Download - Bagian III
![Page 1: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/1.jpg)
III - 1
BAGIAN III
TRANSISTOR BIPOLAR
3 - 1. Pendahuluan
Bila dua buah PN junction disambung seperti terlihat pada gambar 3-1, maka
didapatkan transistor bipolar.
Keterangan gambar:
JE = Junction antara emiter dan base
JC = Junction antara kolektor dan base
E = Emiter
B = Base
C = Colector
Pada gambar 3-2 terlihat simbol dari transistor dan notasi dari arus dan tegangan
statis yang digunakan pada rangkaian.
E C
B
P P N
JE JC
E C
B
N N P
JE JC
(a) (b)
Gambar 3-1
a). Transistor PNP
b). Transistor NPN
B
C E IC
IB
IE
VCB VEB
VCE
B
C E IC
IB
IE
VCB VEB
VCE
(a) (b)
Gambar 3-2
a). Transistor PNP
b). Transistor NPN
![Page 2: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/2.jpg)
III - 2
Tanda panah pada terminal emiter menunjukkan arah arus sebenarnya, bila junction
JE diberi prategangan maju.
Pada kedua macam transistor tersebut, bila arah mengalirnya arus adalah ke dalam
transistor, maka arus adalah positif dan bila arah mengalirnya arus adalah ke luar, maka
arus adalah negatif.
Bila transistor digunakan sebagai penguat, biasanya junction JE diberi prategangan
maju dan junction JC diberi prategangan mundur seperti terlihat pada gambar 3-3. Pada
keadaan ini, transistor berada pada keadaan aktif.
Bila transistor tidak diberi prategangan, maka ketiga arus transistor adalah nol. Pada
transistor selalu berlaku persamaan berikut:
0 EBC III …....................................................................................(3-1)
Pada transistor PNP, arus IE adalah positif dan arus IB dan IC adalah negatif,
sedangkan tegangan VEB adalah positif dan tegangan VCB adalah negatif.
Pada transistor PNP, arus IE adalah negatif dan arus IB dan IC adalah positif,
sedangkan tegangan VEB adalah negatif dan tegangan VCB adalah positif.
3 - 2. Arus didalam transistor
Pada gambar 3-4 terlihat arus yang mengalir didalam transistor PNP.
IC
IB
IE
VCB VEB VEE
VCC
RL
Gambar 3-4
Arus Dalam Transistor PNP JC JE
B
E C
P N P
IE IC
IpE
InE
ICBO
IpE - IPC1 IpCo
InCo
VEE VCC
Gambar 3-3
Transistor Sebagai Penguat
![Page 3: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/3.jpg)
III - 3
Arus emitter IE terdiri dari arus hole yang mengalir dari emitter ke base (IpE)
dan arus electron yang mengalir dari base ke emitter InE.
Jadi, IE = IpE + InE ……………………………….......…………… (3-2)
Pada gambar 3-4 terlihat bahwa tidak semua arus IpE terus mengalir ke kolektor, karena
sebagian dari hole akan berkombinasi dengan elektron pada base. Arus IpE yang sampai
ke kolektor disebut IpC1.
Bila terminal emitter dibuka, sedangkan JC diberi prategangan mundur, maka
arus pada kolektor hanya akan terdiri dari CBOI . Arus CBOI terdiri dari arus yang
disebabkan karena elektron (pembawa muatan minoritas) yang mengalir dari kolektor ke
base ( nCOI ) dan arus hole (pembawa muatan minoritas) yang mengalir dari base ke
kolektor, jadi dapat dituliskan persamaan berikut:
pCOnCOCBO III ...…………………………………......…………… (3-3)
Bila transistor bekerja pada daerah aktif, maka arus kolektor adalah:
EdcCBOpCCBOC IIIII 1
……………………………......………. (3-4)
dimana dc adalah perbandingan antara arus hole dari emitter yang sampai ke kolektor
dengan arus emitter total (IE).
Dari persamaan (3-4) dapat didefinisikan bahwa penguatan arus untuk sinyal besar untuk
common base, adalah perbandingan antara arus kolektor dengan arus emitter terhadap
harga cut-off nya )0( ECBOC danIII , seperti terlihat pada persamaan (3-5).
OI
II
E
CBOC
dc
………………………………………….....………... (3-5)
Karena IC dan IE mempunyai tanda berlawanan, maka dc selalu positif dan merupakan
fungsi dari arus IE, VCB dan temperatur.
Untuk membuat persamaan arus kolektor yang lebih umum, yaitu dimana junction
CJ diberi prategangan maju maupun prategangan mundur, maka akan digunakan
![Page 4: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/4.jpg)
III - 4
persamaan (2-1). ID pada persamaan (2-1), mengganti CBOI pada persamaan (3-4), dengan
tanda yang berlawanan, karena arus CBOI dan DI arahnya adalah berlawanan.
