4.16 TRANSISTOR SWITCHING NETWORKS

[down]

 

4.16 TRANSISTOR SWITCHING NETWORKS  

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Percobaan

6. Link Download

1. Pendahuluan [Back]  

        Transistor switching network adalah sistem yang menggunakan transistor untuk mengendalikan dan mengalihkan aliran listrik dalam rangkaian elektronik. 

    Transistor berfungsi sebagai saklar elektronik yang dapat membuka atau menutup sirkuit berdasarkan sinyal input. Ini memungkinkan pengendalian yang presisi dan cepat terhadap aliran arus listrik, yang sangat penting dalam berbagai aplikasi elektronik seperti komputer, komunikasi, dan kontrol industri

2. Tujuan [Back]

• Mempelajari penerapan transistor
• Mempelajari transistor sebagai sakelar
• Mempelajari rumus-rumus penerapan transistor

 
3. Alat dan Bahan [Back]

a. ALAT

1. Voltmeter dan Amperemeter

Voltmeter adalah perangakat listrik yang berfungsi untuk menghitung tegangan dan amperemeter adalah perangkat yang berfungsi untuk menghitung arus yang mengalir di suatu rangkaian.

 

 

b. BAHAN

·        1. Power

Power adalah komponen yang menghasilkan tegangan.

 

·        2. Resistor

Resistor adalah komponen yang menyuplai hambatan yang digunakan untuk mengatur arus dan tegangan listrik.

   

                                     

 

·       3. Ground

Definisi grounding adalah sistem pentanahan yang berfungsi untuk meniadakan beda potensial sehingga jika ada kebocoran tegangan atau arus akan langsung dibuang ke bumi.

 

 

 

 

·       4. Transistor

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus, stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, di mana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

 

 

 

4. Dasar Teori [Back]

     Penerapan transistor tidak terbatas hanya pada penguatan sinyal. Melalui desain yang tepat, transistor dapat digunakan sebagai sakelar untuk aplikasi komputer dan kontrol.Jaringan pada Gambar 4.87a dapat digunakan sebagai inverter dalam sirkuit logika komputer. Catatan bahwa tegangan keluaran Ve berlawanan dengan yang diterapkan pada basis atau terminal masukan. Selain itu, catat tidak adanya catu daya yang terhubung ke rangkaian dasar. Satu-satunya sumber terhubung ke kolektor atau sisi keluaran, dan untuk aplikasi komputer biasanya sama dengan besarnya sisi "tinggi" dari sinyal yang diterapkan - dalam hal ini 5 V. Resistor R akan memastikan bahwa tegangan yang diterapkan penuh dari 5 V tidak akan muncul di persimpangan basis-ke-emitor. Ini juga akan mengatur / level untuk kondisi "aktif". Desain yang tepat untuk proses inversi mensyaratkan titik operasi beralih dari cutoff ke saturasi sepanjang garis beban yang digambarkan pada Gambar 4.87b. Untuk tujuan kita, kita akan mengasumsikan bahwa Ic=ICEO= 0 mA ketika Ig= 0 µA (perkiraan yang sangat baik mengingat meningkatkan teknik konstruksi), seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 4.87b. Selain itu, kami akan berasumsi bahwa VCE VCF = 0V daripada level tipikal 0,1-V hingga 0,3V.Ketika V, 5V, transistor akan "hidup" dan desain harus memastikan bahwa jaringan sangat jenuh dengan level I, lebih besar dari yang terkait dengan I, kurva muncul

    Penerapan transistor tidak terbatas hanya pada amplifikasi sinyal. Melalui desain yang tepat, transistor dapat digunakan sebagai sakelar untuk aplikasi komputer dan kontrol. Jaringan Gbr. 4.87a dapat digunakan sebagai inverter dalam sirkuit logika komputer.

  

gambar 4.87 a

 

 

gambar 4.87 b

 

 

 

 

seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 4.87 b , kita akan mengasumsikanbahwa VCE = VCEsat 0 V daripada level 0,1 V hingga 0,3 V yang umum.Ketika Vi = 5 V, transistor akan "aktif" dan desain harus memastikan bahwa jaringansangat jenuh oleh tingkat I B yang lebih besar dari yang terkait dengan kurva I B yang munculmendekati tingkat kejenuhan. Pada Gbr. 4.87b, hal ini mengharuskan IB 7 50 mA. Tingkat kejenuhan untuk arus kolektor untuk rangkaian Gbr. 4.87a didefinisikan oleh:

 

  

 

 

Tingkat I B di wilayah aktif sebelum hasil saturasi dapat diperkirakan dengan persamaan berikut:

 

 

 

 

Oleh karena itu, untuk tingkat kejenuhan, kita harus memastikan bahwa kondisi berikut ini terpenuhi:

