BAB II LANDASAN TEORI

BAB II
LANDASAN TEORI
2.1. Power Regulator
Pada umumnya adalah sebagai alat atau perangkat keras yang mampu
menyuplai tenaga atau tegangan listrik secara langsung dari sumber
tegangan listrik ke tegangan listrik yang lainnya.
2.2. Komponen-komponen Primer
Tidak ada persyaratan khusus yang penulis tentukan terhadap perataperata masukan dan kapasitor penyimpan pada peralatan yang akan
dirancang ini. Sehingga ini akan sama dengan yang digunakan pada tipe-tipe
power regulator lain akan tetapi akan dipilih untuk memenuhi tingkat daya
dan persyaratan untuk peralatan Air Field Lighting.
2.2.1. Transistor Saklar Primer
Transistor saklar pada pemasok daya regulator ini akan sangat stress.
Tingkat arus tergantung pada beban maksimum, efisiensi, tegangan
masukan, mode operasi dan rancangan regulator. Ini akan dibentuk dengan
menghitung arus kolektor puncak pada tegangan masukan minimum dan
beban maksimum.
2.2.2.
Dioda dan pemakainya
Diode merupakan alat dengan dua terminal dan terbentuk dari dua
jenis semi konduktor (jenis p dan jenis n) yang tersambung. Alat ini mampu
7
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dialiri arus secara relatif mudah dalam satu arah, tetapi amat sukar dalam
arah kebalikannya.
Anoda
Katoda
P
Anoda
Katoda
N
Gambar 2.1 : Symbol diode
Diode yang banyak digunakan saat ini adalah diode dengan bahan
dari silicon dengan batas tegangan tembus sebesar 0,7 volt dan diode yang
terbuat dari bahan germanium dengan batasan tegangan tembus 0,3 Volt.
Bila dioda dihubungkan dengan sumber listrik dari baterai, dimana
kutub positif (anoda) dihubungkan dengan sumber positif baterai dan kutub
negative (katoda) dioda dihubungkan dengan sumber negatif baterai, maka
arus akan mengalir. Hal ini dinamakan forward bisa.
Apabila anoda dihubungkan dengan negatif baterai dan katoda
dihubungkan dengan positif baterai, maka arus listrik tidak mengalir. Hal ini
dinamakan reverse bias.
Diode secara umum difungsikan sebagai penyearah (rectifier). Ada
tiga jenis penyearah yaitu penyearah jembatan gelombang penuh, penyearah
gelombang penuh dan penyearah setengah gelombang.
8
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.2 : Rangkaian penyearah jembatan gelombang penuh.
Pada penyearah gelombang penuh, besar tegangan DC dapat dicari
dengan rumus:
f out = 2 f in
………………..(2.1)
Keterangan :
f in
= Frekuensi maksimum (Hz)
f out
= Frekuensi keluaran (Hz)
Besarnya tegangan DC yang dihasilkan oleh rangkaian dapat diketahui dengan
persamaan :
V dc =
………………..(2.2)
Keterangan :
Vdc = Tegangan dc (volt)
2
= Konstanta
Vp = Tegangan puncak
π
= Phi (3,14)
9
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dioda tersusun atas „pn junction‟, dan didesain sedemikian rupa sehingga
mampu menghasilkan arus pada satu arah saja, seperti gambar.
Anoda
p
n
Katoda
R
DC
Gambar 2.3 : Arah arus pada diode
Karakteristik tegangan versus arus bagi diode seperti pada gambar (2.3)
D
R
Vb
Gambar 2.3 : Pengaturan tegangan diode
Maka dengan tegangan yang kecil saja (umumnya kira-kira 0,6-0,7 volt),
akan mengalir arus maju. Dengan penaikan tegangan yang sedikit saja sudah
didapat arus maju yang besar. Sebaliknya, apabila diode diberi tegangan balik
(gambar 6.3b), maka untuk tegangan yang masih dibawah V (lihat karakteristik
diode), arus tidak akan mengalir. Tetapi, untuk tegangan di atas V, akan mengalir
10
http://digilib.mercubuana.ac.id/
arus balik yang besar. Pada umumnya, pada titik batas ini, diode sudah tidak
mampu lagi menahan disipasi daya yang sangat besar, karena V besar dan arus
baliknya juga besar. Tgangan V disebut juga tegangan tembus (peak inverse
voltage).
