Teori Dasar Transistor NPN & PNP
Transistor adalah perangkat semikonduktor yang berfungsi untuk memperkuat, mengendalikan, dan menghasilkan sinyal listrik. Transistor termasuk ke dalam komponen aktif, di mana hanya dapat bekerja jika terdapat adanya sumber tegangan. Transistor memiliki peranan penting dalam perkembangan teknologi. Anda pasti pernah mendengar Integrated Circuit (IC), kadang-kadang disebut chip, microchip, atau sirkuit mikroelektronik, yaitu wafer semikonduktor yang di dalamnya terdapat ribuan atau jutaan transistor.
Transistor BJT (Bipolar Junction Transistors) merupakan jenis transistor yang paling umum digunakan. Transistor ini memiliki tiga terminal, terdiri dari dua sambungan P-N. Ketiga teminal transistor BJT tersebut adalah Emitor (Emitter), Basis (Base), dan Kolektor (Collector). Terdapat 2 jenis transistor BJT, yaitu NPN dan PNP.
Kemudian, mari bahas bagaimana perbedaan kedua transistor NPN dan PNP. Pada transistor NPN emitor biasanya terhubung ke ground, sedangkan pada PNP kolektor biasanya terhubung ke ground. Sementara itu, emitor transistor PNP terhubung ke sumber tegangan positif, sedangkan kolektor NPN terhubung ke sumber tegangan positif. Basis transistor NPN terhubung ke sumber tegangan positif, sedangkan basis PNP terhubung ke ground. Arus yang dibutuhkan basis sangatlah kecil, karena jika terlalu besar maka membuat transistor cepat panas. Oleh karena itu, basis biasanya dihubungkan ke resistor terlebih dahulu.
Selanjutnya, mari analisa aliran arus dari kedua transistor NPN dan PNP. Pada transistor NPN arus basis (IB) mengalir masuk ke transistor, sedangkan transistor PNP arus basis mengalir ke luar transistor. Arus emitor (IE) pada transistor NPN mengalir ke luar dari transistor, sedangkan arus emitor transistor PNP arahnya masuk ke dalam transistor. Terakhir adalah arus kolektor (IC) transistor NPN arahnya masuk, sedangkan arus kolektor transistor PNP arahnya ke luar.
Di sini dalam menganalisa arus pada transistor lebih mudah untuk menggunakan arah arus konvensional, yaitu dari potensial tinggi ke potensial rendah. Dibandikan dengan arus elektron yang arah arusnya dari potensial rendah ke potensial tinggi. Mengapa demikian? Ini karena terletak pada simbol arah panah yang ada di teminal emitor dari kedua transistor NPN dan PNP, di mana arah panah tersebut lebih mudah diartikan sebagai arah arus konvensional yang mengalir. Intinya, kedua transistor NPN dan PNP memiliki sistem arah arus yang berbeda satu sama lain. Selanjutnya, mari bahas beberapa rumus dasar untuk meganalisa transistor.
Pada gambar di atas, di sebelah kiri terdapat rumus untuk mencari tahu besarnya arus yang mengalir. Untuk β (beta) atau hfe Anda dapat mencarinya dari datasheet transistor yang digunakan. Kemudian, karena transistor NPN cenderung lebih banyak digunakan maka di sini menggunakan transistor NPN sebagai contoh soalnya.
Di sebelah kiri pada gambar di atas terdapat transistor dalam sebuah rangkaian, di mana arus yang mengalir ke basis sebesar 100 μA (1000 μA = 1 mA), sedangkan hfe = 200. Ditanyakan adalah IC dan IE. Jawabannya adalah IC = 10 mA dan IE = 10 mA. Dari contoh soal di atas, hfe > 100 yang mana itu berarti besarnya IE kira-kira akan sama dengan IC (IE ≈ IC). Jawaban IE sebenarnya 10,05 mA, tetapi itu dapat dibulatkan menjadi 10 mA sehingga masih sama atau kira-kira sama dengan IC.
Baca Juga: Daerah Operasi Transistor: Cut Off, Aktif, & Saturasi
Setelah sebelumnya membahas beberapa rumus untuk aliran arus, sekarang mari bahas rumus bagaimana menganalisa tegangan pada transistor di dalam sebuah rangkaian. Pada gambar di atas terdapat contoh transistor dalam rangkaian. Untuk mencari VCE maka VC dikurangi VE. Kemudian, mencari VBE adalah VB dikurangi VE, di sini sebagian besar transistor NPN nilai VBE berkisar 0,6 V hingga 0,7 V. Selanjutnya, mencari VCB adalah VC dikurangi VB. VCC (sumber tegangan kolektor) dalam gambar di atas 9 V (dari baterai). VEE (sumber tegangan emitor) bernilai 0 V (dari ground).
Contoh soal pada gambar di atas merupakan bagaimana transistor dioperasikan sebagai saklar. Di dalam rangkaian tersebut terdapat saklar. Pada saat saklar terbuka atau off maka tidak ada arus yang mengalir ke basis. Artinya, transistor juga off karena itu sama saja tidak ada arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Begitu juga LED yang off. Dengan demikian, saklar mengatur sejumlah arus kecil ke basis dan juga mengatur arus yang lebih besar yang mengalir melalui LED.
Sementara itu, ketika saklar tertutup atau on maka arus akan mengalir dari kutub positif baterai–resistor B (RB)–basis–emitor. Dalam hal ini, karena terdapat arus kecil yang mengalir melalui basis, di mana tegangan basis (VB) 0,6 V atau lebih maka transistor akan on. Ini juga membuat terjadinya arus mengalir dari kolektor ke emitor, atau jika dijelaskan lebih runut arus mengalir dari sumber tegangan kutub positif–resistor c (RC)–LED (menyala)–kolektor (IC)–emitor (IE). Jadi, begitulah transistor dapat beroperasi sebagai saklar, di mana Anda dapat menggunakan arus kecil (IB) untuk mengontorol arus yang lebih besar (IC).
Selanjutnya, mari analisa perhitungan yang ada pada rangkaian:
VCC = 12 V
VRB = RB × IB
= 100K × 0,000114 A
= 11,4 V
VBE = VB – VE
= 0,6 – 0
= 0,6
VA = 12 V
VRC = RC × IC
= 0,0114 × 220
= 2,508 V
VD = VA – VRC
= 12 – 2,508
= 9,492 V
Di sini penurunan tegangan LED menggunakan 2 V (walaupun sebetulnya penuruan LED itu bervariasi tergantung warna)
VC = VD – Penurunan tegangan LED
= 9,492 – 2
= 7,492 V
VCE = VC – VE
= 7,492 – 0
= 7,492 V
