RANGKAIAN-RANGKAIAN PRATEGANGAN TRANSISTOR Oleh : Danny Kurnianto,S.T.,M.Eng
Rangkaian digital bisa diartikan sebagai rangkaian yang menggunakan transistor sebagai switch, sedangkan rangkaian linear adalah rangkaian yang menggunakan transistor sebagai sumber arus. Penggerak LED dengan sumber arus transistor adalah salah satu contoh rangkaian linear. Contoh lainnya adalah penguat (amplifier) yaitu rangkaian yang menaikkan amplitude sinyal. Pada pembahasan kali ini akan dipelajari mengenai cara-cara memberikan prategangan pada transistor untuk operasi linear yang berarti menetapkan titik Q di dekat tengah-tengah garis beban dc. 1.
Prategangan Basis Gambar 1 menunjukkan rangkaian prategangan basis.
Gambar 1. Rangkaian prategangan basis
Pembahasan mengenai prategangan basis sebenarnya sudah pernah dibahas yaitu saat membahas mengenai transistor sebagai switch sehingga pada bab ini tidak akan dibahas mendalam. Bagaimanapun juga, cara pemberian prategangan pada transistor seperti ini merupakan cara paling buruk dalam operasi linear karena titik Q-nya tidak stabil. Seperti yang telah dibahas pada bab sebelumnya, dc dapat mempunyai perubahan terhadap arus dan suhu. Ini berarti bahwa tak mungkin menetapkan titik Q yang stabil, jadi kita tidak pernah menggunakan prategangan basis dalam rangkaian-rangkaian linear. Penggunaan utama prategangan basis yaitu dalam rangkaianrangkaian digital yang transistornya digunakan sebagai switch.
2.
Prategangan Umpan Balik Emiter Gambar 2 menunjukkan rangkaian prategangan umpan balik emitor.
Gambar 2. Rangkaian prategangan umpan balik emitor
Pada gambar 2 diatas menunjukkan cara pertama yang digunakan untuk mengimbangi perubahan dc. Biasanya catu basis dan kolektor adalah sama. Gagasan prategangan ini adalah sebagai berikut berusaha menggunakan tegangan melintas tahanan emitor untuk mengimbangi perubahan pada dc. Misalnya, bila dc naik, arus kolektro naik, arus ini akan menaikkan tegangan emitor, yang akan menurunkan tegangan melintas tahanan basis dan mengurangi arus basis. Arus basis yang berkurang ini mengakibatkan berkurangnya arus kolektor dan mengatasi sebagian kenaikan semula pada dc. Garis Beban DC Jika kita menjumlahkan tegangan-tegangan melingkar simpul kolektor pada gambar 2, kita dapatkan : VCC – VCE – ICRC – IERE = 0 ……………………………….. Karena IC ≈ IE. maka persamaannya menjadi :
(1)
IC
VCC VCE RC R E
………………………………………………. (2)
Sekarang kita bisa melihat dengan cepat bahwa ujung atas garis beban atau arus saturasinya adalah I C sat
VCC RC R E
……………………………………………… (3)
Dan tegangan cut-off , VCE-cut-off = Vcc Pengaruh dc Selanjutnya kita dapat menghitung tegangan-tegangan yang melintas simpul basis sehingga didapatkan : VBB – VBE – IBRB – IERE = 0 ………………………………… (4) Karena IE ≈ IC dan IB = IC / dc, sehingga persamaan (4) dapat ditulis sebagai berikut: IC
VCC V BE R E R B / dc
………………………………………….. (5)
Tujuan prategangan umpan balik emitor adalah untuk menghilangkan pengaruh perubahan dc; ini berarti sama dengan menjadikan RE yang jauh lebih besar daripada RB/dc. Tetapi, dalam rangkaian praktis kita tidak dapat membuat RE cukup besar tanpa menjenuhkan transistor. Pada kenyataannya, prategangan umpan balik emitor memiliki kepekaan terhadap perubahan dc yang hampir sama dengan prategangan basis. Jadi prategangan umpan balik bukan suatu pilihan yang baik untuk rangkaian linear. Contoh : 1. Hitunglah nilai arus saturasi kolektor (IC-sat) dalam gambar dibawah ini. Lalu hitunglah arus kolektor untuk dua nilai dc : 100 dan 300.
Jawab : Arus kolektor saturasi : I C sat
15 14,9 mA 910 100
Bila dc = 100, pers(5) memberikan : IC
15 0,7 3,25mA 100 ( 430 k / 100)
Bila dc = 300, pers(5) membarikan : IC
15 0,7 9,33mA 100 ( 430 k / 300)
Soal Latihan .
1. Transistor pada rangkaian diatas ini mempunyai hFE = 80. Berapa tegangan antara kolektor dan tanah? 2. Gambarkan garis beban dc untuk gambar diatas? 3. Pada pendekatan dc berapa rangkaian diatas menjadi saturasi? 4. Jika pada rangkaian diatas dc = 125, hitunglah tegangan basis, tegangan emitor, dan tegangan kolektor (semuanya terhadap tanah). 3.