2.2.3. Pengatur Tegangan (IC 78XX)
IC 78XX adalah regulator tegangan positif dengan tiga terminal, masingmasing input, Ground dan output. IC 78XX tersedia untuk beberapa nilai
tegangan keluaran seperti terlihat pada tabel.
Table 2.1. Informasi nilai arus dan tegangan IC regulator 7812
Type
7805
7806
7808
7809
7810
7812
7815
7818
7824
VOUT (Volt)
5
6
8
9
10
12
15
18
24
IOUT (A)
78XXC 78LXX 78MXX
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
1
0,1
0,5
VIN (Volt)
Min
Maks
7,5
20
8,6
21
10,5
23
11,5
24
12,5
25
14,5
27
17,5
30
21
33
27
38
Meskipun semula dirancang untuk regulator tegangan tetap, namun
regulator ini dapat dikembangkan untuk tegangan dan arus yang dapat diatur.
Rangkaian dasar 78XX ditunjukkan gambar 10, untuk tegangan dan arus output
sesuai nilai nominalnya.
11
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.5 : Rangkaian dasar regulator 78XX
C1 diperlukan jika regulator jauh dari Kapasitor Filter pencatu daya
sedangkan C2 diperlukan untuk memperbaiki hasil output. Dalam penerapannya,
tegangan masukan VIN harus lebih besar dari tegangan keluaran (lihat tabel 1)
jika kurang maka regulator tidak berfungsi tetapi bila melebihi nilai V IN
maksimumnya dapat merusak regulator.
2.2.4. Light Emitting Diode (LED)
LED adalah merupakan suatu diode yang dipasang dalam suatu wadah
yang tembus pandang dan akan menyala bila dilalui arus sekitar 20 mA.
Tegangan pada diode tidaklah 0,6 volt akan tetapi diantara 1,6 – 2,4 volt atau
mempunyai tegangan ambang antara 1,6 – 2,7 volt dan tergantung pada
warnanya. Pada diode silicon tegangan ini adalah sekitar 0,7 volt namun tidak
mengeluarkan cahaya..
Dalam kondisi menghantar LED dapat dipandang sebagai saklar menutup
yang dialiri arus. Oleh karena itu antara sumber tegangan dan LED perlu diberi
resistor yang mampu menampung tegangan lebih. Besar resistor yang
dihubungkan dengan LED dapat dihitung dengan rumus yang dipakai untuk
menghitung besar resistor basis pada transistor, yaitu:
12
http://digilib.mercubuana.ac.id/
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Komponen dc adalah harga rata-rata tegangan dc pada output. Ini dapat
dihitung dengan rumus:
∫
…………………. (2.5)
Komponen ac adalah harga rms dari tegangan ac yang keluar. Komponen
ac tercampur dengan komponen dc. Sangat sulit memisahkan lebih dahulu
komponen ac dari komponen dc. Maka, untuk menghitung factor ripple,
diguakan rumus pendekatan:
r =√
Di mana
……………………….(2.6)
merupakan harga rms total (mengandung komponen ac
dan komponen dc) dari tegangan output. Ini dapat dihitung dengan rumus:
√ ∫
2.4.
…………………………………(2.7)
Pengatur Tegangan
Dua kategori dasar pengaturan tegangan adalah pengaturan garis (Line
Regulation) dan pengaturan beban (Load Regulation). Pengaturan garis adalah
kemampuan pengatur tegangan (voltage regulator) untuk tetap memepertahankan
tegangan keluaran ketika tegangan masukan berubah-ubah. Pengaturan Beban
kemampuan untuk tetap mempertahankan tegangan keluaran ketika beban
bervariasi.
