MATERIAL SUPERKONDUKTOR

SEJARAH SUPERKONDUKTOR
Superkonduktor adalah suatu material yang tidak memiliki hambatan di bawah suatu nilai suhu tertentu. Suatu superkonduktor dapat saja berupa suatu konduktor, semikonduktor ataupun suatu insulator pada keadaan ruang. Suhu di mana terjadi perubahan sifat konduktivitas menjadi superkonduktor disebut dengan temperatur kritis (Tc).
Superkonduktor pertama kali ditemukan oleh seorang fisikawan Belanda, Heike Kamerlingh Onnes, dari Universitas Leiden pada tahun 1911. Pada tanggal 10 Juli 1908, Onnes berhasil mencairkan helium dengan cara mendinginkan hingga 4 K atau -269OC. Kemudian pada tahun 1911, Onnes mulai mempelajari sifat-sifat listrik dari logam pada suhu yang sangat dingin. Pada waktu itu telah diketahui bahwa hambatan suatu logam akan turun ketika didinginkan di bawah suhu ruang, tetapi belum ada yang dapat mengetahui berapa batas bawah hambatan yang dicapai ketika temperatur logam mendekati 0 K atau nol mutlak.

Pada bulan Februari 1987, ditemukan suatu keramik yang bersifat superkonduktor pada suhu 90 K. Penemuan ini menjadi penting karena dengan demikian dapat digunakan nitrogen cair sebagai pendinginnya. Karena, suhunya cukup tinggi dibandingkan dengan material superkonduktor yang lain, maka material-material tersebut diberi nama superkonduktor suhu tinggi

Beberapa contoh material superkonduktor :

1. Merkuri
Beberapa ahli ilmuwan pada waktu itu seperti William Kelvin memperkirakan bahwa elektron yang mengalir dalam konduktor akan berhenti ketika suhu mencapai nol mutlak. Di lain pihak, ilmuwan yang lain termasuk Onnes memperkirakan bahwa hambatan akan menghilang pada keadaan tersebut. Untuk mengetahui yang sebenarnya terjadi, Onnes kemudian mengalirkan arus pada kawat merkuri yang sangat murni dan kemudian mengukur hambatannya sambil menurunkan suhunya. Pada suhu 4,2 K, Onnes terkejut ketika mendapatkan bahwa hambatannya tiba-tiba menjadi hilang. Arus mengalir melalui kawat merkuri terus-menerus.
Dengan tidak adanya hambatan, maka arus dapat mengalir tanpa kehilangan energi. Percobaan Onnes dengan mengalirkan arus pada suatu kumparan superkonduktor dalam suatu rangkaian tertutup dan kemudian mencabut sumber arusnya lalu mengukur arusnya satu tahun kemudian ternyata arus masih tetap mengalir. Fenomena ini kemudian oleh Onnes diberi nama superkonduktivitas. Atas penemuannya itu, Onnes dianugerahi Nobel Fisika pada tahun 1913.

2. Karbon
Dengan berlalunya waktu, ditemukan juga superkonduktor-superkonduktor lainnya. Selain merkuri, ternyata beberapa unsur-unsur lainnya juga menunjukkan sifat superkonduktor dengan harga Tc yang berbeda. Sebagai contoh, karbon juga bersifat superkonduktor dengan Tc 15 K. Hal yang ironis adalah logam emas, tembaga, dan perak, yang merupakan logam konduktor terbaik bukanlah suatu superkonduktor.


3. Keramik
Pada tahun 1986 terjadi sebuah terobosan baru di bidang superkonduktivitas. Alex Miller and Georg Bednorz, peneliti di Laboratorium Riset IBM di Rischlikon, Switzerland, berhasil membuat suatu keramik yang terdiri dari unsur Lanthanum, Barium, Tembaga, dan Oksigen, yang bersifat superkonduktor pada suhu tertinggi pada waktu itu, 30 K. Penemuan ini menjadi spektakuler karena keramik selama ini dikenal sebagai isolator. Keramik tidak mengantarkan listrik sama sekali pada suhu ruang. Hal ini menyebabkan para peneliti pada waktu itu tidak memperhitungkan bahwa keramik dapat menjadi superkonduktor. Penemuan ini membuat keduanya diberi penghargaan hadiah Nobel setahun kemudian.

