dasar transistor
TRANSCRIPT
MODUL
DASAR TRANSISTOR
I. TEORI DASAR
Konstruksi
Dari susunan bahan semikonduktor yang digunakan, transistor dapat
dibedakan menjadi dua buah tipe yaitu transistor tipe PNP dan transistor
tipe NPN.
Pada prinsipnya transistor sama dengan dua buah dioda yang disusun
saling bertolak belakang, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :
Struktur PNP Struktur NPN
TransistorTransistor adalah komponen elektronika multitermal, biasanya
memiliki 3 terminal. Secara harfiah, kata ‘Transistor’ berarti ‘ Transfer
resistor’, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara terminalnya
dapat diatur. Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis :
1. Transistor Bipolar2. Transistor Unipolar
3. Transistor Unijunction
Transistor bipolar bekerja dengan 2 macam carrier, sedangkan
unipolar satu macam saja, hole atau electron. Beberapa perbandingan
transistor bipolar dan unipolar :
Pada transistor bipolar, arus yang mengalir berupa arus lubang (hole) dan
arus electron atau berupa pembawa muatan mayoritas dan minoritas.
Transistor dapat berfungsi sebagai penguat tegangan, penguat arus,
penguat daya atau sebagai saklar. Ada 2 jenis transistor yaitu PNP dan
NPN.
Transistor di desain dari pemanfaatan sifat diode, arus menghantar dari
diode dapat dikontrol oleh electron yang ditambahkan pada pertemuan PN
diode. Dengan penambahan elekdiode pengontrol ini, maka diode semi-
konduktor dapat dianggap dua buah diode yang mempunyai electrode
bersama pada pertemuan. Junction semacam ini disebut transistor bipolar
dan dapat digambarkan sebagai berikut:
Struktur PNP Struktur NPN
Transistor dapat bekerja apabila diberi tegangan, tujuan pemberian
tegangan pada transistor adalah agar transistor tersebut dapat mencapai
suatu kondisi penghantar atau menyumbat. Baik transistor NPN maupun
PNP tegangan antara emitor dan basis adalah forward bias, sedangkan
antara basis dengan kolektor adalah reverse bias.
Rangkaian Bias Transistor
Bias Basis
Gambar diatas merupakan rangkaian bias basis. Biasanya catu daya
basis sama dengan catu daya kolektor ; VBB = VCC.
Bias Emitter
Untuk mengatasi perubahan β dc maka digunakan rangkaian
“Prategangan Umpan Balik Emitter”.
Rangkaiannya sebagai berikut :
RE berfungsi untuk mengimbangi perubahan β dc.
Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider)
Rangkaian diatas adalah rangkaian pembagi tegangan, disebut juga
prategangan semesta (universal). Rangkaian ini banyak digunakan dalam
rangkaian-rangkaian linier. Disebut pembagi tegangan karena berasal dari
pembagi tegangan pada R1 dan R2. Tegangan yang melintasi R2 memberi
tegangan maju pada dioda emitter. Prategangan pembagi tegangan bekerja
sebagai berikut.
Garis Beban
Persamaan garis beban untuk rangkaian prategangan pembagi gangan
adalah :
IC = … (8)
Untuk IC saturasi VCE = 0
IC saturasi = … (9)
Untuk VCE cut-off adalah IC = 0
VCE cut-off = VCC …(10)
Rangkaian transistor sebagai switch adalah sebagai berikut :
Jika transistor dalam keadaan saturasi maka VCE = 0 artinya pada terminal
C dan E akan terhubung sehingga arus mengalir dan transistor menjadi ON.
Jika transistor dalam keadaan cut-off maka IC = 0, dan terminal C dan E
akan terbuka sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui transistor dan
transistor menjadi OFF.
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 :
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.
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.
1. .Jika arus emitter sebesar 6 mA dan arus kolektor sebesar 5,75 mA,
berapakah besarnya arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?
Dik : IE = 6 mA Ic = 5.75 mA
Dit : IB = ……? αdc = ……?
Jawab :
IE = IB +Ic
IB = IE – Ic IB = 6 – 5.75 = 0.25 mA
αdc= Ic/Ie
αdc = 0,985
2. .Sebuah transistor mempunyai βdc sebesar 150. Jika arus kolektor sama
dengan 45 mA, berapakah besarnya arus basis?
Dik : βdc = 150
Ic = 45 mA
Dit : IB = ……?
