http://fahmieinsteinpefsi.blogspot.com/2010/11/makalah-elektronika-dasar-1.html

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang.

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu

membentuk transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut

emitor, base dan kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor.

Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung

dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi

= 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali

menemukan transistor bipolar.

Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube).

Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil

sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin.

Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi

audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar.

Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen

seperti pada lampu pijar.

Dalam penulisan makalah ini penulis akan memaparkan tentang galvanometer jenis

balistik dan suspensi serta menjelaskan beberapa aspek penting yang terdapat pada

galvanometer.

1.2 Batasan Masalah.

Makalah ini membahas tentang transistor bipolar. Dalam makalah ini dijelaskan tentang teori

dari transistor bipolar, konfigurasi transistor bipolar, dan aproksimasi transistor.

1.3 Tujuan.

1. Mempelajari tentang transistor bipolar.

2. Mengetahui contoh-contoh transistor bipolar..

3. Mengetahui tentang teori transistor bipolar

4. Mengetahui tentang konfigurasi transistor bipolar.

5. Mengetahui tentang aproksimasi transistor.

1.4 Metode Penulisan.

Untuk mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, penulis menggunakan metode

kepustakaan, yaitu pada metode ini, penulis membaca buku-buku dan literatur serta mencari

informasi di internet yang berhubungan dengan penulisan makalah ini yaitu transistor bipolar.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Teori Transistor Bipolar.

Transistor adalah komponen aktif dari bahan semikonduktor. Fungsi utamanya dalam rangkaian

adalah memperkuat isyarat (isyarat lemah pada masukan dan dikuatkan pada keluaran). Teori

persambungan transistor di temukan pertama kali oleh William Schockley tahun 1951, sehingga

berkembang menjadi industri transistor. Kemudian berkembang pada penemuan IC sampai pada

piranti opto elektronika dan prosesor mikro.

Transistor merupakan dioda dengan dua sambungan (junction). Sambungan itu membentuk

transistor PNP maupun NPN. Ujung-ujung terminalnya berturut-turut disebut emitor, base dan

kolektor. Base selalu berada di tengah, di antara emitor dan kolektor. Transistor ini disebut

transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di

kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup.

Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor bipolar.

Akan dijelaskan kemudian, transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch

on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan

transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi

dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa

aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan

kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan

elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar.

Pada transistor terdapat tiga daerah kerja, yaitu:

a. Daerah mati (Cut Off)

Daerah mati merupakan daerah kerja saat transistor mendapat bias arus basis (Ib) > 0,

maka arus kolektor dengan basis terbuka menjadi arus bocor dari basis ke emitor (ICEO).

Hal yang sama dapat terjadi pada transistor hubungan kolektor-basis. Jika arus emitor

sangat kecil (IE = 0), emitor dalam keadaan terbuka dan arus mengalir dari kolektor ke

basis (ICBO).

b. Daerah aktif

Transitor dapat bekerja pada daerah aktif jika transistor mendapat arus basis (Ib) > 0.

Tetapi jika lebih kecil dari arus basis maksimalnya, keluaran arus kolektor akan berubah-

ubah sesuai dengan perubahan pemberian arus basisnya.

Gambar 2. Kurva karakteristik dan garis beban DC transistor

c. Daerah jenuh

Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh jika transistor mendapat arus basis (Ib) lebih

besar dari arus basis maksimalnya. Hal ini menimbulkan keluaran arus kolektor tidak

dapat bertambah lagi.

Prinsip pengoperasian transistor sebagai saklar memiliki dua keadaan, yaitu keadan tidak

bekerja (cut off) dan keadaan jenuh. Dimana perubahan keadaannya dapat berupa

perubahan tegangan ataupun arus.

Gambar 3. Konfigurasi transistor sebagai saklar

Saat Vin = 0, maka tidak ada arus yang mengalir pada Rb dan basis transistor sehingga

transistor dalam kondisi tidak bekerja. Tidak ada arus yang mengalir kecuali arus bocor,

sehingga kondisi ini identik dengan saklar terbuka (sambungan C-E terpisah) dan

menyebabkan beban RL tidak bekerja.

Saat Vin mendapat masukan yang cukup besar hingga dapat mengalirkan arus basis yang

cukup untuk transistor, maka transistor akan jenuh. Pada kondisi ini arus kolektor akan

mengalir (sambungan C-E) terhubung dan menyebabkan beban RL akan bekerja.

