Rangkaian penguat transistor, common emitor, common basis, common colector

Tuesday, January 21, 2014 TRANSISTOR - BJT
Transistor adalah piranti atau komponen elektronika aktif yang mempunyai tiga terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor. Transistor dapat bersifat isolator atau konduktor, kemampuan transistor ini memungkinkan transistor digunakan untuk "switching" (pada elektronika digital) atau "amplification (penguatan)" (pada elektronika analog).
Transistor adalah sebuah akronim dari "Transfer Resistor" yang menggambarkan fungsinya, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara terminalnya dapat diatur.

Gambar Pinout Transistor (Transistor Package)


Gambar Jenis-jenis Transistor

Transistor Bipolar - Bipolar Junction Transistor (BJT)
Konstruksi Transistor bipolar
Transistor Bipolar - Bipolar Junction Transistor (BJT) memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C).
Bipolar Junction Transistor (BJT) dibentuk dari 2 buah "P-N Junction", sehingga transistor ini dapat dianalogikan sebagai penggabungan 2 buah dioda. "P-N Junction" pertama adalah Emiter-Basis dan "P-N junction" kedua adalah Basis-Kolektor. Seperti pada dioda, arus hanya akan mengalir hanya jika diberi bias positif (forward bias). Jadi untuk bekerja transistor juga membutuhkan arus bias. Jadi prinsip kerja transistor adalah arus bias basis-emiter yang kecil mengatur besar arus kolektor-emiter.
Ada dua jenis konstruksi transistor bipolar yaitu PNP dan NPN, beda keduanya terletak pada susunan semikonduktor tipe-P dan tipe-N transistor tersebut. Dengan perbedaan susunan ini maka operasi kedua transistor ini juga berbeda. Simbol antara BJT jenis PNP dan NPN juga berbeda, PNP mempunyai symbol dengan tanda panah pada emitter ke arah dalam sedangkan NPN sebaliknya panah pada emitter berarah keluar.
Bipolar Junction Transistor (BJT) merupakan "current-amplifying device", artinya BJT mengontrol jumlah arus yang mengalir pada basis dengan cara mengatur arus yang mengalir pada kolektor.


Gambar. Kontruksi Transistor PNP dan Transistor NPN
Mode Operasi BJT

Gambar Kurva Hubungan VCE, IC dan IB
Berdasarkan kurva Hubungan VCE, IC dan IB ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.
Tabel. Mode Operasi Transistor Bipolar
Electrode
Voltages
Mode
Junction
Emitter-Base
Junction
Collector-Base
Function
E < B < C
Aktif
Forward bias
Reverse bias
Normal Amplifier (Sering digunakan)
E > B < C
Cut-off
Reverse bias
Reverse bias
Open switch
E < B > C
Saturation
Forward bias
Forward bias
Close switch
E > B > C
Breakdown
Reverse bias
Forward bias
Low gain amplifier

Ket
Daerah Aktif >> Transistor beroperasi sebagai penguat dan Ic = β.Ib
Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, yaitu ketika arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).
Saturation >> Transistor "fully-ON", Ic = I(saturation)
Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon). Ini diakibatkan oleh efek p-n junction kolektor-basis yang membutuhkan tegangan yang cukup agar mampu mengalirkan elektron sama seperti dioda.
Cut-off >> Transistor menjadi "fully-OFF", Ic = 0
Daerah dimana Vce masih cukup kecil sehingga Arus IC = 0 atau IB = 0. Transistor dalam kondisi off
Daerah Breakdown
Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40 V, arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCE max yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi.