4. (TMTSF)2PF6
Penemuan demi penemuan di bidang superkonduktor kini masih saja dilakukan oleh para peneliti di dunia. Penemuan lainnya yang juga fenomenal adalah berhasil disintesisnya suatu bahan organik yang bersifat superkonduktor, yaitu (TMTSF)2PF6. Titik kritis senyawa organik ini masih sangat rendah yaitu 1,2 K.

5. Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.
Suhu tertinggi suatu bahan menjadi superkonduktor hingga saat ini adalah 138 K, yaitu untuk suatu bahan yang memiliki rumus Hg0.8Tl0.2Ba2Ca2Cu3O8.33.

KARAKTERISTIK MATERIAL SUPERKONDUKTOR

1. Menolak medan magnet
Penemuan lainnya yang berkaitan dengan superkonduktor terjadi pada tahun 1933. Walter Meissner dan Robert Ochsenfeld menemukan bahwa suatu superkonduktor akan menolak medan magnet. Sebagaimana diketahui, apabila suatu konduktor digerakkan dalam medan magnet, suatu arus induksi akan mengalir dalam konduktor tersebut. Prinsip inilah yang kemudian diterapkan dalam generator. Akan tetapi, dalam superkonduktor arus yang dihasilkan tepat berlawanan dengan medan tersebut sehingga medan tersebut tidak dapat menembus material superkonduktor tersebut. Hal ini akan menyebabkan magnet tersebut ditolak. Fenomena ini dikenal dengan istilah diamagnetisme dan efek ini kemudian dikenal dengan efek Meissner.
Efek Meissner ini sedemikian kuatnya sehingga sebuah magnet dapat melayang karena ditolak oleh superkonduktor. Medan magnet ini juga tidak boleh terlalu besar. Apabila medan magnetnya terlalu besar, maka efek Meissner ini akan hilang dan material akan kehilangan sifat superkonduktivitasnya.

2. Efisiensi sangat tinggi
Penggunaan superkonduktor yang sangat luas tentu saja dibidang listrik. Generator yang dibuat dari superkonduktor memiliki efisiensi sebesar 99 persen dan ukurannya jauh lebih kecil dibandingkan dengan generator yang menggunakan kawat tembaga.
Superkonduktor kini telah banyak digunakan dalam berbagai bidang. Hambatan tidak disukai karena dengan adanya hambatan maka arus akan terbuang menjadi panas. Apabila hambatan menjadi nol, maka tidak ada energi yang hilang pada saat arus mengalir. Penggunaan superkonduktor di bidang transportasi memanfaatkan efek Meissner, yaitu pengangkatan magnet oleh superkonduktor. Hal ini diterapkan pada kereta api supercepat di Jepang yang diberi nama The Yamanashi MLX01 MagLev train. Kereta api ini melayang di atas magnet superkonduktor. Dengan melayang, maka gesekan antara roda dengan rel dapat dihilangkan dan akibatnya kereta dapat berjalan dengan sangat cepat, 343 mph atau sekitar 550 km per jam.


APLIKASI-APLIKASI SUPERKONDUKTOR

1. Sistem penstabil listrik
Suatu perusahaan Amerika, American Superconductor Corp diminta untuk memasang suatu sistem penstabil listrik yang diberi nama Distributed Superconducting Magnetic Energy Storage System (D-SMES). Satu unit D-SMES dapat menyimpan energi listrik sebesar 3 juta Watt yang dapat digunakan untuk menstabilkan listrik apabila terjadi gangguan listrik.

2. Kabel (Transmisi) superkonduktor
Untuk transmisi listrik, Pemerintah Amerika Serikat dan Jepang berencana untuk menggunakan kabel superkonduktor dengan pendingin nitrogen untuk menggantikan kabel listrik bawah tanah yang terbuat dari tembaga. Dengan menggunakan kabel superkonduktor, arus yang dapat ditransmisikan akan jauh meningkat. 250 pon kabel superkonduktor dapat menggantikan 18.000 pon kabel tembaga mengakibat efisiensi sebesar 7.000 persen dari segi tempat.

