DASAR TRANSISTOR
TEORI DASAR
Dari susunan bahan semikonduktor yang digunakan, transistor dapat dibedakan menjadi dua buah tipe yaitu transistor tipe PNP dan transistor tipe NPN.
Pada prinsipnya transistor sama dengan dua buah dioda yang disusun saling bertolak belakang, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini :
Struktur PNP Struktur NPN
Transistor adalah komponen elektronika multitermal, biasanya memiliki 3 terminal. Secara harfiah, kata ‘Transistor’ berarti ‘ Transfer resistor’, yaitu suatu komponen yang nilai resistansi antara terminalnya dapat diatur. Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis :
1. Transistor Bipolar
2. Transistor Unipolar
3. Transistor Unijunction
Transistor bipolar bekerja dengan 2 macam carrier, sedangkan unipolar satu macam saja, hole atau electron. Beberapa perbandingan transistor bipolar dan unipolar :
Pada transistor bipolar, arus yang mengalir berupa arus lubang (hole) dan arus electron atau berupa pembawa muatan mayoritas dan minoritas. Transistor dapat berfungsi sebagai penguat tegangan, penguat arus, penguat daya atau sebagai saklar. Ada 2 jenis transistor yaitu PNP dan NPN.
Transistor di desain dari pemanfaatan sifat diode, arus menghantar dari diode dapat dikontrol oleh electron yang ditambahkan pada pertemuan PN diode. Dengan penambahan elekdiode pengontrol ini, maka diode semi-konduktor dapat dianggap dua buah diode yang mempunyai electrode bersama pada pertemuan. Junction semacam ini disebut transistor bipolar dan dapat digambarkan seperti diatas.
Transistor dapat bekerja apabila diberi tegangan, tujuan pemberian tegangan pada transistor adalah agar transistor tersebut dapat mencapai suatu kondisi penghantar atau menyumbat. Baik transistor NPN maupun PNP tegangan antara emitor dan basis adalah forward bias, sedangkan antara basis dengan kolektor adalah reverse bias.
Rangkaian Bias Transistor
Bias Basis
Gambar diatas merupakan rangkaian bias basis. Biasanya catu daya basis sama dengan catu daya kolektor ; VBB = VCC.
Bias Emitter
Untuk mengatasi perubahan β dc maka digunakan rangkaian “Prategangan Umpan Balik Emitter”.
Rangkaiannya sebagai berikut :
RE berfungsi untuk mengimbangi perubahan β dc.
Prategangan Pembagi Tegangan (Voltage Divider)
Rangkaian diatas adalah rangkaian pembagi tegangan, disebut juga prategangan semesta (universal). Rangkaian ini banyak digunakan dalam rangkaian-rangkaian linier. Disebut pembagi tegangan karena berasal dari pembagi tegangan pada R1 dan R2. Tegangan yang melintasi R2 memberi tegangan maju pada dioda emitter. Prategangan pembagi tegangan bekerja sebagai berikut.
Garis Beban
Persamaan garis beban untuk rangkaian prategangan pembagi gangan adalah :
IC = (Vcc – Vce) / (Rc + Re) … (8)
Untuk IC saturasi VCE = 0
IC saturasi = Vcc / (Rc – Re) … (9)
Untuk VCE cut-off adalah IC = 0
VCE cut-off = VCC …(10)
Rangkaian transistor sebagai switch adalah sebagai berikut :
Jika transistor dalam keadaan saturasi maka VCE = 0 artinya pada terminal C dan E akan terhubung sehingga arus mengalir dan transistor menjadi ON. Jika transistor dalam keadaan cut-off maka IC = 0, dan terminal C dan E akan terbuka sehingga tidak ada arus yang mengalir melalui transistor dan transistor menjadi OFF.
Bias dalam Transistor BJT
Analisis atau disain terhadap suatu penguat transistor memerlukan informasi mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC.
Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap disain maupun sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya.
Persamaan mendasar dalam transistor yang penting adalah :
Dalam mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan persamaan di atas bisa digunakan untuk mencari besaran yang diinginkan.
Bias : pemberiaan tegangan DC untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap.
Tegangan dan arus yang dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point) atau titik Q yang menentukan daerah kerja transistor.
Pada gambar di bawah ditunjukkan 4 buah titik kerja transistor.
Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titik-titik tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh Icmax dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pcmax. BJT bisa di-bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa memperpendek usia piranti atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi tanpa bias, piranti tidak bekerja, hasilnya adalah titik A dimana arus dan tegangan bernilai nol.