Jawab :
βdc = IC/IB
IB = Ic/ βdc = 0.3mA
3. Sebuah transistor 2N3298 mempunyai βdc khusus sebesar 90. Jika arus
emitter sebesar 10mA, hitunglah kira-kira besarnya arus kolektor dan arus
basis.
Dik : βdc = 90 IE = 10 mA
Dit : IB = …? IC = …?
Jawab :
IB = Ic/ βdc , IC = IE - IB
IB βdc = IE - IB
IB (βdc + 1) = IE , IB = Ie/ βdc+1
IB = 10mA/91= 0.19 mA
3.Sebuah transistor mempunyai βdc = 400. Berapakah besarnya arus basis, jika arus
kolektor sama dengan 50 mA ?
4.Gambar 5-26a menunjukkan salah satu dari kurva kolektor. Hitunglah besarnya βdc
pada titik A dan titik B.
Gambar 5-26
Dari gambar kita dapat mengetahui nilai IC dan IB
Maka ; βdc = IC/IB
Untuk di titik A, βdc = 20mA/0,1mA = 200
Untuk di titik B, βdc = 20.5mA/0,1mA= 205
5.Buatlah skets kurva kolektor untuk sebuah transistor dengan spesifikasi berikut :
VCE lebih kecil daripada 1 V, βdc = 200, VCEO = 40 V dan ICEO = 50 mA.
Tunjukkanlah 5 kurva yang terletak diantara IB = 0 dan IB yang dibutuhkan untuk
menghasilkan arus kolektor 50 mA. Tunjukkanlah di mana daerah saturasi, daerah
aktif, daerah breakdown dan daerah cutoff.
6.Transistor 2N5346 mempunyai variasi βdc seperti ditunjukkan gambar 5-26b.
berapakah besarnya βdc jika IC = 1A dan IC =7 A?
Dari gambar kita dapat menghitung besarnya IB
βdc = IC/IB , IB = Ic/ βdc untuk 1 ampere, IB = 1000mA/200= 5mA
untuk 7 ampere, IB = 7000mA/200=35mA
7.Gambar 5-27 menunjukkan suatu rangkaian transistor dengan kawat penghubung
basis terbuka. Jika kita mengukur VCE = 9 v, berapakah nilai dari ICEO ?
8.Sebuah transistor mempunyai kurva kolektor seperti pada gambar 5-27c. jika
transistor ini digunakan pada rangkaian pada gambar 5-27d, berapakah besarnya
VCE ?
Dari gambar dapat kita cari nilai VCE dengan menggunakan rumus berikut :
IC = Vcc-Vce/Rc
Untuk garis beban dengan mengambil VCE sama dengan nol. Maka :
IC = 20-0/100000= 0,0002 A
0,0002 = 20-Vce/100000 VCE = -20-20 = -40V
9.Sebuah transistor mempunyai arus kolektor sebesar 10 mA dan tegangan kolektor
emitter sebesar 12 V. berapakah besarnya disipasi dayanya?
10.Transistor 2N3904 mempunyai rating daya sebesar 310mW pada temperature
ruangan (250c). jika tegangan kolektor emitter sebesar 10 V, berapakah arus
maksimum yang dapat dilakukan pada transistor tanpa melampaui rating dayanya?
Dengan rumus daya maka kita dapatkan besarnya nilai arus yang dihasilkan transistor:
I = P/V = 310/10= 31 mA
11.Gambarkanlah garis beban dari gambar 5-28a. berapakah arus saturasinya?
Berapakah tegangan cutoff nya?
12.Berapakah besarnya arus kolektor maksimum yang mungkin, pada garis beban
gambar 5-28b? jika tegangan basis dihilangkan, berapakah besarnya VCE?
IC = Vcc/Rc= 8/470= 0,0106 A
VCE = IC.RC = 0,0106x470 = 5
Artinya dalam kondisi ini VCE=VCC
13.Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28a? Tegangan Kolektor-emitter?
Apakah transistor berada pada keadaan “Hard saturation”?
14.Misalkan kita hubungkan sebuah LED seri dengan tahanan 10kΩ dari gambar 5-
28a. berapakah besarnya arus LED? Berikanlah komentar tentang terangnya LED.
Jawab :
Besarnya arus LED sama dengan besarnya arus pada arus kolektor atau IC, karena
tegangan jatuh yang dimiliki LED, tidak diketahui
IC = Vcc-VLED-VCE/Rc
Maka ketika kita mngetahui nilai jatuh tegangan pada LED, arus LED = Arus kolektor
dapat dihitung.
