View
43
Download
6
Category
Preview:
DESCRIPTION
bipolar jucntion transistor
Citation preview
DIVAIS MIKROELEKTRONIKA
BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR
Disusun oleh :
Mardani Triyono
Arya Pramudianto
Dayferi Satria Jonie
Ayudhia Damas Rini
Dian Singgih Prakoso
PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS BENGKULU
2015
BAB 1
Pendahuluan
1.1. Penjelasan Umum
Transistor adalah piranti atau komponen elektronika aktif yang mempunyai tiga
terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor. Transistor dapat bersifat isolator atau
konduktor, kemampuan transistor ini memungkinkan transistor digunakan untuk
"switching" (pada elektronika digital) atau "amplification (penguatan)" (pada
elektronika analog).
Transistor adalah sebuah akronim dari “Transfer Resistor” yang
menggambarkan fungsinya, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara
terminalnya dapat diatur.
BJT adalah sebuah divais 3 terminal yang dipakai untuk berbagai pemakaian
seperti penguatan sinyal, perancangan rangkaian logika digital dan rangkaian memori.
Prinsip dasarnya adalah penggunaan tegangan antara dua terminal untuk mengendalikan
arus pada terminal ketiga. Jadi BJT dapat digunakan untuk membuat sebuah sumber
terkendali.
BJT banyak dipakai dalam aplikasi rangkaian analog terutama untuk rangkaian
frekuensi tinggi (RF) untuk sistem nirkabel. Untuk rangkaian logika digital kecepatan
tinggi, penggunaan BJT dikenal dengan emitter-couple-logic.
Kombinasi antara MOSFET dan BJT (BiCMOS) mempunyai keunggulan yaitu:
resistansi input dan penggunaan daya rendah dari MOSFET dan pengoperasian pada
frekuensi tinggi dan kemampuan arus ‘driving’ yang tinggi dari BJT.
1.1. Tujuan
1. Mengetahui pengaplikasian dari transistor bjt
2. Memahami prinsip penguatansinyal oleh transistor bjt
Bab 2
Landasan Teori
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.
Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian
analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal
radio.
1. Konstruksi Transistor bipolar
Transistor Bipolar - Bipolar Junction Transistor (BJT) memiliki 3 terminal,
yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C).
Bipolar Junction Transistor (BJT) dibentuk dari 2 buah “P-N Junction”,
sehingga transistor ini dapat dianalogikan sebagai penggabungan 2 buah dioda. “P-N
Junction” pertama adalah Emiter-Basis dan “P-N junction” kedua adalah Basis-
Kolektor. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif
(forward bias). Jadi untuk bekerja transistor juga membutuhkan arus bias. Jadi prinsip
kerja transistor adalah arus bias basis-emiter yang kecil mengatur besar arus kolektor-
emiter.
Ada dua jenis konstruksi transistor bipolar yaitu PNP dan NPN, beda keduanya
terletak pada susunan semikonduktor tipe-P dan tipe-N transistor tersebut. Dengan
perbedaan susunan ini maka operasi kedua transistor ini juga berbeda. Simbol antara
BJT jenis PNP dan NPN juga berbeda, PNP mempunyai symbol dengan tanda panah
pada emitter ke arah dalam sedangkan NPN sebaliknya panah pada emitter berarah
keluar.
Gambar 1. Struktur sederhana transistor npn
Gambar 2. Struktur sederhana transistor pnp
Transistor terdiri dari 2 pn junction: emitter-base junction (EBJ) dan collector-base
junction (CBJ).
Bipolar Junction Transistor (BJT) merupakan “current-amplifying device”, artinya BJT
mengontrol jumlah arus yang mengalir pada basis dengan cara mengatur arus zyang
mengalir pada kolektor.
2. Mode kerja BJT
Gambar 1. Kurva Hubungan VCE, IC dan IB
Berdasarkan Gambar 1. kurva Hubungan VCE, IC dan IB ada beberapa region
yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah
cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.
Tabel 1. Mode Operasi Transistor Bipolar
Electrode
VoltagesMode
Junction
Emitter-Base
Junction
Collector-
Base
Function
E < B < C Aktif Forward bias Reverse biasNormal Amplifier (Sering
digunakan)
E > B < C Cut-off Reverse bias Reverse bias Open switch
E < B > C Saturation Forward bias Forward bias Close switch
E > B > C Breakdown Reverse bias Forward bias Low gain amplifier
Ket
● Daerah Aktif >> Transistor beroperasi sebagai penguat dan Ic = β.Ib
Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, yaitu ketika 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).
● Saturation >> Transistor "fully-ON", Ic = I(saturation)
Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt
(transistor silikon). Ini diakibatkan oleh efek p-n junction kolektor-basis yang
membutuhkan tegangan yang cukup agar mampu mengalirkan elektron sama seperti
dioda.
● Cut-off >> Transistor menjadi "fully-OFF", Ic = 0
Daerah dimana Vce masih cukup kecil sehingga Arus IC = 0 atau IB = 0.
