bab vi transistor

28
BAB VI TRANSISTOR Kompetensi dasar : Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat memahami dengan benar mengenai karakteristil dan prinsip kerja transistor Bipolar maupun FET , pembiasan dan daerah kerja transistor ,transistor sebagat penguat maupun transistor sebagai saklar dan sekaligus dapat mendesain rangkaian penguat sinyal, saklar transistor baik untuk transistor Bipolar maupun Transistor Efek Medan (FET) dengan tepat. Indikator Setelah mempelajari bab ini mahasiswa dapat memahami dengan benar mengenai : - Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (FET) - Karakteristik dan primsip kerja transistor BJT maupun FET - Pembiasan maupun daerah kerja transistor - Transistor sebagai saklar 6.1. TRANSISTOR DUA KUTUB ( Bipolar Junction Transistor / BJT ) Penemuan transistor telah membuat sebuah revolusi pada industri elektronik. Sejak dibuat pertama pada 1948 oleh pemenang hadiah Nobel Bardeen, Brittain dan Shockley, 99

Upload: andre-pradana

Post on 11-Jul-2016

48 views

Category:

Documents


6 download

DESCRIPTION

uibawfbayfwbfiug

TRANSCRIPT

Page 1: Bab Vi Transistor

BAB VI TRANSISTOR

Kompetensi dasar :

Setelah mempelajari bab ini mahasiswa diharapkan dapat memahami dengan benar

mengenai karakteristil dan prinsip kerja transistor Bipolar maupun FET , pembiasan dan

daerah kerja transistor ,transistor sebagat penguat maupun transistor sebagai saklar dan

sekaligus dapat mendesain rangkaian penguat sinyal, saklar transistor baik untuk

transistor Bipolar maupun Transistor Efek Medan (FET) dengan tepat.

Indikator

Setelah mempelajari bab ini mahasiswa dapat memahami dengan benar mengenai :

- Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (FET)

- Karakteristik dan primsip kerja transistor BJT maupun FET

- Pembiasan maupun daerah kerja transistor

- Transistor sebagai saklar

6.1. TRANSISTOR DUA KUTUB ( Bipolar Junction Transistor / BJT )

Penemuan transistor telah membuat sebuah revolusi pada industri elektronik. Sejak

dibuat pertama pada 1948 oleh pemenang hadiah Nobel Bardeen, Brittain dan Shockley,

ribuan transistor telah diproduksi untuk perdagangan dunia dan pada hakekatnya dapat

ditemukan di setiap jenis peralatan elektronik yang berfungsi sebagai penguat dan atau

sakelar.

Istilah transistor diambil dari kata transfer resistor, karena alat semi-konduktor dengan

tiga terminal ini menunjukkan perubahan pada resistansi terminal dalam kondisi tegangan

tertentu.

Beberapa tipe transistor telah dikembangkan. Yang paling umum digunakan mungkin

bipolar junction transistor (BJT) dan dinamakan demikian karena transistor ini memiliki

dua pertemuan PN. Dalam bentuknya yang paling sederhana, BJT dapat dianggap sebagai

dua dioda pertemuan yang terhubung saling membelakangi seperti Gambar dibawah

99

Page 2: Bab Vi Transistor

Pertemuan PN 1

Pertemuan PN 2

Emitor

Basis

Kolektor

KBE

Sangat kotor Dikotori ringan

dikotori sangat ringan

.

Gambar 6.1. Transistor dua kutub (BJT)

Tiga terminal BJT diberi nama:

Kolektor

Basis

dan Emitor

Gambar 6.2. Tiga daerah transistor

Konstruksi Dasar

Seperti dioda, BJT terbuat dari sepotong silikon (atau germanium) yang telah

dikotori untuk membentuk tiga wilayah berbeda dari bahan tipe P dan N. Wilayah pusat

(basis) dibuat sangat tipis (0.05mm) dibanding dengan dua wilayah lainnya. Kolektor

dikotori sedikit, emitor sangat kotor dan basis memiliki tingkat pengotoran yang paling

rendah lihat gambar berikut.

