BJT sebagai Peralih

Definisi BJT sebagai Switch

BJT (bipolar junction transistor) didefinisikan sebagai perangkat yang berfungsi sebagai switch dengan mengontrol arus base-emitter untuk mengubah hambatan emitter-kolektor.

Switch menciptakan rangkaian terbuka (hambatan tak terhingga) ketika dalam posisi 'OFF' dan rangkaian pendek (hambatan nol) ketika dalam posisi 'ON'. Demikian pula, dalam bipolar junction transistor, mengontrol arus base-emitter dapat membuat hambatan emitter-kolektor hampir tak terhingga atau hampir nol.

Dalam karakteristik transistor, terdapat tiga wilayah. Mereka adalah

• Wilayah Cutoff

• Wilayah Aktif

• Wilayah Saturasi

Dalam wilayah aktif, arus kolektor (IC) tetap konstan dalam rentang luas voltase kolektor-emitter (VCE). Arus konstan ini menyebabkan kerugian daya yang signifikan jika transistor beroperasi di wilayah ini. Switch ideal tidak memiliki kerugian daya ketika OFF, karena arusnya nol.

Demikian pula, ketika switch ON, voltase di seberang switch adalah nol, sehingga tidak ada kerugian daya. Ketika kita ingin BJT beroperasi sebagai switch, harus dioperasikan sedemikian rupa sehingga kerugian daya selama kondisi ON dan OFF harus hampir nol, atau sangat rendah.

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

Dalam gambar, ketika arus base nol, arus kolektor (IC) memiliki nilai konstan yang sangat kecil untuk rentang luas voltase kolektor-emitter (VCE). Jadi, ketika transistor dioperasikan dengan arus base ≤ 0, arus kolektor (IC ≈ 0) sangat kecil, sehingga transistor dikatakan dalam kondisi OFF, tetapi pada saat yang sama, kerugian daya di seberang switch transistor, yaitu IC × VCE, sangat kecil 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 base I B3 dimana arus kolektor adalah IC1. IC kurang dari IC1, maka transistor dioperasikan di wilayah saturasi. Di sini, untuk setiap arus kolektor kurang dari IC1, akan ada voltase kolektor-emitter yang sangat kecil (VCE < VCE1). Oleh karena itu, dalam situasi ini, arus melalui transistor sebesar arus beban, tetapi voltase di seberang transistor (VCE < VCE1) sangat rendah, sehingga kerugian daya di transistor sangat kecil.

Transistor berperilaku sebagai switch ON. Jadi, untuk menggunakan transistor sebagai switch, kita harus memastikan bahwa arus base yang diterapkan cukup tinggi untuk menjaga transistor dalam wilayah saturasi, untuk arus kolektor. Dari penjelasan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa bipolar junction transistor berperilaku sebagai switch hanya ketika dioperasikan di wilayah cutoff dan saturasi dari karakteristiknya. Dalam aplikasi switching, wilayah aktif atau wilayah aktif dari karakteristik dihindari. Seperti yang telah disebutkan, kerugian daya di switch transistor sangat rendah tetapi tidak nol. Jadi, ini bukan switch ideal tetapi diterima sebagai switch untuk aplikasi tertentu.

Ketika memilih transistor sebagai switch, pertimbangkan rating-nya. Selama keadaan ON, transistor harus menangani seluruh arus beban. Jika arus ini melebihi kapasitas arus kolektor-emitter yang aman, transistor mungkin akan panas dan rusak. Selama keadaan OFF, transistor harus dapat menahan voltase rangkaian terbuka beban untuk mencegah breakdown. Penyekat panas yang sesuai penting untuk mengelola panas. Setiap transistor membutuhkan waktu hingga terbatas untuk beralih antara keadaan OFF dan ON.

Meskipun waktu switching sangat singkat, seringkali kurang dari beberapa mikrodetik, tetapi tidak nol. Selama periode switch ON, arus (IC) meningkat sementara voltase kolektor-emitter (VCE) menurun menuju nol. Ada momen ketika arus dan voltase keduanya berada pada maksimum, menyebabkan kerugian daya puncak. Hal ini juga terjadi ketika beralih dari ON ke OFF. Kerugian daya maksimum terjadi selama transisi ini, tetapi energi yang hilang moderat karena periode transisi yang singkat. Pada frekuensi rendah, pembuangan panas dapat dikelola, tetapi pada frekuensi tinggi, kerugian daya dan panas yang signifikan terjadi.

Perlu dicatat bahwa, pembuangan panas tidak hanya terjadi selama kondisi transien tetapi juga selama kondisi stabil ON atau OFF transistor, tetapi jumlah panas selama kondisi stabil sangat kecil dan dapat diabaikan.