Published 12:32 PM by Admin with 0 comment

Transistor - Pengertian, Fungsi, Jenis & Aplikasinya

Transistor


Apa Itu Transistor ?


Transistor adalah salah satu komponen elektronika yang sangat penting karena berfungsi sebagai sumber kontrol di hampir setiap rangkaian modern saat ini. Transistor mungkin jarang kamu lihat karena rata-rata berada di dalam IC. 

Dalam tutorial ini kami akan memperkenalkan dasar-dasar transistor paling umum yaitu transistor persimpangan bi-polar atau Bi-polar Junction Transistor (BJT).

Dalam jumlah kecil dan terpisah, transistor dapat digunakan untuk membuat sakelar rangkaian elektronik sederhana, rangkaian penguat sinyal, dan logika digital. 

Dalam jumlah ribuan, jutaan atau bahkan milyaran, transistor saling berhubungan dan tertanam dalam chip kecil untuk menciptakan memori komputer, mikroprosesor, dan IC kompleks lainnya.

Pengertian Transistor


Adapun pengertian transistor secara sederhana yaitu perangkat elektronik yang dapat digunakan untuk mengganti atau memperkuat energi listrik.

Ada dua jenis transistor dasar yang umum diluar sana yaitu bi-polar junction (BJT) dan efek medan logam-oksida atau metal-oxide field-effect (MOSFET). Dalam tutorial ini kita akan fokus pada BJT, karena sedikit lebih mudah dimengerti. 

Jika kita gali lebih dalam lagi pada tipe transistor, sebenarnya ada dua versi BJT yaitu NPN dan PNP, pertama kita akan fokus terlebih dahulu ke NPN. Setelah memiliki pemahaman yang kuat tentang NPN maka akan lebih mudah untuk memahami PNP, MOSFET bahkan kita akan dapat membandingkannya dengan transistor NPN.

Simbol Transistor, Pin & Kontruksinya


Transistor pada dasarnya adalah perangkat tiga terminal. Pada transistor junction dua kutub (BJT), pin-pin tersebut diberi label yaitu Collector (C), Base (B), dan Emitor (E). Simbol sirkuit untuk NPN dan PNP BJT bisa dilihat pada gambar bawah ini:

gambar-Simbol-Transistor-NPN-PNP


Satu-satunya perbedaan antara transistor NPN dan PNP adalah arah panah pada emitor. Panah pada NPN menunjuk keluar, dan pada PNP menunjuk kedalam. Untuk mengingatnya kamu bisa memakai ini

NPN: Not Pointing iN

Maksdnya Not = tidak, Pointing = Menunjuk, In = Kedalam

Konstruksi Transistor


Transistor mengandalkan semikonduktor saat bekerja, semikonduktor adalah bahan konduktor yang tidak cukup murni (seperti kawat tembaga) tetapi juga bukan isolator (seperti udara).

Dengan  adanya konduktivitas semikonduktor maka memudahkan elektron mengalir tetapi juga tergantung pada variabel seperti suhu atau keberadaan elektron yang lebih banyak atau lebih sedikit. 

Transistor Sebagai Dua Dioda


Transistor bisa diartikan sebagai perpanjangan dari komponen semikonduktor lain yaitu dioda, dimana transistor sebagai dua dioda dengan katoda (atau anoda) diikat bersama:

Gambar-Transistor-Sebagai-Dioda

Dioda yang menghubungkan basis ke emitor adalah yang penting di sini dimana menunjukkan arah arus yang mengalir melalui transistor.

Gambar diatas berguna jika kamu perlu menguji transistor dengan menggunakan fungsi tes dioda atau resistansi pada multimeter, dimana kamu dapat mengukur lintasan terminal BE dan BC untuk memeriksa keberadaan "dioda" tersebut.

Struktur & Prinsip Kerja Transistor


Transistor dibangun dengan menumpuk atau menyusun tiga lapisan material semikonduktor yang berbeda secara bersamaan.

Beberapa lapisan tersebut ditambahkan elektron tambahan (suatu proses yang disebut "doping"), dan lapisan yang lain dihilangkan atau elektron dihapus ("holes"-tidak adanya elektron). 

Bahan semikonduktor dengan tambahan elektron disebut tipe-n (n untuk negatif karena elektron memiliki muatan negatif) dan material dengan elektron yang dihapus disebut tipe-p (untuk positif).

