Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
Catatan Tambahan:
Analisis Penguat CE, CB, dan CC dengan resistansi Internal transistor yang tidak bisa diabaikan (nilai ro finite) 1. Penguat CE (Common Emitter) dengan Resistansi Emitter RE. Analisis AC (Perhitungan penguatan tegangan AVo = Vo/Vi) untuk rangkaian penguat BJT CE di mana resistansi internal transistor tidak bisa di abaikan ( nilai r o bersifat finite / berhingga ).
(a)
(b)
Gambar 1 Rangkaian penguat CE dengan rangkaian pengganti sinyal kecil untuk transistor yang tidak ideal
Rangkaian pengganti AC (sinyal kecil) seperti ditunjukkan pada gambar 1.b, di mana nilai resistansi internal transistor ro, tidak bisa di abaikan. Pada terminal output / resistor beban R’L = RC || RL, berlaku hubungan
Vo = - R’L. iL.
(1)
Pada rangkaian pengganti AC di atas juga dapat dilihat bahwa teganan V o juga dapat dinyatakan sebagai jumlah tegangan drop pada resistansi ro serta tegangan drop pada resistor RE. Jadi:
Vo = Vro + VRE = ro io + RE (ie + io) = ro ( iL – α ie) + RE (ie + ( iL – α ie) ) = ro iL – α ro ie + RE ie + RE ( iL – α ie) = ro iL – α ro ie + RE ie + RE iL – α RE ie Dengan substitusi persamaan (1) ke (2), diperoleh hubungan
(2)
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
- R’L iL
Jadi
𝑖𝐿 =
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
= ro iL – α ro ie + RE ie + RE iL – α RE ie - RL iL - ro iL - RE iL = + RE ie – α ro ie – α RE ie ( RL + ro + RE) iL = ((α - 1) RE + α ro ) ie
(𝛼−1)𝑅𝐸 + 𝛼𝑟𝑜 𝑅′𝐿 + 𝑟𝑜 + 𝑅𝐸
𝑖𝑒 =
((𝛼−1)𝑅𝐸 )/𝑟𝑜 + 𝛼 (𝑅′𝐿 + 𝑅𝐸 )/𝑟𝑜 + 1.0
𝑖𝑒
(3)
Persamaan di atas dapat ditulis sebagai:
𝑖𝐿 = 𝛾 𝑖𝑒
di mana
((𝛼−1)𝑅𝐸 )/𝑟𝑜 + 𝛼
𝛾=
(𝑅′𝐿 + 𝑅𝐸 )/𝑟𝑜 + 1.0
Pada persamaan (4) di atas dapat diperlihatkan bahwa jika nilai
(4)
ro = ∞
γ = α, sehingga diperoleh kembali bentuk hubungan yang ‘standard’ iL = α ie. Berdasarkan bentuk umum pada persamaan (transistor ideal), maka
nilai
(4) di atas,
Vo = - R’L iL = - γ R’L ie Vi = re ie + RE ( ie + i o) = re ie + RE (ie + (iL – α ie) ) = re ie + RE (1 + (γ – α)) ie Sehingga diperoleh:
𝐴𝑣.𝑜 =
𝑉𝑜 𝑉𝑖
− 𝛾 𝑅′𝐿 𝐸 (1+ (γ – α))
= 𝑟 +𝑅 𝑒
(5)
Seperti di sebutkan di atas, untuk kasus transistor ideal, ro = ∞ maka γ = α, sehingga persamaan (5) di atas menjadi
𝐴𝑣.𝑜 =
𝑉𝑜 𝛼 𝑅′𝐿 =− 𝑉𝑖 𝑟𝑒 + 𝑅𝐸
yang merupakan bentuk persamaan “standar: untuk penguatan tegangan Avo rangkaian penguat BJT CE yang melibatkan penggunan resistor emitter R E jika digunakan transistor ideal (ro = ∞)
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
2. Penguat Common Base (CB) Tinjau sebuah rangkaian penguat BJT dengan konfigurasi CB (Common Base) dengan beban RL seperti ditunjukkan pada gambar 2.a (tanpa memperlihatkan rangkaian bias DC):
(a)
(b) Gambar 2: (a) Penguat CB dan (b) rangkaian pengganti AC.
