Transistor bipolar

Kata transistor adalah kontraksi dari transfer arus pada resistor". Sebuah transistor bipolar memiliki dua bagian P-N . Ada dua konfigurasi: lapisan jenis -P berada di antara dua jenis lapisan tipe-n

NPN vs PNP

Sebuah gambar sederhana dari transistor bipolar NPN ditunjukkan pada gambar. 22-1A, dan simbol skematik ditunjukkan pada gambar. 22-1B. P-type, atau pusat, lapisan ini disebut basis. Salah satu jenis N-lapisan semikonduktor adalah emitor, dan yang lainnya adalah kolektor. Kadang-kadang diberi label B, E, dan C dalam diagram skematik. Sebuah transistor PNP bipolar memiliki dua P-jenis lapisan, satu di kedua sisi dari lapisan N-tipe tipis (gbr. 22-2A). Simbol skematis ditunjukkan pada gambar. 2-22B. Sangat mudah untuk mengetahui apakah transistor bipolar dalam adalah NPN atau PNP. Jika perangkat NPN, panah pada titik-titik emitor ke luar. Jika perangkat PNP, panah pada titik-titik emitor ke dalam. Umumnya, PNP dan NPN transistor dapat melakukan fungsi yang sama. Perbedaan adalah polaritas tegangan dan arah arus yang dihasilkan. Dalam sebagian besar aplikasi, perangkat NPN bisa diganti dengan perangkat PNP atau sebaliknya, polaritas pasokan daya dapat dibalik, dan rangkaian akan bekerja dengan cara yang sama, asalkan perangkat baru memiliki spesifikasi yang sesuai

Biasing

Bayangkan sebuah transistor bipolar yg terdiri dari dua dioda diseri terbalik. Hal ini tidak bisa dan biasanya menghubungkan dua dioda dengan cara ini dan mendapatkan transistor bekerja, namun analogi yang baik untuk pemodelan perilaku transistor bipolar.Gambar transistor NPN dual-dioda ditunjukkan pad Fig. 22-3A. Basis dibentuk oleh sambungan dari dua anoda. Emitor adalah salah satu katoda, dan kolektor adalah katoda lainnya.

Bias pada NPN

metode yang normal biasing transistor NPN adalah memiliki tegangan kolektor positif yang sehubungan dengan tegangan dc emitter. Umumnya untuk berbagai transistor power supply antara 3 V dan sekitar 50 V, umumnya adalah 12 V.

Dalam model dan di dunia nyata transistir sirkuit, base diberi label "control", karena aliran arus melalui transistor sangat bergantung pada apa yang terjadi pada elektroda ini.

Bias nol untuk NPN

Base transistor berada pada tegangan yang sama dengan emitor. Hal ini dikenal sebagai bias nol. ketika bias maju adalah nol, emitor-basis saat ini, yang sering disebut base (Ib) adalah nol, dan juction emitor-basis (E-B) tidak mengalirkan. Ini mencegah arus mengalir antara emitor dan kolektor, kecuali sinyal disuntikkan di dasar untuk mengubah situasi. Sinyal tersebut harus, setidaknya sesaat, mencapai tegangan positif yang sama dengan atau lebih besar dari tegangan breakover maju dari juction E-B

Cadangan bias untuk NPN

Sekarang bayangkan bahwa baterai kedua dihubungkan antara basis dan emitor pada rangkaian Gambar 22-3B, dengan polaritas seperti yang Eb menjadi negatif terhadap emitor. penambahan ini baterai baru akan menyebabkan persimpangan EB menjadi reverse-bias. tidak ada arus mengalir melalui persimpangan EB dalam situasi ini (asalkan tegangan baterai baru tidak begitu besar bahwa kerusakan terjadi longsor). Sebuah sinyal dapat disuntikkan di dasar menyebabkan aliran arus, namun sinyal tersebut harus mencapai, setidaknya sesaat, tegangan positif cukup tinggi untuk mengatasi kedua bias cadangan dan tegangan breakover maju dari persimpangan.

Bias maju untuk NPN

Sekarang anggaplah Eb yang dibuat positif terhadap emitor, mulai dari tegangan kecil dan secara bertahap meningkat. Ini bias maju. jika bias maju kurang dari tegangan breakover maju, tidak ada arus akan mengalir. Tetapi sebagai Eb tegangan basis mencapai titik breakover, persimpangan EB akan mulai melakukan.

