BJT sebagai Saklar

Definisi BJT sebagai Saklar

BJT (bipolar junction transistor) didefinisikan sebagai perangkat yang berfungsi sebagai saklar dengan mengontrol arus basis-emiter untuk mengubah hambatan emiter-kolektor.

Saklar menciptakan rangkaian terbuka (hambatan tak terhingga) ketika dalam posisi 'MATI' dan rangkaian pendek (hambatan nol) ketika dalam posisi 'HIDUP'. Demikian pula, pada bipolar junction transistor, mengontrol arus basis-emiter dapat membuat hambatan emiter-kolektor hampir tak terhingga atau hampir nol.

Dalam karakteristik transistor, ada tiga wilayah. Mereka adalah

• Wilayah Potong

• Wilayah Aktif

• Wilayah Jenuh

Dalam wilayah aktif, arus kolektor (IC) tetap konstan dalam rentang luas tegangan kolektor-emiter (VCE). Arus konstan ini menyebabkan hilang daya yang signifikan jika transistor beroperasi dalam wilayah ini. Saklar ideal tidak memiliki hilang daya ketika MATI, karena arusnya nol.

Demikian pula, ketika saklar HIDUP, tegangan di seberang saklar adalah nol, sehingga tidak ada hilang daya lagi. Ketika kita ingin BJT beroperasi sebagai saklar, harus dioperasikan sedemikian rupa sehingga hilang daya selama kondisi HIDUP dan MATI harus hampir nol, atau sangat rendah.

Hal ini hanya mungkin terjadi ketika transistor hanya dioperasikan di wilayah marginal dari karakteristiknya. Wilayah potong dan wilayah jenuh adalah dua wilayah marginal dalam karakteristik transistor. Perlu dicatat bahwa ini berlaku untuk kedua transistor npn dan pnp.

Pada gambar, ketika arus basis nol, arus kolektor (IC) memiliki nilai konstan yang sangat kecil untuk rentang luas tegangan kolektor-emiter (VCE). Jadi, ketika transistor dioperasikan dengan arus basis ≤ 0, arus kolektor (IC ≈ 0) sangat kecil, sehingga transistor dikatakan berada dalam kondisi MATI, tetapi pada saat yang sama, hilang daya di seberang saklar transistor yaitu IC × VCE dapat diabaikan karena IC yang sangat kecil.

Transistor dihubungkan secara seri dengan hambatan output RC. Oleh karena itu, arus melalui hambatan output adalah

Jika transistor dioperasikan dengan arus basis I B3 untuk mana arus kolektor adalah IC1. IC kurang dari IC1, maka transistor dioperasikan dalam wilayah jenuh. Di sini, untuk setiap arus kolektor kurang dari IC1, akan ada tegangan kolektor-emiter yang sangat kecil (VCE < VCE1). Oleh karena itu, dalam situasi ini, arus melalui transistor sebesar arus beban, tetapi tegangan di seberang transistor (VCE < VCE1) cukup rendah, sehingga hilang daya di transistor dapat diabaikan.

Transistor berperilaku sebagai saklar HIDUP. Jadi, untuk menggunakan transistor sebagai saklar, kita harus memastikan bahwa arus basis yang diterapkan harus cukup tinggi untuk menjaga transistor dalam wilayah jenuh, untuk arus kolektor. Dari penjelasan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa bipolar junction transistor berperilaku sebagai saklar hanya ketika dioperasikan dalam wilayah potong dan jenuh dari karakteristiknya. Dalam aplikasi saklar, wilayah aktif atau wilayah aktif dari karakteristik dihindari. Seperti yang sudah disebutkan, hilang daya pada saklar transistor sangat rendah tetapi bukan nol. Jadi, bukan saklar ideal tetapi diterima sebagai saklar untuk aplikasi tertentu.

Ketika memilih transistor sebagai saklar, pertimbangkan ratenya. Selama keadaan HIDUP, transistor harus menangani seluruh arus beban. Jika arus ini melebihi kapasitas arus kolektor-emiter yang aman, transistor dapat overheating dan rusak. Selama keadaan MATI, transistor harus mampu menahan tegangan rangkaian terbuka beban untuk mencegah breakdown. Heat sink yang sesuai penting untuk mengelola panas. Setiap transistor membutuhkan waktu terbatas untuk beralih antara keadaan MATI dan HIDUP.

Meskipun waktu switching sangat singkat, sering kurang dari beberapa mikrodetik, bukan nol. Selama periode switch HIDUP, arus (IC) meningkat sementara tegangan kolektor-emiter (VCE) menurun menuju nol. Ada momen ketika arus dan tegangan berada pada maksimum, menyebabkan hilang daya puncak. Ini juga terjadi ketika beralih dari HIDUP ke MATI. Hilang daya maksimum terjadi selama transisi ini, tetapi energi yang terbuang sedang karena periode transisi yang singkat. Pada frekuensi rendah, pembuatan panas dapat dikelola, tetapi pada frekuensi tinggi, hilang daya dan panas signifikan terjadi.

Perlu dicatat bahwa, pembuatan panas tidak hanya terjadi selama kondisi transien tetapi juga selama kondisi HIDUP atau MATI yang stabil, tetapi jumlah panas selama kondisi stabil cukup kecil dan dapat diabaikan.