Pada saat transistor jenuh arus yang mengalir pada beban RL adalah:

Besarnya arus basis dapat dicari dengan persamaan:

2.1.1 Bias DC.

Transistor bipolar memiliki 2 junction yang dapat disamakan dengan penggabungan 2 buah

dioda. Emiter-Base adalah satu junction dan Base-Kolektor junction lainnya. Seperti pada dioda,

arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif, yaitu hanya jika tegangan pada material

P lebih positif daripada material N (forward bias). Pada gambar ilustrasi transistor NPN berikut

ini, junction base-emiter diberi bias positif sedangkan base-colector mendapat bias negatif

(reverse bias).

Gambar 4. Arus elektron transistor npn

Karena base-emiter mendapat bias positif maka seperti pada dioda, elektron mengalir dari emiter

menuju base. Kolektor pada rangkaian ini lebih positif sebab mendapat tegangan positif. Karena

kolektor ini lebih positif, aliran elektron bergerak menuju kutup ini. Misalnya tidak ada kolektor,

aliran elektron seluruhnya akan menuju base seperti pada dioda. Tetapi karena lebar base yang

sangat tipis, hanya sebagian elektron yang dapat bergabung dengan hole yang ada pada base.

Sebagian besar akan menembus lapisan base menuju kolektor. Inilah alasannya mengapa jika

dua dioda digabungkan tidak dapat menjadi sebuah transistor, karena persyaratannya adalah

lebar base harus sangat tipis sehingga dapat diterjang oleh elektron.

Jika misalnya tegangan base-emitor dibalik (reverse bias), maka tidak akan terjadi aliran elektron

dari emitor menuju kolektor. Jika pelan-pelan 'keran' base diberi bias maju (forward bias),

elektron mengalir menuju kolektor dan besarnya sebanding dengan besar arus bias base yang

diberikan. Dengan kata lain, arus base mengatur banyaknya elektron yang mengalir dari emiter

menuju kolektor. Ini yang dinamakan efek penguatan transistor, karena arus base yang kecil

menghasilkan arus emiter-colector yang lebih besar. Istilah amplifier (penguatan) menjadi salah

kaprah, karena dengan penjelasan di atas sebenarnya yang terjadi bukan penguatan, melainkan

arus yang lebih kecil mengontrol aliran arus yang lebih besar. Juga dapat dijelaskan bahwa base

mengatur membuka dan menutup aliran arus emiter-kolektor (switch on/off).

Pada transistor PNP, fenomena yang sama dapat dijelaskan dengan memberikan bias seperti pada

gambar berikut. Dalam hal ini yang disebut perpindahan arus adalah arus hole.

Gambar 5. arus hole transistor pnp

Untuk memudahkan pembahasan prinsip bias transistor lebih lanjut, berikut adalah

terminologi parameter transistor. Dalam hal ini arah arus adalah dari potensial yang lebih besar

ke potensial yang lebih kecil.

Gambar 6. arus potensial

Dimana:

IC : arus kolektor

IB : arus base

IE : arus emitor

VC : tegangan kolektor

VB : tegangan base

VE : tegangan emitor

VCC : tegangan pada kolektor

VCE : tegangan jepit kolektor-emitor

VEE : tegangan pada emitor

VBE : tegangan jepit base-emitor

ICBO : arus base-kolektor

VCB : tegangan jepit kolektor-base

Perlu diingat, walaupun tidak perbedaan pada doping bahan pembuat emitor dan kolektor,

namun pada prakteknya emitor dan kolektor tidak dapat dibalik.

Gambar 7. Penampang transistor bipolar

2.1.2 Transistor Tak Bias.

Jika Belum diberi pembiasan, maka transistor mempunyai sifat:

a. Pembawa mayoritasnya belum bergerak melewati function.

b. Elektron bebas berdifusi melewati function yang menghasilkan dua lapisan deplesi

(pengosongan). Setiap lapisan deplesi mempunyai potensial penghalang atau potensial

barrier 0,6 – 0,7 V untuk bahan Sid an 0,2 – 0,3 V untuk bahan Ge pada suhu 250C.

Dengan doping yang berbeda, maka lapisan deplesi mempunyai lebar yang tidak sama.