14
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.4.1. Line Regulation
Ketika tegangan masukan DC berubah-ubah, pengatur tegangan (voltage
regulator) harus mempertahankan tegangan keluaran, seperti digambarkan pada
gambar 2.7.
Gambar 2.7:. Pengaturan Garis. Suatu perubahan tegangan masukan DC
tidak mempengaruhi tegangan keluaran suatu pengatur tegangan ( di
dalam batas tertentu).
Pengaturan Garis dapat digambarkan sebagai persentase perubahan
tegangan keluaran terhadap perubahan yang terjadi pada tegangan masukan.
Pada umumnya dinyatakan dalam % / V. Sebagai contoh, sebuah regulator
tegangan mempunyai pengaturan garis 0,05%/V berarti bahwa tegangan
keluaran berubah 0,05 persen ketika tegangan masukan meningkat atau
berkurang dengan satu volt.
15
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.4.2.
Load Regulation
Ketika arus yang mengalir melalui beban berubah akibat perubahan
beban, regulator tegangan haruslah tetap mempertahankan tegangan
keluaran pada beban agar tidak berubah (tetap).
Pengaturan beban dapat dinyatakan sebagai persentase perubahan tegangan
keluaran untuk setiap perubahan arus beban. Pengaturan beban juga dapat
dinyatakan sebagai persentase perubahan dari tegangan keluaran tanpa
beban (TB) ke tegangan keluaran dengan beban penuh (BP).
Gambar 2.8 : Pengaturan beban. Suatu perubahan pada arus beban tidak
mempengaruhi tegangan keluaran.
Pengaturan beban dapat juga dinyatakan sebagai persentasi perubahan
tegangan keluaran terhadap perubahan setiap mA arus pada beban. Sebagai
contoh, regulator tegangan mempunyai Load Regulation 0,01% / mA,
berarti bahwa tegangan keluaran berubah 0,01 persen ketika arus beban
meningkat atau berkurang 1 mA.
16
http://digilib.mercubuana.ac.id/
2.5.
Komponen Sekunder
Setiap rangkaian listrik selalu memiliki komponen tambahan atau
komponen sekunder dimana komponen ini digunakan sebagai perbaikan
suatu rangkaian agar tercapai tujuan penggunaan dari suatu rangkaian listrik.
Komponen tersebut antara lain ;
2.5.1. Kapasitor
Kapasitor adalah atau sering disebut sebagai Kondensator adalah
suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara
mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kondensator
memiliki satuan yang disebut Farad dari nama Michael Faraday.
Kapasitor banyak digunakan dalam rangkaian elektronik dan
mengerjakan berbagai fungsi. Pada dasarnya kapasitor merupakan alat
penyimpan muatan listrik yang dibentuk dari dua permukaan piringan yang
berhubungan, tetapi dipisahkan oleh suatu penyakat. Bila elektron berpisah
dari suatu plat ke plat yang lain akan terdapat muatan diantara mereka pada
medium penyekat tadi. Muatan ini disebabkan oleh muatan positif pada plat
yang kehilangan elektron dan muatan negatif pada plat yang memperoleh
elektron.
Pada dasarnya ada dua jenis kapasitor yang sering dipakai yaitu
kapasitor non elektron yaitu kapasitor yang tidak mempunyai kutub dan
kapasitor elektrolit yang mempunyai kutub. Kapasitor elektrolit mempunyai
daya tampung yang lebih besar dibandingkan kapasitor non elektrolis
17
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dengan besar yang sama. Namun kapasitor ini mempunyai kekurangan yaitu
kapasitansi hanya diperoleh dalam satu arah saja karena adanya kutub
positif dan negatif. Sehingga jika terjadi kesalahan menghubungkan akan
menyebabkan hubungan singkat dan tentu saja kapasitor akan rusak.
