1 / 41

Bipolar Junction Transistor (BJT)

Bipolar Junction Transistor (BJT). Stuktur divais dan cara kerja fisik Struktur yang Disederhanakan dan Mode Operasi. Gambar 1. Struktur sederhana transistor npn. Gambar 2. Struktur sederhana transistor pnp. Mode kerja BJT.

enid
Download Presentation

Bipolar Junction Transistor (BJT)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Bipolar Junction Transistor (BJT)

  2. Stuktur divais dan cara kerja fisik Struktur yang Disederhanakan dan Mode Operasi Gambar 1. Struktur sederhana transistor npn Gambar 2. Struktur sederhana transistor pnp

  3. Mode kerja BJT

  4. Gambar 3: Model rangkaian pengganti sinyal besar untuk BJT npn yang bekerja pada mode forward active.

  5. Karakteristik Arus – Tegangan Gambar 4: Simbol rangkaian BJT

  6. Karakteristik Arus – Tegangan Gambar 5: Polaritas tegangan dan aliran arus dalam transistor yang di bias dalam mode aktif

  7. Ringkasan hubungan arus – tegangan dari BJT pada mode aktif Catatan: untuk transistor pnp, gantilah vBEdengan vEB VT = tegangan termal = kT/q≈ 25 mV pada suhu kamar

  8. Contoh soal 1: Gambar 6: Rangkaian untuk contoh soal 1 Transistor pada gambar (6.a) mempunyai β = 100 dan vBE = 0,7 V pada iC =1mA. Rancanglah rangkaian sehingga arus 2 mA mengalir melalui collector dan tegangan pada collector = +5 V

  9. Jawab: VC = 5 V → CBJ reverse bias → BJT pada mode aktif VC = 5 V → VRC = 15 – 5 = 10 V IC = 2 mA → RC= 5 kΩ vBE = 0,7 V pada iC = 1 mA → harga vBE pada iC= 2 mA: VB = 0 V → VE = -0,717 V β = 100 → α= 100/101 =0,99 Harga RE diperoleh dari:

  10. Tampilan Grafis dari Karakteristik Transistor Gambar 7: Karakteristik iC – vBE dari sebuah transistor npn

  11. Karakteristik iC – vBE identik dengan karakteristik i – v pada dioda. Karakteristik iE – vBE dan iB – vBE juga exponensial dengan IS yang berbeda: IS/α untuk iE dan IS/β untuk iB. Karena konstanta dari karakteristik ekponensial, 1/VT, cukup tinggi (≈ 40), kurva meningkat sangat tajam. Untuk vBE< 0,5 V, arus sangat kecil dan dapat diabaikan. Untuk harga arus normal, vBEberkisar antara 0,6 V – 0,8 V. Untuk perhitungan awal, vBE = 0,7 V. Untuk transistor pnp, karakteristik iC- vBE tampak identik, hanya vBE diganti dengan vEB.

  12. Gambar 8: Model rangkaian pengganti sinyal besar dari BJT npn yang bekerja di daerah aktif dalam konfigurasi common-emitter.

  13. Karakteristik Common-Emitter Gambar 9: Karakteristik common-emitter

  14. Penguatan arus common-emitter β. β didefinisikan sebagai perbandingan antara total arus pada collector dan total arus pada base. β mempunyai harga yang konstan untuk sebuah transistor, tidak tergantung dari kondisi kerja. Pada gambar 9, sebuah transistor bekerja pada daerah aktif di titik Q yang mempunyai arus collector ICQ, arus base IBQ dan tegangan collector – emitter VCEQ. Perbandingan arus collector dan arus base adalah β sinyal besar atau dc. βdc juga dikenal sebagai hFE.

  15. Pada gambar 9 terlihat, dengan tegangan vCEtetap perubahan iBdari IBQmenjadi (IBQ + ∆iB) menghasilkan kenaikan pada iC dari ICQ menjadi (ICQ + ∆iC) βac disebut β ‘incremental’. βac dan βdc biasanya berbeda kira-kira 10% – 20%. βac disebut juga β sinyal kecil yang dikenal juga dengan hfe. β sinyal kecil didefinisikan dan diukur pada vCEkonstan, artinya tidak ada komponen sinyal antara collector dan emitter, sehingga dikenal juga sebagai penguatan arus hubung singkat common-emitter

  16. BJT sebagai Penguat dan sebagai Saklar Pemakaian BJT: • sebagai penguat: • BJT bekerja pada mode aktif. • BJT berperan sebagai sebuah sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan (VCCS). • Perubahan pada tegangan base-emitter,vBE, akan menyebabkan perubahan pada arus collector, iC. • BJT dipakai untuk membuat sebuah penguatan transkonduktansi. • Penguatan tegangan dapat diperoleh dengan melalukan arus collector ke sebuah resistansi, RC. • Agar penguat menjadi penguat linier, transistor harus diberi bias, dan sinyal akan ditumpangkan pada tegangan bias dan sinyal yang akan diperkuat harus dijaga tetap kecil • sebagai saklar • BJT bekerja pada mode cutoff dan mode jenuh