Makin banyak di doping, makin besar konsentrasi ion dekat junction berarti lapisan deplesi

sedikit menembus emitter yang didoping lebih banyak, sedangkan di basis sangat banyak karena

di doping sangat sedikit. Karena ada dua lapisan pengosongan, maka ada uda bukit energi

electron pita konduksi dalam emiter yang mana tidak cukup energi untuk memasuki basis (harus

dibias maju untuk merendahkan bukit energi).

2.2 Konfigurasi Transistor Bipolar.

Pembiasan pada transistor dapat dilakukan dalam tiga konfigurasi:

1. Common Base (CB) yaitu pembiasan dimana basis digunakan bersama oleh kolektor dan

emitter (basis sebagai gorund).

2. Common Emitter (CE) yaitu pembiasan dimana emitter digunakan bersama-sama oleh

basis dan kolektor (emitter sebagai ground).

3. Common Collector (CC) yaitu pembiasan dimana kolektor digunakan bersama-sama oleh

basis dan emitter. Konfigurasi ini disebut juga emitter follower (pengikut emitter).

Penguatan CC kurang dari satu, impedansi masukan tinggi, impedansi keluaran rendah

dan dapat digunakan sebagai penyangga untuk mengatasi ketidaksesuaian pada alih

tegangan.

2.2.1 Konfigurasi Common Base.

Penamaan common base berasal dari kondisi dimana basis digunakan

bersama dalam input dan output.

Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang kecil dan menghasilkan

arus kolektor yang hampir sama dengan arus input dengan impedansi yang

besar. Konfigurasi ini biasanya digunakan sebagai buffer. Konfigurasi

common base ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 8. Konfigurasi Common Base.

Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah:

Resistansi outputnya adalah:

Faktor penguatan keseluruhan adalah:

dengan, adalah resistansi sumber sinyal input dan adalah

transkonduktansi.

Gambar 9. Konfigurasi Grounded-base

Gambar di atas menunjukkan konfigurasi grounded-base, yang dinamakan juga common-

base. Pada transistor pnp, komponen utama arusnya adalah hole. Karena hole mengalir dari

emitor menuju kolektor, dan sebagian menuju ground pada terminal basis, maka IE bernilai

positif, IC bernilai negatif, dan IB bernilai negatif. Unttuk junction emitor yang terbias maju, VEB

bernilai positif, dan untuk junction kolektor terbias mundur, VCB bernilai negatif.

Pada transistor npn, seluruh polaritas arus dan tegangan merupakan kebalikan dari

transistor pnp.

Terlihat bahwa arus output, IC sepenuhnya ditentukan oleh arus input (IE) dan tegangan

output (kolektor ke basis) VCB = VC . Output ini secara implisit dapat ditulis sbb. :

IC = φ2 (VCB, IE) (5.9)

(Baca : IC merupakan fungsi φ2 dari VCB dan IE).

Gambar 10. Output Konfigurasi Commom Base dari Transistor PNP.

Demikian juga jika VCB dan IE kita perlakukan sebagai variabel independen, tegangan

input (emitor ke basis) VEB sepenuhnya ditentukan oleh kedua variabel independen tersebut.

Bentuk implisit karakteristik input ini adalah :

IEB = φ1 (VCB, IE)

Gambar 11. Input Common Base Transistor PNP

Pada gambar tersebut diplot tegangan emitor-basis VEB terhadap arus emitor IE, dengan

parameter tegangan kolektor-basis, VCB. Kurva ini dinamakan karakteristik stats input atau

karakteristik statis emitor.

Jika sebelumnya, pada gambar 5.3, ruang sempit yang ditempati oleh muatan di sekitar

junction diabaikan, maka pada diskusi ini akan diperhatikan secara mendalam. Dari persamaan

3.21 diketahui bahwa depletion region W pada dioda akan bertambah jika tegangan reverse

ditingkatkan. Karena junction emitor mendapat bias-maju, sementara junction kolektor mendapat

bias mundur pada active region, maka lebar barrier pada JE relatif bisa diabaikan dibandingkan

dengan konsentrasi muatan pada JC.