CV
C
Gambar 2.9 : Simbol sirkit kapasitor non elektrolit
+VE
-VE
Gambar 2.10 : Simbol sirkit kapasitor elektrolit
Apabila kapasitor digunakan sebagai elemen perata maka dapat
ditentukan besarnya nilai minimum kapasitor dengan rumus:
C min =
……………..(2.4)
Keterangan :
C min
= Nilai Kapasitansi minimum (Farad)
2,828
= Konstanta
r
= Ripple (0%)
Rl
= Resistansi beban (Ω)
f
= frekuensi ripple (Hz)
18
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Untuk mendapatkan teganagn ripple yang kecil dan kapasitansi yang tidak
terlalu besar, beberapa perancang menggunakan aturan maksimal tegangan ripple
yang dihasilkan sebesar 10 %, yaitu nilai kapasitor yang dipilih untuk menjaga
tegangan ripple puncak ke puncak sebesar maksimal 10 % dari tegangan puncak.
Kondensator
juga
dikenal
sebagai
"kapasitor",
namun
kata
"kondensator" masih dipakai hingga saat ini. Pertama disebut oleh
Alessandro Volta seorang ilmuwan Italia pada tahun 1782 (dari bahasa Itali
condensatore), berkenaan dengan kemampuan alat untuk menyimpan suatu
muatan listrik yang tinggi dibanding komponen lainnya.
Gambar kapasitor atau kondensator;
Gambar 2.11 : Macam bentuk kondensator dan kapasitor.
1. Kapasitor Elektrolit
Dibentuk dengan mengoksidasi salah satu plat aluminium dan
menggantikan medium dielektrolitnya dengan elektrolit basah, sehingga
namanya menjadi elektrolit. Disini kapasitansi dibentuk pada lapisan oksida
19
http://digilib.mercubuana.ac.id/
mempunyai kapasitansi yang sangat besar dan berukuran kecil, sehingga
dibandingkan dengan non elektrolit menjadi 100 : 1. Kekurangan jenis ini
adalah bahwa kapasitansinya hanya diperoleh dalam satu arah karena adanya
kutub positif dan kutub negatif.
+
-
Gambar 2.17 : Simbol Kapasitor Elektrolit
2. Kapasitor Non Elektrolit
Kapasitor non elektrolit adalah kapasitor yang tidak mempunyai
polaritas sehingga dapat dipasang sembarang arah. Kapasitor ini dapat dibuat
dalam bentuk variable yang berubah – ubah nilai kapasitansinya hanya
berkisar ratusan pikofarad, biasanya dipakai pada pemancar dan penerima.
Kapasitansi dapat diubah dengan cara menghubungkan beberapa
kapasitor secara seri atau paralel.
Kapasitansi total dapat dikurangi bila kapasitor dihubungkan secara
seri. Nilai kapasitansi total dapat dikalkulasikan sebagai berikut :
=
+
20
http://digilib.mercubuana.ac.id/
…………………(2.9)
3. Pengisian Kapasitor
Maksud dari pengisian kapasitor adalah peristiwa masuknya muatan
listrik ke dalam kapasitor, sehingga kapasitor menjadi bermuatan. Untuk
memberikan gambaran tentang pengisian kapasitor dapat dilihat pada gambar
2.13.
Gambar 2.13 : a. Rangkaian Pengisi Kapasitor
b. Grafik Pengisian Kapasitor
Dengan menutup saklar kebawah, maka arus akan mengalir
memasuki kapasitor. Tegangan yang ada pada kapasitor tidak langsung
maksimum, namun naik secara perlahan hingga menjadi sama dengan
tegangan sumbernya (Vs). Hal ini dapat dilihat pada gambar 8.b, yaitu grafik
hubungan antara waktu dengan tegangan saat pengisian.
Arus pengisian maksimum terjadi pada saat awal pengisian dan terus
menurun sampai tegangan di kapasitor sama dengan tegangan sumber.