3. Bahan pembuatan superkomputer
Di bidang komputer, superkonduktor digunakan untuk membuat suatu superkomputer dengan kemampuan berhitung yang fantastis.

4. HTS-SQUID
Di bidang militer, HTS-SQUID digunakan untuk mendeteksi kapal selam dan ranjau laut.

5. motor listrik superkonduktor
Superkonduktor juga digunakan untuk membuat suatu motor listrik dengan tenaga 5.000 tenaga kuda

6. Pembuatan BAHAN FERRIT dari limbah pabrik baja.

7. Aplikasi Motor Kecil
Melalui program RUK, uji kinerja komponen bonded magnet P3IB pda motor kecil telah berfungsi dengan baik. Sebagai contoh dengan tegangan 4 Volt diperoleh putaran jangkar sekitar 24000 rpm. Gambar 3.3 disamping.
8. Multilayer GMR
Bahan GMR Multilayer Fe/Si pada skala nano meter dengan nilai rasio GMR 0.22 % pada suhu ruang adalah hasil kolaborasi riset antara P3IB khususnya Bidang Karakterisasi dan Analisis Nuklir dengan National Institute of Industrial Science and technology, Tsukuba Jepang.

Read more / Selengkapnya...

Contoh Soal Transistor

1. Andaikan hanya 2 persen dari electron yang diinjeksikan ke dalam basis berekomendasi dengan lubang-lubang (holes) pada basis. Jika 1 juta electron masuk ke emitter dalam waktu 1 mikro sekon, berapa banyakkah electron yang keluar dari kawa penghubung basis pada periode ini? Berapa banyakkah yang keluar dari kawat kolektor selama waktu tersebut?

2. Jika arus emitter sebesar 6 mA dan arus kolektor sebesar 5,75 mA, berapakah besarnya arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?

Dik : IE = 6 mA Ic = 5.75 mA

Dit : IB = ……? αdc = ……?

Jawab :

IE = IB +Ic

IB = IE – Ic IB = 6 – 5.75 = 0.25 mA

αdcIc/Ie

αdc = 0,985

3. Sebuah transistor mempunyai Ic sebesar 100 mA dan IB sebesar 0.5 mA, berapakah besar arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?

4. Sebuah transistor mempunyai βdc sebesar 150. Jika arus kolektor sama dengan 45 mA, berapakah besarnya arus basis?

Dik : βdc = 150

Ic = 45 mA

Dit : IB = ……?

Jawab :

βdc IC/IB

IB = Ic/ βdc = 0.3mA

5. Sebuah transistor daya 2N5067 mempunyai r’b = 10Ω. Berapakah besarnya tegangan jatuh IBrb. jika IB = 1 mA? jika IB = 10 mA ? jika IB = 50 mA?

6. Sebuah transistor 2N3298 mempunyai βdc khusus sebesar 90. Jika arus emitter sebesar 10mA, hitunglah kira-kira besarnya arus kolektor dan arus basis.

Dik : βdc = 90 I­E = 10 mA

Dit : IB = …? IC = …?

Jawab :

IB = Ic/ βdc , IC = IE - IB

IB βdc = IE - IB

IB (βdc + 1) = IE , IB ­ = Ie/ βdc+1

IB ­ = 10mA/91= 0.19 mA

7. Sebuah transistor mempunyai βdc = 400. Berapakah besarnya arus basis, jika arus kolektor sama dengan 50 mA ?

8. Gambar 5-26a menunjukkan salah satu dari kurva kolektor. Hitunglah besarnya βdc pada titik A dan titik B.

(a) (b)

Dari gambar kita dapat mengetahui nilai IC dan IB

Maka ; βdc = IC/IB

Untuk di titik A, βdc = 20mA/0,1mA = 200

Untuk di titik B, βdc = 20.5mA/0,1mA= 205

9. Buatlah skets kurva kolektor untuk sebuah transistor dengan spesifikasi berikut : VCE lebih kecil daripada 1 V, βdc = 200, VCEO = 40 V dan ICEO = 50 mA. Tunjukkanlah 5 kurva yang terletak diantara IB = 0 dan IB yang dibutuhkan untuk menghasilkan arus kolektor 50 mA. Tunjukkanlah di mana daerah saturasi, daerah aktif, daerah breakdown dan daerah cutoff.