Ingat kembali bahwa pada area transisi (depletion region), terdapat tumpukan ion pada

kedua sisi junction. Jika tegangan (reverse) dinaikkan, area transisi akan melebar ke arah basis

dan kolektor. Karena netralitas muatan harus dipertahankan, jumlah muatan pada kedua sisi

harus sama. Karena doping pada basis biasanya lebih kecil dari kolektor, penetrasi daerah

transisi ke wilayah basis jadi lebih besar daripada apa yang terjadi pada kolektor. Dengan

demikian, depletion region pada daerah kolektor dapat diabaikan.

Gambar 12. Variasi Potensial dan Area Transisi PNP.

Ingat kembali bahwa pada area transisi (depletion region), terdapat tumpukan ion pada

kedua sisi junction. Jika tegangan (reverse) dinaikkan, area transisi akan melebar ke arah basis

dan kolektor. Karena netralitas muatan harus dipertahankan, jumlah muatan pada kedua sisi

harus sama. Karena doping pada basis biasanya lebih kecil dari kolektor, penetrasi daerah

transisi ke wilayah basis jadi lebih besar daripada apa yang terjadi pada kolektor. Dengan

demikian, depletion region pada daerah kolektor dapat diabaikan.

Jika lebar basis metalurgik adalah WB, maka lebar basis efektif pada saat junction diberi

tegangan adalah WB' = WB – W. Modulasi terhadap lebar basis efektif yang disebabkan oleh

tegangan kolektor ini, dinamakan efek Early. Penyempitan WB' karena peningkatan tegangan

reverse pada kolektor akan menimbulkan tiga konsekuensi :

Pertama, peluang terjadinya rekombinasi di basis menjadi lebih kecil. Berarti, α akan

meningkat jika |VCB| meningkat. Ke dua, gradien konsentrasi carrier minoritas pn akan

meningkat di dalam basis. Perhatikan bahwa pn menjadi nol pada posisi d (di antara WB' dan

WB), dimana potensial terhadap basis akan jatuh di bawah V0. Pada jarak ini, potensial efektif

akan menjadi negatif, dan hukum junction, akan menghasilkan pn = 0. Karena arus hole yang

terinjeksi melalui emitor proporsional terhadap gradien pn di JE, maka IE akan meningkat jika

tegangan balik pada kolektor dinaikkan. Ketiga, jika tegangan pada kolektor ekstrim sangat

besar, WB' mendekati nol, yang akan menimbulkan tegangan breakdown pada transistor.

Fenomena ini dinamakan punch-through.

Pemahaman kualitatif mengenai karakteristik input dan output transistor tidak akan

menjadi sulit, jika kita menganggap transistor terdiri atas dua dioda yang saling berhadapan

(kedua katodanya saling bertemu). Pada daerah aktif (active region), dioda input (emitor ke

basis) mendapat bias maju. Karakteristik input pada dasarnya menunjukkan karakteristik dioda

emitor-basis pada berbagai tegangan kolektor. Satu hal penting mengenai karakteristik input

yaitu adanya tegangan cutin, offset, atau treshold, Vγ, dimana untuk tegangan di bawah Vγ, arus

emitor IE menjadi sangat kecil. Pada umumnya, Vγ, bernilai sekitar 0,1 V untuk transistor

germanium (Gb.5.7) dan 0.5 V untuk silikon.

Bentuk karakteristik input dapat dipahami jika kita menyadari suatu kenyataan bahwa

peningkatan nilai tegangan kolektor akan menimbulkan peningkatan arus emitor (efek Early),

sementara nilai VEB tidak berubah. Kenaikan nilai |VCB| akan menggeser kurva ke bawah.

Kurva dengan kolektor terbuka (tegangan kolektor = 0 V) identik dengan karakteristik dioda

emitor yang terbias maju.

Merupakan suatu hal yang biasa untuk membuat plot secara terbalik seperti pada gambar

5.6, dimana polaritas negatif VCB (karena reverse bias) diplot pada absis kanan (biasanya absis

ini untuk polaritas positif). Jika IE = 0, arus kolektor menjadi IC = IC0. Untuk nilai IE yang lain,

arus reverse pada dioda-output diperkuat oleh sejumlah fraksi arus dari dioda-input (yang terbias

maju). Perhatikan bahwa IC dan IC0 bernilai negatif untuk transistor pnp dan positif untuk npn.

