Bias dalam Transistor BJT Analisis atau disain terhadap suatu penguat transistor memerlukan informasi mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC. Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap disain maupun sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya. Persamaan mendasar dalam transistor yang penting adalah : VBE = 0,7 Volt

IE= (1 + ) IB ICIC = IB

Dalam mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan persamaan di atas bisa digunakan untuk mencari besaran yang diinginkan. Titik Operasi (Q) Bias pemberiaan tegangan DC untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap. Tegangan dan arus yang dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point) atau titik Q yang menentukan daerah kerja transistor. Pada gambar di bawah ditunjukkan 4 buah titik kerja transistor. Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titik-titik tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh Icmax dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pcmax. BJT bisa di-bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa memperpendek usia piranti atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi tanpa bias, piranti tidak bekerja, hasilnya adalah titik A dimana arus dan tegangan bernilai nol.

IC (mA)

10

VCE (V)

IB = 0 A

10 A

30 A

20 A

50 A

70 A

5

15

20

25

30

35

40

10 20 30

VCE-SAT

0

Derah saturasi

PC max

D

B

C

A

VCE-max

60 A

40 A

IC max

VCE (V) Fixed Bias

Derah cut-off Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif), beberapa syarat berikut harus dipenuhi:

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)

Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing junction :

1. Daerah aktif/daerah linear - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)

2. Daerah saturasi

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias maju (forward bias)

3. daerah cut-off - Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)

Fixed Bias Bias model ini ditunjukkan pada gambar berikut. VCC

Sinyal input AC

Sinyal output AC

_

+

VBE

IC

RB RC

C1

C2IB

Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor pnp, persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus dan polaritas tegangan berlawanan. Untuk analisis DC, rangkaian bisa di-isolasi (dipisahkan) dari input AC dengan mengganti kapasitor dengan rangkaian terbuka (open circuit). Untuk tujuan analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua, masing-masing untuk input dan output. Rangkaian pengganti DC menjadi :

VCC VCC

B

C +

_E

VCE

_

+

VBE

ICRC

IB

RB

Bias maju basis-emitter Loop basis-emitter :

_

+

_

+

E

B

C

_

+

VBE

RB

IBVCC

Dengan hukum tegangan Kirchhoff : -VCC + IBRB + VBE = 0 Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi :

RBVVI BECCB

= Dan VBE = VB - VE Loop collector-emitter VCE = VCC ICRC VCE = VC - VE Saturasi transistor Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi di bias mundur VCE = 0 V ICsat = VCC/RC

Soal : VCC = +12 V

C1 10F

C2 10F

RB 240K

Sinyal input AC

+

_

VCE

= 50

ICRC 2,2K

IB

Sinyal

output AC Bias Emitter stabil VCC

RE

Sinyal input AC

Sinyal output AC

_

+

VBE

IC

RB RC

C1

C2IB

Loop Base-Emitter VCC IBRB VBE IERE = 0

EB

BECCB RR

VVI)1( ++

= Loop Collector - Emitter VCC = IERE + VCE + ICRC Saturasi : ICsat = VCC/(RC+RE) Soal :

= 50 VCC

1K

Sinyal input AC

Sinyal output AC

_

+

VBE

IC

430K 2K

C1

C2IB

Bias Pembagi Tegangan VCC

R2 RE

Sinyal input AC

Sinyal output AC

_

+

VBE

IC

R1 RC

C1

C2IB

Bias dengan umpan balik Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.

VCC

IC

IE_

RE

+

VBE

IC

RB

RC

C1

C2IB

Vo

Vi Persamaan tegangan untuk loop di sebelah kiri ( loop base-emitter) :

VCC ICRC IBRB VBE-IERE = 0

Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan IC, dimana : IC = IB + ICTapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi IC IC IB dan IC IE):

VCC IBRC IBRB VBE - IBRE = 0

VCC VBE IB(RC +RE) IBRB = 0 Sehingga :

)( ECB

BECCB RRR

VVI ++=

Loop collector-emitter

C2

RCIC

+

_

RE

IE

IC

VCC

IERE + VCE + ICRC = VCC Dengan IC IC dan IC IE maka

VCC = IC(RC + RE) + VCE VCE = VCC - IC(RC + RE) Soal-soal : VCC = 20 V

= 120

680 K 4,7 K

_

+

RB

RC

C1

C2IB

Vo Vi Untuk rangkaian di atas

a. Hitung ICQ dan VCEQ b. Cari VB, VC, VE dan VBC

Solusi :

CB

BECCB RR

VVI +=

AMVIB == 51,15244,1

3,19

ICQ = IB = 120 x 15,51A = 1,86 mA VCEQ = VCC ICRC = 20 V 1,86 mA x 4,7 K = 11,26 V VE = 0 V

VB =VBE = 0,7 V VC = VCE = 11,26 V VBC = VB - VC = 0,7 V 11,26 V = - 10,56 V Soal :

100 K C1

C2

RC

RB

VEE = -9 V

+

1,2 K

= 45

IB

Vo Vi Hitung VC dan VB dari gambar di atas Solusi : Dengan hukum tegangan kirchhoff di loop base-emitter :

RB 100 K VEE = -9 V

_

+ +

VBE _

+

_

IB

+IBRB + VBE + VEE = 0

KRVVI

B

BEEEB 100

7,0)9( == IB = 83 A IC = IB = 45 x 83 A = 3,735 mA VC = - ICRC = - 3,735 mA x 1,3 K = -4,48 V VB = - IBRB = - 83 A x 100 K = -8,3 V Soal : Tentukan VCB dan IB untuk konfigurasi common base berikut :

= 60 Vi

B

C E

RE 2,4 K

VEE =4 V VCC =10 V

1,2 K RC

Vo Hukum kirchhoff pada bagian input : VEE - IERE - VBE = 0

E

BEEEE R

VVI =

KVVIE 2,1

7,04 = IE = 2,75 mA

Hukum kirchhoff pada bagian output : -VCB - ICRC + VCC = 0 VCB = VCC ICRC Dengan asumsi IC IEMaka : VCB = 10 2,75 mA x 2,4 K = 3,4 V IB = IC/ = 45,8 A Disain. Proses disain adalah proses sintesis dimana diberikan nilai tegangan atau arus, dan berdasar itu dihitung elemen yang diperlukan untuk bisa memenuhi syarat yang diberikan. Contoh : VCC

VBE

+

_

RC

IBQ

8

IC (mA)

20

IB = 40A Q

IC

RB

VCE (V)

Solusi : Dari garis beban diperoleh : VCC = 20 V

CCCC R

VI = VCE = 0 VDan RC = VCC / IC = 20 V / 8 mA RC = 2,5 K

B

BECCB R

VVI = B

BECCB I

VVR =

ARB

=40

7,020

= 482,5 K Dengan nilai standar :

RC = 2,4 K RB = 470 K

Diperoleh : IB = 41,1 A Soal :

1. Diberikan ICQ = 4 mA dan VCEQ = 10 V, tentukan nilai R1 dan RC untuk rangkaian di bawah.

1,2 K

18 V

Vo

RE

_

IC

R1 RC

C2IB

C1

18 K R2

Vi

2. Jika = 100, hitung RC

VCC = 20 V

680 K

RB

RC

IB

+ C1

C2

_

Vo = 10 V

Vi 3.

150 K C1

C2

RC

RB

VEE

+

1K

= 45

IB

Vo

Vi Untuk Vo = - 6 Volt, tentukan VEE !