Transistor dibuat dengan menumpuk n di atas p di atas n, atau p di atas n di atas p.

Gambar-Struktur-Transistor

Dari struktur transistor NPN diatas dapat kita katakan elektron dapat dengan mudah mengalir dari daerah n ke daerah p, asalkan diberi sedikit kekuatan (tegangan) untuk mendorongnya.

Tetapi mengalir dari daerah p ke daerah n sangat sulit (membutuhkan banyak tegangan). 

Tetapi ada hal penting tentang transistor yang harus kamu tahu dimana bagian yang dibuat dengan model dua dioda kenyataannya bahwa elektron dapat dengan mudah mengalir dari basis tipe-p ke kolektor tipe-n selama persimpangan basis-emitor adalah forward bias (artinya basis berada pada tegangan lebih tinggi dari emitor).


Transistor NPN dirancang untuk meneruskan elektron dari emitor ke kolektor (arus konvensional dari kolektor ke emitor). Emitor "memancarkan" elektron ke basis, yang mana akan mengontrol jumlah elektron yang dipancarkan emitor.

Sebagian besar elektron yang dipancarkan "dikumpulkan" oleh kolektor, selanjutnya mengirimkannya ke rangkaian.

PNP bekerja dengan cara yang sama tetapi berlawanan. Basis masih mengontrol aliran arus, tetapi arus mengalir dalam arah yang berlawanan dari emitor ke kolektor. Emitor memancarkan "holes" (tidak ada elektron) yang dikumpulkan oleh kolektor.

Transistor seperti sebuah katup elektron. Pin basis seperti pegangan yang dapat kamu atur dimana kamu bisa mengatur lebih banyak atau lebih sedikit elektron mengalir dari emitor ke kolektor. 

Perhatikan analogi dibawah ini untuk lebih jelasnya

Analogi Air 


Disini kita analogikan arus sebagai laju aliran air, tegangan adalah tekanan yang mendorong air melalui pipa, dan hambatan adalah lebar pipa.

Gambar-Analogi-Prinsip-Kerja-Transistor

Transistor seperti katup air yaitu suatu mekanisme yang dapat kita gunakan untuk mengontrol laju aliran, ada tiga keadaan (tate) dimana kita dapat menggunakan katup, yang masing-masing memiliki efek berbeda pada laju aliran dalam suatu sistem.

1) On -- Short Circuit

Sebuah katup dapat sepenuhnya dibuka sehingga memungkinkan air mengalir dengan bebas dimana seolah-olah katup tersebut tidak ada.

Gambar-Transistor-ON

Pada analogi tersebut maka transistor dapat terlihat seperti terjadi hubungan pendek (short circuit) antara pin kolektor dan pin emitor, dimana arus akan bebas mengalir melalui kolektor, dan keluar  melalui emitor.

2) Off -- Open Circuit

Ketika ditutup, katup akan dapat menghentikan aliran air.

Gambar-Transistor-Off

Dengan cara yang sama terjadi pada transistor dimana dapat digunakan untuk membuat sirkuit terbuka (open circuit) antara kolektor dan pin emitor.

3) Kontrol Aliran Linier (Flow Control)

Dengan penyetelan yang tepat, katup dapat disetel untuk mengontrol laju aliran air sehingga antara terbuka dan tertutup.


Transistor juga dapat melakukan hal yang sama dimana secara linear transistor mengendalikan arus melalui rangkaian di beberapa titik antara sepenuhnya mati (open circuit) dan sepenuhnya aktif (short circuit).

Dari analogi air diatas, lebar pipa mirip dengan resistansi dalam rangkaian, jika sebuah katup dapat menyesuaikan lebar pipa, maka sebuah transistor dapat mengatur resistensi antara kolektor dan emitor.

Dengan kata lain, sebuah transistor mirip seperti resistor variabel yang dapat diatur.

Mode Kerja Transistor


Tidak seperti resistor, yang mempunyai hubungan tegak linear antara tegangan dan arus, transistor adalah perangkat non-linear.

Transistor memiliki empat mode operasi yang berbeda, yang menggambarkan arus yang mengalir melaluinya (ketika kita berbicara tentang aliran arus melalui transistor, hal ini berarti arus mengalir dari kolektor ke emitor dari NPN).