Persamaan (3-4) menjadi sebagai berikut:
)1(kT
VqIII CB
CBOEC ………………………………......……. (3-6)
Bila CBV adalah negatif dan jauh lebih besar dari q
kT, maka persamaan (3-6) menjadi
persamaan (3-4).
3-3. Konfigurasi Penguat Transistor
Sebelum membicarakan karakteristik statis transistor, maka akan dipelajari dahulu
ketiga macam konfigurasi penguat transistor, yaitu konfigurasi common-base, common
emitter dan common collector, yang selanjutnya dinyatakan dengan CB, CE dan CC.
Pada gambar (3-5) terlihat ketiga konfigurasi penguat transistor.
RL Out put In put
(a)
RL Out put In put
(b)
RL Out put In put
(c)
Gambar 3-5
Konfigurasi penguat
transistor
a). Common Base (CB)
b). Common Emiter (CE)
c). Common Collector (CC)
![Page 5: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/5.jpg)
III - 5
Pada penguat common base, terminal input adalah antara emitter dan base,
sedangkan terminal output adalah antara kolektor dan base. Jadi base merupakan titik
pertemuan antara terminal input dan output.
Pada penguat common emitter terminal input adalah antara base dan emitter,
sedangkan terminal output adalah antara antara kolektor dan emitter, sehingga emitter
menjadi titik pertemuan antara terminal input dan output.
Pada penguat common collector, terminal input adalah antara base dan
kolektor, sedangkan terminal output adalah antara emitter dan kolektor, sehingga kolektor
merupakan titik pertemuan antara terminal input dan output. Konfigurasi common
collector juga disebut emitter follower.
3 – 4. Karakteristik Common-Base
Dari persamaan (3-6) terlihat bahwa IC adalah fungsi dari IE dan VCB dan
persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut:
),(1 ECBC IVFI …………………………………………………......…. (3-7)
Persamaan (3-7) disebut persamaan karakteristik output (kolektor) statis.
Selain persamaan (3-7), transistor juga mempunyai persamaan karakteristik input
(emiter) statis seperti terlihat pada persamaan (3-8).
),(2 CBEEB VIfV …………………………………………......………... (3-8)
Pada persamaan (3-8) terlihat, bahwa bila VCB dan IE diubah-ubah, maka tegangan input
VEB akan berubah-rubah.
Pada gambar 3-8 dan 3-9 terlihat karakteristik input statis dan karakteristik
output statis untuk transistor germanium PNP.
VBB
IE
RL
IC
IB
VCC
VEB VCB
Gambar 3-7
Konfigurasi Common Base
![Page 6: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/6.jpg)
III - 6
Bentuk karakteristik output untuk CB seperti terlihat pada gambar 3-9 dan
akan diterangkan sebagai berikut. Pada gambar tersebut terlihat bahwa daerah kerja
transistor dapat dibagai tiga, yaitu daerah cut-off, daerah aktif dan daerah jenuh.
Transistor akan bekerja pada daerah aktif bila junction Jc mendapat tegangan mundur dan
junction JE mendapat tegangan maju. Bila junction JC dibuka, maka arus IE = 0 dan arus
IC = ICBO. Bila junction JE diberi tegangan maju, dan junction JC mendapat tegangan
mundur, maka arus kolektor adalah sama dengan pada persamaan (3-4), yaitu
EdcCBOc III . Jadi bila arus IE diperbesar, maka arus IC juga membesar, dan kurva
IE
VEB 0,4 0,2 0,6
10
20
30
40
50
0
VCB = 0 -3 -2 C-B terbuka (IC = 0)
IE = 0
IC
VCB
-10 10
20
30
40
50 mA
0
ICBO
-4 -2
-30
-20
-40
-50
-6
Daerah aktif
Daerah cut off
Daerah
jenuh
Gambar 3-8
Karakteristik Input Statis
Transistor PNP
Gambar 3-9
Karakteristik Output Statis
Transistor PNP
![Page 7: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/7.jpg)
III - 7
karakteristik bergeser ke atas. Harga arus Ic adalah sedikit lebih kecil daripada arus IE.
Bila harga mutlak tegangan VCB diperbesar, maka Ic akan bertambah sedikit. Jadi kurva
karakteristik tidak horisontal. Transistor akan berada pada daerah jenuh bila kedua
junction JC dan JE, mendapat tegangan maju. Karena junction JC mendapat tegangan maju,
maka arus IC akan berubah menjadi positif dan pada keadaan ini arus IC berubah dengan
cepat.