15.Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28b? Arus Kolektor? Tegangan
kolektor-emitter?
16.Gambarkanlah garis beban untuk gambar 5-29a. Berapakah besarnya nilai saturasi
dari arus kolektor? Tegangan cutoff?
IC = Vcc/Rc= 20/10000 = 0,002 A = 2 mA
Nilai IC diatas menggunakan rumus tersebut, karena IB = 0 (dalam keadaan cutoff)
17.Berapakah besarnya arus kolektor yang ada pada gambar 5-29a? berapakah
besarnya tegangan antara kolektor dan tanah? Tegangan kolektor-emitter?
18.Berapakah arus kolektor maksimum yang mungkin pada gambar 5-29b? jika VBB
= 2 V, berapakah tegangan kolektor ke tanah?
IC = Vcc-Vbb+VBe = 10-2+0,7/910= 0,009 A = 9mA
VCE = VCC-VBB = 10-2 = 8 V
19.Pada gambar 5-29b, VBB = 10 V. berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter?
20.Jika VBB pada gambar 5-29c sama dengan 5 V, berapakah arus LED? Tegangan
kolektor ke tanah?
Kita ambil nilai VLED = 1,5 Volt
IC = = = 0,028 A
Karena ILED = IC maka ILED = 0,028 A
RLED = = 53,5Ω
IE = = 0,043 A
Maka nilai VC = VCC - ILED.RLED+IE.RE
Vc = 15 – 0,028 . 53,5 + 0,043 . 100
VC = 9,2 Volt
21.Gambar 5-30a menunjukkan sebuah optocoupler 4N33 yang digunakan untuk
mengisolasi suatu rangkaian tegangan rendah (input) dari suatu rangkaian tegangan
tinggi (common pada +1000V). gambar 5-30b merupakan karakteristik transfer 4N33
untuk phototransistor yang tidak saturasi. Jawablah pertanyaan berikut ini :
a.Berapakah arus maksimum yang mungkin dari pothotransistor?
b.Berapakah besarnya arus LED yang ada, jika VBB = +5V? berapakah besarnya
tegangan kolektor-emitter dari phototransistor untuk keadaan ini?
c.Jika VBB = 0, berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor?
22.Pada gambar 5-28a, tegangan kolektor ke tanah adalah +120V. yang mana dari
pernyataan ini yang mungkin merupakan penyebab dari kerusakan?
a.Terminal kolektor dan emitter terhubung singkat
b.Tahanan 10k terbuka
c.Tahanan 47kΩ terbuka
d.Terminal kolektor-basis terhubung singkat
Jawabannya adalah (a&d), karena apabila terminal Kolektor-Basis atau terminal
Kolektor-emitter terhubung singkat, artinya transistor tersebut sudah mengalami
breakdown atau batas kepekaan transistor dalam perannya sebagai transistor
23.Tegangan kolektor-ke-tanah dari gambar 5-29a membaca kira-kira 3 V. yang mana
dari pernyataan ini merupakan asal dari kerusakan?
a.Tahanan 10kΩ terhubung singkat
b.Tahanan 1,8kΩ terbuka
c.Terminal basis-emiter terhubung singkat
d.Terminal kolektor-emitter terhubung singkat
24.Pada gambar 5-28b, jika tegangan basis dihilangkan, maka tegangan kolektor-
emitter kira-kira nol. Sebutkan beberapa kemungkinan penyebabnya.
Yang menyebabkan tegangan kolektor-emitter nol (VCE = 0) adalah terjadinya cutoff
(IB = 0) sehingga arus basis nol dan arus kolektor sangat kecil, sehingga dapat
dikatakan VC=0. Oleh karena itu, VCE = 0, tidak ada tegangan (terjadi arus bocor)
dan transistor tidak dapat bekerja dengan baik.
25.Apakah LED pada Gambar 5-29c hidup atau mati untuk setiap keadaan berikut ini:
a.Terminal kolektor-emitter terhubung singkat
hidup
b.Tahanan 100Ω terbuka
hidup
c.Terminal kolektor-emitter terbuka
mati
d.Tahanan 100Ω tidak tersolder betul dengan tanah
hidupβdc IC/IB
IB = Ic/ βdc = 0.3mA
1. Sebuah transistor daya 2N5067 mempunyai r’b = 10Ω. Berapakah besarnya
tegangan jatuh IBrb. jika IB = 1 mA? jika IB = 10 mA ? jika IB = 50 mA?
