Materi 5: Bipolar Junction Transistor (BJT)

Transkripsi

1 Materi 5: Bipolar Junction Transistor (BJT) I Nyoman Kusuma Wardana Sistem Komputer STMIK STIKOM Bali

2 Outline Struktur transistor Unbiased transistor Biased transistor Koneksi CE Kurva basis Kurva kolektor Common emitter Daerah operasi transistor Bias basis

3 Struktur Transistor

4 Struktur Transistor Memiliki 3 daerah: emiter, basis dan kolektor Tipe ini disebut npn Trdpt tipe lain: pnp Tingkat doping di emiter sangat tinggi sdgkan basis rendah Tingkat doping kolektor diantara emiter dan basis Memiliki 2 junction:emitter-base diode (emitter diode) & colectorbase diode (collector diode) Bayangkan struktur ini sprti 2 buah back-to-back diode

5

6 Biased Transistor Elektron Emiter VBB membias maju dioda emiter VCC membias balik dioda kolektor Tugas emiter yg memiliki doping tinggi memberikan elektron ke basis

7 Biased Transistor Elektron Basis Jika VBB > barrier potential elektron mengalir dr emiter ke basis Secara teori, ada 2 kemungkinan aliran elektron Menuju R B atau menuju kolektor

8 Elektron Basis Biased Transistor Namun demikian, elektron umumnya akan mengalir menuju kolektor. Mengapa?? dua alasan: basis didoping ringan dan basis secara fisik sangatlah tipis

9 Elektron Kolektor Biased Transistor Kebanyakan elektron dr basis akan menuju kolektor Segera setelah mencapai kolektor, elektron bebas akan ditarik oleh VCC dan mengalir melalui RC

10 The CE Connection Terdapat 3 cara utk menghubungkan transistor: 1. CE (common emitter) 2. CC (common collector) 3. CB (common base) Saat ini kita aka fokus pd CE.

11 Common Emitter Common = bagian ground Common emitter setiap common/bagian ground dr sumber dihubungkan ke emitter Trdpt 2 loop: loop basis dan loop kolektor

12 Common Emitter Loop Basis V BB membias maju dioda emiter dgn R B sbg resistor pembatas arus Dgn mengubah V BB dan R B, maka kita dpt mengubah arus basis Mengubah arus basis berarti mengubah arus kolektor Dgn kata lain, arus basis mengontrol arus kolektor

13 Loop Kolektor Common Emitter V CC membias balik dioda kolektor melalui R C Dioda harus dibias dgn kondisi seperti ini. Jika tdk, maka transistor tdk akan bekerja dgn baik Dgn kata lain, kolektor hrs positif utk mngumpulkan elektron bebas dr basis

14 Common Emitter Tegangan dgn subscript sama, menunjukkan sebuah sumber (VBB & VCC) Jika subscript berbeda, maka menunjukkan tegangan antara 2 titik (VBE & VCE) Tegangan dgn single subscript berarti teg.simpul (node voltage) yaitu teg antara titik dgn ground (VB, VC,& VE)

15 Common Emitter Perhitungan tegangan: V CE = V C V E V CB = V C V B V BE = V B V E Karena V E = 0, maka: V CE = V C V B V CB = V C V B V BE = V B V B

16 Kurva Basis Kurva basis menggambarkan hub antar I B dan V BE. Hub, ini adlah dioda emiter yg dibias maju Menggunakan hukum Ohm: I B = V BB V BE R B V BE = 0V (pend. ideal,) V BE = 0.7V(pendekatan II)

17 Contoh: Common Emitter Amati Gb di bwh ini. Berapakah arus yg melalui resistor kolektor jika β dc = 200? Dimana β dc adlh penguatan arus: β dc = I C I B

18 Jawab: Teg. basis sbesar 2V membias maju dioda emiter melalui resistor pembatas arus 100kOhm. Krn dioda emiter memiliki 0,7V, maka tegangan spanjang resistor basis adlh: V BB V BE = 2V 0,7V = 1, 3V Arus yg melalui reistor basis (R B ) adlh: I B = V BB V BE R B = 1,3V 100kΩ = 13μA Dgn penguat arus=200, maka: I C = β dc I B I C = μA = 2, 6mA