Transistor dalam kondisi off
● Daerah Breakdown
Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40 V, 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 VCE
max yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi.
3. Konfigurasi Bipolar Junction Transistor
Karena Bipolar Transistor merupakan komponen atau piranti yang mempunyai
tiga terminal, maka dimungkinkan memiliki 3 konfigurasi rangkaian yaitu common
base, common collector dan common emitter, ketika merancang suatu rangkaian
transistor tiga konfigurasi inilah yang digunakan. Perancangan rangkaian transistor
mengacu pada sifat dan karakteristik masing-masing konfigurasi transistor.
Perancangan rangkaian transistor biasanya mengacu pada beberapa parameter
berikut:
Voltage Gain (Penguatan Tegangan)
Current Gain (Penguatan Arus)
Impedansi input
Impedansi output
Frekuensi respon
Tabel 2. Rangkuman konfigurasi transistor dan karakteristiknya
Transistor Configuration Common Base Common Collector Common Emitter
Voltage gain High Low Medium
Current gain Low High Medium
Power gain Low Medium High
Input / output phase 0° 0° 180°
Input resistance Low High Medium
Voltage gain High Low Medium
Setiap konfigurasi mempunyai respon yang berbeda untuk setiap sinyal input dalam
rangkaian
1. Common Base Configuration - Mempunyai “Voltage Gain” tanpa “Current Gain”.
Konfigurasi transistor penguat basis biasanya digunakan pada aplikasi di mana
diperlukan impedansi input yang rendah.
2. Common Emitter Configuration - Mempunyai “Current dan Voltage Gain”.
Konfigurasi transistor penguat emiter merupakan konfigurasi transistor yang paling
banyak digunakan. Konfigurasi ini sering terlihat sebagai format umum untuk transistor
penguat tegangan. Konfigurasi transistor penguat emiter digunakan untuk penguat dan
sebagai output logika.
3. Common Collector Configuration - Mempunyai “Current Gain Tanpa Voltage
Gain”. Konfigurasi transistor penguat collector digunakan pada banyak aplikasi.
konfigurasi CC ini bisa berfungsi sebagai buffer.
Gambar 3. Konfigurasi rangkaian CB, CE dan CC
4. Karakteristik Arus – Tegangan
Polaritas dari transistor ditunjukkan oleh arah panah pada emitter. Arah panah ini
menunjukkan aliran arus normal pada emitter yang juga menunjukkan arah maju dari
EBJ. Gambar 4 menunjukkan arah arus yang sama dengan arah arus normal. Dalam hal
ini tidak ada harga negatif untuk iE, iB dan iC.
Gambar 4: Simbol rangkaian BJT
Sebuah transistor npn yang EBJ nya forward bias akan bekerja pada mode aktif jika
tegangan collector tidak lebih rendah 0,4 V dari tegangan base. Jika lebih rendah dari
0,4 V, transistor akan bekerja pada mode jenuh.
Sebuah transistor pnp yang EBJ nya forward bias akan bekerja pada mode aktif jika
tegangan collector tidak lebih tinggi 0,4 V dari tegangan base. Jika lebih tinggi dari 0,4
V, transistor akan bekerja pada mode jenuh.
5. Karakteristik Arus – Tegangan
Gambar 5: Polaritas tegangan dan aliran arus dalam transistor yang di bias dalam mode
aktif
Polaritas dari transistor ditunjukkan oleh arah panah pada emitter. Arah panah ini
menunjukkan aliran arus normal pada emitter yang juga menunjukkan arah maju dari
EBJ.
Gambar 5. menunjukkan arah arus yang sama dengan arah arus normal. Dalam hal ini
tidak ada harga negatif untuk iE, iB dan iC.
Sebuah transistor npn yang EBJ nya forward bias akan bekerja pada mode aktif jika
tegangan collector tidak lebih rendah 0,4 V dari tegangan base. Jika lebih rendah dari
0,4 V, transistor akan bekerja pada mode jenuh.
Sebuah transistor pnp yang EBJ nya forward bias akan bekerja pada mode aktif jika
tegangan collector tidak lebih tinggi 0,4 V dari tegangan base. Jika lebih tinggi dari 0,4
V, transistor akan bekerja pada mode jenuh.
Ringkasan hubungan arus – tegangan dari BJT pada mode aktif
Catatan: untuk transistor pnp, gantilah vBE dengan vEB
VT = tegangan termal = kT/q ≈ 25 mV pada suhu kamar
6. Tampilan Grafis dari Karakteristik Transistor
Gambar 6: Karakteristik iC – vBE dari sebuah transistor npn
7. Karakteristik Common-Emitter
Gambar 7. Karakteristik common-emitter
Pada kurva ini yang menjadi parameter adalah arus base iB. Setiap kurva iC – vCE diukur
dengan mencatu base dengan arus IB yang konstan. Kurva yang dihasilkan tampak sama
dengan karakteristik pada Gambar 7. hanya di sini terlihat gejala breakdown dan
koefisien arah pada kurva berbeda dengan kurva pada Gambar 7.
