TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR
I. Tujuan Percobaan
1.1 Mahasiswa dapat merancang rangkaian transistor sebagai saklar
1.2 Mahasiswa dapat menggunakan transitor sebagai saklar dalam sebuah rangkaian aplikasi
II. Dasar Teori
Transistor dapat digunakan sebagai saklar elektronika dengan membuat transistor tersebut berada dalam kondisi cut-off (saklar terbuka, arus tidak mengalir) atau saturasi (saklar tertutup, sehingga arus mengalir). Pada daerah saturasi, kolektor dan emiter seakan terhubung singkat. Arus yang mengalir pada kolektor dan emiter sangat besar, sehingga transistor seperti saklar tertutup(Surjono,2011).
Selain sebagai penguat sinyal, transistor dapat juga digunakan sebagai saklar dengan jalan memberi tegangan dengan tingkat tertentu lewat basis. Bisa dilihat dari daerah kerjanya, transistor dalam hal ini berada pada daerah jenuh bila menyala dan pada daerah sumbat bila mati. Sedangkan keadaan transisi, yaitu dari mati ke hidup atau sebaliknya, transistor memasuki daerah aktif sesaat. Karena sebagian besar daerah kerjanya jenuh dan sumbat, maka disipasi dayanya kecil. Bila transistor dipakai pada aplikasi switching kecepatan tinggi, maka keadaan transisi patut dipertahankan, karena disipasi daya yang terbesar terjadi pada daerah aktif(Rosella,2008).
Pada dasarnya prinsip kerja transistor sebagai saklar adalah memanfaatkan kondisi jenuh dan cut-off suatu transistor, dimana kedua kondisi ini bisa diperoleh dengan pengaturan besarnya arus yang melalui basis transistor. Kondisi jenuh atau saturasi akan diperoleh jika basis transistor diberi arus cukup besar sehingga transistor mengalami jenuh dan berfungsi seperti saklar yang tertutup sedangkan kondisi cut-off diperoleh jika arus basis dilalui oleh arus yang sangat kecil atau mendekati nol ampere, sehingga transistor bekerja seperti saklar yang terbuka. Sebenarnya seri dan jenis transistor memiliki spesifikasi yang berbeda-beda mengenai arus yang dibutuhkan untuk mencapai kondisi jenuh atau cut-off. Tetapi biasanya tidak terlalu jauh berbeda kecuali terbuat dari bahan semikonduktor yang berbeda(Sutrisno,1986).
Pada rangkaian transistor sederhana dibawah, terdapat satu buah lampu yang diibaratkan sebagai sebuah beban. Satu buah transistor NPN yang nantinya akan menggantikan fungsi kerja suatu saklar. Satu buah potensiometer digunakan supaya bisa melakukan analisa pada kondisi arus basis yang berbeda-beda dengan melakukan variasi dari potensio tersebut :
pada saat potensiometer diputar pada kondisi dimana arus basis akan menjadi besar, maka kolektor dan emitor transistor tersebut akan bekerja seperti kawat yang terhubung. Sehingga pada kondisi ini lampu akan menyala. Sesuai pengalaman yang pasti pada transistor bahan silikon, tegangan VBE(basis-emitor) tidak kurang dari 0,7 volt. Tetapi salah satu hal yang penting adalah jangan terlalu besar memberikan arus pada basis, karena akan berakibat kerusakan pada transistor. Gunakan tahanan basis(resistor yang dipasang pada basis) sehingga pencegah arus berlebih pada saat potensio resistansinya nol ohm. Karena jika potensio kita putar hingga pada kondisi resistansinya nol ohm, maka sama saja menghubungkan basis transistor dengan power supply 9 volt langsung. Kondisi ini pasti akan mengakibatkan kerusakan pada transistor(Widodo,2008).
Dengan mengatur bias sebuah transistor sampai transistor jenuh, maka seolah akan didapat hubungan singkat antara kaki kolektor dan emitor. Dengan memanfaatkan fenomena ini maka transistor dapat difungsikan sebagai saklar elektronik. Sebuah rangkaian saklar elektronik dengna menggunakan transistor NPN dan transistor PNP. Tampak TR3 PNP dan TR4 PNP dipakai menghidupkan dan mematikan LED. Ketika kita membutuhkan rangkaian yang dapat menyalakan LED ketika cahaya dari lingkungan sekitar mulai meredup. Rangkaian ini boleh jadi merupakan salah satu bagian dari keamanan(Beshop,2004).