4. Pengosongan Kapasitor
Setelah dilakukan pengisian maka kapasitor mempunyai muatan. Bila
catu daya dilepas dan dilakukan hubungan singkat pada kapasitor maka
21
http://digilib.mercubuana.ac.id/
kapasitor akan membuang muatannya. Peristiwa inilah yang dimaksud
dengan pengosongan kapasitor.
Pada gambar 2.14 dibawah ini, bila saklar dipindahkan maka
kapasitor akan membuang muatan dengan arah arus seperti terlihat pada
gambar.
Gambar 2.14 : a. Rangkaian Pengosongan Kapasitor
b. Grafik Pengosongan Kapasitor
Sedangkan gambar 2.14.b, berikut ini merupakan grafik yang
menjelaskan tentang pengosongan muatan yang berkaitan dengan tegangan
dan arus terhadap waktu.
5. Waktu Pengisian dan Pengosongan Kapasitor
Pengisian
dan
pengosongan
muatan
kapasitor
tentunya
membutuhkan waktu. Waktu yang dibutuhkan dapat dipengaruhi oleh nilai
resistansi dari resistor yang dihubungkan seri dengan kapasitor dan nilai
kapasitansi dari kapasitor itu sendiri.
Untuk pengisian yang kondisi awalnya benar – benar kosong dan
mulai dari waktu t = 0 detik, sampai muatannya benar – benar penuh, yaitu
tegangan di kapasitor telah sama dengan tegangan sumber. Dan pengosongan
22
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dari muatan yang benar – benar kosong, maka waktu yang dibutuhkan
disebut waktu konstan yang dapat dihitung dengan menggunakan rumus:
T = R . C ……………………(2.9)
Keterangan :
T = waktu konstan (detik)
R = nilai resistansi (ohm)
C = nilai kapasitansi (farad)
2.5.2. Resistor
Resistor adalah suatu komponen elektronika yang dapat menghambat
arus listrik dan biasa digunakan untuk menurunkan tegangan, membagi
tegangan dan membatasi arus yang lewat.
R
R
Gambar 2.15: Simbol resistor
Ditinjau dari nilai resistansinya, ada dua jenis resistor yang biasa
digunakan yaitu resistor tetap dan resistor variabel. Pada suatu rangkaian
yang menggunakan resistor untuk melakukan beberapa perhitungan dapat
menggunakan rumusan OHM, sebagai berikut:
23
http://digilib.mercubuana.ac.id/
....................(2.10)
V=IxR
Keterangan : V = teganagnan (Volt/V)
I = arus (ampere/A)
R = resistan (Ohm/Ω)
Hokum OHM menyatakan bahwa arus berbanding lurus dengan
tegangan dan berbanding terbalik dengan hambatan. Jika tegangan
bertambah dan hambatannya tetap maka arus akan bertambah. Jika
tegangannya tetap dan hambatannya bertambah, maka arus akan
berkurang.
Dapat disebutkan bahwa besarnya arus total pada suatu rangkaian
ditentukan dengan banyaknya jumlah beban yang terpasang pada
rangkaian tersebut. Dalam penerapannya sebagai berikut :
It
=
I1 + I2 + I3………dst.
………………(2.11)
Dan untuk menentukan besarnya daya yang dihasilkan pada suatu
rangkaian adalah dengan menerapkan rumus :
P
=
V x I ( WATT )
24
http://digilib.mercubuana.ac.id/
……………(2.12)
Resistor digunakan sebagai bagian dari rangkaian elektronik dan
sirkuit elektronik, dan merupakan salah satu komponen yang paling sering
digunakan. Resistor dapat dibuat dari bermacam-maca kompon dan film,
bahkan kawat resistansi (kawat yang dibuat dari paduan resistivitas tinggi
seperti nikel-kromium).
Karakteristik utama dari resistor adalah resistansinya dan daya listrik
yang dapat dihantarkan. Karakteristik lain termasuk koefisien suhu, derau
listrik (noise), dan induktansi.
Resistor dapat diintegrasikan kedalam sirkuit hibrida dan papan
sirkuit cetak, bahkan sirkuit terpadu. Ukuran dan letak kaki bergantung pada
desain sirkuit, kebutuhan daya resistor harus cukup dan disesuaikan dengan
kebutuhan arus rangkaian agar tidak terbakar.
