BAB VIII. Analisa AC Pada Transistor

Transkripsi

1 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 166 BAB Analsa A Pada Transstor Analsa A atau serngkal dsebut analsa snyal kecl pada penguat adala analsa penguat snyal A, dengan memblok snyal D yatu dengan memberkan kapastor couplng pada snyal nput dan snyal output. Pendekatan yang dlakukan untuk analsa A untuk frekuens mdband/passband adala semua kapastor couplng dan by-pass dapat danggap sebaga ubung sngkat, selanjutnya semua sumber tegangan D dapat danggap seola-ola berubungan dengan ground. Kapastor untuk analsa A danggap sebaga ubung sngkat, al n mpedans kapastf ddekat dengan X < 0,1R. Sengga untuk 1 rangkaan R ser, mpedansnya adala Z R + R jx jω atau Z R + X R + (0,1 R) R. Jad pada saat analsa A kapastor bsa ddekat sebaga ubung sngkat, sedang untuk analsa D kapastor ddekat sebaga rangkaan terbuka, sepert gambar berkut. D A Untuk rangkaan R ser, jka ambatannya R 1kΩ dgunakan untuk beroperas dalam rentang frekuens pendengaran manusa (20 Hz 20 khz). Dengan menganggap bawa mpedans kapastf dar kapastor koplng sebesar X < 0,1R pada frekuens mnmum,

2 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 167 sengga X < 100Ω pada 20 Hz. Akbatnya 1 79,6μF (2 π )(20Hz)(100 Ω) 1 π f X atau 2 Model- Untuk menganalsa snyal kecl pada transstor, serngkal transstor dgantkan dengan model lnear parameter-. Model- n cukup akurat jka transstor d bas untuk operas lnear dan snyal-snyal pada frekuens tngg dapat dabakan. Transstor dengan konfguras emter bersama dengan model- berlaku : (dengan be dan sebaga arabel dependen) be e b + re ce fe b + oe ce Persamaan tu dalam bentuk matrks: be e re b fe oe ce Secara skematk persamaan tsb dgambarkan sebaga berkut : b e B fe b be re ce oe ce c E Defns Gambar 1, Model lnear dar transstor

3 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 168 e : ambatan nput bass-emter ~ 500 Ω - 5 kω re : transfer rato tegangan mundur ~ fe : transfer rato arus maju 50 ~ 500 oe : konduktans output -E ~ 1 μs μs e re fe oe be b 0 ce be ce 0 b c b 0 ce c ce 0 b B (?A) 0 10 E B (?A) 0 E ? B ,85? BE BE? BE BE

4 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 169 B (?A) (ma) ?? B E B (?A) (ma) ,4 8, E atatan Dalam menganalsa snyal A dlakukan sbb: 1. sumber tegangan D dubung-sngkatkan dalam snyal A. 2. semua kapastor dubung sngkat dalam snyal A. 3. gambarkan parameter, untuk pn B, dan E. 4. tambakan komponen-komponen lannya.

5 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 170 Model Ebers-Moll Untuk Doda ( e η T 1) S Gambar 2, Smbul dan karakterst doda dengan T kt/q ~ 25 m (tegangan termal untuk T ~ 300 K). η ~ 1-2 S arus saturas Untuk Trasnstor Pendekatan bawa transstor sebaga penguat arus dengan FE B, cukup bak untuk banyak aplkas, namun kurang memada untuk menjelaskan penguat dferensal, konerter logartmk, kompensas temperatur dan banyak aplkas lannya. Sebaga gantnya Ebers-Moll menganggap bawa transstor sebaga deas transkonduktans. Arus kolektor bergantung pada bass-emter, yatu:

6 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 171 B E BE Gambar 3, Struktur fss dan karakterstk BE - BE T ( e 1) S dengan T KT/q ~ 25 m (untuk suu kamar) S : arus bocor reerse. Namun untuk BE >> T, sengga e S BE T atau BE T ln S Untuk dua konds yang berbeda, yatu BE1 BE 2 T T 1 ln ln S S BE 2 BE1 T ln ln T ln 2 S S 1 Jka ada perbedaan BE maka berart ada ambatan dalam ambatan antara bass-emtter, yatu Δ re Δ BE E

7 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 172 Dengan mengambl pendekatan ambatan dalam bass-emter r e T Δ BE Δ, sengga dperole ΔBE T 25 m Δ Dengan pendekatan model Ebers-Moll transstor npn dmodelkan sebaga:? R R? F?? EF E E EF R B ndex R : reerse F : forward Gambar 4, Model Ebers-Moll pada transstor Dar model Ebers-Moll tsb d atas terlat bawa : α E EF ER EF R R α F R F EF R B BF + BR T dengan : ( e η 1) EF EO BE B T ( e η 1) R α O α R O F EO

