian sakelar aku s

Transistor sebagai Saklar

Baik jenis transistor NPN dan PNP dapat dioperasikan sebagai sakelar. Beberapa aplikasi menggunakan transistor daya sebagai alat switching. Selama kondisi ini, mungkin tidak ada persyaratan untuk menggunakan transistor sinyal lain untuk menggerakkan transistor ini.

Mode Operasi Transistor

Kita dapat mengamati dari karakteristik di atas, area berwarna merah muda di bagian bawah kurva mewakili Wilayah Cut-off dan area biru di sebelah kiri mewakili wilayah Saturasi transistor. daerah transistor ini didefinisikan sebagai

Wilayah Cut-off

Kondisi operasi transistor adalah arus basis masukan nol (IB = 0), arus kolektor keluaran nol (Ic = 0), dan tegangan kolektor maksimum (VCE) yang menghasilkan lapisan penipisan yang besar dan tidak ada arus yang mengalir melalui perangkat.

Oleh karena itu transistor dialihkan ke 'Fully-OFF'. Jadi kita dapat mendefinisikan daerah cut-off saat menggunakan transistor bipolar sebagai sakelar, mengganggu persimpangan transistor NPN yang bias terbalik, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Mode Potong

Kemudian kita dapat mendefinisikan 'wilayah cut-off' atau 'mode OFF' ketika menggunakan transistor bipolar sebagai sakelar, kedua persimpangan bias terbalik, IC = 0, dan VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Karakteristik Wilayah Cut-off

Karakteristik daerah cut-off adalah:

Baik terminal basis dan input diardekan yang berarti '0'v
Tingkat tegangan pada pertemuan basis-emitor kurang dari 0.7v
Persimpangan basis-emitor berada dalam kondisi bias terbalik
Di sini transistor berfungsi sebagai sakelar OPEN
Ketika transistor benar-benar OFF, ia pindah ke wilayah cut-off
Persimpangan basis-kolektor dalam kondisi bias terbalik
Tidak akan ada aliran arus di terminal kolektor yang berarti Ic = 0
Nilai tegangan pada pertemuan emitor-kolektor, dan pada terminal keluaran adalah '1'

Wilayah Saturasi

Di wilayah ini, transistor akan bias sehingga jumlah maksimum arus basis (IB) diterapkan, menghasilkan arus kolektor maksimum (IC = VCC / RL) dan kemudian menghasilkan tegangan kolektor-emitor minimum (VCE ~ 0) penurunan. Pada kondisi ini lapisan deplesi menjadi sekecil mungkin dan arus maksimum mengalir melalui transistor. Oleh karena itu transistor dalam keadaan 'Fully-ON'.

Mode Saturasi

Definisi 'wilayah saturasi' atau 'mode ON' ketika menggunakan transistor bipolar NPN sebagai sakelar, kedua persimpangannya bias maju, IC = Maksimum, dan VB> 0,7v. Untuk transistor PNP, potensial Emitter harus + ve sehubungan dengan Base. Ini adalah kerja transistor sebagai saklar .

Karakteristik Wilayah Saturasi

Itu karakteristik saturasi adalah:

Baik terminal basis dan input terhubung ke Vcc = 5v
Tingkat tegangan pada pertemuan basis-emitor lebih dari 0.7v
Persimpangan basis-emitor berada dalam kondisi bias maju
Disini transistor berfungsi sebagai saklar TERTUTUP
Ketika transistor benar-benar OFF, ia bergerak ke wilayah saturasi
Persimpangan basis-kolektor dalam kondisi bias maju
Aliran arus di terminal kolektor adalah Ic = (Vcc / RL)
Nilai tegangan pada pertemuan emitor-kolektor, dan pada terminal keluaran adalah '0'
Ketika tegangan pada pertemuan kolektor-emitor adalah '0', ini berarti kondisi saturasi yang ideal

Selain itu, kerja transistor sebagai saklar dapat dijelaskan secara detail seperti di bawah ini:

“komponen apa dalam rangkaian yang diwakili oleh simbol ini? ”

Transistor sebagai Sakelar - NPN

Bergantung pada nilai tegangan yang diterapkan di tepi dasar transistor, fungsionalitas switching berlangsung. Ketika ada jumlah tegangan yang baik yaitu ~ 0.7V di antara emitor dan tepi basis, maka aliran tegangan di tepi kolektor ke tepi emitor adalah nol. Jadi transistor dalam kondisi ini berfungsi sebagai saklar dan arus yang mengalir melalui kolektor dianggap sebagai arus transistor.