Gambar 6.3. Susunan BJT

100

Page 3: Bab Vi Transistor

Tipe-N Tipe-N

Tipe-P Dua dioda yang sama Simbol BJT NPN

E B K

B

K

E

Tipe-P Tipe-P

Tipe-N Dua dioda yang sama Simbol BJT PNP

E B K

B

K

E

6.2. JENIS TRANSISTOR

Fungsi emitor adalah untuk menghasilkan pembawa muatan mayoritas untuk aliran

arus. Jika emitor terbuat dari bahan tipe-N, elektron akan menjadi pembawa mayoritas.

Jika emitor terbuat dari bahan tipe P, lubang akan menjadi pembawa mayoritas.

Pembawa mayoritas harus bergerak melintasi wilayah basis untuk mencapai kolektor.

Basis mengendalikan jumlah yang melewatinya.

Himpitan pertemuan PN-junction dapat terdiri dari bahan tipe-P ditengah-tengah dua

bahan tipe-N atau, bahan tipe-N ditengah-tengah dua bahan tipe-P.

BJT tersebut dinamakan tipe NPN (Gambar a) dan tipe PNP (Gambar b). walaupun kedua

dioda memiliki tipe yang sama dengan masing-masing BJT, ketika dioda dihubungkan

seperti yang terlihat pada gambar, dioda tidak akan berfungsi sebagai transistor.

Kedua rangkaian dioda yang sama tersebut bermanfaat ketika menentukan polaritas yang

benar dan pada saat menguji transistor tersebut dengan ohmmeter standar.

Gambar 6.4. Transistor PNP dan NPN

Gambar a

Tipe NPN

Gambar b

Tipe PNP

101

Page 4: Bab Vi Transistor

Wilayah kosong

E

B

K

Kedua tipe tersebut sangat mirip cara kerjanya, perbedaannya, dalam tipe NPN, pembawa

arus mayoritas adalah negatif (elektron) dan untuk tipe PNP, pembawa arus mayoritas

adalah positif (lubang).

Kedua tipe transistor banyak diproduksi tetapi NPN lebih mudah dibuat dan mungkin

lebih umum dari pada tipe PNP. BJT digunakan dalam aplikasi penguatan dan

pensakelaran.

6.3. PEMBIASAN TRANSISTOR

Bias yang benar

Apapun tipe BJT, untuk pengoperasian yang benar, BJT harus dihubungkan dengan

pencatu sehingga:

Pertemuan basis dengan emitor terbias maju

Pertemuan basis dengan kolektor terbias mundur.

Cara kerja dasar

Seperti halnya dioda pertemuan PN, antarmuka bahan P dan N dalam transistor

menghasilkan wilayah kosong (lihat gambar daerah pengosongan ). Lebar wilayah ini

tergantung pada tingkat pengotoran terhadap kedua tipe bahannya.

Gambar 6.5. Wilayah kosong ( daerah pengosongan )

Pertemuan emitor basis dibias maju sehingga pembawa mayoritas dilepaskan dari

emitor dan bergerak menuju wilayah basis. Karena basis ini sangat tipis dan dikotori

102

Page 5: Bab Vi Transistor

P NN

Emitor Kolektor

IcIb

Ie

Aliran Elektron

Vbe Vcb

N PP

Emitor Kolektor

IcIb

Ie

Aliran lubang

Vbe Vcb

sangat sedikit, hampir semua gerakan pembawa yang disuntikkan bergerak (menyebar)

melewati basis dan dipercepat menuju kolektor. Gambar a dan gambar b menggambarkan

dua tipe bias transistor.

Gambar 6.6. Bias transistor tipe N-P-N

Gambar 6.7. Bias transistor tipe P-N-P

103

Page 6: Bab Vi Transistor

Emitor

Basis

Kolektor

Pencatu DayaDC

Cara kerja kedua tipe (NPN dan PNP) adalah serupa, kecuali bahwa semua polaritas

tegangannya terbalik. Perbedaan lain antara keduanya adalah:

Tipe PNP, pembawa mayoritas adalah lubang (hole)

Tipe NPN, pembawa mayoritas adalah elektron (elektron bebas)

Dalam kedua kasus tersebut, pembawa mayoritas berasal dari emitor dan disuntikkan ke

dalam basis.

Mari kita amati apa yang terjadi ketika potensial tertentu diberikan pada ketiga

terminal ini.