 

  

Untuk jaringan Gbr. 4.87b, ketika Vi = 5 V, tingkat I B yang dihasilkan adalah:

 

 

  

 

uji Persamaan (4.87) memberikan:

  

 

Selain kontribusinya pada logika komputer, transistor juga dapat digunakan sebagai saklar menggunakan ekstremitas yang sama dari garis beban. Pada saat saturasi, arus I C cukup tinggi 

dan tegangan V CE sangat rendah. Hasilnya adalah tingkat resistensi antara kedua terminal 

ditentukan oleh:

 

  

 

dan digambarkan pada Gbr. 4.88 

 

  

 

 

gambar 4.88

 

 

 

 

 

gambar 4.89

 

Menggunakan nilai rata-rata tipikal VCEsat seperti 0,15 V memberikan:

  

Untuk Vi = 0 V, seperti yang ditunjukkan pada Gbr. 4.89, kondisi cutoff menghasilkan tingkat resistensi dengan besaran berikut:

 

  

menghasilkan ekuivalensi rangkaian terbuka. Untuk nilai tipikal ICEO = 10 mA, besarnya resistansi cutoff adalah :

  

Dalam aplikasi switching transistor, resistor sering digunakan untuk mengatur arus dan tegangan dalam rangkaian. Ada beberapa peran penting resistor dalam jaringan switching transistor, termasuk pengaturan basis, pembatasan arus kolektor, dan pembentukan jaringan pembagi tegangan.

Penggunaan Resistor dalam Transistor Switching Network

1. Resistor Basis (Base Resistor) $R_B$:

   • Resistor basis digunakan untuk mengontrol arus basis $I_B$ yang masuk ke transistor BJT.
   • Arus basis mengatur apakah transistor berada dalam keadaan on (saturasi) atau off (cut-off).

2. Resistor Kolektor (Collector Resistor) $R_C$:

   • Resistor kolektor digunakan untuk mengontrol arus kolektor $I_C$ dan tegangan kolektor-emitor $V_{CE}$.
   • Resistor ini juga berfungsi untuk membatasi arus maksimum yang dapat mengalir melalui transistor.

3. Pembagi Tegangan (Voltage Divider):

   • Digunakan untuk menetapkan tegangan tertentu pada basis atau gate dari transistor untuk mengendalikan switching.

Perhitungan Dasar

1. Menghitung Resistor Basis $R_B$:

   Untuk mengaktifkan transistor dalam mode saturasi, arus basis harus cukup besar. Biasanya, arus basis dihitung sebagai berikut:

   $$I_B=\frac{I_C}{\beta }$$

   Di mana:

   • $I_C$ adalah arus kolektor.
   • $\beta$ adalah gain arus DC transistor (hFE).

   Kemudian, resistor basis $R_B$ dapat dihitung dengan:

   $$R_B=\frac{V_{in}-V_{BE}}{I_B}$$

   Di mana:

   • $V_{in}$ adalah tegangan input ke basis.
   • $V_{BE}$ adalah tegangan basis-emitor (biasanya sekitar 0.7V untuk transistor silikon).

2. Menghitung Resistor Kolektor $R_C$:

   Resistor kolektor $R_C$ digunakan untuk membatasi arus kolektor. Tegangan kolektor-emitor $V_{CE}$ saat transistor berada dalam saturasi biasanya mendekati nol. Maka, resistor kolektor dapat dihitung dengan:

   $$R_C=\frac{V_{CC}-V_{CEsat}}{I_C}$$

   Di mana:

   • $V_{CC}$ adalah tegangan suplai.
   • $V_{CEsat}$ adalah tegangan kolektor-emitor saat transistor dalam saturasi (biasanya sekitar 0.2V).

3. Pembagi Tegangan:

   Pembagi tegangan sering digunakan untuk memberikan tegangan bias yang tepat pada basis atau gate transistor. Tegangan keluaran $V_{out}$ dari pembagi tegangan dapat dihitung sebagai:

   $$V_{out}=V_{in}\times \frac{R_2}{R_1+R_2}$$

   Di mana:

   • $V_{in}$ adalah tegangan input.
   • $R_1$ dan $R_2$ adalah resistor dalam pembagi tegangan.