Di dalam daerah ini, junction kolektor mendapat bias mundur dan junction emitor

mendapat bias maju. Anggap dulu bahwa arus emitor bernilai nol. Dalam keadaan ini, arus

kolektor kecil dan sama dengan arus saturasi balik IC0 (mikroamper untuk germanium dan

nanoampere untuk silikon) dan junction ini berlaku seperti dioda. Andaikan sekarang terdapat

arus emitor IE. Satu fraksi arus sebesar -αIE akan mencapai kolektor, dan arus IC. Di dalam

daerah aktif (active region), arus kolektor independen terhadap tegangan kolektor dan hanya

tergantung pada arus emitor. Namun demikian, karena efek Early, terdapat pengaruh |VCB|

berupa kenaikan |IC| walaupun hanya 0,5 persen. Karena α lebih kecil dari satu (tapi mendekati

satu), arus kolektor sedikit lebih kecil dari arus emitor.

Daerah dimana junction emitor maupun kolektor mendapat bias maju (forward biased)

dinamakan daerah saturasi. Daerah ini terdapat di bagian kiri ordinat, dimana VCB = 0 dan di

atas karakteristik IE = 0. Di sini dapat dikatakan terjadi proses "bottoming" karena tegangan

akan merosot drastis hingga mendekati dasar, pada saat VCB ≈ 0. Sebenarnya VCB di daerah ini

bernilai positif (untuk pnp, walau nilainya kecil), dan bias maju pada kolektor ini menimbulkan

perubahan arus kolektor yang besar melalui perubahan tegangan kolektor yang kecil. Dalam

keadaan terbias maju, IC naik secara eksponensial terhadap tegangan mengikuti hubungan dioda.

Bias maju dapat diartikan bahwa sisi p (kolektor) dibuat lebih positif dibandingkan dengan sisi n

(basis), sehingga terjadi aliran hole dari kolektor (p) menuju basis (n). Dengan demikian arus

kolektor akan naik secara drastis dan IC dapat bernilai positif jika bias maju bernilai cukup besar.

Karakteristik untuk kondisi dimana IE = 0 melewati titik origin, namun dalam hal lain

sama seperti karakteristik-karakteristik lain. Karakteristik ini sebenarnya tidak berihimpitan

dengan sumbu tegangan, namun hal ini sulit untuk diperlihatkan mengingat IC0 bernilai hanya

beberapa nano- atau mikroamper. Daerah di bawah IE = 0, dimana junction emitor dan kolektor

sama-sama terbias mundur dinamakan cutoff region.

2.2.2 Konfigurasi Common Emitter.

Konfigurasi common-emitter, yang menggunakan emitor sebagai terminal common untuk

input dan output, lebih sering digunakan pada rangkaian transistor dibandingkan dengan

common-base. Pada konfigurasi common-emitter (seperti juga pada common-base), arus input

dan tegangan output dijadikan variabel independen, sementara tegangan input dan arus output

merupakan variabel independen. Hal ini dapat dinyatakan sbb. :

VBE = f1(VCE,IB) (5.11)

IC = f2(VCE, IB) (5.12)

Persamaan diatas menggambarkan hubungan pada kurva karakteristik input. Pada grafik

terlihat kurva untuk beberapa nilai arus basis IB. Jika arus IB konstan, arus kolektor tidak terlalu

sensitif terhadap VCE. Perhatikan juga bahwa arus basis jauh lebih kecil dari arus emitor.

Lokus semua titik dimana disipasi kolektor bernilai 150 mW ditunjukkan pada gambar

5.10 dalam bentuk garis PC = 150 mW. Kurva ini berbentuk hiperbola PC = VCB IC ≈ VCEIC =

konstan. Pada bagian kanan kurva ini, disipasi kolektor jadi berlebihan. Untuk gambar di bawah,

digunakan RL = 500 Ω dan sumber tegangan VCC = 10V, dimana garis bebannya digambarkan

pada karakteristik output. Cara membuat garis beban sama seperti yang digunakan pada dioda.

Gambar 13. Output Konfigurasi Common Emitter Pada Transistor PNP.

Pada gambar 14, absis merupakan arus basis IB dan ordinat adalah tegangan basis-emitor,

VBE. Kurva dibuat untuk beberapa nilai tegangan kolektor-emitor VCE.

