bias dalam transistor bjt

Bias dalam Transistor BJT

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 :

VBE = 0,7 VoltIE= (1 + ) IB ICIC = IBDalam 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.

Titik Operasi (Q)

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.

IC (mA)Derah saturasiIC max 40353025

70 A60 A50 A

40 AVCE (V)

20 B1510 C5A

PC max

30 A20 AD

10 A IB = 0 AFixed Bias

0VCE-SAT

10 20 30VCE-maxDerah cut-off

VCE (V)Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif), beberapa syarat berikut harus dipenuhi:

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias)

- Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)

Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing junction :

1. Daerah aktif/daerah linear



2. Daerah saturasi


- Junction base-collector dibias maju (forward bias)

3. daerah cut-off

- Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias)


Fixed BiasBias model ini ditunjukkan pada gambar berikut.

VCCICRB RC

Sinyal output AC

Sinyal C2input AC IB+ C1VBE _Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor pnp, persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus dan polaritas tegangan berlawanan.

Untuk analisis DC, rangkaian bisa di-isolasi (dipisahkan) dari input AC dengan mengganti kapasitor dengan rangkaian terbuka (open circuit). Untuk tujuan analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua, masing-masing untuk input dan output. Rangkaian pengganti DC menjadi :

VCC VCCICRB RCC +B

B

+ VCEVBE

_ E_Bias maju basis-emitter

Loop basis-emitter :+ VCC_

+

RB_ IB

C B

+

VBE _Dengan hukum tegangan Kirchhoff :

-VCC + IBRB + VBE = 0

Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi :

I

= VCC VBE B

RBDan

VBE = VB - VELoop collector-emitterVCE = VCC ICRCVCE = VC - VESaturasi transistor

Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi di bias mundur

VCE = 0 V

ICsat = VCC/RCSoal :VCC = +12 V

Sinyal input AC

RB240KC110F

ICIB = 50

RC2,2K+

VCE_

C210F

Sinyal output AC

Bias Emitter stabilVCCICRB RC

Sinyal output AC

Sinyal C2input AC IB+ C1VBE _RELoop Base-Emitter

VCC IBRB VBE IERE = 0

I = VCC VBE

RB + ( + 1)RELoop Collector - Emitter

VCC = IERE + VCE + ICRCSaturasi :

ICsat = VCC/(RC+RE)

Soal :

= 50VCCIC430K 2K

Sinyal output AC

Sinyal C2input AC IB+ C1VBE _1K

Bias Pembagi TeganganVCCICR1 RC

Sinyal output AC

Sinyal C2input AC IB+ C1VBE _R2 REBias dengan umpan balik

Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.

VCCRCRBIBi+ C1VBE _

ICVoIC C2IEREVCC ICRC IBRB VBE-IERE = 0

Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan IC, dimana :

IC = IB + ICTapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi IC IC IB dan IC IE):

VCC IBRC IBRB VBE - IBRE = 0

VCC VBE IB(RC +RE) IBRB = 0

Sehingga :I = VCC VBE

B R + R + RB ( C E )Loop collector-emitterICRCIC C2+_ IE

VCCREIERE + VCE + ICRC = VCCVCC = IC(RC + RE) + VCEVCE = VCC - IC(RC + RE)Soal-soal :VCC = 20 V

RC680 KRBIBVi

4,7 KVoC2+ = 120C1_Untuk rangkaian di atas a. Hitung ICQ dan VCEQb. Cari VB, VC, VE dan VBCSolusi :

I

= VCC VBE RB + RCI = 19,3V = 15,51AB 1,244MICQ = IB = 120 x 15,51A

= 1,86 mAVCEQ = VCC ICRC

= 20 V 1,86 mA x 4,7 K= 11,26 VVE = 0 V

VB =VBE = 0,7 V

VC = VCE = 11,26 VVBC = VB - VC= 0,7 V 11,26 V= - 10,56 VSoal :RC 1,2 KIB VoC2+ = 45C1100 K RBVEE = -9 V

Hitung VC dan VB dari gambar di atas

Solusi :

Dengan hukum tegangan kirchhoff di loop base-emitter :IB_RB 100 K+

+

VBE _

+

_ VEE = -9 V+IBRB + VBE + VEE = 0

I = VEE VBE = (9) 0,7RB 100KIB = 83 AIC = IB = 45 x 83 A = 3,735 mAVC = - ICRC= - 3,735 mA x 1,3 K = -4,48 VVB = - IBRB = - 83 A x 100 K= -8,3 VSoal :

Tentukan VCB dan IB untuk konfigurasi common base berikut :

= 60ViE CVoB1,2 K RE

RC 2,4 KVEE =4 V VCC =10 V

Hukum kirchhoff pada bagian input :

VEE - IERE - VBE = 0

I

= VEE VBE E

REI = 4V 0,7VE 1,2KIE = 2,75 mAHukum kirchhoff pada bagian output :

-VCB - ICRC + VCC = 0

VCB = VCC ICRCDengan asumsi IC IEMaka :VCB = 10 2,75 mA x 2,4 K= 3,4 VIB = IC/ = 45,8 ADisain.Proses disain adalah proses sintesis dimana diberikan nilai tegangan atau arus, dan berdasar itu dihitung elemen yang diperlukan untuk bisa memenuhi syarat yang diberikan.

Contoh : VCCIC (mA)

8

Q

IB = 40A

ICRB RCVCE (V)

20

IBQ

+

VBE _Solusi :

Dari garis beban diperoleh : VCC = 20 V

I = VCC C VCE = 0 VCDan

RC = VCC / IC = 20 V / 8 mA RC = 2,5 KVCC VBE BB

R VCC VBE BRB =

20 0,7

40A= 482,5 KDengan nilai standar : RC = 2,4 KRB = 470 KDiperoleh :IB = 41,1 ASoal :

1. Diberikan ICQ = 4 mA dan VCEQ = 10 V, tentukan nilai R1 dan RCuntuk rangkaian di bawah.18 VICR1 RCVoIB C2ViC1R2 18 K

_RE 1,2 K2. Jika = 100, hitung RC

VCC = 20 V

RC680 KRB2IB+ C1_3.RC 1KIB VoC2+ = 45C1150 K RBVEEUntuk Vo = - 6 Volt, tentukan VEE !

I

E

B

V

B

B

R

R

=

I

=

I

B

C

bias dalam transistor bjt

Documents