Basis-kolektor (BC) junction dari transistor bipolar biasanya cadangan-bias. Itu akan tetap cadangan-bias asalkan Eb kurang dari tegangan suplai (dalam hal ini kasus 12V). Dalam sirkuit transistor praktis, itu adalah umum untuk Eb akan ditetapkan pada sebagian kecil dari tegangan suplai. Meskipun

bias cadangan persimpangan SM, seorang kolektor yang signifikan emitor-kolektor saat ini, yang disebut saat ini dan dilambangkan Ic, akan mengalir setelah persimpangan EB melakukan.

Dalam rangkaian transistor nyata seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 22-3B, pembacaan meter akan melompat ketika tegangan breakover maju dari persimpangan EB tercapai. Kemudian bahkan kenaikan kecil di Eb, dihadiri oleh kenaikan Ib, akan menyebabkan peningkatan besar dalam Ic, seperti ditunjukkan pada Gambar. 22-4.

Jika Eb terus meningkat, titik akhirnya akan mencapai tingkat di mana Ic vs Eb kurva off. Transistor kemudian dikatakan jenuh atau saturasi. itu terbuka lebar, melakukan sebanyak itu bisa.

Bias PNP

Untuk transistor PNP, situasi adalah gambar cermin dari kasus untuk perangkat NPN. Dioda dibalik, panah menunjuk ke dalam ketimbang ke luar simbol transistor, dan semua polaritas disediakan. Dioda ganda Model PNP, bersama dengan sirkuit transistor dunia nyata, yang ditunjukkan pada Gambar 22-5. Dalam pembahasan sebelumnya, mengganti setiap kejadian dari kata "positif" dengan kata "negatif". Secara kualitatif, hal yang sama terjadi: perubahan kecil dalam EB menyebabkan perubahan kecil di IB, yang pada gilirannya menghasilkan fluktuasi besar dalam IC.

Bias untuk Penguatan

Karena perubahan kecil di IB menyebabkan variasi besar di IC saat bias tepat, transistor dapat beroperasi sebagai penguat arus. Jika Anda melihat Gambar 22-6, Anda akan melihat bahwa ada nilai beberapa bias di mana transistor tidak akan memberikan amplifikasi saat ini. Jika transistor berada dalam kejenuhan, kurva IC vs IB adalah horisontal. Sebuah perubahan kecil di IB, dalam bagian kurva, menyebabkan perubahan sedikit atau tidak ada di IC. Tetapi jika transistor bias dekat bagian tengah dari bagian garis lurus dari kurva pada Gambar 22-6, transistor akan bekerja sebagai penguat arus.

Situasi yang sama berlaku untuk kurva pada Gambar 22-4. Di beberapa titik bias, perubahan kecil dalam EB tidak menghasilkan banyak, jika ada, perubahan

IC, pada titik-titik lain, perubahan kecil di EB menghasilkan perubahan dramatis dalam IC. Setiap kali kita ingin transistor untuk memperkuat sinyal.

Situasi yang sama berlaku untuk kurva pada Gambar 22-4 di beberapa titik bias, perubahan kecil di E b tidak menghasilkan banyak, jika ada, perubahan ic pada titik-titik lain, perubahan kecil di eb menghasilkan perubahan dramatis dalam i c. Setiap kali kita ingin transistor untuk memperkuat sinyal, penting bahwa hal itu menjadi bias sedemikian rupa sehingga perubahan kecil di dasar arus atau tegangan akan menghasilkan perubahan besar dalam arus kolektor.

Statisik arus penguatan ( amplifikasi)

Penguatan saat ini sering disebut beta oleh para insinyur. dapat berkisar dari faktor hanya beberapa kali hingga ratusan kali. beta dari transistor dapat dinyatakan sebagai rasio perpindahan statis maju saat ini, disingkat Hfe. Secara matematis, ini adalah arus kolektor dibagi dengan arus basis:

Hfe = Ic / Ib

Sebagai contoh, jika dasar arus, lb, dari 1 hasil mA dalam arus kolektor, Ic, dari 35 mA, maka Hfe = 35/1 = 35. Jika Ib = 0,5 mA dan Ic = 35 mA, maka Hfe = 35/0.5 = 70. Spesifikasi Hfe untuk transistor tertentu merupakan jumlah terbesar amplifikasi saat ini yang dapat diperoleh dengan itu.

