Skip to content Skip to sidebar Skip to footer

Rangkaian Transistor sebagai saklar serta perhitungannya

Rangkaian Transistor sebagai saklar serta perhitungannya - Ketika kita menggunakan microkontroller dalam berbagi projek kita, terkadang kita membutuhkan arus yang besar untuk mengendalikan suatu perangkat. 

Mikrokontroller pada umumnya hanya mampu mengeluarkan arus pada pin digital maksimal 40mA. Artinya jika anda ingin menghidupkan sebuah LED Brightness atau Relay yang membutuhkan arus di atas 40 mA, maka anda harus menggunakan sebuah Driver

Beberapa komponen yang dapat dijadikan sebagai driver yaitu Transistor BJT, Mosfet, SCR dan lain-lain. 

Keuntungan Transistor BJT adalah kecil dan murah. Kerugiannya adalah mereka digerakkan oleh arus, bukan  digerakkan oleh tegangan seperti MOSFET, dan secara umum lebih cocok untuk aplikasi berdaya rendah, seperti mengendarai beberapa LED, motor kecil atau relay.

Cara Menggunakan Transistor Sebagai Saklar Dan Perhitungannya
Gambar 1. Driver LED (kiri) dan Driver Relay (kanan) menggunakan Transistor

Langkah awal yang baik untuk membuat sebuah driver yaitu melakukan perhitungan. Dua perhitungan penting di sini adalah mendapatkan nilai dua resistor RB (resistor Base) dan RL (resistor Load).

Beberapa beban (seperti motor atau Relay seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas-kanan) tidak akan memerlukan resistor beban karena mereka telah memiliki resistansi tersendiri (berdasarkan datasheet), namun mereka mungkin memerlukan Dioda Fly-Back

Dioda Fly-Back adalah dioda yang digunakan untuk mencegah EMF terbalik yang bisa merusak Mosfet atau Resistor. 

Apa maksud dari EMF ?


EMF atau Electromotive force, dalam bahasa indonesia disebut dengan GGL atau Gaya Gerak Listrik. Secara simple kita bisa katakan EMF adalah medan magnet yang menghasilkan aliran listrik.

Indukor, jika di berikan arus listrik, maka sebagian arus listrik akan berubah menjadi medan magnet. Ketika arus di hentikan mengalir ke induktor, medan magnet tersebut dengan cepat kembali menjadi arus listrik. 

Jika ini terjadi, maka arus akan mengalir menuju sirkuit. Jika kondisi ini terjadi pada relay, maka arus ini akan mengalir dengan cepat dan "Menghantam" Transistor. 

Untuk dapat mencegah hantaman ini, maka arus di alirkan kembali ke induktor menggunakan sebuah Dioda.

Untuk beban non-induktif (mis. LED) dioda ini tidak diperlukan.  Dioda Fly-Back harus memiliki switching cepat (mis. 1N4001) atau Schottky.

A. Perhitungan Resistor Load  (RL) atau Resistor Beban

Mari kita asumsikan bahwa kita ingin menggerakkan LED dengan 20 mA dengan catu daya 5VDC, dan kita menetapkan bahwa LED memiliki penurunan tegangan maju sebesar 1,7V (dari lembar data, atau dengan pengukuran).

Kita dapat melihat dari lembar data untuk transistor (2N2222 sebagai contoh saat ini) bahwa Kolektor − Emitor Saturation Voltage V CE (sat) adalah sekitar 0,4V dengan beban 15 mA.

Cara Menggunakan Transistor Sebagai Saklar Dan Perhitungannya
Gambar 2. Lembar Data Saturasi Transistor 2N2222

Dengan demikian penurunan tegangan pada resistor adalah:

V = 5 - 1.7 - 0.4 = 2.9 V

Dan karena kita ingin 20 mA mengalir, kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk menghitung RL :

RL = 2.9 / 0.020 = 145 ohms

Di pasaran (setahu saya) tidak ada nilai resistor untuk 145 ohm, jadi kita akan menggunakan nilai standar 150 ohm untuk RL .

Daya yang dihamburkan oleh resistor ini adalah menggunakan rumus = I^2 * R, yang akan menjadi:


PL = 0.020^2 * 150 = 0.060 (60 mW)


Jadi resistor 1/8 watt akan baik-baik saja.

B. Perhitungan Resistor Basis (RB) 

Kita ingin sepenuhnya  menyalakan transistor, diperlukan jumlah arus yang cukup besar. Lembar data mengutip "Kolektor − Emitor Saturation Voltage" sebagai satu ketika IC adalah 150 mA dan IB adalah 15 mA (Gambar 2), sehingga kita dapat menyimpulkan bahwa (pada level saat ini) transistor hanya akan mendapatkan gain 10 yaitu , 150/15 ketika jenuh, maka kita akan membutuhkan arus 2 mA untuk mengalir melalui Base ke Emitter (yaitu, 20mA / 10).

Lembar data mengatakan bahwa, Base − Emitter Saturation Voltage VBE(sat) adalah sekitar 1.3V dengan beban 15 mA, sehingga penurunan tegangan pada resistor adalah:


V = 5 - 1.3 = 3.7 V


Karena kita ingin 2 mA mengalir, kita dapat menggunakan Hukum Ohm untuk menghitung RB :


RB = 3.7 / 0.002 = 1850 ohms   


Di pasaran (setahu saya) tidak ada nilai resistor untuk nilai 1850 ohm namun dapat kita gunakan pendekatan nilai resistor 2K.

Daya yang dihamburkan oleh resistor ini adalah I^2 * R, yang akan menjadi:


PB = 0.002^2 * 2000 = 0.008 (8 mW)


Jadi resistor 1/8 watt juga akan baik-baik saja di sini.

C. Perhitungan Disipasi Daya Transistor


Selanjutnya kita perlu menghitung daya yang dihamburkan oleh transistor yang akan menjadi jumlah daya basis-emitor dan daya kolektor-emitor.

Power = (VBE(sat) * IBE) + (VCE(sat) * ICE)

VBE(sat) = 1.3  (dari datasheet)
IBE = 0.002 (2 mA - seperti perhitungan diatas)
VCE(sat) = 0.4 (dari datasheet)
ICE = 0.020 (20 mA -seperti perhitungan diatas)
RØJA = 200 °C/W (dari datasheet)

Power =  (1.3 * 0.002) + (0.4 * 0.020) = 0.0106 (10.6 mW)

Heat gain =  0.0106 * 200 = 2.12 °C

Hasil bersih di sini adalah bahwa kita menggunakan 2 mA dari pin output Arduino untuk mengontrol LED 20 mA. 

Sekarang, sebuah Arduino dapat langsung menggerakkan 20 mA, namun cara kerja di atas harus memungkinkan Anda menghitung resistor untuk beban lainnya.

Post a Comment for "Rangkaian Transistor sebagai saklar serta perhitungannya"