2.Sebuah transistor 2N3298 mempunyai βdc khusus sebesar 90. Jika arus emitter
sebesar 10mA, hitunglah kira-kira besarnya arus kolektor dan arus basis.
Dik : βdc = 90 IE = 10 mA
Dit : IB = …? IC = …?
Jawab :
IB = Ic/ βdc , IC = IE - IB
IB βdc = IE - IB
IB (βdc + 1) = IE , IB = Ie/ βdc+1
IB = 10mA/91= 0.19 mA
3.Sebuah transistor mempunyai βdc = 400. Berapakah besarnya arus basis, jika arus
kolektor sama dengan 50 mA ?
4.Gambar 5-26a menunjukkan salah satu dari kurva kolektor. Hitunglah besarnya βdc
pada titik A dan titik B.
(a) (b)
Dari gambar kita dapat mengetahui nilai IC dan IB
Maka ; βdc = IC/IB
Untuk di titik A, βdc = 20mA/0,1mA = 200
Untuk di titik B, βdc = 20.5mA/0,1mA= 205
5.Buatlah skets kurva kolektor untuk sebuah transistor dengan spesifikasi berikut :
VCE lebih kecil daripada 1 V, βdc = 200, VCEO = 40 V dan ICEO = 50 mA.
Tunjukkanlah 5 kurva yang terletak diantara IB = 0 dan IB yang dibutuhkan untuk
menghasilkan arus kolektor 50 mA. Tunjukkanlah di mana daerah saturasi, daerah
aktif, daerah breakdown dan daerah cutoff.
6.Transistor 2N5346 mempunyai variasi βdc seperti ditunjukkan gambar 5-26b.
berapakah besarnya βdc jika IC = 1A dan IC =7 A?
Dari gambar kita dapat menghitung besarnya IB
βdc = IC/IB , IB = Ic/ βdc untuk 1 ampere, IB = 1000mA/200= 5mA
untuk 7 ampere, IB = 7000mA/200=35mA
7.Gambar 5-27 menunjukkan suatu rangkaian transistor dengan kawat penghubung
basis terbuka. Jika kita mengukur VCE = 9 v, berapakah nilai dari ICEO ?
8.Sebuah transistor mempunyai kurva kolektor seperti pada gambar 5-27c. jika
transistor ini digunakan pada rangkaian pada gambar 5-27d, berapakah besarnya
VCE ?
Dari gambar dapat kita cari nilai VCE dengan menggunakan rumus berikut :
IC = Vcc-Vce/Rc
Untuk garis beban dengan mengambil VCE sama dengan nol. Maka :
IC = 20-0/100000= 0,0002 A
0,0002 = 20-Vce/100000 VCE = -20-20 = -40V
9.Sebuah transistor mempunyai arus kolektor sebesar 10 mA dan tegangan kolektor
emitter sebesar 12 V. berapakah besarnya disipasi dayanya?
10.Transistor 2N3904 mempunyai rating daya sebesar 310mW pada temperature
ruangan (250c). jika tegangan kolektor emitter sebesar 10 V, berapakah arus
maksimum yang dapat dilakukan pada transistor tanpa melampaui rating dayanya?
Dengan rumus daya maka kita dapatkan besarnya nilai arus yang dihasilkan transistor:
I = P/V = 310/10= 31 mA
11.Gambarkanlah garis beban dari gambar 5-28a. berapakah arus saturasinya?
Berapakah tegangan cutoff nya?
12.Berapakah besarnya arus kolektor maksimum yang mungkin, pada garis beban
gambar 5-28b? jika tegangan basis dihilangkan, berapakah besarnya VCE?
IC = Vcc/Rc= 8/470= 0,0106 A
VCE = IC.RC = 0,0106x470 = 5
Artinya dalam kondisi ini VCE=VCC
13.Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28a? Tegangan Kolektor-emitter?
Apakah transistor berada pada keadaan “Hard saturation”?
14.Misalkan kita hubungkan sebuah LED seri dengan tahanan 10kΩ dari gambar 5-
28a. berapakah besarnya arus LED? Berikanlah komentar tentang terangnya LED.
Jawab :
Besarnya arus LED sama dengan besarnya arus pada arus kolektor atau IC, karena
tegangan jatuh yang dimiliki LED, tidak diketahui
IC = Vcc-VLED-VCE/Rc
Maka ketika kita mngetahui nilai jatuh tegangan pada LED, arus LED = Arus kolektor
dapat dihitung.
15.Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28b? Arus Kolektor? Tegangan
kolektor-emitter?
