Analisis AC pada transistor BJT. Oleh: Sri Supatmi,S.Kom

Analisis AC pada transistor BJT Oleh: Sri Supatmi,S.Kom

Model analisis AC pada transistor • Terdapat beberapa model yang digunakan untuk melakukan analisis AC pada rangkaian transistor. Yang paling umum digunakan adalah: 1. Model T (Model Ebers-Moll) 2. Model π

1. Model T • Sering disebut model Ebers-Moll • Sejauh sinyal AC kecil yang digunakan, dioda emiter masih berlaku sebagai resistansi re dan dioda kolektor sebagai sumber arus ic. • Tidak memperhitungkan impedansi dalam pada inpus basis. Gambar 1. analisis AC model T

2. Model π • Saat sinyal input AC dihubungkan dengan penguat transistor, terdapat tegangan basis –emiter AC vbe pada dioda emiter. • Model π mendefinisikan dan memperhitungkan adanya impedansi input. Gambar 2 analisis AC model π

2. Model π • Dari gambar 2 akan menghasilkan arus basis AC ib • Sumber tegangan AC harus mensuplai arus basis AC ini, sehingga penguat transistor akan bekerja dengan baik. • Dapat dinyatakan bahwa sumber tegangan AC dibebani oleh impedansi input dari basis. • Ditinjau dari basis transistor, sumber tegangan AC akan terlihat sebagai impedansi input Zin(base). • Pada frekuensi rendah, impedansi ini murni bersifat resistif (menghambat) dan dapat didefinisikan sebagai:

vbe Zin(base)  ib

…………………..( 1)

2. Model π vbe Zin(base)  ib

…………………..( 1)

• Jik a diterapkan Hukum Ohm, maka:

Vin  re '.ie

vbe  re '.ie

sehingga

…………………..( 2)

• Substitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) sehingga didapat :

vbe ie.re ' …………………..( 3) Zin(base)   ib ib • Karena ie  ic dan ie   .ib maka: vbe ie.re '  ib.re ' Zin(base)      .re ' ib ib ib

…………………..( 4)

2. Model π Zin(base) 

vbe ie.re '  ib.re '     .re ' ib ib ib

…………………..( 4)

• Persamaan (4) menyatakan bahwa impedansi input basis sama dengan penguatan arus AC dikalikan resistansi AC dari kaki emiter.

2. Model π • Model π transistor lebih mudah jika dibandingkan dengan model T dikarenakan model T mempunyai impedansi input yang tidak jelas. • Sedangkan Model π lebih jelas memperlihatkan bahwa impedansi input βre’ akan membebani sumber tegangan AC yang dihubungkan ke basis.

BATI TEGANGAN • Bati tegangan adalah tegangan keluaran AC yang terbagi oleh tegangan input AC. • Contoh rangkaian 1:

BATI TEGANGAN • Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T dan Model π.

Vout  ic( Rc || RL )   ib( Rc || RL ) A

Vout  ib( Rc || RL )   ib.re ' Vin

( Rc || RL ) ; rc  Rc || RL re ' rc A re ' A

BATI TEGANGAN • Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T dan Model π.

Vout  ic ( Rc || RL ) Vout ic ( Rc || RL )  A Vin ie .re ' ( Rc || RL ) A ; rc  Rc || RL re ' rc A re '

Contoh soal 1:

R1 Vb  xVcc R1  R 2 2.2 K  Vb  x10V 10 K   2.2 K  2.2 K  Vb  x10V  1.8V 12.2 K  VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V IE 

VE 1.1V   1.1mA RE 1K 

25 mV 25 mV   22.7  re '  1.1mA IE rc  RC || RL  2.65 K  || menyatakan diparalel A Vout

rc 2.65 K    116.7  117 22.7  re '  AV . in  117.(2 mV )

Contoh soal 2:

Vb  0V  0.7V  0.7V Vbe  VE  I E RE  0V I E RE  Vbe  VE Vbe  VE 0.7V  (9V ) IE   RE 10K  8.3V  0.83mA 10K  25mV 25mV re '    30 IE 0.83mA IE 

rc  RC || RL  2.65K  || menyatakan diparalel r 2.65K   88.3  88 A c  30 re ' Vout  AV . in  88.(2mV )  176mA

EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN Rangkaian 2

• sumber tegangan AC Vg memiliki gambaran dalam Rg • jika sumber AC tidak kuat, tegangan sumber AC turun karena hambatan dalam ini. • Akibatnya tegangan AC antara basis dan ground lebih kecil dari idealnya.

EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN • Rangkaian ekuivalen model π dari rangkaian 2 adalah:

• Efek dari impedansi masukan :

Zin(stage)  R1|| R2|| Zin(base)  R1|| R2||  re ' Vin ' 

Zin(stage) Rg  Zin(stage)

Vg

Contoh soal 3:

R1 xVcc R1  R 2 2.2 K  Vb  x10V 10 K   2.2 K  2.2 K  Vb  x10V  1.8V 12.2 K  VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V Vb 

IE 

VE 1.1V   1.1mA RE 1K 

25mV 25mV   22.7 re '  IE 1.1mA rc  RC || RL  2.65K  || menyatakan diparalel rc 2.65 K    116.7  117 A re ' 22.7

Lanjutan penyelesaian contoh soal 3: Z in (base )   re '  300.22.7  6.8 K  Z in ( stage )  R1|| R 2 || Z in (base )  R1|| R 2 ||  re ' Z in ( stage )  10 K  || 2.2 K  || 6.8 K   1.43K  Z in ( stage )

1.43K  2mV  1.4mV Vin '  Vg  600  1.43K  Rg  Z in ( stage ) rc 2.65 K    116.7  117 A 22.7 re ' Vout  A.Vin  117.(1.4mV )  163.8mV

Lanjutan penyelesaian contoh soal 3 jika β = 50: R1 xVcc R1  R 2 2.2 K  Vb  x10V 10 K   2.2 K  2.2 K  Vb  x10V  1.8V 12.2 K  VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V Vb 

V 1.1V  1.1mA IE  E  RE 1K  re ' 

25mV 25mV   22.7  IE 1.1mA

rc  RC || RL  2.65 K  || menyatakan diparalel rc 2.65 K  A   116.7  117 re ' 22.7 

Zin(base)   re '  50.22.7  1.14K Zin(stage)  R1|| R2|| Zin(base)  R1|| R2||  re ' Zin(stage)  10K || 2.2K ||1.14K  698 Vin ' 

Zin(stage) Rg  Zin(stage)

Vg 

698 2mV  1.08mV 600 698

rc 2.65K  116.7  117 A  re ' 22.7 . in 117.(1.08mV )  126mV Vout  AV

Swamped amplifier • Bati tegangan dari penguat CE dapat berubah-ubah tergantung pada beberapa faktor, yaitu: 1. Arus tak bergerak 2. Variasi temperatur 3. Penggantian transistor karena nila re’ dan β berubah. • Cara untuk membuat stabil bati tegangan adalah dengan membiarkan hambatan emiter tidak dihubungkan langsung dengan kaki emiter. • Ketika arus emiter AC mengalir melalui hambatan emiter re yang tidak dihubungkan langsung, tegangan AC muncul di re. • Tegangan AC pada re melawan perubahan dalam bati tegangan. • Hambatan tidak di bypass re disebut suatu resistor umpan balik (feedback resistor) karena memiliki tegangan AC yang melawan perubahan dalam bati tegangan.

Rangkaian 3.Swamped amplifier

Rangkaian ekuivalen model T pada rangkaian 3.swamped amplifier Vin ie(rere') Vout icrc . Vout icrc . A  Vin ie(rere') karena ie ic maka: Vout rc A  Vin (rere') jika re' jauh lebih kecil dari re maka: A

rc re

Rangkaian ekuivalen model π pada rangkaian 3.swamped amplifier

Rangkaian ekuivalen model π

Analisa AC model π pada rangkaian 3 swamped amplifier • Dengan hukum Ohm Vin  ie(re  re ')

Zin ( stage )  R1|| R 2 ||  .re

Vin Zin(base)  ib ie(re  re ') Zin(base)  ib karena ie  ic dan ic   .ib maka :

 .ib(re  re ') Zin(base)  ib Zin(base)   (re  re ')

Vin 

Zin ( stage) Rg  Zin ( stage )

Vg

rc  RC || RL Vout ic.rc  A Vin ie(re  re ') karena ie  ic maka : A

Vout rc  Vin (re  re ')

jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :

jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :

Zin(base)   .re

A

1

rc re

2

• Karena re’ tidak tampak lagi, distorsi dari sinyal besar dapat dikurangi, jadi swamped amplifier memiliki tiga keuntungan: 1. membuat stabil bati tegangan 2. Meningkatkan impedansi masukan pada basis 3. Mengurangi distorsi dari sinyal besar

Contoh soal 6: Zin(base) .re 200.(180) 36K Zin(stage)  R1|| R2|| .re 10K||2.2K||36K Zin(stage) 1.71K Zin(stage)

1.71K Vin  Vg  50mV Rg Zin(stage) 6001.71K Vin 37mV rc RC|| RL3.6K||10K2.65K rc 2.65K 14.7 A  re 180 . in 14.7(37mV) 544mV Vout  AV

Dari contoh soal 6,jika nilai re’ dimasukkan dalam perhitungan:

Zin(stage)  R1|| R2|| .(rere') R2 2.2K Vb  xVcc  x10V1.8V Zin(stage) 10K||2.2K||40.5K1.73K R1R2 2.2K10K Zin(stage) VE Vb Vbe 1.8V0.7V1.1V 1.73K

VE 1.1V IE   1.1mA RE 1K 25mV 25mV  22.7 re'  IE 1.1mA Zin(base) (rere')200.(18022.7) Zin(base) 40.5K 1

Vin 

Rg Zin(stage)

Vg 

(50mV) 6001.73K

Vin 37.1mV rc  RC|| RL 1.6K||10K 2.65K Vout 2.65K rc  A  Vin (rere') (18022.7) A13.7 Vout  AV . in 13.7(37.1mV) 508.6mV 2

REFERENSI • Buku Malvino,”Prinsip-Prinsip Elektronika” bab 10-11 analisis AC dan penguatan tegangan.