III. Metodologi Percobaan
3.1 Alat dan Bahan
a. Multimeter (1 buah)
b. Power supply (1 buah)
c. Kabel penghubung (secukupnya)
d. Transistor (1 buah)
e. Relay (1 buah)
f. LED (1 buah)
g. Potensiometer (1 buah)
3.2 Gambar Alat dan Bahan
-
3.3 Gambar Rangkaian
Skema rangkaian di protoboard
3.4.1 Percobaan I
3.4.2 Percobaan II
IV. Data dan Analisa
4.1 Data Percobaan
4.2 Analisa Data
Prinsip pada percobaan transistor sebagai saklar ini adalah dengan memanfaatkan daerah kerja transistor pada kondisi saturasi(ON) dan pada kondisi cutoff(OFF). Kondisi cutoff(OFF) pada transistor dapat dilakukan tanpa memberi tegangan input pada basis(Vin = 0 V) maka akan terjadi VCE(cutoff) ~= Vcc, pada kondisi ini collector dan emmiter tak terhubung (open atau saklar terbuka). jika diberikan input pada basis(+VBB), maka pada sambungan base-emiter dibias maju, VBE = 0,7 v (silicon) dan 0,2 v(germanium). VCE ~= 0V (VCE -= 0,2 V(silicon) dan 0,1 v(germanium)). Kondisi saturation(ON) pada transistor dapat dilakukan dengan mengalirkan arus yang besar pada basis sehingga menyebabkan arus maksimum pada collector(saturasi). Pada kondisi tersebut antara kolektor dan emitter tersambung langsung(short). Dengan dua daerah kerja transistor ini maka transistor dapat digunakan sebagai saklar (On/OFF).
Rekomendasi Laporan lain:
Prinsip kerja dari rangkaian percobaan 1 adalah dengan memanfaatkan daerah kerja transistor sebagai saklar pada keadaan saturasi dan cutoff. Langkah pertama adalah dengan merangkai rangkaian sesuai dengan rangkaian transistor sebagai saklar kemudian VCC dihidupkan dan diatur pada tegangan 5 volt. Kemudian arus melewati hambatan(RC) yang divariasikan untuk menghambat arus yang akan mencapai LED, karena LED mempunyai batas arus maksimal tertentu. Saat diberi Vin = 0 volt atau arus yang kecil pada basis maka transistor akan bekerja seperti saklar yang terbuka(cutoff) atau kolektor dan emitter tak terhubung(open), saat diberi Vin = 5 volt atau arus yang besar pada basis maka transistor akan bekerja seperti saklar yang tertutup(saturasi) dimana arus maksimum dicapai pada kolektor sehingga antara kolektor dan emitter tersambung langsung(short). Percobaan ke 1 ini dilakukan untuk mendapatkan nilai VCE, pengaruh variasi RC, dan menganalisa nyala atau tidak nya lampu LED.
Prinsip kerja dari rangkaian percobaan 2 adalah dengan menggunakan transistor sebagai saklar dengan memanfaatkan daerah kerja transistor pada keadaan saturasi dan cutoff dalam sebuah rangkaian aplikasi yaitu pada ldr. Besarnya hambatan ldr ini dipengaruhi oleh intensitas cahaya yang masuk karena nilai Rldr pada keadaan gelap begitu tinggi dibandingkan Rldr pada keadaan disinari cahaya sehingga tegangan pada ldr akan besar ketika kondisi gelap(led hidup) dan kecil ketika kondisi disinari cahaya(led mati). Langkah pertama pada percobaan ini adalah dengan merangkai rangkaian sesuai dengan rangkaian transistor sebagai saklar pada aplikasi ldr, kemudian VCC dihidupkan dan diatur pada tegangan 12 volt. Arus melewati relay, yang berfungsi sebagai saklar(ON/OFF). Jika relay tidak diberi aliran arus listrik maka relay berada pada keadaan posisi terbuka(OFF) atau normally open sehingga tidak dapat menghantarkan arus listrik dan jika relay diberi aliran arus listrik maka relay berada pada keadaan posisi tertutup(ON) atau normally close sehingga dapat menghantarkan arus listrik. Kemudian arus ini melewati dioda(tegangan mundur), dioda pada tegangan mundur ini memperbolehkan arus yang masuk tetapi menahan arus dari arah sebaliknya agar arus yang dihasilkan adalah searah(DC) bukan arus bolak-balik(AC) sebab VCC nya DC. Selanjutnya arus memasuki collector dan menuju ke emitter yang digroundkan, arus juga memasuki basis yang besarnya arus ini dapat dikendalikan oleh potensiometer(pengatur hambatan). Potensiometer ini mengendalikan mati,redup atau nyala terangnya lampu, semakin besar hambatan pada potensiometer yang diatur maka semakin terang lampu led yang dihasilkan karena tegangannya menjadi besar(V~R) dan sebaliknya. LDR pada percobaan ini dipasang sebagai sensor intensitas cahaya keadaan, ketika tidak ada cahaya yang masuk pada LDR maka hambatan pada ldr meningkat(Intensitas~1/R), akibatnya tegangan yang dihasilkan ldr menjadi meningkat juga, hasilnya adalah lampu led menjadi nyala atau terang dan sebaliknya jika ada cahaya yang masuk maka lampu led akan mati atau redup. Percobaan 2 ini dilakukan untuk mencari besar dari nilai VCE, VBE, IC, IB dan Vout pada led(pada saat ldr tertutup dan terbuka).
