Teori Dasar Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang terbuat dari dari bahan semi konduktor jenis N dan jenis P. Transistor  memiliki 3 kaki yaitu: basis (B), kolektor (C) dan emitor (E). Berdasarkan susunan semikonduktor yang membentuknya, transistor dibedakan menjadi dua tipe, yaitu transistor jenis PNP dan transistor jenis NPN. Untuk membadakan transistor PNP dan NPN dapat dari arah panah pada kaki emitornya. Pada transistor PNP anak panah mengarah ke dalam dan pada transistor NPN arah panahnya mengarah ke luar.

Simbol Transistor :

Bentuk Fisik Transistor :

Bentuk Fisik Transistor

Fungsi Transistor :

1. Penguat Tegangan
2. Penguat Arus
3. Penguat Daya
4. Saklar
5. Sensor Suhu
6. Regulator tegangan
7. Osilator / Pembangkit sinyal
8. Modulator Sinyal

Mengenal tipe transistor buatan jepang:

1. Tipe 2SA… dan 2SC… biasanya digunakan pada frekuensi tinggi
   Contoh : 2SA564 dan 2SC838
2. Tipe 2SB… dan 2SD… biasanya digunakan pada frekuensi rendah
   Contoh : 2SB507 dan 2SD313

Hal-hal penting mengenai transistor :

1. Transistor yang mempunya fisik lebih besar biasanya mampu bekerja pada daya yang lebih besar
2. Pada tipe-tipe transistor dikenal adanya persamaan karakteristik, jadi jika sulit mendapatkan sebuah transistor cobalah mencari persamaannya
3. Urutan kaki transistor antara tipe satu dengan yang lain  tidak selalu sema.
4. Untuk pemakaian dengan daya yang tinggi sebaiknya tambahkan pendingin pada bodi transistor.
5. Panas yang berlebih pada transistor dapat berakibat kerusakan transistor.
6. Pada transistor dikenal istilah HFE, yaitumenunjukkan besarnya penguatan arus dari transistor tersebut
7. Tegangan antara basis (B) dan emitor (E) besarnya selalu tetap, yaitu berkisar antara 0.6Volt untuk jenis transistor dari bahan silikon.
8. Untuk bisa bekerja, sebuah transistor memerlukan bias sekitar 0.6Volt untuk jenis silikon. Pada transistor PNP basis harus lebih negatif 0.6Volt dan pada transistor NPN basis harus lebih positif 0.6Volt.

Woollard (1993: 70) menyatakan bahwa transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan oleh simbol sirkit pada gambar 1. Setelah bahan semikonduktor dasar diolah, terbentuklah bahan semikonduktor jenis P dan N. Walaupun proses pembuatannya banyak, pada dasarnya transistor merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu NPN atau PNP.

Gambar 1, Simbol sirkit untuk transistor (a) PNP, (b) NPN

(Sumber : Barry Woollard, Elektronika Praktis, 1993: 70)

Simbol sirkit kedua jenis transistor itu hampir sama. Perbedaannya terletak pada arah tanda panah di ujung emitter, seperti yang telah diketahui, arah tanda panah ini menunjukkan arah aliran arus konversional yang berlawanan arah dalam kedua jenis tadi tetapi selalu dari jenis P ke jenis N dalam sirkit emitter dasar.

Gambar 1 Bentuk nyata transistor

(Sumber ; http://www.electric-labs.com/)

Transistor NPN

Menurut Woollard (1993: 70) Kolektor dan emitter merupakan bahan N dan lapisan diantara mereka merupakan jenis P. Pada mulanya diperkirakan bahwa transistor seharusnya bekerja dalam salah satu arah, ialah dengan saling menghubungkan ujung-ujung kolektor dan emitter karena mereka terbuat dari jenis bahan yang sama. Namun, hal ini tidaklah mungkin karena mereka tidak berukuran sama. Kolektor berukuran lebih besar dan kebanyakan dihubungan secara langsung ke kotaknya untuk penyerapan panas. Ketika transistor digunakan hampir semua panas yang terbentuk berada pada sambungan basis kolektor yang harus mampu menghilangkan panas ini. Sambungan basis emitter hanya mampu menahan tegangan yang rendah.

Operasi dalam arah balik dapat dijalankan tetapi tidak efisien, sehingga tidak sesuai dengan metode hubungan praktis karena sangat sering merusakkan alat. Pada umumnya transistor dianggap sebagai suatu alat yang beroperasi karena adanya arus. Kalau arus mengalir ke dalam basis dan melewati sambungan basis emitter suatu suplai positif pada kolektor akan menyebabkan arus mengalir diantara kolektor dan emitter. Dua hal yang harus diperhatikan pada arus kolektor adalah :

1. Untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai tingkat arus kebocoran yaitu kurang dari 1 mF dalam kondisi normal (untuk transistor silikon).