Konfigurasi Bipolar Junction Transistor
Karena Bipolar Transistor merupakan komponen atau piranti yang mempunyai tiga terminal, maka dimungkinkan memiliki 3 konfigurasi rangkaian yaitu common base, common collector dan common emitter, ketika merancang suatu rangkaian transistor tiga konfigurasi inilah yang digunakan. Perancangan rangkaian transistor mengacu pada sifat dan karakteristik masing-masing konfigurasi transistor.
Perancangan rangkaian transistor biasanya mengacu pada beberapa parameter berikut:
· Voltage Gain (Penguatan Tegangan)
· Current Gain (Penguatan Arus)
· Impedansi input
· Impedansi output
· Frekuensi respon

Tabel. Rangkuman konfigurasi transistor dan karakteristiknya
Transistor Configuration
Common Base
Common Collector
Common Emitter
Voltage gain
High
Low
Medium
Current gain
Low
High
Medium
Power gain
Low
Medium
High
Input / output phase
0°
0°
180°
Input resistance
Low
High
Medium
Voltage gain
High
Low
Medium

Setiap konfigurasi mempunyai respon yang berbeda untuk setiap sinyal input dalam rangkaian
1. Common Base Configuration - Mempunyai "Voltage Gain" tanpa "Current Gain".
Konfigurasi transistor penguat basis biasanya digunakan pada aplikasi di mana diperlukan impedansi input yang rendah.
2. Common Emitter Configuration - Mempunyai "Current dan Voltage Gain".
Konfigurasi transistor penguat emiter merupakan konfigurasi transistor yang paling banyak digunakan. Konfigurasi ini sering terlihat sebagai format umum untuk transistor penguat tegangan. Konfigurasi transistor penguat emiter digunakan untuk penguat dan sebagai output logika.
3. Common Collector Configuration - Mempunyai "Current Gain Tanpa Voltage Gain".
Konfigurasi transistor penguat collector digunakan pada banyak aplikasi. konfigurasi CC ini bisa berfungsi sebagai buffer.


Gambar. Konfigurasi rangkaian CB, CE dan CC
Karakteristik Arus Bipolar Junction Transistor
Alpha (α) >> αdc = IC/IE
Alpha (α) adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor. idealnya besar α dc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada di pasaran memiliki αdc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.
Beta (β) >> β = IC/IB
Beta (β) didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus basis. Artinya Beta (β)adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor.

Posted by [MFNST] at 12:00 AM





Konfigurasi Transistor Bipolar

Secara umum terdapat tiga macam konfigurasi rangkaian transistor, yaitu konfigurasi basis bersama (common-base), konfigurasi emitor bersama (common-emitter), dan konfigurasi kolektor bersama (common-collector). Istilah bersama dalam masing-masing konfigurasi menunjuk pada terminal yang dipakai bersama untuk input (masukan) dan output (keluaran). Gambar dibawah menunjukkan tiga macam konfigurasi tersebut.

Pada konfigurasi basis bersama (common base = CB) sinyal input dimasukkan ke emitor dan sinyal output diambil pada kolektor dengan basis sebagai ground-nya. Faktor penguatan arus pada basis bersama disebut dengan ALPHA (α). αdc (alpha dc) adalah perbandingan arus IC dengan arus IE pada titik kerja. Sedangkan αac (alpha ac) atau sering juga disebut alpha (α) saja merupakan perbandingan perubahan IC dengan IE pada tegangan VCB tetap berlaku rumusan.


Dari diagram aliran arus pada gambar diatas dapat diketahui bahwa harga α adalah kurang dari satu, karena arus IE sebagian dilewatkan menjadi IB dan lainnya menuju kolektor menjadi IC. Harga tipikal dari α adalah 0,90 hingga 0,998. Umumnya harga α untuk setiap transistor dicantumkan dalam datasheet.

Dengan memasukan arus bocor ICBO kedalam perhitungan, maka besarnya arus IC menjadi:

Pada konfigurasi emitor bersama (common emitter = CE) sinyal input diumpankan pada basis dan output diperoleh dari kolektor dengan emitor sebagai groundnya. Faktor penguatan arus pada emitor bersama disebut dengan BETA (β). Seperti halnya pada α, istilah β juga terdapat βdc (beta dc) maupun βac (beta ac). Definisi βac(atau β saja) dengan VCE konstan adalah:


Istilah β sering dikenal juga dengan hfe yang berasal dari parameter hibrid untuk faktor penguatan arus pada emitor bersama. Data untuk harga hfe maupun β ini lebih banyak dijumpai dalam berbagai datasheet dibanding dengan α. Umumnya transistor mempunyai harga β dari 50 hingga lebih dari 600 tergantung dari jenis transistornya.