Transistor Sebagai Penguat
Transistor adalah suatu monokristal semikonduktor dimana terjadi dua pertemuan P-N, dari sini dapat dibuat dua rangkaian yaitu P-N-P dan N-P-N. Dalam keadaan kerja normal, transistor harus diberi polaritas sebagai berikut :
1. Pertemuan Emitter-Basis diberi polaritas dari arah maju.
2. Pertemuan Basis-kolektor diberi polaritas dalam arah mundur.
1. Pertemuan Emitter-Basis diberi polaritas dari arah maju.
2. Pertemuan Basis-kolektor diberi polaritas dalam arah mundur.
Transistor adalah suatu komponen yang dapat memperbesar level sinyal keluaran sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal AC ataupun DC. Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat. Dan dalam pemakiannya transistor juga bisa berfungsi sebagai saklar dengan memanfaatkan daerah penjenuhan (saturasi) dan daerah penyumbatan (cut-off). Pada daerah penjenuhan nilai resistansi penyambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan nol atau
kolektor terhubung langsung (short). Ini menyebabkan tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang
menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc.
kolektor terhubung langsung (short). Ini menyebabkan tegangan kolektor emitter Vce = 0 pada keadaan ideal. Dan pada daerah cut off, nilai resistansi persambungan kolektor emitter secara ideal sama dengan tak terhingga atau terminal kolektor dan emitter terbuka yang
menyebabkan tegangan Vce sama dengan tegangan sumber Vcc.
Salah satu fungsi utama transistor adalah sebagai penguat sinyal. Dalam hal ini transistor bisa dikonfigurasikan sebagai penguat tegangan, penguat arus maupun sebagai penguat daya.
Berdasarkan sistem pertanahan transistor (grounding) penguat transistor dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :
1. Penguat Common Base (grounded-base)
Penguat Common Base adalah penguat yang kaki basis transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke emitor dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.
Penguat Common Base
Penguat Common base mempunyai karakter sebagai berikut :
- Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga meminimalkan efek umpan balik.
- Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (pre amplifier).
- Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF.
- Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.
2. Penguat Common Emitor
Penguat Common Emitor adalah penguat yang kaki emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Emitor juga mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.
Penguat Common Emitor
Penguat Common Emitor mempunyai karakteristik sebagai berikut :
- Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal input.
- Sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif, sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya.
- Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal audio).
- Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.
3. Penguat Common Collector
Penguat Common Collector adalah penguat yang kaki kolektor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki emitor. Penguat Common Collector juga mempunyai karakter sebagai penguat arus .
Penguat Common Collector
Penguat Common Collector mempunyai karakteristik sebagai berikut :
- Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal input (jadi tidak membalik fasa seperti Common Emitor)
- Mempunyai penguatan tegangan sama dengan 1.
- Mempunyai penguatan arus samadengan HFE transistor.
- Cocok dipakai untuk penguat penyangga (buffer) karena mempunyai impedansi input tinggi dan mempunyai impedansi output yang rendah.
Berdasarkan titik kerjanya penguat transistor ada tiga jenis, yaitu:
1. Penguat Kelas A
Penguat kelas A adalah penguat yang titik kerja efektifnya setengah dari tagangan VCC penguat. Untuk bekerja penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal. Karena hal ini maka penguat kelas A menjadi penguat dengan efisiensi terendah namun dengan tingkat distorsi (cacat sinyal) terkecil.
Penguat Kelas A
Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah sistem bias pembagi tegangan dan sistem bias umpan balik kolektor. Melalui perhitungan tegangan bias yang tepat maka kita akan mendapatkan titik kerja transistor tepat pada setengah dari tegangan VCC penguat. Penguat kelas A cocok dipakai pada penguat awal (pre amplifier) karena mempunyai distorsi yang kecil.
2. Penguat Kelas B
Penguat kelas B adalah penguat yang bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor. Dalam kondisi tidak ada sinyal input maka penguat kelas B berada dalam kondisi OFF dan baru bekerja jika ada sinyal input dengan level diatas 0.6Volt (batas tegangan bias transistor).
Penguat Kelas B
Penguat kelas B mempunyai efisiensi yang tinggi karena baru bekerja jika ada sinyal input. Namun karena ada batasan tegangan 0.6 Volt maka penguat kelas B tidak bekerja jika level sinyal input dibawah 0.6Volt. Hal ini menyebabkan distorsi (cacat sinyal) yang disebut distorsi cross over, yaitu cacat pada persimpangan sinyal sinus bagian atas dan bagian bawah.
Penguat Kelas B Push-Pull
Penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir sinyal audio karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt). Dalam aplikasinya, penguat kelas B menggunakan sistem konfigusi push-pull yang dibangun oleh dua transistor.
3. Penguat kelas AB
Penguat kelas AB merupakan penggabungan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Penguat kelas AB diperoleh dengan sedikit menggeser titik kerja transistor sehingga distorsi cross over dapat diminimalkan. Titik kerja transistor tidak lagi di garis cut-off namun berada sedikit diatasnya.
Penguat Kelas B
Penguat kelas AB merupakan kompromi antar efisiensi dan fidelitas penguat. Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi pilihan sebagai penguat audio.
4. Penguat kelas C
Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya berada di daerah cut-off transistor. Bedanya adalah penguat kelas C hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal tidak seperti kelas B yang harus menggunakan dua transistor (sistem push-pull). Hal ini karena penguat kelas C khusus dipakai untuk menguatkan sinyal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak sinyal saja.
Penguat Kelas C
enguat kelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Pada penguat kelas C sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah.