Prategangan Umpan Balik Kolektor Pada Gambar 3 ditunjukkan rangkaian prategangan umpan balik kolektor, tahanan basis
disambungkan ke kolektor, bukan ke catu tegangan, ini yang membedakan antara rangkaian prategangan umpan balik kolektor dan basis.
Gambar 3. Rangkaian prategangan umpan balik kolektor
Cara kerja dari rangkaian ini adalah sebagai berikut, bila dc naik, maka arus kolektor juga akan ikut naik. Sesaat setelah arus kolektor naik, tegangan kolektor emitor (VCE) akan turun, ini berarti tegangan yang melintas tahanan basis akan ikut turun yang mengakibatkan arus basis akan turun. Arus basis yang menurun akan menghalangi kenaikan arus kolektor semula. Garis Beban DC Dengan menjumlahkan tegangan yang melintas simpul kolektor, diperoleh : VCC – (IC + IB) RC – VCE = 0 …………………………………. (6) Karena dalam daerah aktif, IB bernilai lebih kecil daripada IC, maka nilai IB dapat diabaikan dan persamaannya menjadi: IC
VCC VCE RC
………………………………………………. (7)
Kita dapat melihat secara langsung bahwa ujung atas garis beban atau arus kolektor saturasi adalah VCC / RC dan ujung bawahnya adalah sama dengan VCC. Pengaruh dc Dengan menjumlahkan tegangan yang melintas pada simpul basis maka didapatkan : VCC – (IC + IB) RC – IBRB – VBE = 0 ……………………….. atau
(8)
VCC – ICRC – IBRB – VBE = 0 ………………………………... (9) Karena IB = IC / dc , maka kita dapat mencari IC melalui persamaan sebagai berikut : IC
Vcc V BE Rc R B / dc
………………………………………….. (10)
Prategangan umpan balik kolektor lebih baik daripada prategangan umpan balik emitor, meskipun rangkaiannya masih peka terhadap perubahan dc. Hal Khusus Keuntungan rangkaian ini dibandingkan prategangan umpan balik emitor antara lain adalah transistornya tidak dapat jenuh (saturasi). Bila tahanan basis diturunkan, maka titik operasi transistor akan bergerak kearah titik jenuh (saturasi) sepanjang garis beban, tetapi tidak akan pernah mencapai kejenuhan berapapun rendahnya nilai tahanan basis. Bukti bahwa transistor tidak akan pernah mencapai titik jenuh dengan berapapun penurunan tahanan basis adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Rangkain dengan tahanna basis sama dengan nol
Jika tahanan basis diturunkan sampai nilainya nol, itu berarti tegangan yang melintas pada tahanan basis tersebut juga sama dengan nol. Ini berarti seperti menghubung singkatkan basis dengan kolektor. Perhatikna bahwa VCE tidak dapat lebih rendah dari 0,7 V karena tegangan ini adalah teganga yg melintas basis emitor (VBE).Maka arus kolektor (Ic) adalah :
Ic
Vcc 0,7 , Rc
Perhatikan bahwa, nilai ini lebih kecil dari VCC/RC yg merupakan ujung atas garis beban dc, sehingga transistor tidak pernah mencapai titik jenuhnya. Garis Tuntutan Perancangan Kita akan menentukan titik Q ditengah-tengah garis beban dc, dengan prategangan umpan balik kolektor, maka penentuan ini meminta : RB = dc.RC …………………………………………………….
(11)
Cara termudah untuk melihat bahwa titik kerja berada disekitar tengah garis beban dc, maka pers(11) di subtitusikan ke pers(10), menjadi : Ic
Vcc V BE Rc dcRc / dc
Vcc V BE 2 Rc
…………………………. (12)
Nilai ini mendekati ½ dari VCC/RC, itu berarti terletak di sekitar pertangahan garis beban dc. Kalau tidak ada ketentuan-ketentuan lainnya, rangkaian-rangkaian prategangan umpan balik kolektor dirancang dengan memenuhi aturan RB = dc.RC. Contoh : 1. Rancanglah rangkaian prategangan umpan balik kolektor dengan titik kerja Q berada ditengah-tengah garis beban dc dengan ketentuan sebagai berikut: Vcc = 15 V, Rc = 1 K Ohm, dc = 200. Jawab : Rangkaian harus memenuhi RB = dc.Rc RB = 200 x 1 k Ohm = 200 k Ohm. Arus kolektor IC saat titik Q berada di tengah-tengah garis beban dc : Ic
(12).
15 0,7 7,15mA ,atau kita bisa langsung mencari menggunakan persamaan 1k 200 k / 200
Gambar rangkaiannnya adalah :
Garis beban DC : arus kolektor saturasi = VCC/ RC dan tegangan cut-off (VCE-cutoff) = 15 V. Ic 15 mA
7,15 mA
VCE 15 V
2. Pada gambar contoh 1, hitunglah arus kolektor untuk nilai dc = 100 dan 300