  17. Cara kerja sinyal besar – Karakteristik Transfer Gambar 10. (a) Rangkaian dasar penguat common – emitter (b) Karakteristik transfer dari rangkaian (a)

  18. Rangkaian dasar penguat common-emitter terlihat pada gambar 10. • Tegangan masukan total vI(bias + sinyal) dipasang di antara base dan emitter (ground) • Tegangan keluaran total vO (bias + sinyal) diambil di antara collector dan emitter (ground) • Resistor RC mempunyai 2 fungsi: • Untuk menentukan bias yang diinginkan pada collector • Mengubah arus collector, iC, menjadi tegangan keluaran vOC atau vO • Tegangan catu VCCdiperlukan untuk memberi bias pada BJT dan untuk mencatu daya yang diperlukan untuk kerja penguat. Karakteristik transfer tegangan dari rangkaian CE terlihatpada gambar 10(b). vO = vCE = VCC – RCiC

  19. vI = vBE < 0,5 V → transistor cutoff. 0 < vI< 0,5 V, iC kecil sekali, dan vO akan sama dengan tegangan catu VCC (segmen XY pada kurva) vI> 0,5 V → transistor mulai aktif, iC naik, vO turun. Nilai awal vOtinggi, BJT bekerja pada mode aktif yang menyebabkan penurunan yang tajam pada kurva karakteristik transfer tegangan (segmen YZ), Pada segmen ini:

  20. Mode aktif berakhir ketika vO = vCE turun sampai 0,4 V di bawah tegangan base (vBE atau vI) → CBJ ‘on’ dan transistor memasuki mode jenuh (lihat titik Z pada kurva). Pada daerah jenuh kenaikan vBE menyebabkan vCE turun sedikit saja. vCE = VCEsat berkisar antara 0,1 – 0,2 V. ICsat juga konstan pada harga: Pada daerah jenuh, BJT menunjukkan resistansi yang rendah, RCEsat antara collector dan emitter. Jadi ada jalur yang mempunyai resistansi rendah antara collector dan ground, sehingga dapat dianggap sebagai saklar tertutup. Sedangkan ketika BJT dalam keadaan cut off, arus sangat kecil (idealnya nol), jadi beraksi seperti saklar terbuka, memutus hubungan antara collector dan ground. Jadi keadaan saklar ditentukan oleh harga tegangan kendali vBE.

  21. Penguatan Penguat. Agar BJT bekerja sebagai penguat, maka harus diberi bias pada daerah aktif yang ditentukan oleh tegangan dc base – emitter VBEdan tegangan dc collector – emitter VCE. Arus collector IC pada keadaan ini: Jika sinyal viakan diperkuat, sinyal ini ditumpangkan pada VBE dan harus dijaga kecil (lihat gambar 10(b)) agar tetap pada segmen yang linier dari kurva transfer di sekitar titik bias Q. Koefiesin arah dari segmen linier ini sama dengan penguatan tegangan dari penguat untuk sinyal kecil di sekitar titik Q.

  22. Penguatan sinyal kecil Av: • Perhatikan: • penguat CE: inverting, artinya sinyal keluaran berbeda 180° dengan sinyal masukan. • peguatan tegangan dari penguat CE adalah perbandingan antara penurunan tegangan pada RC dengan tegangan termal VT. • untuk memaksimumkan penguatan tegangan, penurunan tegangan pada RC harus sebesar mungkin, artinya untuk harga VCC tertentu penguatan harus bekerja pada VCE yang lebih rendah.

  23. Contoh soal 2 • Sebuah rangkaian CE menggunakan sebuah BJT yang mempunyai IS = 10-15 A, sebuah resistansi collector RC = 6,8 kΩ dan catu daya VCC= 10 V. • Tentukan harga tegangan bias VBE yang diperlukan untuk mengoperasikan transistor pada VCE = 3,2 V. Berapakah harga IC nya? • Carilah penguatan tegangan Avpada titik bias. Jika sebuah sinyal masukan sinusoida dengan amplitudo 5 mV ditumpangkan pada VBE, carilah amplitudo sinyal keluaran sinusoida. • Carilah kenaikan positif vBE (di atas VBE) yang mendorong transistor ke daerah jenuh, dimana vCE= 0,3 V. • Carilah kenaikan negatif vBE yang mendorong transistor ke daerah 1% cut off (vO= 0,99 VCC)

  24. Jawab: a. b.

  25. c. Untuk vCE = 0,3 V Untuk menaikkan iC dari 1 mA ke 1,617 mA, vBEharus dinaikkan: d. Untuk vo = 0,99 VCC = 9,9 V Untuk menurunkan iC dari 1 mA ke 0,0147 mA, vBE harus diturunkan