Resistansi antara kolektor

dengan emitor sangat tinggi

Gambar 6.8. Pembiasan pada tiga daerah Transistor

Pada hubungan seperti yang terlihat dalam gambar diatas, reisitansi antara kolektor dan

emitor sangat tinggi, sehingga arus yang sangat kecil akan mengalir melalui lampu. Tiap

arus, yang mengalir disebut arus bocor dan ini disebabkan oleh pembawa minoritas.

Transistor dibias maju

Jika terminal basis disambung dengan kolektor, pertemuan emitor basis menjadi terbias

maju dan transistor mulai menghantar (lihat gambar dibawah). Resistansi antara emitor

dan kolektor jatuh dengan tajam menyebabkan arus cukup untuk menyalakan lampu.

104

Page 7: Bab Vi Transistor

Emitor

Basis

Kolektor

Pencatu DayaDC

Sama dengan ini

+

-

Tingkat panjaran yang benar

Lampu MENYALA

Pertemuan emitor basis

menjadi terpanjar maju

Gambar 6.9. Transistor dibias maju

Jika basis diberi bias yang benar, transistor HIDUP dan berfungsi seperti sakelar .

Gambar 6.10. Basis diberi bias dengan benar

Sakelar transistor dapat beroperasi dalam jutaan siklus per detik dan tidak memiliki

bagian yang bergerak. Hal ini membuatnya lebih unggul dari pada elemen sakelar listrik

ataupun elektromagnetik

Transistor dibias mundur

Ketika basis dihubungkan dengan emitor, pertemuan emitor basis terbias terbalik dan

lampu akan MATI karena resistansi yang sangat tinggi yang timbul antara emitor dan

kolektor. Dalam keadaan ini, transistor disebut dibias mundur . Marilah kita lihat gambar

105

Page 8: Bab Vi Transistor

Emitor

Basis

Kolektor

Pencatu DayaDC

+

-

0V

Lampu MATI

Sama dengan ini

dibawah ini, akan tampak transistor yang dibias mundur.

Gambarb 6.11. Transistor dibias mundur

Sekarang kita lihat, basis dibias nol (transistor dibias mundur), maka ketika dihubungkan

seperti gambar dibawah ini, transistor MATI (OFF)

Gambar 6.12. Rangkaian yang MEMATIKAN (MENG OFF KAN) transistor

Sekarang kita lakukan suatu percobaan dengan menggunakan potensiometer geser

seperti pada gambar dibawah ini :

106

Page 9: Bab Vi Transistor

Emitor

Basis

Kolektor

Pencatu Daya DC

Jika Basis dihubungkan dengan penggeser dari potensiometer, maka potensial pada

emitor dan kolektor dapat dikendalikan (Gambar 38). Hal ini menyebabkan keterangan

lampu bervariasi dari MATI sepenuhnya sampai MENYALA sepenuhnya.

Gambar 6.13. Rangkaian dengan potensiometer

Ketika penggeser berada paling dekat dengan kolektor, lampu menyala paling terang.

Jika penggeser digerakkan menuju emitor, lampu akan meredup. Potensiometer dalam

rangkaian ini digunakan untuk mengubah arus basis. Dengan demikian akan mengubah

arus antara emitor dan kolektor. Jadi dengan kata lain, kita dapat mengendalikan arus

antara emitor dan kolektor dengan cara merubah-rubah besarnya arus basis..

Perbandingan arus kolektor dengan arus basis disebut beta DC yang besarnya konstan.

Sebagai contoh, apabila kita memilih sebuah transistor dengan beta DC sebesar 10,

artinya arus kolektor selalu 10 kali arus basisnya sehingga disebut sebagai penguat.

Jika arus basis yang masuk didapatkan dari mikropon , dan sebuah pemulih suara

disambung dengan rangkaian kolektor, sinyal yang dihasilkan oleh mikropon akan

dikuatkan dalam pemulih suara. Ini menggambarkan bagaimana BJT dapat digunakan

sebagai sebuah penguat audio , seperti pada gambar dibawah ini .

107

Page 10: Bab Vi Transistor

Input

(Mikropon)

+

-

Output(Pengeras suara)

Gambar 6.14. Rangkaian Penguat Audio

Rangkaian yang menunjukkan bagaimana BJT dapat digunakan

sebagai sebuah penguat audio

Karakteristik transistor yang umum adalah :

- β adalah factor penguat transistor disebut juga HFE, , untuk BJT diproduksi dengan

harga sampai 100.

