ELEKTONKA ANALOG Bab 2 BAS D FET Pertemuan 5 Pertemuan 7 Oleh : ALFTH, S.Pd, M.Pd 1
Pemran bas pada rangkaan BJT Masalah pemran bas rkatan dengan: penentuan arus dc pada collector yang harus dapat dhtung, dpredks dan tdak senstf terhadap perubahan suhu dan aras harga β yang cukup sar. penentuan lokas ttk kerja dc pada bdang E yang memungknkan smpangan snyal tetap lner. 2
ontoh pemran bas yang tdak bak Gambar 19. Pemran bas pada BJT (a) Menetapkan harga BE yang tetap (b) Menetapkan harga B yang tetap 3
ara klask pengaturan bas untuk rangkaan dskrt Gambar 20(a). ara klask pemran bas untuk BJT menggunakan sebuah catu daya. Gambar 20(b) menunjukkan rangkaan yang sama dengan menggunakan rangkaan ekalen Théenn-nya. 4
E BB B 2 1 1 1 2 E 2 2 BE BB B 1 Untuk membuat E tdak senstf terhadap suhu dan aras β, rangkaan harus memenuh dua syarat rkut: BB E BE B 1 5
Untuk memenuh persyaratan d atas. Sebaga rule of thumb, BB ⅓, B (atau E ) ⅓ dan ⅓ Plh dan 1 2 sehngga arus yang melalunya rksar antara 0,1 E E. Pada rangkaan pada gambar 20, E memrkan umpan balk negatf sehngga dapat men-stabl-kan arus dc emtter. Jka E E dan E. Jka tegangan pada base hanya dtentukan oleh pembag tegangan 1, 2, yatu bla B kecl, maka tegangan n akan tetap konstan, sehngga jka E BE (dan E ). 6
ontoh soal 1: ancanglah rangkaan pada gambar 20 sehngga E = 1 ma dengan catu daya = +12. Transstor mempunya harga nomnal β = 100. Jawab: kut rule of thumb : ⅓ tegangan catu daya dalokaskan untuk tegangan pada 2, ⅓ lannya untuk tegangan pada dan ssanya untuk smpangan snyal pada collector. B = +4 (dperoleh dar 1/3 cc) E = 4 BE 3,3 E 3,3 E 3,3 k 1 E Plh arus pada pembag tegangan = 0,1 E = 0,1 x 1 = 0,1 ma 7
Abakan arus base, jad 1 1 2 2 2 12 0,1 120 k 4 Jad 2 = 40 kω dan 1 = 80 kω Pada tahap n, dapat dhtung E yang lebh akurat dengan memperhatkan arus base yang tdak nol. 4 0,7 E 0,93 ma 80 // 40k 3,3( k ) 101 Ternyata lebh kecl dar harga yang dngnkan. Untuk mengembalkan E ke harga yang dngnkan kurang harga E dar 3,3 kω menjad E = 3 kω (harga pendekatan) yang akan menghaslkan E = 1,01 ma 1 ma. 8
Dsan 2: jka dngnkan untuk menark arus yang lebh tngg dar catu daya dan resstans masukan penguat yang lebh kecl, kta dapat menggunakan arus pada pembag tegangan sama dengan E (yatu 1 ma), maka 1 = 8 kω dan 2 = 4 kω E 4 3,3 0,7 0,027 0,99 1mA Pada dsan n harga E tdak perlu dgant, Jka c=1/3 (cc), maka c 12 E 12 8 1 0,99 1 0,99 ma 4 k 1mA 9
ara klask pengaturan bas dengan menggunakan dua catu daya Gambar 21. Pemran bas pada BJT dengan menggunakan dua catu daya 10
E E EE B BE 1 Persamaan n sama dengan persamaan selumnya hanya EE menggantkan BB. Jad kedua kendala tetap rlaku. Jka base dhubungkan dengan ground (konfguras common-base), maka B dhlangkan sama sekal. Sebalknya, jka snyal masukan dhubungkan pada base, maka B tetap dperlukan. 11
Pemran bas dengan menggunakan resstor umpan balk collector-ke-base. Gambar 22(a) menunjukkan sebuah rancangan pemran bas yang sederhana tap efektf yang cocok untuk penguat commonemtter. esstor B rperan sebaga umpan balk negatf, yang membantu kestablan ttk bas dar BJT E E E B B E BE B 1 1 B BE BE 12