Dinamis Saat Amplifikasi

Cara lain untuk menentukan amplifikasi saat ini adalah sebagai rasio perbedaan Ic terhadap perbedaan Ib yang terjadi ketika sinyal kecil diterapkan ke dasar transistor.:

arus amplifikasi = dIc / dIb

Gambar 22-6 adalah grafik arus kolektor sebagai fungsi dari arus basis (Ib Ic vs) untuk transistor hypothical. Tiga poin yang berbeda akan ditampilkan, sesuai

dengan tiga scebarios bias yang berbeda. Rasio dic / DIB berbeda untuk masing-masing titik dalam grafik. Geometris, DIC / DIB pada suatu titik tertentu adalah kemiringan garis singgung pada kurva di titik tersebut. Garis singgung untuk titik B dalam Gambar. 22-6 adalah garis lurus putus-putus, garis singgung untuk poin A dan C terletak tepat di sepanjang kurva dan karenanya tidak ditampilkan. The streeper kemiringan garis, semakin besar Dic / Dib. Titik A memberikan nilai tertinggi Dic / Dib, asalkan sinyal input tidak terlalu kuat. Nilai ini sangat dekat dengan Hfe

untuk penguatan sinyal smal, titik A pada Gbr.22-6 merupakan tingkat bias yang baik. Insinyur akan mengatakan bahwa itu adalah titik operasi yang baik. Pada titik B, DIC / DIB lebih kecil bahwa pada titik A, sehingga titik tidak akan memperkuat banyak, jika sama sekali, jika bias pada saat ini.

Overdrive

Bahkan ketika transistor bias untuk amplifikasi saat ini besar kemungkinan (pada atau dekat titik A dalam Gambar. 22-6), sinyal ac masukan yang kuat bisa mengendarainya ke titik B atau di luar selama bagian dari siklus sinyal.

Walaupun saat sebuah transistor dibiaskan untuk mendapatkan kemungkinan terbesar pada saat amplifikasi (pada atau dekat titik A di Gambar 22-6), sebuah masukan sinyal ac yang besar dapat mengendalikan titik tadi ke titik B atau selama di luar dari bagian siklus sinyal. Lalu, dlc/dlb tereduksi, seperti yang terlihat pada Gambar 22-7. Titik X dan Y di dalam grafik merepresentasikan kesegeraan saat ekstrem selama siklus sinyal di kasus khusus ini.

Saat kondisi seperti itu di Gambar 22-7, transistor amplifier akan menyebabkan penyimpangan pada sinyal. Ini berarti kalau gelombang output tidak akan memiliki bentuk yang sama dengan gelombang input. Fenomena ini dikenal dengan nonlinearitas. Terkadang hal ini bisa ditoleransi, tetapi ini sering tidak diinginkan. Saat sinyal input yang masuk ke transistor amplifier terlalu kuat, kondisi ini disebut overdrive, dan amplifiernya bisa dikatakan mengalami overdrive.

Overdrive dapat menyebabkan masalah lain selain gangguan sinyal. Sebuah transistor yang mengalami overdrive akan tersaturasi selama bagian input siklus sinyal. Hal ini akan mengurangi efisiensi sirkuit, menyebabkan banyaknya arus kolektor, dan dapat menyebabkan overheat pada persimpangan base-collector (B-C) junction. Terkadang overdrive dapat menyebabkan kerusakan pada transistor.

Gain versus Frequency

Spesifikasi yang penting lainnya untuk sebuah transistor adalah rentang frekuensi batas yang dimana itu bisa digunakan sebagai amplifier. Semua transistor memiliki faktor amplifikasi, atau gain, yang berkurang bersamaan dengan meningkatnya frekuensi sinyal. Beberapa alat bisa bekerja dengan baik hanya untuk beberapa Megahertz; lainnya bisa digunakan sampai beberapa Gigahertz.

