Materi 6: Transistor Fundamental

Materi 6: Transistor Fundamental I Nyoman Kusuma Wardana Sistem Komputer STMIK STIKOM Bali

Outline • • • •

Load Line Q Point Bias Emiter Voltage-divider Bias

Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Load Line • Load line (garis beban)  menggambarkan kinerja transistor dari titik cutoff sampai ketika transistor mengalami saturasi • Load line digambar sebagai garis yang menghubungkan antara titik cutoff dgn titik saturasi • Garis ini menunjukkan hubungan antara VCE pd sumbu-x dan IC pada sumbu-y Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Load Line • Menggunakan gb disamping: 𝑉𝐶𝐶 − 𝑉𝐶𝐸 𝟏𝟓𝐕 − 𝑽𝑪𝑬 𝐼𝐶 = ⇒ 𝑰𝑪 = 𝑅𝐶 𝟑𝒌𝜴 • Ambil VCE = 0, maka: 15𝑉 𝐼𝐶 = = 𝟓𝑚A 3𝑘Ω • Ambil Ic = 0, maka: 0=

15𝑉−𝑉𝐶𝐸 3𝑘Ω

⇒ 𝑽𝑪𝑬 = 𝟏𝟓𝐕

• Selanjutnya kita plot


Mencari arus saturasi kolektor

Mencari tegangan cutoff pd kolektor-emitor Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Contoh: • Hitunglah nilai saturasi dan cutoff pada gambar berikut, serta gambarlah load linenya.


Jawab: • Jika kita hubung singkat antara kolektor dan emiter, maka: 𝑉𝑐𝑐 30V 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) = = = 𝟏𝟎𝑚A 𝑅𝐶 3𝑘Ω • Jika kita buka terminal kolektor dan emiter, maka: • 𝑉𝐶𝐸(𝑐𝑢𝑡𝑜𝑓𝑓) = 𝑉𝑐𝑐 = 𝟑𝟎V Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Contoh: • Hitunglah nilai saturasi dan cutoff pada gambar berikut, serta gambarlah load linenya.


Jawab: • Jika kita hubung singkat antara kolektor dan emiter, maka: 𝑉𝑐𝑐 9V 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) = = = 𝟑𝑚A 𝑅𝐶 3𝑘Ω • Jika kita buka terminal kolektor dan emiter, maka: • 𝑉𝐶𝐸(𝑐𝑢𝑡𝑜𝑓𝑓) = 𝑉𝑐𝑐 = 𝟗V Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Rangkaian dgn tegangan kolektor 30V

Rangkaian dgn tegangan kolektor 9V

Garis beban memiliki kemiringan Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015 yang sama

Contoh: • Hitunglah nilai saturasi dan cutoff dari dua gambar berikut dan selanjutnya gambar garis beban masing-masing rangkaian tersebut


Jawab: Efek perubahan nilai resitor kolektor (Rc)

𝟏 𝐊𝐞𝐦𝐢𝐫𝐢𝐧𝐠𝐚𝐧 𝒔𝒍𝒐𝒑𝒆 = 𝑹𝑪


Titik Operasi Transistor • Setiap transistor memiliki load line • Setiap rangkaian akan memiliki nilai saturasi dan cutoff • Titik dimana transistor bekerja pd suatu nilai VCE dan IC dikenal dgn istilah Q point • “Q point” adalah Quiescent Point. Quiescent berarti Quite (diam, tenang, tdk bergerak) • Q point inilah yang merupakan titik operasi transistor Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Q Point Contoh: • Carilah titik Q point pada gambar berikut, asumsi nilai penguatan adlh 100.


Jawab: • Utk mempermudah, asumsi kita menggunakan pendekatan transistor ideal, dmn nilai VBE = 0V. • Arus yg mengalir pd loop basis: 𝑽𝑩𝑩 − 𝑽𝑩𝑬 𝟏𝟓 − 𝟎 𝐕 𝑰𝑩 = = = 𝟑𝟎𝜇A 𝑹𝑩 𝟓𝟎𝟎𝒌𝛀 • Hitung arus kolektor: 𝑰𝑪 = 𝜷𝒅𝒄 𝑰𝑩 = 100 30𝜇A = 𝟑𝑚A • Hitung tegangan kolektor-emiter: 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 𝑉𝐶𝐸 = 15V − 3𝑚A 3𝑘Ω = 𝟔V • Dgn demikian, maka Q point = (6V , 3mA) Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Variasi Nilai Q Point Contoh: • Dengan menggunakan gambar pd contoh sebelumnya, carilah nilai Q point jika penguatan menjadi 50 dan 150, kemudian plot grafiknya


Jawab: Untuk penguatan sbesar 50 • Arus yg mengalir pd basis (IB) tetap sama sbesar 30uA • Kemudian hitung arus kolektor: 𝑰𝑪 = 𝜷𝒅𝒄 𝑰𝑩 = 50 30𝜇A = 𝟏, 𝟓𝑚A • Selanjutnya hitung tegangan kolektor-emiter: 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 𝑉𝐶𝐸 = 15V − 1,5𝑚A 3𝑘Ω = 𝟏𝟎, 𝟓V • Dgn demikian, maka Q point = (10,5V , 1,5 mA) • Sebut titik ini sbg QL Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Jawab: Untuk penguatan sbesar 150 • Arus yg mengalir pd basis (IB) tetap sama sbesar 30uA • Kemudian hitung arus kolektor: 𝑰𝑪 = 𝜷𝒅𝒄 𝑰𝑩 = 150 30𝜇A = 𝟒, 𝟓𝑚A • Selanjutnya hitung tegangan kolektor-emiter: 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝑐𝑐 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 𝑉𝐶𝐸 = 15V − 4,5𝑚A 3𝑘Ω = 𝟏, 𝟓V • Dgn demikian, maka Q point = (1,5V, 4,5 mA) • Sebut titik ini sbg QH Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Ploting: • Amati variasi nilai Q