Gambar 22 Penguat common-emtter yang dr bas dengan resstor umpan balk B. Untuk mendapatkan E yang tdak senstf terhadap aras β, B / (β+1) <<. Harga B menentukan smpangan snyal yang terdapat pada collector, karena B B B E B 1 13
Pemran bas dengan menggunakan sumr arus Gambar 23 (a) Sebuah BJT dr bas dengan sumr arus. (b) mplementas rangkaan sumr arus. 14
angkaan n mempunya keunggulan: yatu arus emtter tdak tergantung dar harga β dan B B dapat dbuat sar resstans masukan pada base menngkat tanpa mengganggu kestablan bas. menyederhanakan rangkaan. mplementas sederhana dar sumr arus konstan, terlhat pada gambar 23(b). angkaan menggunakan sepasang transstor yang matched Q 1 dan Q 2, dengan Q 1 dhubungkan sebaga doda dengan menghubung sngkat collector dan base nya. Jka dasumskan Q 1 dan Q 2 mempunya harga β yang tngg, arus base dapat dabakan. Jad arus melalu Q 1 hampr sama dengan EF. EE BE EF 15
Karena Q 1 dan Q 2 mempunya BE yang sama, arus collectornya akan sama EF EE BE Dengan mengabakan efek Early pada Q 2, arus collector akan tetap konstan selama Q 2 tetap pada daerah aktf. Hal n akan tetap terjaga jka tegangan collector lebh tngg dar tegangan base (- EE + BE ). Hubungan Q 1 dan Q 2 sepert pada gambar 23(b) dkenal sebaga current mrror 16
ara kerja dan model snyal kecl Gambar 24 (a) angkaan konseptual untuk menunjukkan cara kerja transstor sebaga penguat (b) angkaan (a) tanpa snyal untuk analsa D (bas) 17
EBJ dr forward bas oleh sebuah batere BE. BJ dr reerse bas oleh catu daya D melalu resstor. Snyal yang akan dperkuat,, dtumpangkan pada BE. Langkah pertama keadaan bas D dengan men-set sama dengan nol. (Lhat gambar 24(b)) Hubungan antara arus dan tegangan D: E B S e E BE T Untuk kerja pada mode aktf, harus lebh sar dar ( B 0,4) dengan harga yang memungknkan smpangan snyal pada collector. 18
Arus collector dan transkonduktans. Jka snyal dpasangkan sepert pada gambar 24(a) total tegangan base emtter BE menjad BE = BE + Dan arus collector menjad: S S e e e BE BE T T T e S e T BE T 19
Jka << T maka: 1 T Persamaan (pendekatan) d atas hanya rlaku untuk lebh kecl dar 10 m, dan n dkenal dengan pendekatan snyal kecl. Maka arus collector total: c c g m g T m c g m dsebut transkonduktans T 20
Gambar 25.ara kerja lner dar transstor dengan snyal kecl 21
Transkonduktans BJT sebandng dengan arus bas collector. BJT mempunya transkonduktans yang cukup tngg dbandngkan dengan MOSFET, msal untuk = 1 ma, g m 40 ma/ nterpretas grafs g m dapat dlhat pada gambar 25, d mana g m sama dengan kemrngan kura karakterstk BE pada = (ttk bas Q). Jad g m BE Pendekatan snyal kecl ampltudo snyal harus djaga cukup kecl transstor kerja pada daerah terbatas pada kura BE d mana segmen mash bsa danggap lner. 22
Untuk snyal kecl ( << T ), transstor rperan sepert sebuah sumr arus yang dkendalkan oleh tegangan (S). Termnal masukan S antara base dan emtter Termnal keluaran d antara collector dan emtter. Transkonduktans dar S n: g m esstans keluaran tdak terhngga (untuk keadaan deal). Pada kenyataannya BJT mempunya resstans keluaran. 23