Arah aliran arus pada percobaan 1 ditunjukkan oleh gambar dibawah ini :
pada gambar percobaan rangkaian 1 arus mengalir dari VCC menuju ke saklar, akibatnya saklar berada pada kondisi yang tertutup(kondisi on), kemudian arus dilanjutkan ke kaki basis, lalu ke kolektor dan emitter. Dari emitter diteruskan ke ground. Pada collector diteruskan ke Led. Jika saklar dibuka(kondisi off) yaitu saat di groundkan maka tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian(hampir mendekati nol)
Arah aliran arus pada percobaan 2 ditunjukkan oleh gambar di bawah ini :
pada gambar percobaan rangkaian 2 arus mengalir dari VCC menuju ke relay, akibatnya relay berada pada kondisi yang tertutup(on), kemudian arus dilanjutkan menuju ke potensiometer dan dioda. Arus ini kemudian ada yang menuju ke collector dan basis, lalu arus pada basis ini diteruskan ke collector ke dioda dan emiiter. Arus menjadi terbagi 2 yaitu arus IC dan arus IB. Arus IB diukur secara seri dengan memutuskan kaki resistor 4700 Ω dengan basis, lalu kemudian kabel multimeter positif dihubungkan ke kaki resistor 4700 Ω dan kabel multimeter negatif dihubungkan ke kaki basis. Arus IC diukur secara seri dengan memutuskan kaki relay dengan collector, lalu kemudian kabel multimeter positif dihubungkan ke kaki relay dan kabel multimeter negative dihubungkan ke kaki collector. Kemudian arus ini ada yang dari emitor menuju ground dan collector menuju relay. Arus dari relay ini kemudian diteruskan ke lampu led, lampu led akan menyala apabila terdapat arus pada relay.
Jenis Transistor yang digunakan pada percobaan ini adalah jenis transistor NPN ditandai dengan anak panah mengarah kearah luar pada bagian emitter dan arus mengalir dari kolektor ke emitor yang basisnya dihubungkan ke ground (negatif).
Pada tabel percobaan 1 dapat dilihat pada hambatan 150 ohm yang digroundkan didapatkan nilai VCE sebesar 3,2 volt dan lampu led mati, kemudian pada hambatan 1 kΩ yang digroundkan didapatkan juga nilai VCE sebesar 3,2 volt dan juga lampu led nya mati. Pada kondisi yang digroundkan ini atau Vin = 0 volt arus mengalir sangat kecil melalui basis sehingga arus yang menuju kolektor ke emitter cenderung sama dengan nilai dari sumber tegangan(VCC ~= VCE) namun perbedaan hasil sedikit ini dengan sumber tegangan(5 volt) adalah disebabkan karena adanya pengaruh hambatan 200 kOhm yang menghambat aliran arus. Nilai variasi RC ini tidak mempengaruhi besarnya nilai VCE karena arus yang menuju ke RC sudah tidak ada lagi, hal ini dapat dilihat dari kondisi lampu led yang mati. Pada hambatan 150 Ω yang dihubungkan dengan Vin = 5 volt atau VCC didapatkan nilai VCE sebesar 2,6 volt dan lampu menyala terang, kemudian pada hambatan 1 kΩ yang dihubungkan dengan Vin = 5 volt didapatkan nilai VCE = 0,25 volt dan lampu menyala sedikit terang. Pada kondisi ini arus mengalir sangat besar pada basis sehingga arus bernilai maksimum pada collector(saturasi/On) akibatnya collector dan emitter tersambung langsung(short), inilah yang menyebabkan lampu led menyala. Pada saat rangkaian dihubungkan Vin = 5 volt nilai hambatan(RC) berpengaruh terhadap nilai VCE yang dihasilkan karena terdapat aliran arus menuju ke lampu led dan RC. Semakin besar nilai hambatan pada RC maka nilai tegangannya menurun karena RC menghambat aliran arus serta mengatur besarnya aliran arus agar tidak melebihi batas maksimal arus yang diperbolehkan pada led sehingga led tidak rusak.