2.6. Trafo / Transformator
Transformator adalah suatu alat untuk memindahkan daya listrik
bolak-balik dari suatu rangkaian ke rangkaian lainya secara induksi
elektromagnetik dengan tanpa merubah frekuensi.
Dalam pengertian lain Transformator juga suatu alat listrik yang dapat
memindahkan dan mengubah energi listrik satu atau lebih, rangkaian listrik
satu atau lebih ke rangkaian listrik yang lain, melalui suatu gendengan
magnet berdasarkan prinsip induksi-elektromagnet. Trafo yang digunakan
pada rangkaian voltage regulator ini adalah dua jenis trafo yang berbeda, satu
25
http://digilib.mercubuana.ac.id/
trafo digunakan dalam rangkaian voltage regulator dan satunya lagi akan
digunakan pada output CCR (constant current regulator) atau sumber power
yang ada pada landasan, dalam penggunaanya trafo ini akan dibedakan oleh
penulis guna lebih rinci dalam penyampaiannya agar dapat dimengerti oleh
pembaca dan dalam penyusunan tugas akhir ini,
Prinsip kerja transformator berdasarkan hukum Lens dan Hukum
Faraday. Apabila kumparan primer dihubungkan dengan sumber tegangan,
maka akan mengalir arus bolak-balik I1 pada kumparan tersebut yang
menimbulkan fluks magnet (ɸ) yang berubah-ubah pada intinya, sehingga
pada kumparan primer akan timbul GGL induksi Ep.
Besarnya GGL induksi pada kumparan primer adalah :
………………..(2.13)
Fluks
magnet
yang menginduksikan kumparan primer juga
menginduksi kumparan sekunder, sehingga kumparan sekunder juga timbul
GGL induksi sebesar:
………………..(2.14)
26
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Dari persamaan (5) dan (6) didapatkan perbandingan lilitan yaitu :
……………(2.15)
Dimana :
ep
= GGL induksi pada kumparan primer dalam satuan volt.
es
= GGL induksi pada kumparan sekunder dalam satuan volt.
Np
= Jumlah lilitan pada kumparan primer.
Ns
= Jumlah lilitan pada kumparan sekunder.
dɸ
= Perubahan garis-garis gaya magnet dalam satuan weber.
dt
= Perubahan waktu dalam satuan detik.
a
= Nilai perbandingan lilitan transformer (trun ratio).
Apabila a<1, maka transformator berfungsi sebagai trafo step up/menaikan
tegangan.
a>1, maka transformator berfungsi sebagai trafo step down/menurunkan
tegangan.
Gambar 2.16: Transformator
27
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Tegangan yang ada pada bagian sekunder transformator adalah tegangan
efektif, untuk mendapatkan tegangan maksimum yaitu sebagai berikut :
Vm = 1,41 x Vs
Dimana :
………………..(2.16)
Vm
= Tegangan maksimum (Volt)
Vs
= tegangan sekunder efektif (volt)
2.6.1. Trafo isolasi
Trafo isolasi ini digunakan sebagai penyetaraan output arus yang
dikeluarkan oleh peralatan CCR, dimana keluaran tersebut tetap berupa arus
konstan namun pada tegangannya akan berubah-ubah, hal ini tidak
dipermasalahkan selama peralatan yang sudah ditentukan. Penulis pernah
melakukan pengukuran tegangan pada trafo isolasi tersebut dan tegangan
berubah-ubah sesuai step arus yang dikeluarkan peralatan CCR, sehingga
pada trafo ini akan dilakukan modifikasi oleh penulis guna tercapainya
tegangan keluaran yang dapat dipakai pada voltage regulator yang telah
dirancang untuk power pada beberapa peralatan yang baru dilandasan.
