Menggunakan Transistor Sebagai Switch

Sebagian besar mikrokontroler bekerja pada lingkungan 5 volt dengan port I/O yang hanya bisa menangani arus hingga 20mA. Sehingga jika kita ingin menghubungkan port I/O mikrokontroler dengan rangkaian yang memiliki tingkat tegangan yang berbeda atau men-drive perangkat yang menarik arus lebih dari 20mA, maka kita memerlukan apa yang disebut sebuah rangkaian antarmuka. Satu metode antarmuka yang populer digunakan adalah Bipolar Junction Transistor (BJT) atau kita bisa memanggilnya dengan sebutan ‘Transistor’ pada tutorial ini. Saya harus menjelaskan agar kalian lebih mengerti pada BJT adalah jenis yang berbeda dengan keluarga transistor yang lain semisal FET (Field Effect Transistor), MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET), VMOS (Vertikal MOSFET) dan UJT (Uni Junction Transistor)

Transistor dan Switch

Transistor sebenarnya bekerja layaknya pemerkuat arus. Semua arus yang mengalir pada terminal basis akan dikalikan terhadap faktor gain dari transistor, yang kemudian dinotasikan  h_FE.  Karena sifatnya itulah, transistor bisa digunakan sebagai amplifier, semua sinyal kecil (arus yang sangat kecil) yang dialirkan pada terminal basis akan dikalikan oleh faktor  h_FE yang sama dengan  arus kolektor pada sisi terminal kolektor

Semua transistor memiliki tiga kondisi operasi

1. Kondisi Off: Pada kondisi ini tidak ada arus basis yang mengalir atau I_B = 0.
2. Kondisi  aktif:  Pada kondisi ini semua perubahan pada  I_B akan menyebabkan perubahan pada I_C juga atau digambarkan dengan persamaan I_C = I_B x h_FE. Kondisi seperti ini cocok adalah kondisi yang cocok jika kita menggunakan transistor sebagai pemerkuat sinyal (amplifier) karena transistor pada kondisi  ini memiliki perilaku yang linier. Sebagai contoh jika kita mempunyai transistor dengan gain 100 dan kita ingin meningkatkan arus  I_B dari 10 uA hingga 100uA; Maka ini akan menimbulkan  I_C berubah dari 1000uA menjadi 10000uA (1 mA hingga 10 mA).
3. Kondisi saturasi: Pada kondisi ini perubahan apapun pada  I_{B ,} tidak akan menyebabkan perubahan pada I_C sama sekaili atau bisa kita katakan I_C hampir mendekati konstan.  Kita tidak pernah menggunakan transistor pada kondisi ini sebagai pemerkuat sinyal (Amplifier kelas A) karena sinyal keluaran  akan terpotong ketika transistor mengalami saturasi. Nah,  kondisi saturasi inilah yang akan dibahas pada sebagian besar tutorial ini

 

Dari gambar di atas, kita bisa melihat bahwa kondisi tegangan dan arus transistor pada setiap kondisi. Jika kita perhatikan, ketika transistor berada pada kondisi off (off state) maka tegangan antara terminal kolektor dan emiter adalah sama dengan tegangan yang diterapkan (Vcc), hal ini sama dengan prinsip rangkaian switch terbuka. Begitupula  ketika transistor berada pada kondisi saturasinya maka tegangan kolektor ke emiter adalah sama dengan atau kurang dari 0.2 Volt, yang berarti sama dengan rangkaian switch tertutup. Sehingga untuk menggunakan transistor  sebagai switch, kita hanya perlu membuat transistor berada pada kondisi OFF untuk nilai logikal 0. atau pada kondisi SATURASI, untuk menjadikan logikal 1

Ini adalah diagaram, yang sering kita dapatkan pada mata kuliah elektronika dasar

Ketika transistor beroperasi pada penguat kelas A, rangkaian Common Emiter, maka biasanya kita akan memilih untuk melakukan bias pada transistor (memberikan tegangan pada V_BE dan V_CE) sedemikian rupa pada Q-Point (Lihat gambar) dimana  Keluaran I_C dan V_CE  akan berayun pada nilai maksimum dan minimumnya tanpa mengalami distorsi  ketika masukan I_B  berayun pada nilai maksimum dan minimumnya. Tapi ketika transistor tersebutnya ingin dioperasikan sebagai switch, maka saya harus membuat transistor tersebut masuk di dalam wilayah saturasi untuk mendapatkan nilai  V_CE yang serendah mungkin (sekitar 0.2 volt)  ketika saya menginginkan transistor tersebut switch ON. Begitupula sebaliknya, saya harus mendorongnya masuk kedalam wilayah cut -off nya untuk mendapatkan transistor tersebut  OFF.

Baiklah, saya tahu anda mulai pusing, karena itu sekian dulu pembahasan kali ini tentang switch transistor, pada tutorial berikutnya, akan kita bicarakan bagaimana menghubungkan switch transistor ke rangkaian mikrokontroler anda.