Ada 4 mode operasi pada transistor, yaitu :
  • Saturasi : Kondisi dimana transistor bertindak sebagai short circuit, sehingga arus mengalir bebas dari kolektor ke emitor.
  • Cut-off : Kondisi dimana transistor bertindak sebagai Open circuit, sehingga tidak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor.
  • Active (Forward-Active) : Arus yang mengalir dari kolektor ke emitor sebanding dengan arus yang mengalir ke basis.
  • Reverse-Active : Seperti mode aktif, arus yang mengalir sebanding dengan arus basis, tetapi mengalir secara terbalik sehingga arus mengalir dari emitor ke kolektor
Untuk menentukan transistor berada pada mode apa, kita perlu melihat tegangan pada masing-masing pin dimana saling berhubungan satu sama lain.

Tegangan dari basis ke emitor (VBE), dan dari basis ke kolektor (VBC) mengatur mode transistor, perhatikan gambar dari hubungan tegangan pada pin transistor berikut


Grafik kuadran yang disederhanakan di atas menunjukkan bagaimana tegangan positif dan negatif pada terminal-terminal tersebut memengaruhi mode transistor, meskipun pada kenyataannya kamu mungkin kesulitan dalam mengingatnya. hehe"_"

Catatan: Sebagian besar halaman ini berfokus pada transistor NPN. Untuk memahami cara kerja transistor PNP, cukup balik polaritas dan tanda > dan <.

Transistor Mode Saturasi


Saturasi adalah mode aktif dari sebuah transistor sehingga transistor dalam mode saturasi bertindak seperti hubungan pendek (short circuit) antara kolektor dan emitor.

Gambar-Transistor-Saturasi-

Dalam mode saturasi kedua "dioda" dalam transistor adalah bias maju. Itu berarti VBE harus lebih besar dari 0, dan begitu juga VBC. Dengan kata lain, VB harus lebih tinggi daripada VE dan VC.

VB > VC
VB > VE

VBE harus lebih besar dari ambang tegangan untuk memasuki mode saturasi, ada banyak singkatan untuk jatuh tegangan ini contohnya seperti -Vth, Vγ, dan Vd dan variasi nilai aktual antara transistor (dan lebih jauh lagi berdasarkan suhu).

Pada transistor (dalam suhu kamar) kita dapat memperkirakan penurunan ini sekitar 0,6V.

Yang harus diperhatikan adalah tidak ada konduksi sempurna antara emitor dan kolektor, sehingga penurunan tegangan kecil akan terbentuk di antara simpul-simpul tersebut.

Lembar data transistor akan mendefinisikan tegangan ini sebagai tegangan saturasi CE VCE (sat) yaitu sebuah tegangan dari kolektor ke emitor yang diperlukan untuk saturasi.

Nilai ini biasanya sekitar 0,05-0,2V, nilai ini berarti VC harus sedikit lebih besar dari VE (tetapi keduanya masih kurang dari VB) agar didapatkan transistor dalam mode saturasi.

Transistor Mode Cutoff


Mode cutoff bisa dikatakan sebagai kebalikan dari mode saturasi, dimana transistor dalam mode cutoff mati artinya tidak ada arus kolektor sehingga juga tidak ada arus ke emitor. Transistor mode cuttoff ini hampir terlihat seperti sirkuit terbuka.

Gambar-Transistor-cutoff-


Untuk membuat transistor dalam keadaan mode cutoff, tegangan basis harus lebih kecil dari tegangan emitor dan kolektor diaman VBC dan VBE keduanya harus negatif.

VC > VB
VE > VB

Pada aplikasinya, VBE dapat berada di mana saja antara 0V dan Vth (~ 0,6V) untuk mencapai mode cutoff.

Transistor Mode Active / Forward Active


Untuk beroperasi dalam mode aktif, VBE transistor harus lebih besar dari nol dan VBC harus negatif. Dengan demikian, tegangan pada basis harus lebih kecil daripada kolektor, tetapi lebih besar dari emitor, dengan kata lain kolektor harus lebih besar dari emitor.

VC > VB > VE

Pada aplikasinya, kita membutuhkan jatuh tegangan maju non-zero/bukan nol (disingkat Vth, Vγ, atau Vd) dari basis ke emitor (VBE) untuk "menghidupkan" transistor, biasanya tegangan ini sekitar 0,6V.

Penguatan Dalam Mode Aktif (Amplifying in Active Mode)

Mode aktif adalah mode transistor yang paling kuat karena dapat mengubah suatu perangkat menjadi amplifier, diaman arus yang masuk ke pin basis menguatkan arus yang mengalir masuk ke kolektor dan mengeluarkannya ke emitor.