2.6.2. Trafo Step-Down
Trafo jenis ini adalah pada prinsipnya memiliki lilitan sekunder lebih
sedikit dari lilitan primer, sehingga berfungsi sebagai penurun tegangan.
Hanya saja penulis disini tidak serta merta menggunakan trafo stef down,
karna tegangan keluaran dari trafo isolasi yang tidak menentu maka ada
modifikasi yang dilakukan penulis sehingga trafo disini akan dinamakan
28
http://digilib.mercubuana.ac.id/
trafo regulator. Prinsip kerja dari trafo regulator ini hampir sama dengan
trafo stef down, dimana akan menurunkan tegangan yang tidak menentu dari
keluaran trafo isolasi untuk diproses selanjutnya.
2.7.
Transistor
Transistor adalah komponen semikonduktor yang dapat digunakan
untuk memperkuat sinyal listrik. Disamping itu transistor dapat difungsikan
pula sebagai saklar elektronik. Transistor dibuat dari bahan semikonduktor
kristal silikon atau germanium yang disusun tiga lapis. Sesuai dengan bahan
pembuatan serta penyusunan lapisan muatannya, transistor dibedakan dalam
dua tipe yaitu :
a. Transistor Tipe PNP
b. Transistor Tipe NPN
Kolektor (c)
Kolektor (c)
p
Basis (b)
n
n
p
Basis (b)
p
n
Emiter (e)
Emiter (e)
E
P
N
P
C
E
N
B
P
N
B
(a)
(b)
Gambar 2.17: Simbol Sirkuit untuk Transistor. (a) pnp; (b) npn
29
http://digilib.mercubuana.ac.id/
C
Transistor mempunyai tiga kaki yang disebut dengan collector, basis
dan emiter. Pada umumnya untuk memudahkan dalam menentukan kakikaki tersebut pada badan transistor sudah diberi tanda tertentu dari
pabriknya.
Transistor sebagai saklar digunakan untuk menyatakan dua keadaan,
yaitu keadaan tinggi dan rendah. Pada rangkaian terintegrasi digital untuk
menyatakan logika 1 dan 0 pada prisipnya memakai transistor sebagai
saklar. Saklar kecepatan tinggi dengan menggunakan transistor sangat
penting keberadaannya karena sering digunakan dalam rangkaian
elektronika,
terutama
pada
rangkaian-rangkaian
elektronika
yang
menggunakan Integrated Circuit (IC).
Fungsi utama dari transistor sebagai saklar dalam rangkaian
elektronika adalah mengubah kondisi suatu rangkaian tertutup (close
circuit) ke rangkaian terbuka (open circuit) atau sebaliknya. Dengan kata
lain transistor sebagai sakelar dapat digunakan untuk menghubungkan atau
melepaskan suatu rangkaian, layaknya sebuah sakelar (switch). Dengan
melihat fungsi transistor sebagai sakelar, maka transistor tersebut bekerja
pada dua kondisi, yaitu : kondisi “ON” . Pada kondisi ini transistor conduct
(kerja) sehingga kaki colector dan emiter dari transistor seolah-olah
terhubung singkat karena tahanan sangat kecil bahkan mendekati nol dan
arus collector (Ic) mencapai maksimum, sehingga kondisi ini dapat di
katakan kondisi saturation. Kondisi kedua adalah “OFF”, Pada kondisi ini
transistor non conduct (tidak bekerja) sehingga kaki collector dan emitter
30
http://digilib.mercubuana.ac.id/
dari transistor seolah-olah terbuka karena tahanannya sangat besar bahkan
mendekati tak terhingga dan arus collector (Ic) sangat minimum
(mendekati nol), sehingga kondisi ini dapat dikatakan kondisi cut off.
Agar transistor dapat bekerja sebagai sakelar, seperti yang telah
dijelaskan diatas, maka transistor harus bekerja pada kondisi saturation dan
cut off. Untuk itu biasing pada transistor harus diatur sedemikian rupa
sehingga transistor dapat bekerja seperti kondisi diatas.