Transistor akan berada pada daerah cut-off yaitu dimana transistor tidak bekerja,
bila kedua junction JC dan JE mendapat tegangan mundur. Jadi batas daerah cut-off adalah
keadaan dimana arus IE = 0 dan IC = ICBO. dengan pemberian prategangan seperti pada
gambar 3-10 (a), maka lebar base efektif akan berubah, Bila tegangan VCB diperbesar,
maka lebar base efektif akan berkurang, dan arus base yang mengalir makin kecil, karena
makin sedikit hole dan emiter yang berkombinasi dengan elektron pada base. Base dari
transistor mempunyai resistansi yang disebut base-spreading resistance rbb’ dan besarnya
tergantung dari lebar base efektif, yaitu antara 50 ohm sampai 100 ohm.
3 – 5. Karakteristik Common-Emitter
Pada gambar 3-10, terlihat transistor PNP, dengan konfigurasi common-emitter.
Seperti pada konfigurasi common base maka untuk konfigurasi common-emitter
juga terdapat karakteristik input dan karakteristik output yang persamaannya adalah
sebagai berikut:
Karaktenistik input : VBE = f3 (IB , VCE) ……………….........………… ( 3-9 )
Karakteristik output : IC = f4 (VCE , IB) ……………………….........… (3-10)
Pada gambar 3-12 terlihat karakteristik input dan penguat common emitter.
Bila VCE = 0 dan junction JE mendapatkan tegangan maju (VBE = 0), maka terlihat bahwa
kurva karakteristik input adalah sama dengan karakteristik maju dan junction JE.
RL
VCC
VCE
IE
IB
IC
VBE E
B
Gambar 3-10
Konfigurasi Common Emiter
![Page 8: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/8.jpg)
III - 8
Harga mutlak tegangan VCE diperbesar, sedangkan tegangan VBE dibuat konstan,
maka karena adanya efek Early, arus IB akan mengecil. Pada Gambar 2-12 terlihat bahwa
kurva karakteristik input, bergeser ke atas, bila |VCE | diperbesar.
Pada gambar 3-13 terlihat karakteristik output dari penguat common emiter.
Gambar 3-12
Karakteristik input dari
penguat common emitter
Gambar 3-13
Karakteristik output dari penguat common-emiter
dengan garis beban dc
IC
VCE
IB = 0
IB
IB = IB(sat)
IB > IB(sat)
SATURASI
TITIK-SUMBAT
(CUTOFF)
Q
0 VCC
VCC
RC
GARIS BEBAN DC
IB
VBE
0,7
![Page 9: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/9.jpg)
III - 9
Dari rangkaian pada gambar 3-11 dengan Vcc = 10 Volt dan RL= 0,5 K ohm. Pada
gambar tersebut terlihat bahwa pada karakteristik output untuk common emitter juga
terdapat tiga daerah kerja, yaitu daerah cutoff, daerah aktif dan daerah jenuh.
Transistor berada pada daerah cutoff, bila junction JE dan JC mendapat
prategangan mundur dan pada daerah ini arus emitter IE = 0. Dari persamaan (3-1) dan
(3-4), bila IE = 0, maka didapat:
IC = -IB = ICBO ………………………………………………..........……. (3-11)
Transistor berada pada daerah aktif, bila junction JE mendapat prategang maju,
dan junction JC mendapat prategangan mundur. Pada daerah ini, perubahan arus input
(IB) yang kecil, akan memberikan perubahan arus output (Ic) yang besar. Bila IE pada
persamaan (3-1) disubstitusikan pada persamaan (3-4) didapat:
)( CBdcCBOC IIII
atau )1()1( dc
Bdc
dc
CBO
C
III
.………………………………….........………… (3-12)
dimana dc
dc
dc
1.….………………………………………........………… (3-13)
dc adalah penguatan arus untuk sinyal besar untuk penguat common-emitter. Bila dc
pada persamaan (3-13) disubstitusikan pada persamaan (3-12), didapat:
BdcCBOdcc III )1( ………………………………….........………... (3-14)
Dari persamaan (III.14), didapat:
)( CBOB
CBOC
dCII
II
……………………………………........…………... (3-15)
~ at
Karena biasanya IB jauh lebih besar dari ICBO, maka pada persamaan (3-14)
(1+ dc ) ICBO dapat diabaikan terhadap dc IB sehingga persamaan (3-14) menjadi
sebagai berikut:
BdcC II …………………................................................................................... (3-16)
FE
B
C
dc hI
I ………………......................................................................(3-17)
![Page 10: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/10.jpg)
III - 10
Pada persamaan (3-15) dan (3-17) terlihat bahwa penguatan arus untuk sinyal
besar adalah sama dengan penguatan arus dc. Misalkan dc berubah dari 0,98 menjadi
0,985, maka ßdc akan berubah dari 4998,01
98,0
menjadi 66
985,01
985,0
.