Notasi singkatan untuk gain (faktor amplifikasi) dari transistor adalah β (Kamu mungkin juga akan menemukanya dalam simbol lain seperti βF, atau hFE). β secara linear menghubungkan arus kolektor (IC) ke arus basis (IB):

IC = β IB

Nilai aktual dari β bervariasi tergantung transistornya, biasanya sekitar 100, tetapi ada juga yang berkisar antara 50 hingga 200 atau bahkan sampai 2000, semuanya tergantung pada transistor yang digunakan serta berapa banyak arus yang melewatinya. 

Misalnya jika transistor yang kamu miliki β 100, berarti arus input 1 mA ke basis dapat menghasilkan arus 100 mA melalui kolektor.

Berikut ini transitor mode aktif VBE = Vth, and IC = β IB.

Gambar-Transistor-Aktif

Bagaimana dengan arus emitor IE ? Dalam mode aktif, arus kolektor dan basis masuk ke perangkat, dan IE keluar.

Untuk menghubungkan arus emitor ke arus kolektor, terdapat nilai konstan lain yaitu α. α adalah gain arus basis umum, yang menghubungkan arus-arus tersebut seperti:

Gambar-Persamaan-Arus-Basis-Umum

α biasanya hampir mendekati tetapi kurang dari 1. Itu berarti IC sangat dekat tetapi kurang dari IE dalam mode aktif, kamu bisa menggunakan β untuk menghitung α, atau sebaliknya:

Gambar-rumus-Mencari-alpa-beta-transistor


Misalnya β adalah 100 maka α adalah 0,99. Jadi, misalnya jika IC 100 mA maka IE adalah 101mA.

Transistor Mode Reverse Acvite


Sama seperti mode saturasi yang merupakan kebalikan dari cutoff, mode reverse active adalah kebalikan dari mode active.

Transistor dalam mode reverse active mengalirkan bahkan menguatkan  arus tetapi mengalir ke arah yang berlawanan yaitu arus mengalir dari emitor ke kolektor. Karena membalikkan mode aktif maka β (βR dalam hal ini) memiliki nilai jauh lebih kecil.

Untuk membuat transistor dalam keadaan mode reverse active, tegangan emitor harus lebih besar dari basis, dan harus lebih besar dari kolektor (VBE <0 dan VBC> 0).

VC < VB < VE

Pada transistor mode reverse active biasanya digunakan pada keadaan ketika kamu ingin menggerakkan transistor tetapi sangat jarang dirancang untuk digunakan pada sebuah peralatan.

Perbedaan Transistor NPN dan PNP


Untuk melihat perbedaan antara transistor NPN dan PNP, kami sudah merangkum sebuah tabel yang menunjukkan perbedaan diatara keduanya,

Gambar-Perbedaan-Transistor-NPN-PNP

Prinsip kerja transistor PNP sangat mirip dengan transistor NPN karena juga memiliki empat mode yang sama, bedanya adalah semuanya berbalik. Untuk mengetahui mode mana transistor PNP berada, balik semua tanda < dan >.

Misalnya untuk untuk membuat transistor PNP dalam keadaan saturasi, VC dan VE harus lebih tinggi dari VB atau untuk membuat PNP ke mode aktif, tegangan VE harus lebih tinggi dari VB, yang harus lebih tinggi dari VC.

Perbedaan lain dari transsitor NPN dan PNP adalah arah aliran arusnya. Dalam mode aktif dan saturasi, arus dalam PNP mengalir dari emitor ke kolektor. Ini berarti emitor pada umumnya harus pada tegangan yang lebih tinggi daripada kolektor.

Jika kamu masih kesulitan untuk memahami transistor, maka cara terbaik adalah dengan mempelajari aplikasi atau penggunaan transistor dalam kehidupan sehari-hari.

Aplikasi Transistor


Beberapa aplikasi transistor diantaranya yaitu

Transistor sebagai Saklar (Switch)


Transistor Sebagai Penguat (Amplifier)



Untuk mempelajari aplikasi transistor, kunjungi link berikut

(AKAN DIUPDATE)

Ada materi yang kurang ? Silahkan beri komentar dibawah
      edit

0 komentar:

Post a Comment

Ada Materi Yang Kurang atau Kurang Lengkap ?, Silahkan Beri Komentar