10. Transistor 2N5346 mempunyai variasi βdc seperti ditunjukkan gambar 5-26b. berapakah besarnya βdc jika IC = 1A dan IC =7 A?

Dari gambar kita dapat menghitung besarnya IB

βdc = IC/IB , IB = Ic/ βdc untuk 1 ampere, IB = 1000mA/200= 5mA

untuk 7 ampere, IB = 7000mA/200=35mA

11. Gambar 5-27 menunjukkan suatu rangkaian transistor dengan kawat penghubung basis terbuka. Jika kita mengukur VCE = 9 v, berapakah nilai dari ICEO ?

12. Sebuah transistor mempunyai kurva kolektor seperti pada gambar 5-27c. jika transistor ini digunakan pada rangkaian pada gambar 5-27d, berapakah besarnya VCE ?

Dari gambar dapat kita cari nilai VCE dengan menggunakan rumus berikut :

IC = Vcc-Vce/Rc

Untuk garis beban dengan mengambil VCE sama dengan nol. Maka :

IC = 20-0/100000= 0,0002 A

0,0002 = 20-Vce/100000 VCE = -20-20 = -40V

13. Sebuah transistor mempunyai arus kolektor sebesar 10 mA dan tegangan kolektor emitter sebesar 12 V. berapakah besarnya disipasi dayanya?

14. Transistor 2N3904 mempunyai rating daya sebesar 310mW pada temperature ruangan (250c). jika tegangan kolektor emitter sebesar 10 V, berapakah arus maksimum yang dapat dilakukan pada transistor tanpa melampaui rating dayanya?

Dengan rumus daya maka kita dapatkan besarnya nilai arus yang dihasilkan transistor:

I = P/V = 310/10= 31 mA

15. Gambarkanlah garis beban dari gambar 5-28a. berapakah arus saturasinya? Berapakah tegangan cutoff nya?

16. Berapakah besarnya arus kolektor maksimum yang mungkin, pada garis beban gambar 5-28b? jika tegangan basis dihilangkan, berapakah besarnya VCE?

IC = Vcc/Rc= 8/470= 0,0106 A

VCE = IC.RC = 0,0106x470 = 5

Artinya dalam kondisi ini VCE=VCC

17. Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28a? Tegangan Kolektor-emitter? Apakah transistor berada pada keadaan “Hard saturation”?

18. Misalkan kita hubungkan sebuah LED seri dengan tahanan 10kΩ dari gambar 5-28a. berapakah besarnya arus LED? Berikanlah komentar tentang terangnya LED.

Jawab :

Besarnya arus LED sama dengan besarnya arus pada arus kolektor atau IC, karena tegangan jatuh yang dimiliki LED, tidak diketahui

IC = Vcc-VLED-VCE/Rc

Maka ketika kita mngetahui nilai jatuh tegangan pada LED, arus LED = Arus kolektor dapat dihitung.

19. Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28b? Arus Kolektor? Tegangan kolektor-emitter?

20. Gambarkanlah garis beban untuk gambar 5-29a. Berapakah besarnya nilai saturasi dari arus kolektor? Tegangan cutoff?

IC = Vcc/Rc= 20/10000 = 0,002 A = 2 mA

Nilai IC diatas menggunakan rumus tersebut, karena IB = 0 (dalam keadaan cutoff)

21. Berapakah besarnya arus kolektor yang ada pada gambar 5-29a? berapakah besarnya tegangan antara kolektor dan tanah? Tegangan kolektor-emitter?

22. Berapakah arus kolektor maksimum yang mungkin pada gambar 5-29b? jika VBB = 2 V, berapakah tegangan kolektor ke tanah?