19 Kurva Kolektor Dgn memvariasikan nilai V BB dan V CC serta mengukur output I C vs V CE, kita dpt memperoleh kurva kolektor Contoh transistor 2N3904 berikut di bwh ini Misal, kita atur V BB utk mendapatkan Ib=10uA. Kemudian variasikan V CC dan ukur nilai I C dan V CE

20 Tegangan Kolektor dan Daya Sesuai dgn hukum Kirchhoff : V CE = V CC I C R C Disipasi daya: P D = V CE I C

21 Daerah Operasi Transistor Trdpt 4 daerah operasi transistor: Active region: bag. kurva horizontal, dimana arus kolektor adlh konstan Breakdown region: transistor sbaiknya jgn beroperasi di daerah ini Saturation region: kolektor tdk cukup memiliki tegangan utk mengumpulkan elektron dr basis Cutoff: arus basis nol, tp ada sedikit arus kolektor krn arus bocor permukan & arus minoritasbalik Active region Saturation region Breakdown region Cutoff

22 Contoh: Amati gambar di bawah. Transistor tsb memiliki β dc = 300. Hitunglah nilai I B, I C, V CE.

23 Jawab: Gambar rangkaian: Hitung arus basis: I B = V BB V BE 10 0, 7 V = = 9, 3μA R B 1MΩ Hitung arus kolektor: I C = β dc I B = 300 9,3μA = 2, 79mA

24 Hitung tegangan kolektor-emiter: V CE = V cc I C R C = 10V 2,79mA 2kΩ = 4, 42V Disipasi daya pd kolektor: P D = V CE I C = 4,42V 2,79mA = 12, 3mW Jika V BB dan V CC sama, maka rangkaian dpt disederhanakan sbb:

25 Contoh: Amatilah rangkaian di bwh ini. Hitunglah penguatan arusnya

26 Jawab: Pertama, cari arus basis: 10V 0,7V I B = V BB V BE = = 28, 2μA R B 330kΩ Berikutnya, kita membutuhkan arus kolektor. Berdasarkan angka pd multimeter, nilai V CE adlh 5,45V. Tegangan sepanjang arus resistor: V = V CC V CE = 10V 5,45V = 4, 55V Nilai arus kolektor: I C = V = 4,55V = 9, 68mA R C 470Ω Kemudian, penguatan arus adlh: β dc = I C = 9,68mA I B 28,2mA = 343

27 Contoh: Amati gb berikut. Hitunglah tegangan kolektor-emiter dan arus emiter

28 Jawab: Arus yg mengalir pd loop basis: I B = V BB V BE 15 0, 7 V = = 30, 42μA R B 470kΩ Hitung arus kolektor: I C = β dc I B = ,42μA = 3, 04mA Hitung tegangan kolektor-emiter: V CE = V cc I C R C V CE = 15V 3,04mA 3,6kΩ = 4, 06V Arus emiter adlh gabungan arus basis dan arus kolektor: I E = I B + I C = 30,4μA + 3,04mA = 3, 07mA

29 Bias Basis Bias basis mmpertahankan arus basis agar tetap sama Misal pd gambar disamping nilai R B = 1MOhm, maka arus basis (I B ) adalah 14,3uA. Nilai I B akan tetap pd nilai sekitaran 14,3uA dlm segala kondisi operasi

30 Bias Basis Pd gb disamping, dgn β dc =100, maka arus kolektor sebesar 1,43mA. Tegangan kolektor-emiter: V CE = V cc I C R C V CE = 15V 1,43mA 3kΩ V CE = 10, 7V Nilai Q (titik operasi): I C = 1, 43mA dan V CE = 10, 7V

31 Daftar Pustaka Malvino, A.P. Electronics Principles. McGraw Hill 7 th Edition, New York. Malvino, A.P Prinsip-Prinsip Elektronika (terjemahan oleh Alb.Joko Santoso). Salemba Teknika, Jakarta.