Aidhia Rahmi, M.Sc STKIP PGRI Sumatera Barat Dasar-dasar TRANSISTOR Aidhia Rahmi, M.Sc STKIP PGRI Sumatera Barat

1. VARIASI NILAI PENGUATAN ARUS Meskipun tipe, label (merek), dan pabriknya sama, penguatan arus (current gain) pada transistor yang satu boleh jadi berbeda dengan transistor yang lain. Itulah sebabnya, pada data sheet suatu merek transistor dicantumkan nilai penguatan arusnya dalam rentang tertentu. Contoh: Pada data sheet transistor 2N3904 dicantumkan nilai hFE minimum 100 dan hFE maksimum 300. [Catatan: hFE = bdc] Ada dua atau lebih faktor yang mempengaruhi penguatan arus: 1. Nilai arus kolektornya 2. Temperatur sambungan (the junction temperature)

2. GARIS BEBAN Garis beban (load line) adalah garis yang digambarkan melintasi kurva-kurva kolektor untuk memperlihatkan masing-masing dan setiap titik kerja yang mungkin untuk digunakan dari suatu transistor. Garis beban diperoleh dengan menghubungkan titik saturasi dan titik cut-off. Contoh rangkaian dan garis bebannya ditunjukkan pada Gambar 1. Gambar 1

Titik Saturasi Titik saturasi (the saturation point)—alias titik jenuh—adalah titik di mana garis beban berpotongan dengan daerah saturasi kurva-kurva kolektor. Oleh karena VCE di daerah saturasi sangat kecil, maka titik saturasi ini dapat dianggap identik dengan ujung atas garis beban. Titik saturasi menyatakan nilai arus kolektor maksimum yang mungkin dapat dicapai suatu rangkaian penguat transistor. Titik saturasi diperoleh dari hubungan: VCC = ICRC + VCE dengan VCE = 0, sehingga diperoleh:

Titik Cut-off Titik cut-off (titik putus) adalah titik di mana garis beban berpotongan dengan daerah cut-off kurva-kurva kolektor. Oleh karena arus kolektor di daerah cut-off sangat kecil, maka titik cut-off dapat dianggap identik dengan ujung bawah garis beban. Titik cut-off menyatakan nilai maksimum yang mungkin untuk tegangan VCE. Ini terjadi ketika IC = 0. Titik cut-off diperoleh dari hubungan: VCC = ICRC + VCE dengan IC = 0, sehingga diperoleh:

CONTOH SOAL Tentukanlah titik saturasi dan titik cut-off rangkaian di atas, dan gambarkanlah garis bebannya. Gambar garis bebannya: SOLUSI: Titik saturasi: Titik cut-off :

3. TITIK KERJA, Q Titik Q = {VCE, IC} Titik kerja (the operating point)—lazim disebut titik Q (quiescent point)—adalah titik yang menggambarkan posisi nilai arus kolektor (IC) dan tegangan kolektor-emitor (VCE) suatu rangkaian transistor pada garis bebannya. Titik Q berubah dengan berubahnya nilai penguatan arus b, namun tetap berada di sepanjang garis beban. Oleh karena b bergantung pada arus basis IB (ingat: b = IC/IB), maka titik Q akan berubah dengan berubahnya nilai IB. Rumus-rumus untuk menghitung titik Q: Titik Q = {VCE, IC}

CONTOH SOAL Transistor yang digunakan pada rangkaian di atas memiliki penguatan arus sebesar 100 kali. Anggap transistor tersebut ideal. (a) Tentukanlah arus saturasi, tegangan cut-off , dan titik kerja rangkaian tsb. (b) Gambarkanlah garis beban rangkaian dan plot-lah titik kerjanya pada garis beban tersebut.