Dengan cara yang sama, ketika tidak ada tegangan yang diterapkan pada terminal input, maka transistor berfungsi di daerah cut-off dan berfungsi sebagai sirkuit terbuka. Dalam metode pensaklaran ini, beban terhubung bersentuhan dengan titik pensaklaran dimana ini bertindak sebagai titik acuan. Jadi pada saat transistor bergerak ke kondisi 'ON' maka akan terjadi aliran arus dari terminal sumber ke ground melalui beban.

Transistor NPN sebagai Sakelar

Untuk memperjelas metode peralihan ini, mari kita pertimbangkan sebuah contoh.

Asumsikan bahwa transistor memiliki nilai resistansi dasar 50kOhm, resistansi di tepi kolektor adalah 0.7kOhm dan tegangan yang diterapkan adalah 5V dan menganggap nilai beta sebagai 150. Di tepi alas, sinyal yang bervariasi antara 0 dan 5V diterapkan . Hal ini sesuai dengan keluaran kolektor yang diamati dengan memodifikasi nilai tegangan masukan yaitu 0 dan 5V. Perhatikan diagram berikut.

Saat V_INI= 0, lalu saya_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Jadi, arus di terminal kolektor adalah 7.1mA

Karena nilai beta 150, maka Ib = Ic / β

Ib = 7.1 / 150 = 47.3 µA

Jadi, arus basis adalah 47,3 µA

Dengan nilai diatas maka nilai arus tertinggi pada terminal kolektor sebesar 7,1 mA pada kondisi tegangan kolektor ke emitor nol dan nilai arus basis 47,3 µA. Dengan demikian, terbukti bahwa ketika nilai arus pada tepi basis dinaikkan di atas 47,3 µA, maka transistor NPN bergerak menuju daerah saturasi.

Asumsikan transistor memiliki tegangan input 0V. Artinya arus basis adalah '0' dan ketika sambungan emitor diardekan, maka sambungan emitor dan sambungan basis tidak akan berada dalam kondisi bias penerusan. Jadi transistor dalam mode OFF dan nilai tegangan di tepi kolektor adalah 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Asumsikan transistor memiliki tegangan input 5V. Di sini nilai arus pada tepi alas dapat diketahui dengan menggunakan Prinsip tegangan Kirchhoff .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Ketika transistor silikon dipertimbangkan, ia memiliki Vbe = 0.7V

Jadi, Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8µA

“transistor apa yang digunakan ”

Dengan demikian dibuktikan bahwa ketika nilai arus pada tepi basis dinaikkan di atas 56,8 µA, maka transistor NPN bergerak ke daerah jenuh pada kondisi masukan 5V.

Transistor sebagai Sakelar - PNP

Fungsionalitas switching untuk transistor PNP dan NPN serupa tetapi variasinya adalah pada transistor PNP, aliran arus berasal dari terminal basis. Konfigurasi sakelar ini digunakan untuk koneksi ground negatif. Di sini, tepi alas memiliki koneksi bias negatif sesuai dengan tepi emitor. Ketika tegangan pada terminal basis lebih -ve, maka akan terjadi aliran arus basis. Untuk menjadi jelas, bahwa ketika katup tegangan sangat minimal atau -ve ada, maka ini membuat transistor sebagai hubung singkat jika tidak terbuka atau sebaliknya impedansi tinggi .

Dalam jenis koneksi ini, beban dihubungkan dengan output switching bersama dengan titik referensi. Saat transistor PNP dalam kondisi ON maka akan ada aliran arus dari sumber ke beban kemudian ke ground melalui transistor.

Transistor PNP sebagai Sakelar

Seperti halnya operasi switching transistor NPN, input transistor PNP juga berada di tepi basis, sedangkan terminal emitor terhubung dengan tegangan tetap dan terminal kolektor terhubung ke ground melalui beban. Gambar di bawah menjelaskan sirkuit.

Di sini terminal basis selalu dalam kondisi bias negatif sesuai dengan tepi emitor dan basis itu terhubung di sisi negatif dan emitor di sisi positif dari tegangan input. Artinya tegangan pada basis ke emitor adalah negatif dan tegangan pada emitor ke kolektor bertanda positif. Jadi, akan ada konduktivitas transistor ketika tegangan emitor memiliki level yang lebih positif dari pada terminal basis dan kolektor. Jadi, tegangan di pangkalan harus lebih negatif daripada terminal lain.

Untuk mengetahui nilai arus kolektor dan basis, kita membutuhkan ekspresi di bawah ini.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Satu

Dimana Ub = Ic / β

Untuk memperjelas metode peralihan ini, mari kita pertimbangkan sebuah contoh.