Transistor Switching • Bias basis berguna dalam dunia elektronika digital, karena rangkaian ini bekerja pada titik saturasi dan cutoff • Dlm hal ini, nilai Q point sepanjang antara cutoff dan saturasi tdk dipakai • Output keluaran pd rangkaian ini adalah tegangan HIGH dan tegangan LOW • Dlm dunia digital  sistem bekerja dlm bilangan biner, yaitu nol dan satu • Output HIGH mengindikasikan nilai 1, sedangkan LOW utk nilai 0 Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Transistor Switching berguna dlm elektronika digital dengan memanfaatkan kondisi cutoff dan saturasi

Kondisi hard saturation

Grafik Load Line Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Bias Emiter • Dalam rangkaian digital, bias basis sangatlah berguna • Namun, ketika digunakan sbg amplifier (penguat), kita memerlukan rangkaian yg memiliki Q point yg tahan thdp penguatan arus  memakai bias emiter • Dgn memakai konfigurasi bias emiter, ketika arus ditingkatkan sampai pd rentang tertentu, titik kerja transistor akan dipertahankan sama Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Ide Dasar • VBB scr langsung mencatu basis. • Emiter tidak di ground scr langsung • Tegangan pd emiter: 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 • Jika VBB > 20 VBE pakai pendekatan ideal • Jika VBB < 20 VBE  pakai pendekatan II Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Bias Emiter

Q Point pd Bias Emiter • Tegangan antara emiter & ground disbt teg. emiter: • 𝑽𝑬 = 𝑽𝑩𝑩 − 𝑽𝑩𝑬 • 𝑉𝐸 = 5V − 0,7V = 𝟒, 𝟑V • Arus yg mengalir pd RE:

𝑽𝑬 4,3V 𝑰𝑬 = = = 𝟏, 𝟗𝟓𝒎𝐀 𝑹𝑬 2,2𝑘Ω Bias Emiter Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

• Asumsi IC = IE,maka IE jg sbesar 1,95mA • Tegangan antara kolektor & ground: • • • • • • •

𝑽𝑪 = 𝑽𝑪𝑪 − 𝑰𝑪 𝑹𝑪 𝑉𝐶 = 15V − (1,95𝑚𝐴)(1𝑘Ω) 𝑉𝐶 = 𝟏𝟑, 𝟏V Tegangan kolektor-emiter: 𝑽𝑪𝑬 = 𝑽𝑪 − 𝑽𝑬 𝑉𝐶𝐸 = 13,1V − 4,3V = 𝟖, 𝟖V Maka Q point: (8,8V , 1,95mA) Bias Emiter Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Voltage-Divider Bias (VDB) • Gambar di bwh mrpkn rangkaian transistor bias yg PALING BANYAK digunakan • Rangkaian basis memiliki rangkaian pembagi tegangan (voltage divider) menggunakan resistor R1 dan R2


• Output dr pembagi tegangan: 𝑹𝟐 𝑽𝑩𝑩 = 𝑽𝑪𝑪 𝑹𝟏 + 𝑹𝟐


• VDB mrpkn “penyamaran” dr bias emiter • VDB membuat fix arus emiter menghasilkan Q point yg solid, bebas dr penguatan arus • Gambar selanjutnya dpt disederhanakan sbb:


Voltage-Divider Bias (VDB) Rangkuman rumus:

• 𝑉𝐵𝐵 =

𝑅2 𝑉𝐶𝐶 𝑅1 +𝑅2

• 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸

• 𝐼𝐸 =

𝑉𝐸 𝑅𝐸

• 𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸 • 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 • 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸 Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Contoh: • Hitung tegangan Kolektor-Emiter pada gambar berikut:


Jawab: • Output pembagi tegangan: 𝑅2 2,2kΩ 𝑉𝐵𝐵 = 𝑉𝐶𝐶 = 10V = 𝟏, 𝟖V 𝑅1 + 𝑅2 10kΩ + 2,2kΩ • 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 = 1,8V − 0,7V = 𝟏, 𝟏V • Arus emiter: 𝐼𝐸 =

𝑉𝐸 𝑅𝐸

=

1,1V 1𝑘Ω

= 𝟏, 𝟏mA

• Arus kolektor HAMPIR sama dgn arus emiter & tegangan kolektor-ground: • 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 = 10𝑉 − (1,1mA)(3,6kΩ)

• 𝑉𝐶 = 𝟔, 𝟎𝟒V • 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸 = 6,04 − 1,1 = 𝟒, 𝟗𝟒V Kusuma Wardana - Sistem Elektronika 2015

Daftar Pustaka • Malvino, A.P. Electronics Principles. McGraw Hill 7th Edition, New York. • Malvino, A.P. 1999. Prinsip-Prinsip Elektronika (terjemahan oleh Alb.Joko Santoso). Salemba Teknika, Jakarta.


Materi 6: Transistor Fundamental

Recommend Documents