16.Gambarkanlah garis beban untuk gambar 5-29a. Berapakah besarnya nilai saturasi
dari arus kolektor? Tegangan cutoff?
IC = Vcc/Rc= 20/10000 = 0,002 A = 2 mA
Nilai IC diatas menggunakan rumus tersebut, karena IB = 0 (dalam keadaan cutoff)
17.Berapakah besarnya arus kolektor yang ada pada gambar 5-29a? berapakah
besarnya tegangan antara kolektor dan tanah? Tegangan kolektor-emitter?
18.Berapakah arus kolektor maksimum yang mungkin pada gambar 5-29b? jika VBB
= 2 V, berapakah tegangan kolektor ke tanah?
IC = Vcc-Vbb+VBe = 10-2+0,7/910= 0,009 A = 9mA
VCE = VCC-VBB = 10-2 = 8 V
19.Pada gambar 5-29b, VBB = 10 V. berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter?
20.Jika VBB pada gambar 5-29c sama dengan 5 V, berapakah arus LED? Tegangan
kolektor ke tanah?
Kita ambil nilai VLED = 1,5 Volt
IC = = = 0,028 A
Karena ILED = IC maka ILED = 0,028 A
RLED = = 53,5Ω
IE = = 0,043 A
Maka nilai VC = VCC - ILED.RLED+IE.RE
Vc = 15 – 0,028 . 53,5 + 0,043 . 100
VC = 9,2 Volt
21.Gambar 5-30a menunjukkan sebuah optocoupler 4N33 yang digunakan untuk
mengisolasi suatu rangkaian tegangan rendah (input) dari suatu rangkaian tegangan
tinggi (common pada +1000V). gambar 5-30b merupakan karakteristik transfer 4N33
untuk phototransistor yang tidak saturasi. Jawablah pertanyaan berikut ini :
a.Berapakah arus maksimum yang mungkin dari pothotransistor?
b.Berapakah besarnya arus LED yang ada, jika VBB = +5V? berapakah besarnya
tegangan kolektor-emitter dari phototransistor untuk keadaan ini?
c.Jika VBB = 0, berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor?
22.Pada gambar 5-28a, tegangan kolektor ke tanah adalah +120V. yang mana dari
pernyataan ini yang mungkin merupakan penyebab dari kerusakan?
a.Terminal kolektor dan emitter terhubung singkat
b.Tahanan 10k terbuka
c.Tahanan 47kΩ terbuka
d.Terminal kolektor-basis terhubung singkat
Jawabannya adalah (a&d), karena apabila terminal Kolektor-Basis atau terminal
Kolektor-emitter terhubung singkat, artinya transistor tersebut sudah mengalami
breakdown atau batas kepekaan transistor dalam perannya sebagai transistor
23.Tegangan kolektor-ke-tanah dari gambar 5-29a membaca kira-kira 3 V. yang mana
dari pernyataan ini merupakan asal dari kerusakan?
a.Tahanan 10kΩ terhubung singkat
b.Tahanan 1,8kΩ terbuka
c.Terminal basis-emiter terhubung singkat
d.Terminal kolektor-emitter terhubung singkat
24.Pada gambar 5-28b, jika tegangan basis dihilangkan, maka tegangan kolektor-
emitter kira-kira nol. Sebutkan beberapa kemungkinan penyebabnya.
Yang menyebabkan tegangan kolektor-emitter nol (VCE = 0) adalah terjadinya cutoff
(IB = 0) sehingga arus basis nol dan arus kolektor sangat kecil, sehingga dapat
dikatakan VC=0. Oleh karena itu, VCE = 0, tidak ada tegangan (terjadi arus bocor)
dan transistor tidak dapat bekerja dengan baik.
25.Apakah LED pada Gambar 5-29c hidup atau mati untuk setiap keadaan berikut ini:
a.Terminal kolektor-emitter terhubung singkat
hidup
b.Tahanan 100Ω terbuka
hidup
c.Terminal kolektor-emitter terbuka
mati
d.Tahanan 100Ω tidak tersolder betul dengan tanah
hidup
3. Sebuah transistor mempunyai Ic sebesar 100 mA dan IB sebesar 0.5 mA,
berapakah besar arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?
1. Sebuah transistor daya 2N5067 mempunyai r’b = 10Ω. Berapakah besarnya
tegangan jatuh IBrb. jika IB = 1 mA? jika IB = 10 mA ? jika IB = 50 mA?