bipolar junction transistor (bjt)

Download Bipolar Junction Transistor  (BJT)

Post on 04-Feb-2016

97 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Bipolar Junction Transistor (BJT). Stuktur divais dan cara kerja fisik Struktur yang Disederhanakan dan Mode Operasi. Gambar 1. Struktur sederhana transistor npn. Gambar 2. Struktur sederhana transistor pnp. Mode kerja BJT. - PowerPoint PPT Presentation

TRANSCRIPT

  • *Bipolar Junction Transistor (BJT)

  • *Stuktur divais dan cara kerja fisik

    Struktur yang Disederhanakan dan Mode OperasiGambar 1. Struktur sederhana transistor npnGambar 2. Struktur sederhana transistor pnp

  • *Mode kerja BJT

    ModeEBJCBJCutoffReverseReverseActiveForwardReverseReverse ActiveReverseForwardSaturationForwardForward

  • *Gambar 3: Model rangkaian pengganti sinyal besar untuk BJT npn yang bekerja pada mode forward active.

  • *Karakteristik Arus Tegangan

    Gambar 4: Simbol rangkaian BJT

  • *Karakteristik Arus Tegangan

    Gambar 5: Polaritas tegangan dan aliran arus dalam transistor yang di bias dalam mode aktif

  • *Ringkasan hubungan arus tegangan dari BJT pada mode aktifCatatan: untuk transistor pnp, gantilah vBE dengan vEBVT = tegangan termal = kT/q 25 mV pada suhu kamar

  • *Contoh soal 1:Gambar 6: Rangkaian untuk contoh soal 1

    Transistor pada gambar (6.a) mempunyai = 100 dan vBE = 0,7 V pada iC =1mA.Rancanglah rangkaian sehingga arus 2 mA mengalir melalui collector dan tegangan pada collector = +5 V

  • *Jawab:VC = 5 V CBJ reverse bias BJT pada mode aktifVC = 5 V VRC = 15 5 = 10 VIC = 2 mA RC = 5 k

    vBE = 0,7 V pada iC = 1 mA harga vBE pada iC = 2 mA:VB = 0 V VE = -0,717 V

    = 100 = 100/101 =0,99Harga RE diperoleh dari:

  • *Tampilan Grafis dari Karakteristik TransistorGambar 7: Karakteristik iC vBE dari sebuah transistor npn

  • *Karakteristik iC vBE identik dengan karakteristik i v pada dioda.

    Karakteristik iE vBE dan iB vBE juga exponensial dengan IS yang berbeda: IS/ untuk iE dan IS/ untuk iB.

    Karena konstanta dari karakteristik ekponensial, 1/VT, cukup tinggi ( 40), kurva meningkat sangat tajam.

    Untuk vBE < 0,5 V, arus sangat kecil dan dapat diabaikan. Untuk harga arus normal, vBE berkisar antara 0,6 V 0,8 V. Untuk perhitungan awal, vBE = 0,7 V.

    Untuk transistor pnp, karakteristik iC- vBE tampak identik, hanya vBE diganti dengan vEB.

  • *Gambar 8: Model rangkaian pengganti sinyal besar dari BJT npn yang bekerja di daerah aktif dalam konfigurasi common-emitter.

  • *Karakteristik Common-EmitterGambar 9: Karakteristik common-emitter

  • *Penguatan arus common-emitter .

    didefinisikan sebagai perbandingan antara total arus pada collector dan total arus pada base. mempunyai harga yang konstan untuk sebuah transistor, tidak tergantung dari kondisi kerja.

    Pada gambar 9, 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 sinyal besar atau dc.dc 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)ac disebut incremental. ac dan dc biasanya berbeda kira-kira 10% 20%.ac disebut juga sinyal kecil yang dikenal juga dengan hfe. 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

  • *BJT sebagai Penguat dan sebagai SaklarPemakaian BJT:sebagai penguat:BJT bekerja pada mode aktif. BJT berperan sebagai sebuah sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan (VCCS). Perubahan pada tegangan base-emitter,vBE, akan menyebabkan perubahan pada arus collector, iC. BJT dipakai untuk membuat sebuah penguatan transkonduktansi. Penguatan tegangan dapat diperoleh dengan melalukan arus collector ke sebuah resistansi, RC.Agar penguat menjadi penguat linier, transistor harus diberi bias, dan sinyal akan ditumpangkan pada tegangan bias dan sinyal yang akan diperkuat harus dijaga tetap kecilsebagai saklarBJT bekerja pada mode cutoff dan mode jenuh

  • *Cara kerja sinyal besar Karakteristik TransferGambar 10. (a) Rangkaian dasar penguat common emitter(b) Karakteristik transfer dari rangkaian (a)

  • *Rangkaian dasar penguat common-emitter terlihat pada gambar 10.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 collectorMengubah arus collector, iC, menjadi tegangan keluaran vOC atau vOTegangan 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 10(b).

    vO = vCE = VCC RCiC

  • *vI = vBE < 0,5 V transistor cutoff.0 < vI < 0,5 V, iC kecil sekali, dan vO akan sama dengan tegangan catu VCC (segmen XY pada kurva)

    vI > 0,5 V transistor mulai aktif, iC naik, vO turun.Nilai awal vO tinggi, BJT bekerja pada mode aktif yang menyebabkan penurunan yang tajam pada kurva karakteristik transfer tegangan (segmen YZ), Pada segmen ini:

  • *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 tegangan dari penguat untuk sinyal kecil di sekitar titik Q.