Gambar 14. Input Konfigurasi Common Emitter Transistor PNP

Jika kolektor dihubungkan secara langsung (shorted) ke emitor dan emitor diberi bias

maju, maka karakteristik input menyerupai karakteristik dioda terbias maju. Jika VBE bernilai nol,

maka IB juga nol, karena dalam kondisi ini, junction emitor dan kolektor akan terhubung (short-

circuited).

Secara umum, kenaikan |VCE| dengan VBE konstan menimbulkan penyempitan basis WB'

(gambar 5.8) dan menyebabkan berkurangnya arus rekombinasi pada basis. Hal ini menentukan

bentuk kurva karakteristik input, yang ditunjukkan oleh gambar 14.

Karakteristik input untuk transistor silikon mirip dengan gambar 14. Satu-satunya

perbedaan pada silikon adalah kurva arus meningkat pada rentang tegangan 0,5 – 0,6 V,

sementara pada germanium 0,1 – 0,2 V.

Kurva karakteristik ini dapat dibagi atas tiga bagian, seperti yang dilakukan pada

konfigurasi CB (Common Base), yaitu active region, cutoff region, dan saturation region. Yang

pertama akan di bahas di sini, sementara dua lainnya akan dibahas di subbagian lain.

Pada active region, junction kolektor mendapat bias mundur dan junction emitor

mendapat bias maju. Pada gambar 13, active region adalah daerah di sebelah kanan ordinat VCE =

persepuluhan volt dan di atas IB = 0. Pada daerah ini, arus output transistor sangat sensitif dalam

merespon sinyal input. Jika transistor digunakan sebagai perangkat penguat dengan distorsi kecil,

transistor harus dijaga agar tetap bekerja dalam daerah ini.

Karakteristik common-emitter pada daerah aktif dapat dipahami dengan mudah didasari

oleh pembahasan sebelumnya mengenai konfigurasi common-base. Dari hukum Kirchoff untuk

arus (KCL), arus basis :

IB = -(IC + IE) (6.13)

Jika persamaan ini digabung akan diperoleh :

α−α+α−=11BCOCIII (6.14)

Jika β didefinisikan sebagai berikut :

α−α≡β1 (6.15)

maka menjadi

IC = (1 + β)ICO + βIB (6.16)

Perhatikan bahwa biasanya IB >> ICO, dan oleh karena itu IC ≈ βIB pada active region.

Jika α benar-benar konstan, maka menurut pers IC independen terhadap VCE dan kurva

menjadi horisontal. Asumsikan (karena efek Early) α naik sebesar 0,5% dari 0,98 menjadi 0,985,

karena kenaikan |VCE| sebesar beberapa volt hingga 10 V.

Dalam keadaan ini, β naik dari 0,98/(1 – 0,98) = 49 hingga 0,985/(1 – 0,985) = 66, atau

sekitar 34 persen. Contoh numerik ini menunjukkan bahwa perubahan α yang sangat kecil akan

merefleksikan perubahan β sebesar 34%.

Dari sini jelas bahwa perubahan kecil terhadap α menimbulkan efek besar terhadap β,

demikian juga terhadap kurva common-emitter. Oleh karena itu, karakteristik common-emitter

biasanya menjadi subyek perubahan parameter pada transistor. Variabilitas ini disebabkan oleh

sebuah kenyataan bahwa IB adalah selisih antara IE dan IC.

Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang sedang, transkonduktansi

yang tinggi, resistansi output yang tinggi dan memiliki penguatan arus (AI)

serta penguatan tegangan (AV) yang tinggi. Secara umum, konfigurasi

common emitter digambarkan oleh gambar rangkaian di bawah ini.

Gambar 15. Konfigurasi Common Emitter Secara Umum.

Untuk menentukan penguatan teoritis-nya, terlebih dahulu akan kita

hitung resistansi input dan outputnya. Resistansi Input (Ri) adalah nilai

resistansi yang dilihat dari masukan sumber tegangan vi. Perhatikan bahwa

Rs adalah resistansi dalam dari sumber tegangan. Sedangkan Resistansi

Output (Ro) adalah resistansi yang dilihat dari keluaran.

Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model-π, maka rangkaian

dapat menjadi seperti gambar berikut ini.