- I c dikendalikan oleh Ib ( arus pengendali / pengontrol )

- Pada transistor Bipolar (BJT) berlaku :

- Konfigurasi yang dilakukan adalah common basis dan common emitor.

6.4. FIELD EFFECT TRANSISTOR ( F E T )

FET dibagi beberapa type yaitu :

- JFET ( Junction Field Effect Transistor )

- MOSFET ( Metal Oxide Semiconductor FET )

- MESFET ( Metal Semiconductor FET )

- HFET ( Heterostructure FET) dan MODFET ( Modulation Doped FET )

108

Page 11: Bab Vi Transistor

Gambar 6.15. Simbol dari Field Effect Transistor ( F E T )

6.4.1 Junction F E T :

JFET kanal N ( N channel ): mempunyai tiga terminal yaitu Drain , Source dan Gate

Gambar 6.16. Junction FET

109

Page 12: Bab Vi Transistor

Untuk : VGS = 0 ; VDS (+)

Gambar 6.17. Karaktaristik JFET kanal N

IDSS adalah arus Drain – Source maksimum (saturasi ), yaitu pada :

VGS = 0 dan VDS lebih besar dari VP

Dimana VP adalah tegangan Pinch-off

Untuk VGS

¿

0

110

Page 13: Bab Vi Transistor

Nilai VGS yang menghasilkan ID = 0 adalah VGS = VP , dimana harga VP negatip untuk JFET kanal N.

Gambar 6.18. JFET kanal P ( P channal)

111

Page 14: Bab Vi Transistor

KARAKTERISTIK TRANSFER :

Karakterisik ini tidak dipengaruhi o;eh rangkaian.

Gambar 6.19. Karakteriatik Tranfer JFET

Contoh : gambarkan kurva Karakteristik JFET dengan IDSS = 12 mA dan VP = - 6 Volt

Dengan rumus

Dengan memasukan harga VGS mulai dari 0 Volt sampai -6 volt, seperti :

VGS = 0 V ID = 12 mA

VGS = -6 V ID = 0 mA

VGS = =3 V ID = 3 mA dan seterusnya ,

Maka akan didapat kurva karakteristik dari JFET tersebut seperti terlihat pada gambar

berikut :

112

I D=IDSS (1−V GS

V p)2

I D=I DSS(1−V GS

V p)2

Page 15: Bab Vi Transistor

Gambar 6.20. Kurva Karakteristik JFET kanal P

Contoh kedua adalah , gambarkan kurva karakteristik JFET kanal P dengan IDSS = 4 mA

dan VP = 3 Volt

Jawab : dengan cara yang sama seperti diatas didapat :

113

Page 16: Bab Vi Transistor

6.4.2. MOSFET type Depletion

Gambar 6.21. Simbol MOSFET type Depletion (deplesi/pengosongan)

Gambar 6.22. Pembiasan MOSFET type Depletion

Dengan menggunakan rumus karakteristik transfer,yaitu

Maka akan kita dapatkan karakteristik dariMOSFET tersebut.

114

I D=IDSS (1−V GS

V p)2

Page 17: Bab Vi Transistor

Gambar 6.23. Karakteristik MOSFET type Depletion

6.4.3. MOSFET type Enhancement

Gambar 6.24. Simbol MOSFET type Enhancement (peningkatan)

115

Page 18: Bab Vi Transistor

Pada MOSFET type enhancement (peningkatan) berlaku :

Dimana ,

Gambar 6.25. Karakteristik MOSFET type enhancement kanal P ( P –channel)

Cobalah , gambarkan kurva dari MOSFET type enhancement kanal N ( N-channel) yang :

ID (ON) = 10 mA

VGS (ON) = 8 Volt

VT = 2 Volt

116

k=I D(on )

(V GS (on )−V T )2I D=k (V GS−V T )2

Page 19: Bab Vi Transistor

6.5. RANGKUMAN

1. Daftar tipe transistor ditunjukkan dalam tabel berikut.

Transistor Arti dan Kegunaan

BJT

IGBT

FET

VFET

MOSFET

Bipolar Junction Transistor ( Transistor Pertemuan Dua Kutub -

kegunaan umum pensakelaran dan penguatan)