Gambar 2.18: Transistor sebagai Saklar Ttipe NPN
(A) Rangkaian saklar transistor
(B) Transistor dalam kondisi cut off
(C) Transistor dalam kondisi saturation
Berikut ini di gambarkan kurva arus Ib, Ic dan tegangan
collector emitter (Vce) pada kondisi saturation dan cut off beserta
operating pointnya:
31
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Gambar 2.19 : Operating Point Transistor sebagai Saklar
Berdasarkan grafik diatas dapat dijelaskan, bahwa pada saat tidak ada
arus base (Ib = 0) karena kaki base-emitter tidak mendapat tegangan maju
(forward bias), transistor dalam kondisi cut off, akibatnya tahanan antara
kaki collector – emitter sangat besar (mendekati tak terhingga) sehingga
arus collector (Ic) sangat kecil (mendekati nol). Maka pada posisi ini
tegangan pada kaki collector-emitter (Vce) sama dengan tegangan sumber
(Vcc). Sedangkan pada saat ada arus base (Ib), transistor akan conduct
karena kaki base emitter mendapat tegangan maju (forward bias), dengan
demikian akan ada arus collector (Ic) yang mengalir. Agar transistor
bekerja pada kondisi saturation, maka operating point dari transistor
tersebut harus pada titik dimana Ic sama dengan Ic saturation.
Icsat  
Vcc
………………….(2.17)
Rc
Keterangan :
Ic (sat) = arus collector saat saturation
32
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Vcc
= tegangan sumber
Rc
= tahanan pada collector
1) Transistor Kondisi Cut Off.
Pada saat transistor dalam kondisi tidak bekerja atau non
conducting, maka transistor tersebut dinamakan dalam kondisi cut off,
maka antara kaki base-emitter terjadi reverse bias, begitu pula antara kaki
collector-emitor. Dalam kondisi cut off, ini dapat dikatakan tidak ada arus
yang mengalir antara kaki collector-emiter. Disini nilai tahanan antara
kaki collector-emitter sangat besar, arus yang melalui kaki collectoremiter tersebut nilainya sangat kecil sehingga dapat diabaikan dan arus ini
dinamakan arus bocor. Pada kondisi ini, keluaran dari transistor yang
diambil dari titik collector ke ground sama dengan
tegangan sumber
(Vcc).
2) Transistor Kondisi Saturation
Pada saat transistor dalam kondisi kerja, dimana kaki base-emitter
terjadi forward bias dan antara kaki collector-emitter terjadi reverse bias,
arus yang mengalir antara kaki collector-emitter mencapai maksimum
karena tahanan antara kaki collector-emitter sangat kecil (mendekati nol),
sehingga dapat dikatakan seolah-olah short circuit (rangkaian tertutup).
Kondisi sepertii ini disebut kondisi saturation dan keluaran dari transistor
pada kondisi ini yang diambil dari titik collector ke ground sama dengan
nol.
33
http://digilib.mercubuana.ac.id/
Untuk merancang transistor agar beroperasi dalam kondisi
saturation, maka arus base (Ib) harus lebih besar dari pada hasil
perbandingan antara arus collector (Ic) dengan hfe dari transistor itu
sendiri, sehingga dapat dituliskan dalam bentuk rumus sebagai berikut:
Ib 
Ic
hfe …………………………..(2.18)
Dimana besarnya hfe suatu transistor dapat dilihat pada buku tabel
data transistor. Dengan demikian besarnya arus base (Ib) dapat dibuat dua
kali lebih besar dari Ic / hfe.
Ib  2
Ic
hfe ……………………….(2.19)
Setelah dapat diketahui besarnya arus Ib maka nilai Rb dapat di
cari dengan rumus sebagai berikut :
Rb 
Vi  Vbe
Ib
………………………(2.20)
Keterangan :
Ib  arus basis
Rb  resistor basis
Vi  tegangan input
Vbe  tegangan basis emiter
Ic  arus colector
hfe  penguatan transistor
34
http://digilib.mercubuana.ac.id/