  • *Penguatan sinyal kecil Av:Perhatikan: penguat CE: inverting, artinya sinyal keluaran berbeda 180 dengan sinyal masukan. peguatan tegangan dari penguat CE adalah perbandingan antara penurunan tegangan pada RC dengan tegangan termal VT. untuk memaksimumkan penguatan tegangan, penurunan tegangan pada RC harus sebesar mungkin, artinya untuk harga VCC tertentu penguatan harus bekerja pada VCE yang lebih rendah.

  • *Contoh soal 2Sebuah rangkaian CE menggunakan sebuah BJT yang mempunyai IS = 10-15 A, sebuah resistansi collector RC = 6,8 k dan catu daya VCC = 10 V.Tentukan harga tegangan bias VBE yang diperlukan untuk mengoperasikan transistor pada VCE = 3,2 V. Berapakah harga IC nya?Carilah penguatan tegangan Av pada titik bias. Jika sebuah sinyal masukan sinusoida dengan amplitudo 5 mV ditumpangkan pada VBE, carilah amplitudo sinyal keluaran sinusoida.Carilah kenaikan positif vBE (di atas VBE) yang mendorong transistor ke daerah jenuh, dimana vCE= 0,3 V.Carilah kenaikan negatif vBE yang mendorong transistor ke daerah 1% cut off (vO = 0,99 VCC)

  • *Jawab:a. b.

  • *c. Untuk vCE = 0,3 VUntuk menaikkan iC dari 1 mA ke 1,617 mA, vBE harus dinaikkan:d. Untuk vo = 0,99 VCC = 9,9 VUntuk menurunkan iC dari 1 mA ke 0,0147 mA, vBE harus diturunkan

  • *Analisis GrafisGambar 11 Rangkaian yang akan dianalisa secara grafis

  • *Perhatikan gambar 11 yang mirip dengan rangkaian terdahulu hanya ada tambahan resitansi pada base, RB.Analisis grafis dilakukan sebagai berikut:Tentukan titik bias dc; set vi = 0 dan gunakan cara seperti pada gambar 12 untuk menentukan arus dc pada base IB.Gunakan karakteristik iCvCE seperti yang terlihat pada gambar 13. Titik kerja akan terletak pada kurva iCvCE yang mempunyai arus base yang diperoleh (iB = IB)Gambar 12. Konstruksi grafis untuk menentukan arus dc base pada rangkaian di gambar 11

  • *Gambar 13. Konstruksi grafis untuk menentukan arus dc collector IC dan tegangan collectoremitter VCE pada rangkaian pada gambar 11vCE = VCC iCRCHubungan di atas adalah hubungan linier yang digambarkan dengan sebuah garis lurus seperti pada gambar 12. Garis ini dikenal dengan garis beban.

  • *Gambar 14 (a). Penentuan grafis komponen sinyal vbe dan ib ketika komponen sinyal vi ditumpangkan pada tegangan dc VBB.

  • *Gambar 14 (b). Penentuan grafis komponen sinyal vce dan ic ketika komponen sinyal vi ditumpangkan pada tegangan dc VBB.

  • *Cara kerja sebagai saklar.

    BJT bekerja sebagai saklar: gunakan mode cut off dan mode jenuh.Gambar 16: Rangkaian sederhana yang digunakan untuk menunjukkan mode operasi yang berbeda dari BJT.

  • *Harga masukan vI bervariasi. vI < 0,5 V iB = 0, iC = 0 dan vC = VCC simpul C terputus dari ground saklar dalam keadaan terbuka.vI > 0,5 V transistor on. Pada kenyataannya agar arus mengalir, vBE harus sama dengan 0,7 V, dan vI harus lebih tinggi

    Arus base akan menjadi:Dan arus collector menjadi:

    iC = iB

  • *Persamaan ini hanya berlaku untuk daerah aktif artinya CBJ tidak forward bias atau vC > vB 0,4 V.vC = VCC RCiC

    Jika vI naik, iB akan naik, dan iC akan naik juga, Akibatnya vCE akan turun. Jika vCE turun sampai vB 0,4V, transistor akan meninggalkan daerah aktif dan memasuki daerah jenuh. Titik edge-of-saturation (EOS) ini didefinisikan:Dengan asumsi VBE 0,7 V dan

  • *Harga vI yang diperlukan untuk mendorong transistor ke EOS dapat di