Daerah Operasi Transistor: Cut Off, Aktif, dan Saturasi
Transistor adalah semikonduktor mini yang mengatur aliran arus atau tegangan. Transistor bertindak sebagai saklar yang diatur secara elektrik. Bahan dasar pembuatan transistor yang sering digunakan adalah Silikon dan Germanium, sedangkan untuk bahan kemasannya biasanya terbuat dari plastik, metal, dan surface mount.
Bipolar Junction Transistors (BJT) adalah jenis transistor yang memiliki tiga terminal, terdiri dari dua sambungan P-N dan dapat diaplikasikan untuk memperkuat atau memperbesar sinyal. Ketiga terminal transistor BJT tersebut adalah Emitor (Emitter), Basis (Base), dan Kolektor (Collector). Transistor BJT memiliki aplikasi yang luas dalam perangkat elektronik, seperti ponsel, televisi, pemancar radio, dan kontrol industri. Transistor BJT terdapat 2 jenis, yaitu PNP dan NPN.
Pengoperasian transistor menggunakan sumber arus DC, di mana arusnya akan diberikan ke kedua persimpangan (junction) PN dari transistor yang memengaruhi tindakan pembawa mayoritas di persimpangan emitor dan kolektor ini. Pada jenis NPN pembawa mayoritas muatannya adalah elektron dan pembawa minoritas adalah hole. Sementa itu, untuk jenis PNP pembawa mayoritas muatannya adalah hole dan pembawa minoritas adalah elektron.
Pada prinsipnya setiap persimpangan dapat mengalami dua bias, yaitu bias maju (forward bias) dan bias mundur (reverse bias). Bias maju adalah kondisi di mana tegangan positif diterapkan pada tipe-p dan tegangan negatif diterapkan pada material tipe-n. Bias mundur adalah kondisi di mana tegangan positif diterapkan pada tipe-n dan tegangan negatif diterapkan pada material tipe-p.
Pasokan tegangan DC eksternal yang sesuai disebut sebagai bias. Bias maju atau mundur dilakukan ke persimpangan emitor dan kolektor transistor. Metode bias ini membuat rangkaian transistor bekerja di empat jenis daerah, yaitu daerah Aktif (Active), daerah Saturasi (Saturation), daerah Cutoff, dan daerah aktif terbalik (Inverse active). Namun, daerah aktif terbalik tidak dapat digunakan karena tidak cocok untuk aplikasi apa pun. Di bawah sudah dijelaskan mengenai ketiga daerah operasi (dengan contoh transistor NPN) yang Anda dapat cermati untuk membantu pemahaman yang lebih jelas.
Baca Juga: IC (Integrated Circuit) - Pengertian, Cara Kerja, Jenis, dan Fungsi
Daerah Cutoff
Selama di daerah cutoff emitor memiliki lebih besar tegangan daripada basis. Jadi, VB < VE atau sama halnya VBE < 0,6 V. Artinya, transistor dalam keadaan off. Dalam hal ini, persimpangan (junction) basis-emitor dalam mode bias mundur. Kemudian, pada tegangan kolektor akan lebih besar daripada basis sehingga membuat persimpangan basis-kolektor juga dalam keadaan bias mundur.
Ketika kedua persimpangan berada dalam bias mundur berarti transistor berada di daerah cutoff atau transistor dalam keadaan off (mati). Selama daerah cutoff maka besarnya tegangan kolektor-emitor sama dengan besarnya tegangan suplai kolector (VCC) atau dapat ditulis VCE = VCC. Sementra itu, arus yang mengalir di kolektor kira-kira 0 A, walaupun mungkin kolektor memiliki tegangan kecil, tetapi jika pun itu ada maka besarnya arus yang mengalir hanya sebesar nano amp atau sangat dekat dengan 0 A.
Daerah Aktif
Pada saat transistor berada di daerah aktif maka tegangan di basis akan lebih besar dari tegangan di emitor atau VB > VE, dan VBE harus lebih dari 0,6 V atau harus sama dengan 0,6 V atau dapat juga ditulis VBE ≥ 0,6 V. Jadi, ketika semua kriteria itu terpenuhi maka transistor berada di daerah aktif. Dengan demikian, persimpangan emitor-basis dalam mode bias maju, dan karena kolektor memiliki tegangan lebih besar daripada basis maka persimpangan basis-kolektor dalam mode bias mundur. Dalam daerah aktif VCE akan berada di antara 0 dan VCC, atau padat ditulis 0 < VCE < VCC.
Daerah Saturasi
Ketika transistor berada di daerah saturasi tegangan basis lebih besar daripada tegangan di emitor atau VB > VE. Dengan demikian, basis-emitor dalam mode bias maju. Sementara itu, pada basis memiliki tegangan lebih besar dari kolektor atau VB > VC. Artinya, basis-kolektor juga dalam mode bias maju. Dalam daerah saturasi VCE = 0.
Mengatahui Daerah Operasi Transistor
Hal pertama. Jadi, anggap saja misalnya tegangan suplai kolektor atau VCC adalah 9 V maka VCE yang tegangannya berada di antaranya 9 V dan 0 V itu berarti daerah aktif, sedangkan ketika VCE sama dengan 9 V maka berada di daerah cutoff, dan jika VCE sama dengan 0 V maka berada di daerah saturasi. Jadi, itulah mengapa sangat penting untuk mengetahui besarnya tegangan VCE, karena dengan mengetahuinya Anda dapat menentukan apakah transistor berada di daerah operasi cutoff, aktif, atau saturasi.
Hal kedua yang dapat digunakan untuk menentukan apakah transistor dioperasikan di daerah cutoff, aktif, atau saturasi adalah besarnya arus yang mengalir pada kolektor atau IC. Jika nilai IC mendekati 0 itu artinya di daerah cutoff, atau dapat di tulis IC ≈ 0.
Kemudian, jika IC di antara 0 dan Imaksimum/Isat (arus saturasi) maka itu di daerah aktif. Ketika di daerah aktif IC dapat dihitung menggunkan rumus β dikalikan dengan IB, yang berarti bahwa ketika β meningkat maka IC juga ikut meningkat secara proporsional.
IC maksimum atau ICsat akan sama dengan tegangan VCC dibagi RC (hambatan kolektor) ditambah RE (hambatan emitor), itu jika ada RE, Anda dapat mengasumsikan seperti tidak ada LED atau penyelarasan dioda. Namun, jika ada LED maka IC sama dengan VCC dikurangi penurunan tegangan dioda (VD) dibagi dengan RC. Ketika di daerah saturasi, meningkatkan β maka IC tidak akan berubah.