Gain dapat dinyatakan dengan berbagai cara. Pada materi sebelumnya, anda telah mempelajari tentang current gain, dinyatakan dalam rasio. Anda juga akan mendengar tentang voltage gain atau power gain pada sirkuit amplifier. Hal tersebut, juga, bisa dinyatakan dalam rasio. Sebagai contoh, kalau voltage gain dari sebuah sirkuit adalah 15, maka voltase sinyal outputnya (rms, peak, atau peak-to-peak) 15 kali lebih besar dari voltase sinyal inputnya. Kalau power gain dari sebuah sirkuit adalah 25, maka maka power sinyal outputnya 25 kali lebih besar dari power sinyal inputnya.

Dua pernyataan tersebut sering digunakan untuk tingkah laku gain-versus-frequency dari transistor bipolar. Gain bandwith product, disingkat fT, ada frekuensi yang dimana gainnya menjadi setara dengan 1 dengan emitter terhubung ke tanah. Jika anda mencoba membuat amplifier menggunakan transistor pada frekuensi lebih tinggi dari spesifikasi fT –nya, anda pasti akan gagal. Pemotong frekuensi alfa dari sebuah transistor adalah frekuensi yang dimana gainnya menjadi 0.707 kali dari nilainya saat frekuensi sinyal input adalah 1 kHz. Sebuah transistor bisa memiliki gain yang besar pada pemotong frekuensi alfanya. Dengan melihat spesifikasi ini untuk transistor khusus, anda bisa membayangkan seberapa cepatnya itu kehilangan kemampuannya untuk mengampiflasi saat frekuensinya naik. Beberapa alat rusak lebih cepat daripada lainnya.

Gambar 22-8 menunjukkan bandwith gain produk dan frekuensi pemotong alfa untuk hipotetis transistor, pada grafik dari gain versus frekuensi. Catatan bahwa ukuran dari grafik ini tidak linear; yang dimana, pembagiannya pun bahkan tidak diberi ruang. Grafik tipe ini disebut log-log graph karena kedua skalanya lebih logaritmik daripada linear.

umum dasar sirkuit rangkaian dasar umum memiliki dasar di tanah sinyal. bias dc adalah sama seperti untuk sirkuit emitor umum, tetapi sinyal input diterapkan pada emitor, bukannya di pangkalan. ini menyebabkan fluktuasi tegangan R1, menyebabkan variasi Ib. hasil dari fluktuasi arus yang kecil adalah perubahan besar dalam arus melalui R4. Oleh karena itu, amplifikasi terjadi. gelombang output dalam fase dengan gelombang masukan. sinyal masuk melalui capasitor C1. resistor R1 membuat sinyal masukan dari yang korsleting ke tanah. Bias disediakan oleh R2 dan R3. capasitor C2 terus dasar di tanah sinyal. resistor R4 membuat sinyal dari yang korslet melalui power supply. output diambil melalui C3. rangkaian dasar umum memberikan keuntungan agak kurang dari satu rangkaian emitor umum. Namun, itu lebih stabil daripada konfigurasi emitor umum dalam beberapa aplikasi, power amplifier terutama RF.

umum kolektor sirkuit sirkuit kolektor umum beroperasi dengan kolektor di tanah sinyal. input diterapkan di dasar, seperti halnya dengan rangkaian emitor umum. sinyal melewati C2 ke dasar transistor. R2, dan R3 resistor memberikan bias yang benar untuk dasar. resistor r1 membatasi arus melalui transistor. capasitor C3 membuat kolektor di tanah sinyal. arus berfluktuasi arus searah melalui R1, dan tegangan de berfluktuasi sehingga appers di atasnya. bagian dari tegangan ini melewati C1

ke output. karena output mengikuti arus emitor, sirkuit ini ometimes disebut sirkuit pengikut emitor.gelombang output dari rangkaian kolektor umum adalah dalam fase dengan gelombang masukan. sirkuit ini unik karena impedansi input tinggi, sementara impedansi output rendah. untuk alasan ini, rangkaian kolektor umum dapat digunakan untuk mencocokkan impedansi tinggi ke rendah impedances.when dirancang dengan baik, pengikut emitor bekerja melalui berbagai frekuensi, dan

merupakan alternatif biaya rendah untuk sebuah transformator impedansi-pencocokan broadband.