Asumsikan rangkaian beban membutuhkan 120 mA dan nilai beta transistor adalah 120. Maka nilai arus yang dibutuhkan transistor untuk berada pada mode saturasi adalah

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Jadi, bila ada arus basis 1 mAmp, maka transistor benar-benar dalam kondisi ON. Sedangkan dalam skenario praktis, sekitar 30-40 persen lebih banyak arus diperlukan untuk saturasi transistor yang tepat. Ini berarti arus basis yang diperlukan untuk perangkat ini adalah 1,3 mAmps.

Pengoperasian Switching Transistor Darlington

Dalam beberapa kasus, penguatan arus searah pada perangkat BJT sangat minim untuk peralihan langsung dari tegangan atau arus beban. Karena itu, transistor switching digunakan. Dalam kondisi ini, perangkat transistor kecil disertakan untuk ON dan OFF dari sakelar dan peningkatan nilai arus untuk mengatur transistor keluaran.

Untuk meningkatkan penguatan sinyal, dua transistor dihubungkan dengan cara 'konfigurasi peracikan penguatan komplementer'. Dalam konfigurasi ini, faktor amplifikasi merupakan hasil perkalian dua transistor.

Transistor Darlington

Transistor Darlington biasanya disertakan dengan dua jenis transistor PNP dan NPN bipolar di mana ini dihubungkan sedemikian rupa sehingga nilai penguatan transistor awal dikalikan dengan nilai penguatan perangkat transistor kedua.

Ini menghasilkan hasil di mana perangkat berfungsi sebagai transistor tunggal yang memiliki penguatan arus maksimum bahkan untuk nilai arus basis minimal. Seluruh penguatan arus dari perangkat sakelar Darlington adalah produk dari nilai penguatan saat ini dari transistor PNP dan NPN dan ini direpresentasikan sebagai:

β = β1 × β2

Dengan poin-poin di atas, transistor Darlington yang memiliki nilai β maksimum dan arus kolektor berpotensi terkait dengan peralihan transistor tunggal.

Misalnya, ketika transistor masukan memiliki nilai penguatan arus 100 dan yang kedua memiliki nilai penguatan 50, maka total penguatan arus adalah

β = 100 × 50 = 5000

Jadi, ketika arus beban adalah 200 mA, maka nilai arus pada transistor Darlington pada terminal basis adalah 200 mA / 5000 = 40 µAmps yang merupakan penurunan yang besar jika dibandingkan dengan 1 mAmp sebelumnya untuk satu perangkat.

Konfigurasi Darlington

Terutama ada dua jenis konfigurasi pada transistor Darlington dan itu adalah

Konfigurasi sakelar dari transistor Darlington mendemonstrasikan bahwa terminal kolektor dari kedua perangkat dihubungkan dengan terminal emitor dari transistor awal yang memiliki koneksi dengan tepi alas dari perangkat transistor kedua. Jadi nilai arus pada terminal emitor transistor pertama akan terbentuk sebagai arus masukan dari transistor kedua sehingga membuatnya dalam kondisi On.

Transistor input yang pertama mendapatkan sinyal inputnya di terminal basis. Transistor masukan diperkuat secara umum dan ini digunakan untuk menggerakkan transistor keluaran berikutnya. Perangkat kedua meningkatkan sinyal dan ini menghasilkan nilai maksimum penguatan arus. Salah satu fitur penting dari transistor Darlington adalah penguatan arus maksimumnya ketika dihubungkan dengan perangkat BJT tunggal.

Selain kemampuan tegangan maksimum dan karakteristik sakelar arus, manfaat tambahan lainnya adalah kecepatan sakelar maksimumnya. Operasi pengalihan ini memungkinkan perangkat digunakan secara khusus untuk rangkaian inverter, motor DC, rangkaian penerangan, dan tujuan pengaturan motor stepper.

Variasi yang harus dipertimbangkan saat menggunakan transistor Darlington daripada jenis BJT tunggal konvensional saat menerapkan transistor sebagai sakelar adalah bahwa tegangan input pada sambungan basis dan emitor harus lebih tinggi yaitu hampir 1.4v untuk perangkat jenis silikon, karena koneksi seri dari dua persimpangan PN.

Beberapa Aplikasi Praktis Umum Transistor sebagai Saklar

Dalam transistor, kecuali arus mengalir di rangkaian basis, tidak ada arus yang dapat mengalir di rangkaian kolektor. Properti ini akan memungkinkan transistor digunakan sebagai sakelar. Transistor dapat dinyalakan atau dimatikan dengan mengubah basis. Ada beberapa aplikasi rangkaian switching yang dioperasikan oleh transistor. Di sini, saya mempertimbangkan transistor NPN untuk menjelaskan beberapa aplikasi yang menggunakan saklar transistor.

