Cara Kerja Transistor Cut off, Saturasi, Aktif

Soal :

1. Jelaskan tentang daerah kerja transistor :
   1. Cut Off
   2. Saturasi
   3. Aktif

Jawab :

1. Daerah Kerja Transistor
   1. Cut Off

Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan transistor menyumbat pada hubungan kolektor – emitor. Daerah cut off sering dinamakan sebagai daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak dapat mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Pada daerah cut off transistor dapat di analogikan sebagai saklar terbuka pada hubungan kolektor – emitor.

Titik cut-off transistor adalah titik dimana transistor tidak menghantarkan arus dari kolektro ke emitor, atau titik dimana transistor dalam keadaan menyumbat. Pada titik ini tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Titik Cutoff didefinisikan juga sebagai keadaan dimana IE = 0 dan IC = ICO, dan diketahui bahwa bias mundur VBE.sat = 0,1 V (0 V) akan membuat transistor germanium (silikon) memasuki daerah cutoff. Titik cut-off transistor ini dapat dianalogikan sebagai saklar dalam kondisi terbuka (Off).

Titik Cut-Off Transistor Adalah Transistor Dalam Kondisi Off (Saklar Terbuka).

Titik cut-off transistor terjadi pada saat transistor tidak mendapat bias pada basis, sehingga transistor tidak konduk atau mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Titik cut-off transistor ini memiliki VCE yang maksimum yaitu mendekati VCC seperti ditunjunkan pada grafik titik cut-off pada garis beban transistor berikut.

Grafik Titik Cut-Off Pada Garis Beban Transistor :

Short-Circuited Base

Andaikan bahwa basis dihubungkan langsung ke emitor sehingga VE = VBE = 0. Maka, IC ≡ ICES tidak akan naik melebihi nilai arus cutoff ICO.

Open-Circuited Base

Jika basis dibiarkan “mengambang” (tidak dihubungkan ke manapun) sehingga IB = 0, didapatkan bahwa IC ≡ ICEO. Pada arus rendah α ≈ 0,9 (0) untuk germanium (silikon), dan dengan demikian IC ≈10 ICO(ICO) untuk Ge (Si). Nilai VBE untuk kondisi open-base ini (IC = -IE) adalah sepersepuluhan milivolt berupa bias maju.

Cutin Voltage

Karakteristik volt-amper antara basis dan emitor pada tegangan kolektor-emitor konstan tidak serupa dengan karakteristirk volt-amper junction dioda sederhana. Jika junction emitor mendapat bias mundur, arus basis menjadi sangat kecil, dalam orde nanoamper atau mikroamper, masing-masing untuk silikon dan germanium. Jika junction emitor diberi bias maju, seperti pada dioda sederhana, tidak terdapat arus basis hingga junction emitor mendapat bias maju sebesar |VBE| > |Vγ|, dengan Vγ adalah tegangan cutin (cutin voltage). Karena arus kolektor secara nominal proportional terhadap arus basis, maka pada kolektorpun tidak terdapat arus, hingga terdapat arus pada basis. Oleh karena itu, plot arus kolektor terhadap tegangan basis-emitor akan memperlihatkan tegangan cutin, seperti halnya pada dioda.

Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off  adalah :

Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka:

Besar arus basis Ib adalah

           

2. Daerah kerja Transistor Saturasi

Daerah kerja transistor Saturasi adalah keadaan dimana transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor tersebut seolah-olah short pada hubungan kolektor – emitor. Pada daerah ini transistor dikatakan menghantar maksimum (sambungan CE terhubung maksimum).

Saturasi terjadi saat tegangan VCE = 0, artinya tidak ada jatuh tegangan yang terjadi di VCE, atau dengan kata lain kita dapat mengatakan IC mendapatkan hasil maksimumnya.

Untuk rangkaian seperti diatas dapat menemukan IC yaitu IC=VCC/(RC+RE).

 

Besarnya tegangan kolektor emitor Vce suatu transistor pada konfigurasi diatas dapat diketahui sebagai berikut.

Karena kondisi jenuh Vce = 0V (transistor ideal) maka besarnya arus kolektor (Ic) adalah :

Besarnya arus yang mengalir agar transistor menjadi jenuh (saturasi) adalah:

Sehingga besar arus basis Ib jenuh adalah :

3. Daerah kerja Transistor Aktif

Pada daerah kerja ini transistor biasanya digunakan sebagai penguat sinyal. Transistor dikatakan bekerja pada daerah aktif karena transistor selelu mengalirkan arus dari kolektor ke emitor walaupun tidak dalam proses penguatan sinyal, hal ini ditujukan untuk menghasilkan sinyal keluaran yang tidak cacat. Daerah aktif terletak antara daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (Cut off).

Kondisi aktif adalah dimana transistor mengalirkan arus listrik dari kolektor ke emitor walau tidak dalam kondisi atau proses penguatan sinyal, hal ini akan bisa kita lihat jika kita mengukur sinyal yang keluar dari transistor tersebut tidak cacat bentuknya, misalnya berbentuk sinyal sinus, kotak, segitiga dan lain-lain tanpa cacat. Kemudian kondisi jenuh adalah dimana kondisi transistor ketika Vce  = 0 volt sampai 0.7 volt, ini untuk jenis transistor silikon. Daerah aktif terjadi bila sambungan emiter diberi bias maju dan sambungan kolektor diberi bias balik. Pada daerah aktif arus kolektor sebanding dengan arus basis. Penguatan sinyal masukan menjadi sinyal keluaran terjadi pada daerah aktif.

Semua titik operasi antara titik sumbat dan penjenuhan adalah daerah aktif dari transistor. Dalam daerah aktif, dioda emiter dibias forward dan dioda kolektor dibias reverse. Perpotongan dari arus basis dan garis beban adalah titik stationer (quiescent) Q seperti dalam gambar. daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstan terhadap berapapun nilai Vce. Pada daerah aktif arus kolektor sebanding dengan arus basis. Penguatan sinyal masukan menjadi sinyal keluaran terjadi pada daerah aktif.

jika hukum kirchoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor ( rangkaian CE ), maka dapat diperoleh hubungan :

VCE = VCC – IC RC

dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :

PD = VCE . IC

dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi Pdmax. Spesifikasi ini menunjukkan termperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya Pdmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.