IC = Vcc-Vbb+VBe = 10-2+0,7/910= 0,009 A = 9mA

VCE = VCC-VBB = 10-2 = 8 V

23. Pada gambar 5-29b, VBB = 10 V. berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter?

24. Jika VBB­ pada gambar 5-29c sama dengan 5 V, berapakah arus LED? Tegangan kolektor ke tanah?

Kita ambil nilai VLED = 1,5 Volt

IC = Vcc - VLed – Vce/Re = 19 - 1,5 – 10,7 / 100= 0,028 A

Karena ILED = IC maka ILED = 0,028 A

RLED = 1,5 / 0.028= 53,5Ω

IE = 5 – 0,7 / 100= 0,043 A

Maka nilai VC = VCC - ILED.RLED+IE.RE

Vc = 15 – 0,028 . 53,5 + 0,043 . 100

VC = 9,2 Volt

25. Gambar 5-30a menunjukkan sebuah optocoupler 4N33 yang digunakan untuk mengisolasi suatu rangkaian tegangan rendah (input) dari suatu rangkaian tegangan tinggi (common pada +1000V). gambar 5-30b merupakan karakteristik transfer 4N33 untuk phototransistor yang tidak saturasi. Jawablah pertanyaan berikut ini :

a. Berapakah arus maksimum yang mungkin dari pothotransistor?

b. Berapakah besarnya arus LED yang ada, jika VBB = +5V? berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor untuk keadaan ini?

c. Jika VBB = 0, berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor?

26. Pada gambar 5-28a, tegangan kolektor ke tanah adalah +120V. yang mana dari pernyataan ini yang mungkin merupakan penyebab dari kerusakan?

a. Terminal kolektor dan emitter terhubung singkat

b. Tahanan 10k terbuka

c. Tahanan 47kΩ terbuka

d. Terminal kolektor-basis terhubung singkat

Jawabannya adalah (a&d), karena apabila terminal Kolektor-Basis atau terminal Kolektor-emitter terhubung singkat, artinya transistor tersebut sudah mengalami breakdown atau batas kepekaan transistor dalam perannya sebagai transistor

27. Tegangan kolektor-ke-tanah dari gambar 5-29a membaca kira-kira 3 V. yang mana dari pernyataan ini merupakan asal dari kerusakan?

a. Tahanan 10kΩ terhubung singkat

b. Tahanan 1,8kΩ terbuka

c. Terminal basis-emiter terhubung singkat

d. Terminal kolektor-emitter terhubung singkat

28. Pada gambar 5-28b, jika tegangan basis dihilangkan, maka tegangan kolektor-emitter kira-kira nol. Sebutkan beberapa kemungkinan penyebabnya.

Yang menyebabkan tegangan kolektor-emitter nol (VCE = 0) adalah terjadinya cutoff (IB = 0) sehingga arus basis nol dan arus kolektor sangat kecil, sehingga dapat dikatakan VC=0. Oleh karena itu, VCE = 0, tidak ada tegangan (terjadi arus bocor) dan transistor tidak dapat bekerja dengan baik.

29. Apakah LED pada Gambar 5-29c hidup atau mati untuk setiap keadaan berikut ini:

a. Terminal kolektor-emitter terhubung singkat

hidup

b. Tahanan 100Ω terbuka

hidup

c. Terminal kolektor-emitter terbuka

mati

d. Tahanan 100Ω tidak tersolder betul dengan tanah

hidup Read more / Selengkapnya...

Materi dasar

Mengukur Resistor dengan AVR meter ( Ampere, Voltage, Resistance Meter )

Selain cara manual diatas kita juga dapat menggunakan alat untuk mengetahui besarnya nilai resistansi suatu resistor. Alat tersebut dinamakan AVR meter atau kebanyakan orang Indonesia menyebutnya MULTI TESTER. Biasanya alat bantu ini berbentuk kotak dilengkapi dengan jarum penunjuk serta skala untuk membaca nilainya. Ada dua jenis bentuk alat ini yaitu standar dan digital, untuk AVR jenis digital nilainya ditunjukan dengan layar LCD seperti halnya jam tangan yang menggunakan layar LCD. Atau bila anda juga tidak familiar, OK anda lihat saja kalkulator nah seperti itulah penunjuknya kira-kira . ( hehehheh. kalau masih OOT juga liat deh gambar 1d, 1e sama 1f )
AVR MANUAL



AVR DIGITAL


Cara Mengukur Resistor
dengan AVR





Dengan menggunakan AVR kita bisa langsung mengetahui nilai dari sebuah resistor. Bila jarum AVR mendekati 0 ( kearah kanan ) berarti nilai resistansinya semakin kecil, sebaliknya bila hanya bergerak sedikit mendekati 1000 ( kearah kiri ) berarti semakin besar. Biasanya skala penghitung ditulis per sepuluhan.

