Konfigurasi Transistor

Tugas umum transistor adalah menghidupkan dan atau mematikan perangkat. Secara sederhana, transistor adalah sakelar atau switch yang digunakan untuk menghubungkan atau memutuskan aliran listrik dari sumber ke beban. Lokasi penempatan transistor menentukan jenis rangkaian dan namanya. Ada dua konfigurasi untuk penggunaan sakelar transistor yaitu penempatan sakelar pada sisi rendah atau Low Side dan penempatan sakelar pada sisi tinggi atau High Side. Konfigurasi transistor sebagai sakelar dapat menggunakan jenis transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) atau jenis transistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor).

Konfigurasi Transistor Sisi Tinggi (High Side)¶

Jika transistor ditempatkan sebagai sakelar pada sisi tinggi (High Side), sakelar berada di antara saluran listrik positif dan beban. Jenis transistor yang digunakan biasanya tipe PNP untuk BJT dan atau P-Channel untuk MOSFET. Transistor jenis ini lebih populer di sebut transistor tipe-P.

Transistor Sisi Tinggi - High Side Transistor

Jika menggunakan transistor tipe PNP BJT, kaki E (Emitor) dihubungkan ke sumber listrik, sedangkan kaki C (Collector) dihubungkan ke sisi positif beban. Transistor tipe PNP BJT perlu beroperasi di daerah saturasi agar transistor aktif sepenuhnya.

Untuk transistor MOSFET tipe P-Channel, kaki S (Source) terhubung ke sumber listrik, dan kaki D (Drain) dihubungkan ke sisi positif beban. Pada beberapa kondisi, penggunaan Resistor Pull-Up pada kaki G (Gate) MOSFET menjadi wajib.

High Side P-Channel MOSFET

Saat menggunakan transistor tipe P pada tegangan beban yang level tegangannya sama dengan sinyal pemicu transistor, rangkaian di atas berfungsi dengan sangat baik. Sedangkan ketika tegangan beban lebih tinggi dari tegangan sinyal pemicu, maka rangkaian transistor memerlukan driver (penggerak). Driver digunakan karena ada perbedaan level tegangan yang cukup tinggi.

Konfigurasi Transistor Sisi Rendah (Low Side)¶

Ini adalah kebalikan konfigurasi Transistor High Side. Transistor ditempatkan sebagai sakelar pada sisi rendah (Low Side), yaitu sakelar berada diantara beban dan listrik negatif atau Ground. Jenis transistor yang digunakan biasanya tipe NPN untuk BJT dan atau tipe N-Channel untuk MOSFET. Transistor jenis ini lebih populer di sebut transistor tipe-N.

Transistor Sisi Rendah - Low Side Transistor

Jika menggunakan transistor BJT tipe NPN, kaki E (Emitor) dihubungkan ke ground, dan kaki C (Collector) dihubungkan pada sisi negatif beban. Sebagai saklar, BJT harus beroperasi dalam mode saturasi. Saturasi itu berarti tersedia cukup arus untuk memicu kaki B (Base) untuk menghidupkan transistor sepenuhnya.

Sedangkah untuk transistor MOSFET tipe N-Channel, kaki S (Source) terhubung ke ground, dan kaki D (Drain) terhubung ke sisi negatif beban. Pada beberapa kondisi, penggunaan Resistor Pull-Down pada kaki G (Gate) MOSFET menjadi wajib.

Konfigurasi transistor High Side dan Low Side memang cukup mudah untuk dipahami, tetapi kapan kita memilih salah satu dari konfigurasi tersebut? Itu semua tergantung aplikasi yang akan digunakan.

Hindari Situasi Berbahaya¶

Konfigurasi Transistor Sisi Tinggi (High Side) adalah teknik pensaklaran yang lebih disukai dalam situasi di mana hubung singkat ke ground lebih mungkin atau sering terjadi daripada hubung singkat ke sisi saluran listrik positif. Perlu dipikirkan misalnya pada mobil atau mesin di mana sebagian besar struktur atau body kendaraan dihubungkan atau digunakan sebagai groud (sisi negatif listrik). Dalam kasus seperti itu, lebih aman untuk melepaskan beban dari positif baterai daripada ground. Juga, di lingkungan yang lembab, ini biasanya menghasilkan lebih sedikit korosi pada konektor karena beban tidak membutuhkan tegangan dalam keadaan mati.

Power Switching Lebih Baik Menggunakan Perangkat Tipe-N¶

Karena transistor tipe-N pada umumnya dapat membawa lebih banyak arus daripada tipe-P, transistor tipe ini lebih disukai untuk mengalihkan beban berat. Konfigurasi Low Side dengan perangkat tipe-N lebih mudah daripada konfigurasi High Side dan seringkali dapat dipicu untuk aktif secara penuh dengan mudah oleh port mikrokontroler secara langsung tanpa memerlukan driver khusus. Menggunakan transistor tipe-N untuk High Side Switching memang sangat mungkin tetapi membutuhkan tegangan kontrol yang lebih tinggi daripada tegangan beban yang terhubung ke Source/Emitor. Penggunaan beberapa jenis pemompa daya (Charge Pump) diperlukan untuk menarik Gate/Base di atas level tegangan Source/Emitor. Ini memperumit desain, tidak hanya membuatnya lebih mahal tetapi juga meningkatkan kepekaannya terhadap noise dan interferensi. Pengendalian sakelar sisi tinggi yang menggunakan PWM (Pulse Width Modulation) dapat menimbulkan masalah rumit karena dibutuhkan charge pump.

Sekering Dapat Menimbulkan Perbedaan¶

Dari paparan diatas, sakelar sisi rendah cenderung lebih murah daripada sakelar sisi tinggi. Namun, ketika beban dan pengontrolnya terletak tidak saling berdekatan, dua sekering diperlukan untuk melindungi keduanya; sedangkan pada sakelar sisi tinggi cukup menggunakan satu sekering. Penggunaan sekering mungkin tampak sia-sia, tetapi ketika mempertimbangkan pengkabelan dan pekerjaan yang diperlukan untuk membuat sekering dapat diakses di kotak sekering, maka keharusan menambahkan sekering mungkin akan menghilangkan keuntungan biaya sakelar sisi rendah.

Ground Yang Bagus Itu Bagus¶

Sakelar sisi rendah memiliki satu sambungan ke ground untuk beban dan pengontrolnya, sehingga menghindari perbedaan potensial ground (pergeseran ground) antara keduanya saat arus yang mengalir tinggi. Oleh karena itu, sakelar sisi rendah lebih kuat terhadap noise ground daripada sakelar sisi tinggi.

Kesimpulan¶

Dalam kasus di mana beban (berat) hanya harus dinyalakan atau dimatikan, sakelar sisi tinggi adalah metode yang lebih disukai. Namun, ketika daya ke beban harus dikontrol oleh PWM kecepatan tinggi, misalnya dalam sistem penerangan atau pemanas, maka direkomendasikan menggunakan sakelar sisi rendah. Dan ternyata diluar sana ada juga beban yang membutuhkan konfigurasi gabungan yaitu Half H-Bridge (Jembatan-H Setengah) yang membutuhkan sakelar sisi tinggi dan sakelar sisi rendah dan juga membutuhkan PWM. Oleh karena itu, sebelum menentukan teknik apa pun, pastikan bahwa konfigurasi sakelar yang dipilih adalah yang terbaik untuk aplikasi yang akan digunakan.

Daftar Pustaka¶

Pembaharuan Terakhir: 2 Maret 2022 04:09:18