8. Penguatan arus common-emitter β.
β didefinisikan sebagai perbandingan antara total arus pada collector dan total arus pada
base. β mempunyai harga yang konstan untuk sebuah transistor, tidak tergantung dari
kondisi kerja.
Pada Gambar 7, sebuah transistor bekerja pada daerah aktif di titik Q yang mempunyai
arus collector ICQ, arus base IBQ dan tegangan collector – emitter VCEQ. Perbandingan arus
collector dan arus base adalah β sinyal besar atau dc.
βdc juga dikenal sebagai hFE.
Pada gambar 9 terlihat, dengan tegangan vCE tetap perubahan iB dari IBQ menjadi (IBQ +
∆iB) menghasilkan kenaikan pada iC dari ICQ menjadi (ICQ + ∆iC)
βac disebut β ‘incremental’. βac dan βdc biasanya berbeda kira-kira 10% – 20%. βac
disebut juga β sinyal kecil yang dikenal juga dengan hfe. β sinyal kecil didefinisikan dan
diukur pada vCE konstan, artinya tidak ada komponen sinyal antara collector dan emitter,
sehingga dikenal juga sebagai penguatan arus hubung singkat common-emitter
BAB 3
PEMBAHASAN
Rangkaian dasar penguat common-emitter terlihat pada Gambar 8.
– Tegangan masukan total vI (bias + sinyal) dipasang di antara base dan emitter (ground)
– Tegangan keluaran total vO (bias + sinyal) diambil di antara collector dan emitter (ground)
– Resistor RC mempunyai 2 fungsi:
• Untuk menentukan bias yang diinginkan pada collector
• Mengubah arus collector, iC, menjadi tegangan keluaran vOC atau vO
Gambar 8. (a) Rangkaian dasar penguat common – emitter
(b) Karakteristik transfer dari rangkaian (a)
– Tegangan catu VCC diperlukan untuk memberi bias pada BJT dan untuk mencatu daya yang diperlukan untuk kerja penguat.
Karakteristik transfer tegangan dari rangkaian CE terlihat pada gambar 8(b).
vO = vCE = VCC – RCiC
Mode aktif berakhir ketika vO = vCE turun sampai 0,4 V di bawah tegangan base
(vBE atau vI) → CBJ ‘on’ dan transistor memasuki mode jenuh (lihat titik Z pada kurva).
Pada daerah jenuh kenaikan vBE menyebabkan vCE turun sedikit saja. vCE = VCEsat berkisar
antara 0,1 – 0,2 V. ICsat juga konstan pada harga:
Pada daerah jenuh, BJT menunjukkan resistansi yang rendah, RCEsat antara collector dan
emitter. Jadi ada jalur yang mempunyai resistansi rendah antara collector dan ground,
sehingga dapat dianggap sebagai saklar tertutup.
Sedangkan ketika BJT dalam keadaan cut off, arus sangat kecil (idealnya nol), jadi
beraksi seperti saklar terbuka, memutus hubungan antara collector dan ground.
Jadi keadaan saklar ditentukan oleh harga tegangan kendali vBE.
Penguatan Penguat.
Agar BJT bekerja sebagai penguat, maka harus diberi bias pada daerah aktif yang
ditentukan oleh tegangan dc base – emitter VBE dan tegangan dc collector – emitter VCE.
Arus collector IC pada keadaan ini:
Jika sinyal vi akan diperkuat, sinyal ini ditumpangkan pada VBE dan harus dijaga kecil
(lihat gambar 10(b)) agar tetap pada segmen yang linier dari kurva transfer di sekitar
titik bias Q.
Koefiesin arah dari segmen linier ini sama dengan penguatan teg,angan dari penguat
untuk sinyal kecil di sekitar titik Q.
Prinsip kerja transistor pada contoh rangkaian di bawah adalah, arus kecil pada basis (B) yang merupakan input dikuatkan beberapa kali setelah melalui Transistor. Arus output yang telah dikuatkan tersebut diambil dari terminal Collector (C). Besar kecilnya penguatan atau faktor pengali ditentukan oleh beberapa perhitungan resistor yang dihubungkan pada setiap terminal transistor dan disesuaikan dengan tipe dan karakteristik transistor. Signal yang diperkuat dapat berupa arus DC (searah) dan arus AC (bolak-balik) tetapi maksimal tegangan output tidak akan lebih dari tegangan sumber (Vcc) Transistor.
Pada gambar pertama (Transistor Sebagai Penguat), tegangan pada Basis (dalam mV) dikuatkan oleh Transistor menjadi besar (dalam Volt). Perubahan besarnya tegangan output pada Collector akan mengikuti perubahan tegangan input pada Basis. Pada gambar kedua dapat terlihat perubahan dan bentuk gelombang antara input dan output yang telihat melalui Osciloscope.
Recommended