Sakelar yang Dioperasikan dengan Cahaya

Rangkaian ini dirancang dengan menggunakan transistor sebagai sakelar, untuk menyalakan bohlam di lingkungan yang terang dan mematikannya dalam gelap dan Resistor Tergantung Cahaya (LDR) di pembagi potensial. Saat lingkungan gelap Resistensi LDR menjadi tinggi. Kemudian transistor dimatikan. Ketika LDR terkena cahaya terang, resistansinya turun ke nilai yang lebih rendah sehingga menghasilkan lebih banyak tegangan suplai dan meningkatkan arus basis transistor. Sekarang transistor dalam keadaan ON, arus kolektor mengalir dan bohlam menyala.

Sakelar yang Dioperasikan Panas

Salah satu komponen penting dalam rangkaian sakelar yang dioperasikan dengan panas adalah termistor. Termistor adalah sejenis resistor yang merespons tergantung pada suhu sekitar. Ketahanannya meningkat ketika suhu rendah dan sebaliknya. Ketika panas diterapkan ke termistor, resistansinya turun dan arus basis meningkat diikuti dengan peningkatan arus kolektor yang lebih besar dan sirene akan meledak. Sirkuit khusus ini cocok sebagai sistem alarm kebakaran .

“generator listrik energi gratis mudah buatan sendiri ”

Sakelar yang Dioperasikan Panas

Kontrol Motor DC (driver) dalam Kasus Tegangan Tinggi

Pertimbangkan tidak ada tegangan yang diterapkan pada transistor, maka transistor menjadi OFF dan tidak ada arus yang mengalir melaluinya. Karenanya estafet tetap dalam keadaan OFF. Daya ke motor DC diumpankan dari terminal relai Normally Closed (NC), sehingga motor akan berputar ketika relai dalam keadaan OFF. Penerapan tegangan tinggi pada basis transistor BC548 menyebabkan transistor ON dan kumparan relai menjadi berenergi.

Contoh Praktis

Di sini, kita akan mengetahui nilai arus basis yang diperlukan untuk membuat transistor sepenuhnya menjadi kondisi ON dimana beban membutuhkan arus 200mA ketika nilai input ditingkatkan menjadi 5v. Ketahui juga nilai Rb.

Nilai arus basis transistor adalah

Ib = Ic / β pertimbangkan β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Nilai resistansi basis transistor adalah Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4.3kΩ

Sakelar transistor banyak digunakan dalam beberapa aplikasi seperti menghubungkan peralatan tegangan arus besar atau nilai tinggi seperti motor, relai, atau lampu ke nilai tegangan minimal, IC digital atau digunakan di gerbang logis seperti gerbang AND atau OR. Juga, ketika output yang dikirim dari gerbang logika adalah + 5v sedangkan perangkat yang harus diatur mungkin membutuhkan tegangan suplai 12v atau bahkan 24v.

Atau beban seperti Motor DC mungkin perlu dipantau kecepatannya melalui beberapa pulsa kontinu. Sakelar transistor memungkinkan operasi ini menjadi lebih cepat dan lebih sederhana daripada dibandingkan dengan sakelar mekanis tradisional.

Mengapa Menggunakan Transistor Bukan Saklar?

Saat menerapkan transistor sebagai pengganti sakelar, bahkan arus basis dalam jumlah minimal mengatur arus beban yang lebih tinggi di terminal kolektor. Menggunakan transistor sebagai pengganti sakelar, perangkat ini didukung dengan relai dan solenoida. Sedangkan dalam kasus ketika tingkat arus atau tegangan yang lebih tinggi harus diatur, maka transistor Darlington digunakan.

Secara keseluruhan, sebagai ringkasan, beberapa kondisi yang diterapkan saat mengoperasikan transistor sebagai sakelar

Saat menggunakan BJT sebagai sakelar, maka harus dioperasikan baik dalam kondisi ON lengkap atau ON lengkap.
Saat menggunakan transistor sebagai sakelar, nilai minimum arus basis mengatur peningkatan arus beban kolektor.
Saat menerapkan transistor untuk beralih sebagai relai dan solenoida, maka lebih baik menggunakan dioda roda gila.
Untuk mengatur nilai yang lebih besar dari tegangan atau arus, transistor Darlington bekerja paling baik.

Dan, artikel ini telah memberikan informasi yang lengkap dan jelas tentang transistor, wilayah operasi, bekerja seperti sakelar, karakteristik, aplikasi praktis. Topik penting dan terkait lainnya untuk diketahui adalah apa adanya saklar transistor logika digital dan cara kerjanya, diagram sirkuit?