Gambar 16. Rangkaian Model- π

Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah:

Ri = RB // rπ

Jika RB >> rπ maka resistansi input akan menjadi :

Ri ≈ rπ

Kemudian, untuk menentukan resistansi output konfigurasi CE, kita buat

Vs = 0, sehingga gmvπ = 0, maka:

RO = RC // ro

untuk komponen diskrit yang RC <<>o, persamaan tersebut menjadi

RO ≈ RC

Dan untuk faktor penguatan tegangan, Av merupakan perbandingan

antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan:

Jika terdapat resistor Re yang terhubung ke emiter, maka berlaku:

Ri = RB//rπ(1 + gmRe)

RO ≈ RC

2.2.3 Konfigurasi Common Collector.

Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik

untuk digunakan pada beban dengan resistansi yang kecil. Oleh karena itu,

konfigurasi ini biasanya digunakan pada tingkat akhir pada penguat

bertingkat. Konfigurasi common collector ditunjukkkan oleh gambar berikut

ini.

Gambar 17. Konfigurasi Common Collector.

Pada konfigurasi ini berlaku:

Resistansi input:

Resistansi output:

Faktor penguatan:

2.3 Aplikasi Transistor.

2.3.1 Transistor Sebagai Saklar

Ketika transistor sebagai saklar, maka transistor berperan mengalirkan

arus dari kolektor ke emitter atau sebaliknya menghentikan arus yang

menglir dari kolektor ke emiter. Pengaturnya adalah arus basis (tergantung

dari besarnya arus yang mengalir dari basis). Arus yang mengalir dari kaki

basis diatur oleh teg angan basis-emiter. Ketika tidak ada arus (arus di basis

sangat kecil) transistor tidak bekerja, sehinga arus yang mengalir dari

kolektor ke emitter sangat kecil dan transistor dalam posisi off. Jika tegangan

basis emitter diperbesar melebihi tegngan ambang, maka arus yang

melewati basis cukup besar sehingga transistor akan berfungsi (posisi on).

Persamaan yang berlaku untuk transistor sebagai skalar adalah:

atau

2.3.2 Transistor Sebagai Penguat arus

Arus kecil yang mengalir pada basis mengendalikan arus yang lebih

besar agar mengalir dari kolektor ke emitter transistor. Jadi transistor

berfungsi sebagai penguat,yaitu perubahan kecil pada arus basis

menimbulkan perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke

emitter transistor. Perbandingan arus kolektor dengan arus basis disebut

penguatan arus yang disimbolkan atau hFE yaitu hFE = Ic/Ib.

2.3.3 Transistor Sebagai Penguat Tegangan AC

Terdapat dua macam transistor yang di produksi untuk pemakaian

umum yaitu jenis TUN (Transistor universal npn) atau TUP (Transistor

Universal pnp). Penggunaan transistor ini pada umumnya dalam frekuensi

rendah dimana jenis dan bentuknya ditunjukkan pada tabel:

No NPN (TUN) PNP (TUP)

1 BC107 BC177

2 BC108 BC178

3 BC109 BC179

4 2N3856A BC204

Tabel 1. Beberapa Bentuk Transistor Bipolar.

Setiap transistor selalu mempunyai kode tertentu menurut pabrik

pembuatnya.agar tidak keliru dalam pemakaiannya, perlu diketahui makna

kode dan hendaknya diketahui lembaran data (data sheetnya). Berikut kode

transistor buatan Eropa:

Huruf pertama,menunjukkan material semikonduktor yang digunakan

a. germanium

b. Silikon

c. arsenidagallium(komponenserupa)

d. antimonidaindium

e. sulfida cadmiaum (komponen serupa)

Huruf Kedua menunjukkan aplikasi piranti diantaranya

a. dioda detector, kecepatan tinggi

b. dioda dengan kapasitas variabel

c. transistor frekuensi rendah

d. transistor daya, frekuensi rendah

e. transistor daya, frekuensi radio

Huruf atau angka lainnya adalah nomor seri

Misalnya: AC125

Dalam merancang dan mengnalisa transistor beberapa hal yang perlu

diperhatikan:

a. jenis transistor npn atau pnp. Hal ini menyangkut polaritas

tegangandan untuk menyangkut harga Vbe dan Vce pada

keadan akti, jenuh, dan mati.

b. Kemampuan daya maksimum untuk mengetahui tegangan dan

arus pada titik operasi

c. Harga maksimum Ic dan Vcb

d. Icbo dan Iceo diprlukan jika rangkaian harus bekerja pada suhu

yang tidak konstan.