Contoh Perhitungan

Misalkan kita memiliki rangkaian switching transistor dengan parameter berikut:

• $V_{CC}=12V$
• $V_{in}=5V$
• $I_C=10mA$
• $\beta =100$
• $V_{BE}=0.7V$
• $V_{CEsat}=0.2V$

1. Menghitung Resistor Basis $R_B$:

   $$I_B=\frac{I_C}{\beta }=\frac{10mA}{100}=0.1mA$$ $$R_B=\frac{V_{in}-V_{BE}}{I_B}=\frac{5V-0.7V}{0.1mA}=\frac{4.3V}{0.1mA}=43k\mathrm{\Omega }$$

2. Menghitung Resistor Kolektor $R_C$:

   $$R_C=\frac{V_{CC}-V_{CEsat}}{I_C}=\frac{12V-0.2V}{10mA}=\frac{11.8V}{10mA}=1.18k\mathrm{\Omega }$$

3. Menghitung Tegangan Keluaran dari Pembagi Tegangan:

   Misalkan $R_1=10k\mathrm{\Omega }$ dan $R_2=10k\mathrm{\Omega }$:

   $$V_{out}=V_{in}\times \frac{R_2}{R_1+R_2}=12V\times \frac{10k\mathrm{\Omega }}{10k\mathrm{\Omega }+10k\mathrm{\Omega }}=12V\times \frac{10k\mathrm{\Omega }}{20k\mathrm{\Omega }}=6V$$

 
5. Percobaan [Back]

 A.Prosedur Percobaan

• Siapkan segala komponen yang di butuhkan
• Susun rangkaian sesuai panduan
  
• Sambungkan rangkaian dengan baterai untuk sumber tenaga
• Hidupkan rangkaian
• Apabila tidak terjadi eror, maka rangkaian selesai dibuat

       B. Rangkaian 4.8

Buka Software Proteus: Pastikan Proteus sudah terinstal di komputer Anda.

• Buat Proyek Baru: Klik "File" > "New Project" dan ikuti langkah-langkah untuk membuat proyek baru.
• Rancang Skema: Tambahkan komponen yang diperlukan dari "Components Library" seperti transistor (2N1711), resistor (R1 dan R2), sumber tegangan (VCC dan +5V), dan osiloskop untuk memonitor sinyal.
• Hubungkan Komponen: Hubungkan komponen sesuai dengan rangkaian pada gambar yang Anda berikan:
• Hubungkan R2 dengan basis transistor Q1 dan +5V.
• Hubungkan R1 dengan kolektor transistor Q1 dan VCC (+10V).
• Emitor transistor Q1 dihubungkan ke ground.
• Pasang osiloskop untuk memonitor sinyal di basis, kolektor, dan emitor transistor.
• Atur Parameter Komponen:
• Set nilai resistor R1 ke 0.82kΩ dan R2 ke 68kΩ.
• Set tegangan sumber VCC ke +10V dan tegangan input ke +5V.
• Jalankan Simulasi: Klik tombol "Play" untuk menjalankan simulasi dan amati hasil pada osiloskop.

Prinsip Kerja Rangkaian

1. Input Sinyal ke Basis Transistor:

   • Tegangan input diberikan ke basis transistor melalui resistor R2.
   • Tegangan basis (Vb) yang diberikan adalah +5V.

2. Pengaturan Arus Basis:

   • Resistor R2 membatasi arus yang masuk ke basis transistor untuk memastikan transistor beroperasi dengan aman.

3. Penguatan Transistor:

   • Ketika tegangan basis (Vb) cukup untuk melebihi tegangan ambang (threshold voltage) dari transistor, transistor akan mulai menghantarkan arus dari kolektor ke emitor.
   • Arus kolektor (Ic) mengalir melalui resistor R1 ke VCC.

4. Penguatan Sinyal:

   • Transistor bekerja dalam mode penguatan dimana perubahan kecil pada tegangan basis (Vb) menyebabkan perubahan besar pada arus kolektor (Ic).

5. Pengukuran Output:

   • Tegangan di kolektor (Vc) diukur menggunakan osiloskop. Ketika transistor aktif, Vc akan mendekati tegangan VCE (tegangan kolektor-emitor) yang rendah.
   • Ketika transistor tidak aktif, Vc akan mendekati tegangan VCC.

2)     Rangkaian 4.88  

Langkah Simulasi

1. Buka Software Proteus
2. Buat Proyek Baru
3. Tambahkan komponen berikut dari "Components Library":
   • Transistor NPN (misalnya 2N1711)
   • Resistor (R1 dan R2)
   • Sumber tegangan (VCC dan ground)
   • Osiloskop
   • LED (untuk indikator visual)
4. Hubungkan komponen sesuai dengan skema yang ditunjukkan:
   • Hubungkan R2 dengan basis transistor Q1 dan sumber tegangan +5V
   • Hubungkan R1 dengan kolektor transistor Q1 dan VCC (+10V)
   • Emitor transistor Q1 dihubungkan ke ground
   • Pasang osiloskop untuk memonitor sinyal di basis, kolektor, dan emitor transistor
   • Hubungkan LED pada kolektor transistor Q1 untuk melihat perubahan status ketika transistor aktif
5. Atur nilai komponen:
   • Set nilai R1 ke 0.82kΩ dan R2 ke 68kΩ
   • Set tegangan sumber VCC ke +10V
6. Jalankan simulasi dan amati hasil pada osiloskop serta LED