Dalam perencanaan rangkaian transitor perlu diperhatikan bahwa harga β dipengaruhi oleh arus kolektor. Demikian pula variasi harga β juga terjadi pada pembuatan di pabrik. Untuk dua tipe dan jenis transistor yang sama serta dibuat dalam satu pabrik pada waktu yang sama, belum tentu mempunyai β yang sama. Hubungan antara α dan β dapat dikembangkan melalui beberapa persamaan berikut:


Sehingga
dan diperoleh persamaan β adalah :

Dengan memasukan arus bocor ICBO kedalam perhitungan, maka besarnya arus IC dalam kaitannya dengan α. Sedangkan arus IC dalam hubungannya dengan β dapat dijelaskan sebagai berikut.

Dalam persamaan di atas terdapat arus bocor sebesar (β + 1)ICBO atau sering disebut dengan istilah ICEO . Arus bocor ICEO ini adalah arus kolektor ke emitor dengan basis terbuka. Arus bocor ICBO dan ICEO dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah.


Penguat transistor
Penguat adalah suatu peranti yang berfungsi menguatkan daya sinyal masukan. Salah satu syarat yang dituntut pada penguat adalah bahwa sinyal keluaran harus tepat benar bentuknya seperti sinyal masukan, hanya saja amplitudo-nya lebih tinggi. Kalau bentuk sinyal keluaran tidak tepat sama dengan sinyal masukan, meskipun beda bentuk ini hanya kecil saja, maka dikatakan sinyal keluarannya cacat.
Prinsip Penguat

Penguat paling sederhana terdiri dari satu buah transistor. Ada tiga kemungkinan pemasangan transistor sebagai penguat, yaitu : Emitor Bersama (Common Emiter), Kolektor Bersama (Common Collector),Basis Bersama (Common Base).
Masing-masing pola diatas mempunyai karakteristik yang berbeda. Perbandingan antara ketiga pola tersebut dapat dilihat pada tabel berikut :


Harga-harga di atas adalah harga untuk : IE = 1 mA, rc = 2,5 KOhm (untuk Emitor Bersama dan Kolektor Bersama), serta rE = 390 Ohm untuk Kolektor Bersama.
Penguat Emitor Bersama (Common Emiter)
Penguat Emitor Bersama adalah penguat yang paling banyak digunakan. Penguat ini mempunyai penguatan tegangan maupun penguatan arus. Hanya saja perlu diingat bahwa penguat ini mempunyai impedansi masukan yang relatif rendah dan impedansi keluaran yang relatif tinggi.
Rangkaian PenguatEmitor Bersama (Common Emiter)

Penguat Kolektor Bersama (Common Collector)
Penguat Kolektor Bersama biasanya dipakai sebagai transformator impedansi, karena impedansi masukannya tinggi, sedangkan impedansi keluarannya rendah. Penguat ini lebih unggul dibanding transformator biasa dalam dua hal, pertama, tanggapan frekuensinya lebar, dan kedua, ada penguatan daya.
Rangkaian Penguat Kolektor Bersama (Common Collector)



Penguat Basis Bersama (Common Base)
Penguat Basis Bersama sedikit terapannya dalam teknik frekuensi rendah, karena impedansi masukannya yang begitu rendah akan membebani sumber sinyal. Penguat ini kadang diterapkan dalam penguat untuk frekuensi tinggi (di atas 10 MHz), dimana lazimnya sumber sinyalnya berimpedansi rendah.
Rangkaian Penguat Tungggal Basis (Common Base)