Solusi Posisi titik Q = (VCE, IC) = (6 V, 3 mA) Menggambarkan garis beban: Mem-plot titik Q: Transistor ideal  VBE = 0 Posisi titik Q = (VCE, IC) = (6 V, 3 mA)

Pengaruh b terhadap titik Q Ke arah manakah titik Q bergeser di sepanjang garis beban jika penguatan arus (b) berubah? Dengan menggunakan rangkaian yang sama seperti pada contoh sebelumnya, tentukan dan plot-lah titik-titik Q untuk nilai b = 50 dan b = 150. Berdasarkan gambar yang anda peroleh tersebut, apa yang dapat anda simpulkan tentang pengaruh b terhadap titik Q?

5. CARA MENGENALI SATURASI Anggap bahwa transistor bekerja di daerah aktif. Lakukan perhitungan dengan anggapan tersebut. Jika hasil perhitungan yang anda peroleh tidak masuk akal, berarti transistor bekerja tidak di daerah aktif, melainkan di daerah saturasi. Contoh: Berdasarkan gambar, idealnya IB = VBB/RB = 0,1 mA. IC = bdc IB = (50)(0,1 mA) = 5 mA. VCE = VCC – ICRC VCE = 20 V – (5 mA)(10 kW) = - 30 V. Hasil perhitungan ini (VCE = - 30 V) jelas tidak masuk akal! Berarti, transistor bekerja tidak di daerah aktif, melainkan di daerah saturasi.

Cara lain… Cara lain untuk mengetahui apakah transistor pada suatu rangkaian berada dalam keadaan saturasi atau tidak adalah dengan membandingkan nilai arus kolektor (IC) dengan arus saturasi kolektor tersebut, IC(sat). Jika IC > IC(sat), maka transistor itu berada dalam keadaaan saturasi. Jika IC < IC(sat), maka transistor itu sedang bekerja dalam dearah aktif-nya. Contoh: Berdasarkan gambar pada contoh sebelumnya, IC(sat) = VCC/RC = 20 V/10 kW = 2 mA IC = bdc IB = (50)(0,1 mA) = 5 mA. Ternyata IC > IC(sat). Itu berarti, transistor tsb saturasi.

Penguatan Arus ketika Saturasi Ketika transistor saturasi, maka bdc(sat) < bdc(aktif). bdc(sat) = IC(sat)/IB Berdasarkan contoh sebelumnya, maka diperoleh bdc(sat) = 20. Ketika transistor saturasi, titik Q (boleh dikatakan) berada di ujung atas garis beban. Pada titik kerja ini, arus kolektornya (IC) maksimum. Itu berarti, meskipun arus basis IB diperbesar, arus kolektor tetap pada nilai IC(sat). Satu-satunya yang berubah ketika IB diperbesar adalah bdc (nilai penguatan arusnya menjadi berkurang). Contoh: Jika pada contoh sebelumnya nilai IB kita tingkatkan dari 0,1 mA menjadi 0,2 mA, maka bdc(sat) = IC(sat)/IB = 2 mA/0,2 mA = 10.

Saturasi Kuat & Saturasi Lemah Perancang yang menginginkan transistornya bekerja di daerah saturasi biasanya memilih resistansi basis yang menghasilkan bdc(sat) = 10. Penguatan arus saturasi bernilai 10 ini disebut saturasi kuat (hard saturation), karena arus basis yang digunakan untuk terjadinya saturasi ini lebih dari cukup. Berdasarkan gambar rangkaian pada contoh sebelumnya, arus basis yang dibutuhkan agar transistor itu saturasi hanyalah sebesar IB = 2 mA/50 = 0,04 mA. Cara cepat mengenali saturasi kuat (ketika digunakan VBB = VCC): RB ≥ 10 RC. Saturasi lemah (soft saturation) adalah kedaan saturasi di mana transistor hampir tidak saturasi. Dengan kata lain, penguatan arus saturasinya hanya kurang sedikit dari penguatan arus di daerah aktif.

Penjelasannya… Ketika saklar S terbuka, berarti transistor dalam keadaan terputus (cut-off). Ketika saklar S tertutup, maka transistor bekerja dalam daerah aktif. Idealnya, tegangan emitor VE = 15 V. Itu berarti, IE = 10 mA. Oleh karena ILED = IE, maka jatuh tegangan di LED tidak mempengaruhi arus LED.