Pada rangkaian di atas (gambar 2.b) pada resistor RL berlaku hubungan:
𝑉𝑜 = − 𝑅𝐿 𝑖𝐿
(2-1)
Di samping itu, tegangan Vo juga dapat lilihat sebagai jumlah dari tegangan ‘drop’ pada resistor ro di tambah dengan tegangan input Vi :
𝑉𝑜 = 𝑟𝑜 𝑖𝑜 + 𝑣𝑖 = 𝑟𝑜 (𝑖𝐿 − 𝑖𝑒 ) + 𝑣𝑖 = 𝑟𝑜 (𝑖𝐿 − 𝑖𝑒 ) − 𝑟𝑒 𝑖𝑒 Dari persamaan (2-1) dan (2-2) diperoleh hubungan:
−𝑅𝐿 𝑖𝐿 = 𝑟𝑜 𝑖𝐿 − 𝑟𝑜 𝑖𝑒 − 𝑟𝑒 𝑖𝑒 (𝑅𝐿 + 𝑟𝑜 ) 𝑖𝐿 = ( 𝑟𝑜 + 𝑟𝑒 ) 𝑖𝑒
atau
sehingga diperoleh hubungan
(2-2)
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
𝑖𝐿 =
𝑟𝑜 +𝑟𝑒 𝑅𝐿 +𝑟𝑜
𝑖𝑒 =
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
𝑟𝑒 ⁄𝑟𝑜 + 𝑅𝐿⁄ 𝑟𝑜 +1
𝑖𝑒
𝑖𝐿 = 𝛾 𝑖𝑒
yang juga dapat dinyatakan sebagai
di mana
𝑟𝑒 ⁄𝑟𝑜 + 𝑅𝐿⁄ 𝑟𝑜 +1
𝛾=
(2-3)
Pada persamaan (2-3) dapat dilihat bahwa untuk kasus transistor ideal di mana ro ∞ , maka nilai parameter 𝛾 = 𝛼.
=
Berdasarkan bentuk umum persamaan (2-3), penguatan tegangan Avo = Vo / Vi dapat dinyatakan sebagai
𝑉
𝐴𝑉𝑜 = 𝑉𝑜 = 𝑖
− 𝑅𝐿 𝑖𝐿 −𝑟𝑒 𝑖𝑒
=
𝛾 𝑅𝐿 𝑖𝑒 𝑟𝑒 𝑖𝑒
=
𝛾 𝑅𝐿 𝑟𝑒
Sekali lagi mengacu pada persamaan (2-3), untuk kasus transistor ideal (ro mana nilai
𝛾= 𝛼,
(2-4)
= ∞)
di
persamaan (2-4) akan berubah menjadi
𝑉
𝐴𝑉𝑜 = 𝑉𝑜 = 𝑖
𝛼 𝑅𝐿 𝑟𝑒
(2-5)
Seperti dapat dilihat, persamaan (2-5) dikenal sebagai persamaan ‘standard’ untuk penguatan tegangan Avo = Vo / Vi bagi rangkaian penguat BJT common base (CB).
3. Penguat Common Colector (CC) / Emitter Follower Tinjau rangkaian penguat Common Collector / Emitter Follower seperti di bawah ini:
Gambar 3.a Rangkaian Penguat Common-Collector / Emitter Follower
Program Studi Teknik Elektro STEI ITB
Mata Kuliah Elektronika EL-2005 Semester II 2014/2015
Rangkaian pengganti AC dari rangkaian di atas dapat ditunjukkan pada gambar 3 b dan 3c di bawah ini
(b)
(c)
Gambar 3.b dan c: Rangkaian Pengganti AC Penguat Common-Collector / Emitter Follower
Karena seperti terlihat pada gambar 3.b di atas, terminal kolektor dan salah satu terminal resistansi internal transistor ro terhubung ke ground, maka rangkaian pada gambar 3.b dapat di ubah menjadi rangkaian seperti pada gambar 3.c. Pada gambar ini terlihat jelas bahwa resistansi ro tepasang parallel dengan resistansi beban RL. Dengan demikian, analisis AC rangkaian CC di atas dapat dilakukan dengan metode yang sama dengan analisis AC rangkaian penguat CC untuk kasus transistor ideal, dengan perbedaan bahwa sekarang digunakan nilai R’L = RL || ro.