Yang menjadi masalah adalah bagaimana cara mengukur resistor yang nilai resistansinya besar sekali, misalnya 10 M Ohm. Coba saja anda ukur dengan AVR..!, anda akan melihat bahwa jarum AVR hampir tidak bergerak atau mungkin tidak bergerak sama sekali. lalu bagaimana cara mengukurnya dengan AVR bila nilai resistornya melebihi 1M OHM..?, Nah sekali lagi anda dihadapkan dengan rumus ( pusing juga nih, pake alat tapi masih pake rumus hahaahha ). Rumusnya adalah hukum OHM yaitu : V = i X R ==> V = Voltage atau tegangan listrik, i = Kuat arus listrik dan R adalah nilai Resistansinya. Dengan menggunakan persamaan matematika didapat bahwa : R = V : i. Contoh kasus : dirumah kita biasanya tegangan listrik adalah 220 volt, bila kita menggunakan arus sebesar 5 Ampere. maka nilai resistansinya adalah R = V : i ==> R = 220 : 5 ==> R = 44 OHM. Didalam Praktek kita nggak usah pusing-pusing memikirkan rumus tersebut, itu hanya sekedar pengetahuan saja biar anda tambah paham mengenai dasar-dasar elektronika. Nah merajuk dari hukum OHM diatas, maka didalam praktek bila kita ingin mengetahui nilai sebuah resistor dengan AVR tentu saja kita harus menggunakan listrik sebagai alat bantu pengukuran, caranya..? lihat gambar 1 g.

Mengukur Resistor yang berukuran tinggi


Perlu diperhatikan bahwa, sebelum mengukur pastikan tombol AVR di set ke tempat yang tepat. contohnya bila kita hanya mengukur resistor dibawah 1K maka arahkan tombol AVR ke skala X 100, bila kita mengukur dibawah 100 Ohm maka arahkan tombol ke X 1 dan untuk mengukur resistor yang besar dengan menggunakan arus listrik, maka tombol AVR kita arahkan ke arah voltage sesuai dengan voltage yang kita gunakan, misalnya kita menggunakan voltage 220 Volt. maka arahkanlah tombol AVR ke tegangan arus bolak-balik (AC) dengan skala 500 Volt AC. Sekali lagi perhatikan baik-baik sebelum melakukan hal ini, sebab bila anda salah menempatkan tombol maka AVR anda sudah dipastikan akan rusak, masih untung kalau tidak meledak hahahahahhhhhaaa. Ingat yah perhatikan baik-baik !!!

Sekarang coba anda lihat lagi AVR anda...!, nah bergerak kan !!, biasanya bergeraknya sedikit, diujung AVR ada tertera ukuran 1M, 2M dan 10M dengan skala 100 K perbaris. Tanpa anda sadari bahwa cara mengukur resistor dengan ukuran besar, anda juga dapat mengetahui berapa arus listrik yang mengalir dirumah anda coba lagi rumus diatas. Untuk mengetahui arus listrik ( i ) menurut persamaan matematika maka i = V : R. Read more / Selengkapnya...

trnasistor bipolar

TRANSISTOR BIPOLAR



Pada tulisan tentang semikonduktor telah dijelaskan bagaimana sambungan NPN maupun PNP menjadi sebuah transistor. Telah disinggung juga sedikit tentang arus bias yang memungkinkan elektron dan hole berdifusi antara kolektor dan emitor menerjang lapisan base yang tipis itu. Sebagai rangkuman, prinsip kerja transistor adalah arus bias base-emiter yang kecil mengatur besar arus kolektor-emiter. Bagian penting berikutnya adalah bagaimana caranya memberi arus bias yang tepat sehingga transistor dapat bekerja optimal.


transistor bipolar (BJT) adalah suatu jenis transistor, alat penguat atau pemilih yang dibuat dari semikonduktor? yang dikotori. transistor bipolar adalah gabungan dari bagian yang dikotori secara berbeda, bisa NPN atau PNP. N berarti negatif, dan P berarti positif.

Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :

IE = IC + IB ........(1)




Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter IE adalah jumlah dari arus kolektor IC dengan arus base IB. Karena arus IB sangat kecil sekali atau disebutkan IB <<>C, maka dapat di nyatakan :

IE = IC ..........(2)

Alpha (a)

Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesikikasiadc (alpha dc) yang tidak lain adalah :

adc = IC/IE ..............(3)

Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besaradc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memilikiadc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.

Beta (b)

Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.

b = IC/IB ............. (4)

Dengan kata lain,b adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook transistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya.

Misalnya jika suatu transistor diketahui besarb=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu :


IB = IC/b = 10mA/250 = 40 uA


Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki b = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah :

IC = b IB = 200 x 0.1mA = 20 mA

Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.

Common Emitter (CE)


Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.




Sekilas Tentang Notasi

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk menunjukkan besar tegangan pada satu titik, misalnya VC = tegangan kolektor, VB = tegangan base dan VE = tegangan emiter.

Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit. Diantaranya adalah :

VCE = tegangan jepit kolektor- emitor

VBE = tegangan jepit base - emitor

VCB = tegangan jepit kolektor - base

Notasi seperti VBB, VCC, VEE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

Kurva Base

Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :

IB = (VBB - VBE) / RB ......... (5)

VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari VBE. Sehingga arus IB mulai aktif mengalir pada saat nilai VBE tertentu.


Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan VBE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal VBE = 0 volt.

Sampai disini akan sangat mudah mengetahui arus IB dan arus IC dari rangkaian berikut ini, jika diketahui besar b = 200. Katakanlah yang digunakan adalah transistor yang dibuat dari bahan silikon.




IB = (VBB - VBE) / RB

= (2V - 0.7V) / 100 K

= 13 uA

Dengan b = 200, maka arus kolektor adalah :

IC = bIB = 200 x 13uA = 2.6 mA


Kurva Kolektor

Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base IB, arus kolektor IC dan tegangan kolektor-emiter VCE. Dengan mengunakan rangkaian-01, tegangan VBB dan VCC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut telah diplot beberapa kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana arus IB dibuat konstan.



Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.

Daerah Aktif

Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).

Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan :

VCE = VCC - ICRC .............. (6)

Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :

PD = VCE.IC ............... (7)

Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.

Daerah Saturasi


Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

Daerah Cut-Off

Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.





Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan b = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RL yang dipakai.

IC = bIB = 50 x 400 uA = 20 mA

Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.

RL = (VCC - VLED - VCE) / IC

= (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA

= 2.6V / 20 mA

= 130 Ohm


Daerah Breakdown

Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada databook transistor selalu dicantumkan juga.

Datasheet transistor


Sebelumnya telah disinggung beberapa spesifikasi transistor, seperti tegangan VCEmax dan PD max. Sering juga dicantumkan di datasheet keterangan lain tentang arus ICmax VCBmax dan VEBmax. Ada juga PDmax pada TA = 25o dan PDmax pada TC = 25o. Misalnya pada transistor 2N3904 dicantumkan data-data seperti :

VCBmax = 60V

VCEOmax = 40V

VEBmax = 6 V

ICmax = 200 mAdc

PDmax = 625 mW TA = 25o

PDmax = 1.5W TC = 25o

TA adalah temperature ambient yaitu suhu kamar. Sedangkan TC adalah temperature cashing transistor. Dengan demikian jika transistor dilengkapi dengan heatshink, maka transistor tersebut dapat bekerja dengan kemampuan dissipasi daya yang lebih besar.

b atau hFE

Pada system analisa rangkaian dikenal juga parameter h, dengan meyebutkan hFE sebagai bdc untuk mengatakan penguatan arus.

bdc = hFE ................... (8)
Sama seperti pencantuman nilai bdc, di datasheet umumnya dicantumkan nilai hFE minimum (hFE min ) dan nilai maksimunya (hFE max).






Read more / Selengkapnya...