24 Arus base dan resstans masukan pada base Untuk menentukan resstans masukan, pertama htung total arus base B m b T m T b B b B B T B g g 1 1
esstans masukan snyal kecl antara base dan emtter, melhat ke arah base, dsebut r π dan ddefnskan sebaga r r r b g T B m jad r π rbandng lurus dengan β dan rbandng terbalk dengan arus bas. 25
26 Arus emtter dan resstans masukan pada emtter Total arus emtter E dapat dtentukan dar T E T c e E e E E c E esstans masukan snyal kecl antara base dan emtter, melhat ke arah emtter, dsebut r e atau resstans emtter dan ddefnskan sebaga:
r r r e e e e T E g m 1 g m Hubungan antara r π dan r e dapat dperoleh dengan mengkombnaskan defnsnya masng-masng = b r π = e r e Jad: r π = ( e / b )r e r π = (β+1)r e 27
Penguatan tegangan Untuk mendapatkan tegangan snyal keluaran, maka kta alrkan arus collector melalu sebuah resstor. Total tegangan collector: = = ( + c ) = ( ) c = c adalah tegangan bas dc pada collector, dan tegangan snyal adalah: c = c = g m = ( g m ) 28
Jad penguatan tegangan dar penguat, A adalah A c g m g m sebandng dengan arus bas collector, jad A T 29
Memsahkan snyal dengan harga-harga D Arus dan tegangan pada rangkaan penguat terdr dar dua komponen: komponen dc dan komponen snyal. Komponen D dtentukan dar rangkaan dc pada gambar 24(b), sedangkan cara kerja snyal BJT dapat dperoleh dengan menghlangkan sumr D, sepert pada gambar 26. Gambar 26 angkaan penguat pada gambar 24(b) dengan sumr D dhlangkan (d hubung sngkat) 30
Model Hybrd - π Gambar 27 (a) BJT sebaga S (penguat transkonduktans) Gambar 27 (b) BJT sebaga S (penguat arus) 31
32 Pada gambar 27(a), BJT dgambarkan sebaga S yang mempunya resstans masukan (melhat ke arah base) r π, dengan snyal kendal. Hubungan arus dan tegangan pada rangkaan n: e m m e b m c r r r r g r g r r g 1 1 1 Pada gambar 27(b) BJT dgambarkan sebaga S, dengan snyal kendal b. Hubungan arus sebaga rkut: b m b m m r g r g g
Aplkas rangkaan ekalen snyal kecl. Proses yang sstmats dalam menganalsa penguat transstor: 1. Tentukan ttk kerja dc BJT, terutama arus collector dc. 2. Htung harga-harga parameter model snyal kecl: g m = / T, r π = β/g m dan r e = T / E = α/g m. 3. Hlangkan semua sumr dc dengan menggant sumr tegangan dc dengan hubung sngkat, dan sumr arus dc dengan hubung terbuka. 4. Gant BJT dengan salah satu model rangkaan ekalen. 5. Analsa rangkaan yang ddapat untuk menentukan penguatan tegangan, resstans masukan dan lan- 33
ontoh soal 2: Analsa penguat transstor pada gambar 28(a) dan tentukan penguatan tegangannya. Asumskan β = 100 Gambar 28 (a) rangkaan 34
Gambar 28 (b) analsa dc (c) model snyal kecl 35
Tentukan ttk kerja. Asumskan = 0. B BB BB BE 3 0,7 100 0,023 ma B 100 0,023 2,3 ma 10 2,3 3 3,1 Karena B (+0,7 ) < transstor kerja pada mode aktf. 36
Tentukan parameter model snyal kecl: r e T E 25 m 2,3 0,99 ma 10,8 g m T 2,3 ma 25 m 92 ma/ r g m 100 92 1,09 k 37
Model rangkaan ekalen terlhat pada gambar 28(c). Perhatkan tdak ada sumr tegangan dc. Termnal rangkaan yang terhubung ke sebuah sumr tegangan dc yang konstan selalu dapat danggap sebaga snyal ground. r r 1,09 101,09 BB 0,011 o g m 92 0,011 3 3,04 A o 3,04 / Tanda negatf menunjukkan pembalkan fasa. 38