Dalam tabel percobaan 2 didapatkan nilai Rldr = 27 kΩ ketika led hidup dan Rldr = 10 kΩ ketika led mati, Rldr bernilai lebih tinggi pada keadaan gelap(led hidup) dibandingkan pada keadaan terang(led mati) karena intensitas cahaya yang masuk berbanding terbalik dengan nilai hambatan (Iintensitas~1/R), akibatnya adalah nilai tegangannya menjadi besar ketika ldr berada kondisi gelap, inilah yang menyebabkan lampu led menyala. Hal ini terbukti dengan besarnya nilai VCE = 11 v ketika led mati(cutoff) dibandingkan dengan besarnya nilai VCE = 0,1 v ketika led hidup(saturasi). Nilai VBE = 0,6 volt ketika led mati dan VBE = 0,65 volt ketika led hidup, ini berarti dioda yang digunakan pada percobaan ini adalah jenis silicon karena VBE =~ 7 dan VCE =~2 yang mana adalah karakterisik dari dioda silikon. Tegangan VCE selalu lebih besar daripada VBE akibat arus yang masuk dari basis ke kolektor. Nilai VBE ketika led hidup ini berbeda dengan nilai VCE ketika led hidup, yaitu vbe(led hidup) ini lebih besar dibanding vbe(led mati). Ini terjadi karena saat arus mengalir ke VCE dipengaruhi oleh IC dan IB, sedangkan pada VBE arus yang mengalir hanya dipengaruhi oleh IB. Dalam kondisi led hidup didapatkan nilai IC = 0,025 A yang mana lebih besar daripada dalam kondisi led mati Ic = 0,01 A. Begitupun juga dengan nilai Ib pada kondisi led hidup IB = 0,0002 A yang mana lebih besar daripada dalam kondisi led mati IB = 0,00005 A. Hal ini disebabkan karena pengaruh dari hambatan ldr yang begitu besar ketika ldr berada pada kondisi gelap(led menyala) dan terang ketika ldr berada pada kondisi terang(led mati). Nilai Rpotentiometer pada percobaan ini adalah sebesar 18 kΩ, semakin besar hambatan pada potensiometer yang diatur maka semakin terang lampu led yang dihasilkan karena tegangannya menjadi besar(V~R) dan sebaliknya.
Kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi selama percobaan yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran antara lain seperti umur dari diode yang digunakan, umur resistor, hambatan dalam pada voltmeter, suhu ruangan, kesalahan perhitungan pada pengukuran, kesalahan merangkai rangkaian, dan lain-lainV. Kesimpulan
5.1 Percobaan rangkaian pertama membutikkan bahwa transistor bisa digunakan sebagai saklar dengan memanfaatkan daerah kerja dari transistor yaitu pada keadan saturasi(ON) dan keadaan cutoff(OFF) yang terbukti dengan nyalanya lampu led ketika diberi sebuah Vin(VCC) dan matinya lampu led ketika tidak diberi Vin(ground). Saat diberi Vin transistor bekerja pada kondisi saturasi(ON) karena arus yang diberikan basis ini dapat menyebabkan arus maksimum pada collector sehingga antara collector dan emitter tersambung langsung(short). Saat tidak diberik Vin transistor bekerja pada kondisis cutoff karena arus yang mengalir pada basis ini cenderung kecil sehingga antara collector dan emitter tak terhubung. Dengan dua daerah kerja transistor ini maka transistor dapat diguanakan sebagai saklar(ON/OFF)
5.2 Percobaan rangkaian kedua membuktikan bahwa transistor bisa digunakan sebagai saklar dalam sebuah rangkaian aplikasi yaitu dalam percobaan ini adalah pada ldr terhadap ON-OFF nya relay. Terbukti ketika ldr disinari cahaya lampu, lampu led langsung mati dan ketika ldr berada pada kondisi gelap lamput led otomatis menyala karena nilai Rldr pada keadaan gelap begitu tinggi dibandingkan Rldr pada keadaan disinari cahaya sehingga tegangan pada ldr akan bersar ketika kondisi gelap(led hidup) dan kecil ketika kondisi disinari cahaya(led mati), dengan demikian transistor dapat digunakan sebagai sakla dalam sebuah rangkaian aplikasi
VI. Daftar Pustaka
Beshop, Owen.2004. Dasar-dasar elektronika. Jakarta : Erlangga.Rosella, Erica.2008. Fisika Dasar. Jakarta : Pustaka Media.
Sutrisno.1986. Elektronika dasar dan penerapannya. Bandung : ITB.
Surjono, Herman.2011. Elektronika lanjut. Jakarta : Erlangga.
Widodo, Budiharto.2008. Elektronika Dasar. Jakarta : Erlangga.
VII. Bagian Pengesahan
-
VIII. Lampiran