2. Untuk arus basis tertentu, arus kolektor yang mengalir akan jauh lebih besar daripada arus basis itu. Arus yang dicapai ini disebut h_FE, dengan  

dimana, iC = perubahan arus kolektor

iB = perubahan arus basis

h_FE = arus yang dicapai

Transistor PNP

Transistor PNP beroperasi dengan cara yang sama dengan piranti NPN. Gambar dibawah ini akan memperlihatkan suatu transistor PNP yang dibias untuk beroperasi dalam mode aktif. Disini tegangan V_EB menyebabkan emitter tipe P potensialnya lebih tinggi dari basis tipe –N, sehingga persambungan basis emitter menjadi bias maju. Persambungan kolektor basis dibias balik oleh tegangan V_BC yang menjaga basis tipe-N berpotensial lebih tinggi dibandingkan kolektor tipe-P. Tidak seperti transistor NPN, arus dalam piranti PNP terutama disebabkan oleh lubang yang diinjeksikan dari emitter ke dalam basis sebagai tegangan bias maju V_EB. Karena komponen arus emitter yang disebabkan elektron yang diinjeksikan dari basis ke emitter dijaga agar kecil dengan menggunakan basis doping ringan, sebagian besar arus emitter disebabkan oleh lubang. Elektron yang diinjeksi dari basis ke emitter menghasilkan komponen dominan arus basis i_B1. Demikian juga lubang yang diinjeksi ke dalam basis akan berkombinasi dengan pembawa mayoritas dalam basis (elektron) dan hilang. Hilangnya elektron basis harus diganti dari rangkaian luar yang menimbulkan komponen kedua arus basis i_B2. lubang-lubang yang berhasil mencapai batas daerah pengosongan persambungan basis kolektor akan tarik oleh tegangan negatif pada kolektor. Jadi lubang-lubang ini akan disapu melintasi daerah pengosongan ke dalam kolektor dan timbul sebagai arus kolektor.

 Karakteristik Operasi Transistor

Karakteristik operasi tiap transistor yang menyatakan spesifikasinya tidak boleh dilampaui. Lembaran data memberikan nilai-nilai penting, beberapa diantaranya diberikan dibawah ini dan diperlihatkan pada gambar 2.

V_CBO = tegangan basis kolektor maksimum (kolektor +ve)

V_CEO = tegangan emitter kolektor maksimum (kolektor + ve)

V_EBO = tegangan basis emitter maksimum (emitter + ve)

P_tot = total daya yangdiperlukan oleh transistor.

Gambar 2. Karakteristik operasi tegangan transistor

(Sumber : Woollard, Elektronika Praktis, 1993: 73)

Transistor Sebagai Saklar

Menurut Barry Woollard (1993: 73) mengatakan bahwa jika arus basis I_B nol, arus kolektor I_C akan menjadi arus kebocoran yang rendah dan tegangan yang melalui resistor muatan R_L akan sia-sia. Oleh karena itu:

V_CE ≈ V_CC tegangan suplai

Kalau jumlah nominal I_B kecil, I_C akan sama dengan h_FE I_B dan tegangan yang melalui R_L, akan menjadi:

V_R = I_CR_L

dan V_CE = V_CC - I_CR_L

Naiknya I_B akan menyebabkan I_C naik terus hingga mencapai titik I_CR_L ≈ V_CC, yaitu ketika I_C tidak dapat naik lagi, meski I_B tetap naik.

Pada titik ini transistor dikatakan mendapat aliran secara keras, sampai ke dasar atau sarat, dan tegangan V_CE disebut V_{CE sarat} tegangan output yang sarat. Biasanya tegangan ini sebesar 0,2 Volt untuk transistor silicon serta dapat sekecil beberapa puluh milivolt, tetapi tidak lebih dari 0,3 Volt.

Gambar 3 Transistor sebagai saklar

(Sumber : Woollard, Elektronika Praktis, 1993: 74)

Contoh: Diketahui sebuah transistor mengatur beban 0,5A dengan suplai d.c. 12V

1. Ketika transistor itu OFF (mati) :

Anggaplah I_C = 1µA yaitu hanya sebesar arus kebocoran.

V_CE ≈ V_CC = 12V.

Oleh karena itu, pemakaian daya oleh transistor,

P = V_CE x I_C

= 12 x 1
= 12µW.

2. Ketika transistor itu ON (hidup) :

I_C = 0,5 A.

V_CE = V_{CC sarat}

≈ 0,2 V.

Oleh karena itu, pemakaian daya oleh transistor,

P = V_CE x I_C

= 0,2  x 0,5 
= 0,1W

3. Ketika transistor itu baru bekerja setengah jalan:

I_C = 0,25 A.

V_CE = 6 V.

Oleh karena itu, pemakaian daya oleh transistor,

P = V_CE x I_C

= 6 x 0,25 
= 1,5 W.

Kalau daerah pemakian daya ditengah dapat dilalui dalam waktu singkat, transistor itu akan bekerja baik dengan daya ON dan OFF. ekstrem yang rendah, dan segalanya akan berjalan lancar. Akan tetapi arus beban tidak boleh melebihi I_C (max).

Menurut Owen Bishop (2004: 72) mengatakan bahwa rangkaian saklar transistor memanfaatkan fitur terpenting dari sebuah transistor BJT-gain. Terdapat lebih dari satu definisi untuk gain yang akan merujuk untuk gain arus sinyak kecil (Small Signal Current Gain). Gain tidak memiliki satuan. Gain hanyalah sebuah bilangan, karena besaran ini merupakan hasil dari pembagian arus dengan arus. Gain sebuah transistor BJT

yang tipikal adalah 100. Rangkaian dibawah ini digunakan untuk memperlihatkan dan menjelaskan secara sederhana konsep gain transistor.

Gambar 4 Rangkaian transistor sebagai saklar

(Sumber : Warsito S, Vademekum Elektronika, 1995: 184)

dimana : I_C = arus kolektor

I_B = arus basis

R_B = hambatan basis

R_C = hambatan kolektor

V_CC = tegangan input

Denyut sulut (Tringger Pulse) perlu setinggi :

V_{B =} I_B R_B + 0,6 V

Selama ada denyut masukan, pada dioda B-E terukur ada tegangan terbalik