Cara Kerja Rangkaian Penggerak Relay Dengan Transistor NPN

Pada tulisan ini diuraikan cara kerja rangkaian penggerak relay dengan transistor NPN.

Contoh rangkaian penggerak relay dengan transistor NPN adalah sebagai berikut:

Komponen utama rangkaian adalah transistor NPN tipe BC337

Input rangkaian adalah terminal dengan tanda OUT, yang merupakan output dari mikroprosesor seperti Arduino. Tegangan input rangkaian ini diasumsikan 0 volt (untuk logika LOW) dan 5 volt ( untuk logika HIGH)

Tegangan supply relay diasumsikan 5 volt DC.

Tipe relay diasumsikan adalah JQC-3F

Emitter pada transistor terhubung ke GND

Cara Kerja Rangkaian

Jika pin OUT berada pada tegangan rendah (LOW) atau 0 volt, maka transistor akan berada pada keadaan OFF, jadi tidak ada arus mengalir antara kolektor (C) dan emiter (E). Dengan demikian maka kumparan relay tidak mendapat arus. Maka kontak pada relay akan berada pada kondisi normalnya.

Jka pin OUT berapa pada tegangan tinggi (HIGH) atau 5 volt, maka transistor akan berada pada keadaan ON/saturasi. Transistor bertindak sebagai sakelar yang sedang ON. Pin kolektor dan emitter dapat dianggap terhubung dengan resistansi yang sangat rendah. Arus akan mengalir dari supply 5V, melalui kumparan relay, kemudian masuk ke terminal kolektor (C) pada transistor, dan keluar di terminal emitter (E) pada transistor, kemudian masuk ke GND.

Fungsi dioda 1N4007 adalah untuk pada waktu transistor dimatikan. Pada waktu transistor dimatikan, masih ada energi yang tersimpan sebagai medan magnet di dalam kumparan relay. Energi ini berusaha mempertahankan arus pada kumparan. Jika tidak ada dioda, maka arus ini akan memaksa untuk mengalir melalui transistor, sehingga dapat merusak transistor. Dengan adanya dioda, arus ini akan mengalir melalui dioda, sehingga energi yang tersimpan pada kumparan relay dapat dibuang pada dioda tersebut.

Perhitungan Arus dan Tegangan

Pada waktu pin OUT pada tegangan rendah, maka praktis tidak ada arus mengalir pada transistor. Sebenarnya ada, namun kecil sekali sehingga dapat diabaikan.

Pada waktu pin OUT pada tegangan tinggi (5 volt), maka akan ada arus mengalir melalui basis transistor. Tegangan antara basis dan emiter transistor antara 0,6 volt sampai dengan 1,2 volt, tergantung tegangan antara terminal C dan E.

Arus pada relay diasumsikan sekitar 70 mA

Tegangan Vbe pada kondisi itu dapat dilihat pada gambar berikut ini. Ambil kurva V_be(sat)

Tegangan V_be dapat diasumsikan sekitar 0,8 volt.

Persamaan arus basis:

V_OUT = i_b x 2,2k + V_be

i_b = (V_OUT –  V_be) / 2,2k = (5-0.8)/2.2k = 0.002 ampere = 2 mA

Penguatan arus transistro BC337 sekitar 100 sampai 630. Untuk aplikasi ini dianggap penguatan arus = 100

Arus pada kolektor (Ic) adalah:

I_c=I_b x hfe = 2 mA x 100 = 200 mA

Besar arus pada Ic maksimum adalah 200 mA , namun bisa kurang dari 200 mA jika transistor dalam keadaan saturasi. Untuk itu mesti melihat perilaku kumparan relay.

Tegangan Vce saturasi dapat dilihat pada grafik berikut ini:

Tegangan Vce saturasi adalah sekitar 0,2 volt

Tegangan nominal relay adalah 5 volt . Daya pada kumparan relay adalah 0.36 watt. Maka resistansi kumparan relay adalah:

P = V²/R

R=V²/P = 5 x 5 / 0.36 = 69.44 ohm

Perhitungan arus Ic:

VCC = I_C x R_relay + 0,2 volt

I_C = (VCC – 0.2) / R_relay = (5 – 0.2) / 69.44 = 0.069 ampere = 69 mili ampere

Menurut perhitungan transistor, arus Ic max adalah 200 mA. Menurut perhitungan relay, arus Ic adalah 69 mA. Maka arus pada relay adalah 69 mA.

Referensi

• Datasheet transistor BC337
• Datasheet Relay JQC-3F (mirror)
• Datasheet Relay JQC-3F