Insulated Gate Bipolar Transistor (Transistor Dua Kutub Pintu

Terisolasi)

Field Effect Transistor ( Transistor Efek Medan - amplifier

impedansi tinggi)

Vertical channel Field Effect Transistor (Transistor Efek Medan

saluran Vertikal - Aplikasi Daya Tinggi)

Metal Oxiside Field Effect Transistor (Transistor Efek Medan

Oksidasi Logam)

2. Transistor Bipolar (BJT)Semi-konduktor adalah bahan yang memiliki empat elektron pada kulit valensinya.

Dua bahan semi-konduktor yang paling umum digunakan adalah Silikon dan

Germanium.

Ketika atom bahan semi-konduktor yang berdekatan membagi elektron valensi, atom

tersebut membentuk susunan geometrik melalui ikatan kovalen.

Untuk meningkatkan konduktivitas bahan semi-konduktor, sejumlah kecil atom

ditambahkan melalui proses yang disebut pengotoran. Atom pengotoran ini disebut

donor.

Jika bahan donor memiliki lima elektron valensi, semi-konduktor yang dikotori akan

memiliki akses elektron dan menjadi semi-konduktor tipe-N.

Jika bahan donor memiliki tiga elektron valensi, semi-konduktor yang dikotori akan

memiliki akses lubang dan menjadi semi-konduktor tipe-P.

Pertemuan PN terbentuk ketika sepotong bahan semi-konduktor murni dikotori tiap

ujungnya dengan masing-masing tipe atom donor.

117

Page 20: Bab Vi Transistor

Perpindahan muatan melewati pertemuan PN menyebabkan terjadinya wilayah kosong.

Wilayah ini tidak memiliki pembawa muatan tetapi membentuk potential barrierf.

Tingkat potensial barrier ini menunjukkan apakah semi-konduktor tersebut terbuat

dari silikon atau germanium.

Transistor pertemuan dua kutub (BJT) memiliki dua pertemuan PN dan tiga terminal

yaitu basis, kolektor dan emitor.

Untuk pengujian, BJT dapat dilihat sebagai dua dioda pertemuan PN yang dihubungkan

saling membelakangi.

Apabila resistansi antara emitor dan kolektor BJT tiba-tiba jatuh ketika arus mengalir

pada rangkaian basis, transistor tersebut terbias maju dan HIDUP.

Bias terbalik pada sebuah BJT akan menyebabkan BJT MATI dan menghalangi arus

mengalir antara emitor dan kolektor .

BJT dapat digunakan untuk menguatkan sinyal kecil yang dikenakan di antara basis dan

emitornya untuk menghasilkan sinyal yang jauh lebih besar di antara kolektor dan

emitor.

3. Field Effect Transistor ( F E T )

Field Effect Transistor ( F E T ) adalah piranti tiga terminal seperti halnya transistor BJT.

Perbedaan utama dari kedua transistor ini adalah bahwa BJT adalah piranti yang

dikontrol oleh arus, sedangkan FET adalah piranti yang dikontrol tegangan.

Gambar 6.26. Perbandingan BJT dan FET

118

BJT

IC

IB

(kontrol arus) F

ET

ID

+

-VGS

(kontrol tegangan)

Page 21: Bab Vi Transistor

Field Effect Transistor ( F E T ) terdiri dari :

- JFET (Junction FET)

- MOSFET (Metal Oxide Semikonduktor FET)

6.6. SOAL – SOAL LATIHAN

1. Apakah pengertian dari Transistor Bipolar dan Transistor Unipolar

2. Jelaskan mengapa BJT disebut sebagai kontrol arus, sedangkan FET sebagai control

tegangan.

3. Gambarkan kurva karakteristik JFET dengan IDSS = 12 mA, dan VP = -4 Volt

4. Gambarkan konfigurasi common Emitor dari transistor bipolar NPN dan PNP

5. Apakah yang dimaksud dengan karakteristik garis beban DC pada BJT.

119

Bipolar deviceBJT

FET Unipolar deviceDua carrier : elektron & holes

Satu carrier : elektron (n-channel)atau holes (p-channel)