  26. Analisis Grafis Gambar 11 Rangkaian yang akan dianalisa secara grafis

  27. Perhatikan gambar 11 yang mirip dengan rangkaian terdahulu hanya ada tambahan resitansi pada base, RB. Gambar 12. Konstruksi grafis untuk menentukan arus dc base pada rangkaian di gambar 11 • Analisis grafis dilakukan sebagai berikut: • Tentukan titik bias dc; set vi= 0 dan gunakan cara seperti pada gambar 12 untuk menentukan arus dc pada base IB. • Gunakan karakteristik iC–vCE seperti yang terlihat pada gambar 13. Titik kerja akan terletak pada kurva iC–vCE yang mempunyai arus base yang diperoleh (iB = IB)

  28. Gambar 13. Konstruksi grafis untuk menentukan arus dc collector IC dan tegangan collector–emitter VCE pada rangkaian pada gambar 11 vCE = VCC – iCRC Hubungan di atas adalah hubungan linier yang digambarkan dengan sebuah garis lurus seperti pada gambar 12. Garis ini dikenal dengan garis beban.

  29. Gambar 14 (a). Penentuan grafis komponen sinyal vbedan ib ketika komponen sinyal viditumpangkan pada tegangan dc VBB.

  30. Gambar 14 (b). Penentuan grafis komponen sinyal vce dan ic ketika komponen sinyal viditumpangkan pada tegangan dc VBB.

  31. Cara kerja sebagai saklar. BJT bekerja sebagai saklar: gunakan mode cut off dan mode jenuh. Gambar 16: Rangkaian sederhana yang digunakan untuk menunjukkan mode operasi yang berbeda dari BJT.

  32. Harga masukan vI bervariasi. vI< 0,5 V → iB = 0, iC = 0 dan vC = VCC → simpul C terputus dari ground → saklar dalam keadaan terbuka. vI > 0,5 V → transistor ‘on’. Pada kenyataannya agar arus mengalir, vBE harus sama dengan 0,7 V, dan vI harus lebih tinggi Arus base akan menjadi: Dan arus collector menjadi: iC = βiB

  33. Persamaan ini hanya berlaku untuk daerah aktif artinya CBJ tidak forward bias atau vC > vB – 0,4 V. vC = VCC – RCiC Jika vInaik, iBakan naik, dan iCakan naik juga, Akibatnya vCEakan turun. Jika vCE turun sampai vB– 0,4V, transistor akan meninggalkan daerah aktif dan memasuki daerah jenuh. Titik ‘edge-of-saturation’ (EOS) ini didefinisikan: Dengan asumsi VBE≈ 0,7 V dan

  34. Harga vIyang diperlukan untuk mendorong transistor ke EOS dapat ditentukan dengan persamaan: VI(EOS) = IB(EOS)RB + VBE Menaikkan vI > VI(EOS)→ menaikkan arus base yang akan mendorong transistor ke daerah jenuh yang semakin dalam. VCE akan sedikit menurun. Asumsikan untuk transistor dalam keadaan jenuh, VCEsat≈ 0,2 V. Arus collector akan tetap konstan pada ICsat

  35. Memaksakan lebih banyak arus pada base mempunyai pengaruh yang kecil pada ICEsat dan VCEsat. Pada keadaan ini saklar tertutup dengan resistansi RCEsatyang rendah dan tegangan offset VCEsat yang rendah. Pada keadaan jenuh, transistor dapat dipaksa bekerja pada harga βyang diinginkan.yang lebih rendah harga normal. Perbandingan antara IB dan IB(EOS) disebut faktor ‘overdrive’

  36. Contoh soal 3: Transistor pada gambar 17 mempunyai β berkisar antara 50 – 150. Carilah harga RByang menyebabkantransistor pada keadaan jenuh dengan faktor ‘overdrive’ lebih besar dari 10. Gambar 17 Jawab: Transistor dalam keadaan jenuh, tegangan collector: VC = VCEsat≈ 0,2 V Arus collector:

  37. Untuk membuat transistor jenuh dengan β yang paling rendah, diperlukan arus base paling sedikit: Untuk faktor ‘overdrive’ = 10, arus base harus: IB= 10 x 0,196 = 1,96 mA Jadi RByangdiperlukan:

  38. Contoh soal 4: Tentukan harga tegangan pada semua simpul dan arus pada semua cabang. Asumsikan β = 100 Gambar 18

  39. Gambar 18

  40. Jawab: Gunakan teori Thévenin untuk menyederhanakan rangkaian pada base.

  41. Asumsikan transistor bekerja pada mode aktif: IC = αIE = 0,99 x 1,29 = 1,28 mA VC= +15 – ICRC = 15 – 1,28 x 5 = 8,6 V Jadi tegangan collector > 4,03 V dari tegangan base → transistor bekerja pada mode aktif

More Related