Prinsip Kerja

1. Tegangan input diberikan ke basis transistor melalui resistor R2
2. Resistor R2 membatasi arus yang masuk ke basis transistor untuk menghindari kerusakan
3. Ketika tegangan basis cukup tinggi, transistor akan mulai menghantarkan arus dari kolektor ke emitor
4. Arus kolektor mengalir melalui resistor R1 ke VCC
5. Tegangan di kolektor (Vc) diukur menggunakan osiloskop; ketika transistor aktif, Vc akan rendah
6. LED akan menyala ketika transistor aktif, menandakan adanya arus yang mengalir melalui kolektor

Rangkaian 4.89

Langkah Simulasi

1. Buka Software Proteus
2. Buat Proyek Baru
3. Tambahkan komponen berikut dari "Components Library":
   • Transistor NPN (misalnya 2N1711)
   • Resistor (R1, R2, dan R3)
   • Sumber tegangan (VCC dan ground)
   • Osiloskop
   • LED (untuk indikator visual)
4. Hubungkan komponen sesuai dengan skema yang ditunjukkan:
   • Hubungkan R2 dengan basis transistor Q1 dan sumber tegangan +5V
   • Hubungkan R1 dengan kolektor transistor Q1 dan VCC (+10V)
   • Emitor transistor Q1 dihubungkan ke ground
   • Hubungkan R3 pada emitor dan ground
   • Pasang osiloskop untuk memonitor sinyal di basis, kolektor, dan emitor transistor
   • Hubungkan LED pada kolektor transistor Q1 untuk melihat perubahan status ketika transistor aktif
5. Atur nilai komponen:
   • Set nilai R1 ke 0.82kΩ, R2 ke 68kΩ, dan R3 ke nilai yang sesuai (misalnya 1kΩ)
   • Set tegangan sumber VCC ke +10V
6. Jalankan simulasi dan amati hasil pada osiloskop serta LED

Prinsip Kerja

1. Tegangan input diberikan ke basis transistor melalui resistor R2
2. Resistor R2 membatasi arus yang masuk ke basis transistor untuk menghindari kerusakan
3. Ketika tegangan basis cukup tinggi, transistor akan mulai menghantarkan arus dari kolektor ke emitor
4. Arus kolektor mengalir melalui resistor R1 ke VCC
5. Resistor R3 digunakan untuk membatasi arus emitor dan memastikan operasi transistor dalam batas yang aman
6. Tegangan di kolektor (Vc) diukur menggunakan osiloskop; ketika transistor aktif, Vc akan rendah
7. LED akan menyala ketika transistor aktif, menandakan adanya arus yang mengalir melalui kolektor

3)           Rangkaian 4.90

 

Langkah-Langkah Simulasi

1. Buat Rangkaian:

   • Buka Proteus dan buat proyek baru.
   • Pilih komponen yang diperlukan dari pustaka komponen Proteus.
   • Letakkan komponen-komponen tersebut pada lembar kerja dan hubungkan sesuai dengan skema rangkaian Anda.
   • Atur nilai komponen seperti resistansi, kapasitansi, dan induktansi sesuai dengan yang diinginkan.

2. Konfigurasi Simulasi:

   • Pilih jenis simulasi yang sesuai (transient, AC, DC, dll.) berdasarkan analisis yang ingin dilakukan.
   • Atur parameter simulasi seperti waktu simulasi, langkah waktu, dan kondisi awal.

3. Jalankan Simulasi:

   • Mulai proses simulasi. Proteus akan menghitung perilaku rangkaian berdasarkan model komponen dan parameter simulasi.

4. Analisis Hasil:

   • Proteus menyediakan berbagai alat untuk melihat hasil simulasi, seperti grafik tegangan, arus, dan bentuk gelombang.
   • Analisis data simulasi untuk memahami perilaku rangkaian.

 

 

 VIDEO

4.8

 

4.88

 

4.89

 

4.90

 

Link Download [Back]

 

Video 4.8 [klik disini]

 

Video 4.88 [klik disini] 

 

Video 4.89 [klik disini] 

 

Video 4.90 [klik disini] 

 

Rangkaian 4.87 [klik disini]

 

Rangkaian 4.88 [klik disini]

 

Rangkaian 4.89 [klik disini]

 

Rangkaian 4.90 [klik disini]

 

Datasheet Transistor [Klik Disini]

Datasheet Battery [klik disini]

Datasheet Resistor [klik disini]

Datasheet  Voltmeter [klik disini]

Datasheet   Amperemeter [klik disini]

[up]