Jadi terlihat bahwa bila dc bertambah dengan 0,5 %, maka dc bertambah dengan
34 %.
Bila transistor bekerja pada daerah aktif, maka dari gambar 3-11 dapat dituliskan
persamaan dari beban dc sebagai berikut:
VCC + IC RL +VCE =0 ……………………................................................…. (3-18)
Bila VCE = 0, maka IC = L
CC
R
V dan bila IC = 0, maka VCE = VCC.
Misalkan rangkaian pada gambar 3-11 harga RL= 0,5 K ohm dan Vcc = 10
Volt, maka pada gambar 3-13 terlihat bahwa garis beban dc melalui titik (-10 V, 0 ) dan
(0, -20 mA). Transistor berada pada daerah jenuh bila junction JE dan JC mendapat
prategangan maju. Pada daerah ini, transistor mempunyai resistansi jenuh, yang biasanya
dinyatakan dengan RCES, RCS atau RCE,sat.
Harga resistansi jenuh adalah sama dengan tegangan antara kolektor dan emiter
pada keadaan jenuh VCES dibagi dengan arus kolektor pada keadaan tersebut. Pada
gambar 3-13, terlihat bahwa, resistansi jenuh dari transistor adalah sama, yaitu kira-kira
21 ohm, karena VCE,sat = - 0,4 Volt dan IC = -19 mA.
Pada gambar 3-14 terlihat bahwa, batas daerah jenuh dan aktif akan tergantung
dari harga-harga arus base IB.
IB = - 0,05 mA
IC
VCE
-10
0 -0,1
-30
-20
-40
-50
Garis beban
- 0,10
- 0,15
- 0,20
- 0,25
- 0,30
- 0,35
-0,2 -0,3 -0,4 -0,5
0
Gambar 3-13
Karakteristik output dari
penguat CE, untuk daerah
dengan tegangan rendah
![Page 11: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/11.jpg)
III - 11
Gambar 3-13 adalah karakteristik output dan penguat common-emitter untuk
harga tegangan rendah, jadi pada gambar ini skala tegangan diperbesar.
Bila hFE diketahui, maka dapat dihitung arus IB minimum (batas daerah jenuh)
supaya transistor berada pada keadaan jenuh. Pada daerah jenuh, arus kolektor adalah
kira-kira sebesar VCC/RL, sehingga dari persamaan (3-17) didapat:
FE
LCC
dc
C
Bh
RVII
/min
………………………...................................... (3-19)
Pada tabel 3-1 terlihat tegangan junction dari suaru transistor NPN pada suhu o25 C.
VoltV satCE VoltV satBE VoltV activeBE VoltV cutoffBE VoltV cutinBE
Si 0,2 0,8 0,7 0 0,5
Ge 0,1 0,3 0,2 -0,1 0,1
Contoh soal
Ditanyakan :
Selidikilah apakah transistor bekerja pada daerah aktif.
Pensamaan Kinchhoff untuk tegangan (KVL) pada rangkaian input adalah :
-5 V + 50 K IB + 0,7 V = 0 IB = 0,086 mA
IC BdcI = 100 x 0,086 mA = 8,6 mA
Persamaan Kirhhoff untuk tegangan (KVL) pada rangkaian output adalah
-10 V + 3K IC + VCE = 0 VCE = -15,8 Volt
VCB = VCE - VBE = - l5,8 V - 0,7 V = -15,l Volt.
Diketahui :
rangkaian pada gambar.
Transistor yang digunakan
adalah transistor Silikon dengan
dc = 100 dan ICBO = 20 nA
VCC = 10 Volt, VBB = 5 Volt
RB = 50 K Ohm dan
RC = 3 K Ohm
IC
VBB
VCC
VBE
VCE IB
Rb
Rc
![Page 12: Bagian III](https://reader035.vdokumen.com/reader035/viewer/2022081822/5695d3091a28ab9b029ca0ad/html5/thumbnails/12.jpg)
III - 12
karena tegangan VCB negatif, maka. JC mendapat prategangan maju jadi transistornya
berada pada keadaan jenuh.
Cara II :
Misalnya transistor berada pada keadaan jenuh.
KVL pada rangkaian input menjadi :
-5 V + 50 K IB + VBE sat = 0
IB = 0,084 mA
Pada keadaan jenuh, arus kolektor adalah kira-kira sama dangan :
VCC /RL = K
V
3
10 = 3,33 mA
Dari persamaan (III.19) didapat :
mAh
RVI
FE
Lcc
B 033,0100
33,3/min
Karena arus IB= 0,084 mA adalah lebih besar daripada IB min = 0,033 mA, maka transistor
berada pada keadaan jenuh.