8 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 173 Persamaan Ebers-Moll cukup akurat untuk selang arus yang cukup lebar, dar orde nanoampere ngga mlampere. Besaran-besaran pentng yang dperole dar model Ebers-Moll adala : o Kecuraman kura s. BE o Adanya ambatan dalam bass-emter, r e Penguat Emter Bersama Berkut n adala rangkaan dasar dar penguat emter bersama. R1 R out n R2 R E Gambar 5, Konfguras emter bersama

9 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 174 Dar gambar rangkaan d atas duba menjad: (dengan mengabakan re, oe dan e ). ngat pada saat menganalsa A: Kapastor seola ubung sngkat, Sumber tegangan D danggap dubungkan ke ground. n b n R 1 R 2 (1+ fe )R E fe b R A e R n R 1 // R 2 // (1+ fe )R E n b (1 + ) R fe E n fe n n c feb fe (1 + fe) RE 1 + fe RE RE R out c R n RE out R A n R tanda mnus menunjukkan ada pembalkan fasa, E yatu ada beda fasa sebesar 180 o, sepert dtunjukkan dalam lustras berkut n.

10 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 175 b t e t c t Jka rangkaan d atas duba sedkt, yatu dengan memasang kapastor secara paralel dengan R E sengga rangkaannya menjad:

11 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 176 R1 R out n R2 R E Untuk analsa A, rangkaan n dapat danggap bawa ambatan R E akan sort, karena paralel dengan kapastor. Namun ngat bawa antara bass-emter ada ambatan dalam sebesar r e, akbatnya untuk menganalsa dapat dgantkan menjad:

12 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 177 n b n R 1 R 2 (1+ fe )r e fe b R A e Dengan cara yang sama, penguatan tegangannya menjad: A R r e onto: Analsala rangkaan penguat berkut n dengan menggunakan model-, jka dketau e 1,5 kω, fe 70, oe 25 μs, dan re 0. Komponen lannya adala R B 220 kω, R 4,7 kω dan kapastor masng-masng 1 μf. R B R o s Rangkaan n duba dengan menerapkan model-, sengga menjad:

13 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 178 B b fe b c o s R B e oe R E Dar gambar d atas terlat bawa: b s e 1 R 1 o feb fe 1 R + 1+ R o o R oe oe e s Penguatan tegangan: A o fe R R 1+ 0,118 s e oe Penguatan daya: A P (db) 20 log ,3 db. Gars Beban Peratkan rangkaan emtter bersama berkut n.

14 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 179 Dengan analsa gars beban D, untuk ambatan R 2, transstor dalam keadaan saturas sengga dperole: ( sat) R + R E Sedangkan untuk ambatan R 2, transstor dalam keadaan cut-off sengga dperole: E( cut off ) Untuk analsa A, rangkaan d atas dapat dsederanakan sbb:

15 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 180 Pada loop tegangan kolektor, berlaku: ce + crc 0. Sengga ce dperole c r c dengan r R // R ambatan A yang dlat ole kolektor, c L c Δ Q arus A kolektor, ce Δ E E EQ tegangan A pada termnal -E Dengan memanfaatkan persamaan n dperole pers gars beban A EQ Q + rc r E c Pada saat transstor saturas, terjad pada saat E 0, dperole: c( sat) Q+ r EQ c Sedangkan transstor dalam keadaan cut-off terjad pada saat 0, atau dar persamaan d atas beruba menjad: Dar tegangan -E: E Qrc + EQ. ce Δ E E EQ yang juga berart bawa ( )( r ) Δ Δ. Sengga dperole: E c + r ce( cut off ) EQ Q c Secara skematk dtunjukkan pada gambar berkut n.

16 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 181 c( sat) Q+ r EQ c ( sat) R + R E + r ce( cut off ) EQ Q c Untuk rancangan penguat yang bak, dusaakan agar ttk Q berada d-tenga-tenga gars beban A. Hal n dmaksudkan untuk mengndar clppng, yatu clppng saturas jka ttk Q ke ara kr, sedang clppng cut-off jka Q ke ara kanan, sepert dtunjukkan pada gambar berkut. Gambar 1, (a) lppng cut-off, (b) clppng saturas, (c) penempatan ttk Q yang optmum onto:

17 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 182 Dar rangkaan berkut n dketau R 1 68 kω, R 2 10 kω, R 3,9 kω, R E 220 Ω, R S 600 Ω, R L 2 kω, dan semua kapastor dapat dabakan (~ 0,1 μf). Data dar BJT transstor adala sbb: fe 150, oe 50 μs, e 3 kω dan re 0. Htungla penguatan arus dan penguatan tegangan dar rangkaan tsb. R 1 R 1 2 o R S R L s R 2 3 R E Dar rangkaan tsb d atas duba dengan menggantkan BJT transstor dengan model- snyal kecl, dperole gambar sbb:

18 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 183 b B fe b R S o R 1 R 2 e A oe R R L s E Dar rangkaan penggant tsb dapat dtung : Hambatan dalam nput R R 1 //R 2 // e 68kΩ // 10kΩ // 3kΩ 2,23 kω s s Arus nput 3 R + R 2,83 10 S R Tegangan antara Bass - Emter 0,79 R + R be s s S Arus bass b be e 0, s Konduktans total antara termnal kolektor dan emter 1 1 Gce oe μ S R R L feb 150 0,79s Tegangan output o G Hambatan dalam output R R // ce o oe s

19 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 184 o Penguatan tegangan A 49 o o Arus output o 3 R 2 10 L s Penguatan arus A 69 3 o o/2 10 o 2,83 3 s /2,83 10 s 2 Penguatan daya A P A A onto: Andakan rangkaan penguat tsb (konfguras emter bersama) pada model- untuk BJT tdak dabakan re, msalnya re 2 x 10-4, maka rangkaan penggantnnya menjad :(anggap R L ) b B e R B re oe fe b oe R E R B R 1 //R 2 8,7 kω o - fe b R E, dengan R E oe // R 3,3 kω. Dengan menggunakan KL pada loop nput, ddapat : + e b re ce R e b re ce b 4 (3kΩ ,3kΩ) b 3kΩb

20 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 185 Penguatan tegangan: A febre o fere 170,6 ( R ) ( R ) e fe re E b e fe re E Jka parameter re dabakan, maka penguatan tegangan menjad: A fe RE e Terlat bawa dengan mengabakan re anya ada perbedaan sektar 3%, sengga serngkal faktor re dapat dabakan. Rangkaan banyak tngkat (Kaskade) Untuk memperbesar penguatan dlakukan dengan membuat amplfer banyak tngkat. Pada conto berkut dperlatkan penguat dengan 2 (dua) tngkat. Kapastor 2 dpergunakan untuk memsakan konds D dar masng-masng tngkat, sengga c1 dan b2 salng bebas. Semua kapastor dapat danggap ubung sngkat untuk daera frekuens operas (mdband) dar penguat. Koplng n dkenal sebaga koplng R. Dengan koplng n berakbat : c1 b2 (tegangan d kolektor transstor 1 sama dengan tegangan d bass transstor 2). Penguatan total dar rangkaan kaskade, merupakan asl kal dar masng-masng penguat, sengga A A A 1 2 Namun jka efek pembebanan arus dperatkan, maka akan berakbat A A A 1 2

21 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 186 Untuk tu cara mengtungnya dlakukan dengan mengunakan rangkaan ekalen dar transstor, sepert yang dtunjukkan berkut n. R 1 R 2 R 1 R R B R L s R 2 3 R E1 R 4 4 R E2 Gambar, Rangkaan koplng R. Rangkaan tsb d atas menggunakan komponen-komponen sbb: R 1 47 kω, R 2 10 kω, R 1 3,9 kω, R 3 33 kω, R 4 6,8 kω, R 2 1,8 kω dan R L 600 Ω dan dengan snyal nput s 1 m dan R S 1 kω. Sedangkan transstor Q1 dan Q2 memlk paramete- sbb : e1 e2 2 kω, fe1 fe2 100, oe1 oe2 50 μs, re1 re2 0. Untuk analsa A dar rangkaan tsb dpergunakan model-, sengga rangkaan gnal keclnya adala sbb: B 1 fe1 b1 1 B 2 fe2 b2 2 b1 b2 R S R 1 R 2 e1 oe1 R 1 R 3 R 4 e2 oe2 R 2 R L E 1 E 2 Dar rangkaan ekalen tsb dperole :

22 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 187 R R 1 // R 2 // e1 47 kω // 10 kω // 2 kω s 1m 0,38 μa R + R 2,6kΩ S P 2 R 0,23 x 10-9 W s 1m 0,62 ma R + R 2,6kΩ S b1 b1 be e be 0,31 μa e Total konduktans d antara pn -E pada transstor 1: G ,86 ms R R R E1 oe e2 Dperole be2 fe1 b1-36 m G E1 3 3, μ A be2 b2 3 e R // R // R 450 Ω E 2 2 L oe2 Dengan demkan o - fe2 b2 R E2 0,81 2 o Po 1,1mW R L

23 Bab, Analsa A pada Transstot Hal 188 A P Po 1,1mW 4, P 0, W 6 A p (db) 67 db