ELEKTRONIKA Bab 7. Pembiasan Transistor Dr. JUSAK

Bias Pembagi Tegangan Bias pembagi tegangan, atau Voltage- Divider Bias (DVB) ditunjukkan dalam Gambar di samping. Seperti terlihat, rangkaian basis memiliki pembagi tegangan melalui hambatan 𝑅 1 dan 𝑅 2 .

Bias Pembagi Tegangan Pada desain rangkaian bias pembagi tegangan yang baik, arus basis lebih kecil daripada arus yang melalui pembagi tegangan. Karena arus basis sangat kecil dan bisa diabaikan, maka koneksi antara pembagi tegangan dan basis dapat dianggap sebagai rangkaian terbuka. Tegangan keluaran pembagi tegangan didefinisikan oleh: 𝑉 𝐵𝐵 = 𝑅 2 𝑅 1 + 𝑅 2 𝑉 𝑐𝑐

Bias Pembagi Tegangan Gambar di samping adalah rangkaian ekivalen dari rangkaian bias pembagi tegangan. Seperti terlihat, bias pembagi tegangan sebenarnya adalah rangkaian bias emiter yang tersamar. Karena itu rangkaian bias pembagi tegangan menjaga arus emiter pada posisi tetap, dan karena itu titik Q tidak mudah bergeser dan tidak tergantung pada arus basis (seperti kita pelajari pada rangkaian bias emiter pada Bab sebelumnya).

Bias Pembagi Tegangan Setelah nilai dari 𝑉 𝐵𝐵 didapatkan, maka rumus-rumus lain terkait dengan rangkaian bias pembagi tegangan dapat diturunkan sebagai berikut: 𝑉 𝐸 = 𝑉 𝐵𝐵 − 𝑉 𝐵𝐸 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐸 𝑅 𝐸 𝐼 𝐶 ≈ 𝐼 𝐸 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 𝑉 𝐶𝐸 = 𝑉 𝐶 − 𝑉 𝐸

Contoh Kasus Pada rangkaian di samping ini, tentukan nilai 𝐼 𝐶 dan 𝑉 𝐶𝐸 (titik Q) dari rangkaian tersebut.

Contoh Kasus 𝑉 𝐵𝐵 = 2,2𝐾 10𝐾+2,2 10𝑉=1,8V 𝑉 𝐸 =1,8𝑉−0,7𝑉=1,1𝑉 𝐼 𝐸 = 1,1𝑉 1𝐾Ω =1,1𝑚𝐴 𝐼 𝐶 ≈𝟏,𝟏𝒎𝑨 𝑉 𝐶 =10𝑉− 1,1𝑚𝐴 3,6𝐾Ω =6,04𝑉 𝑉 𝐶𝐸 =6,04𝑉−1,1𝑉=𝟒,𝟗𝟒𝑽

Contoh 1. Tentukan nilai 𝐼 𝐶 dan 𝑉 𝐶𝐸 (titik Q) dari rangkaian di atas dengan mengubah nilai tegangan 𝑉 𝐶𝐶 menjadi 15V.

Analisis Akurat untuk Rangkaian Bias Pembagi Tegangan Desain rangkaian bias pembagi tegangan yang baik harus memiliki kriteria berikut: pembagi tegangan terlihat kaku terhadap tahanan input dari basis. Pembagi tegangan dikatakan kaku apabila memenuhi kriteria berikut: 𝑅 1 || 𝑅 2 <0,01 𝛽 𝐷𝐶 𝑅 𝐸 Untuk menghasilkan rangkaian yang sangat stabil, rangkaian pembagi tegangan harus memenuhi syarat di atas.

Analisis Akurat untuk Rangkaian Bias Pembagi Tegangan Dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan kaku, nilai arus emiter 𝐼 𝐸 dapat dihitung dengan rumusan: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐵𝐵 − 𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐸 + 𝑅 1 || 𝑅 2 / 𝛽 𝑑𝑐

Contoh 2 Perhatikan rangkaian di samping: a. Apakah rangkaian tersebut merupakan rangkaian pembagi tegangan kaku? b. Tentukan nilai akurat dari arus emiter.

Garis Beban dan Titik Q Rangkaian bias pembagi tegangan di samping membuat tegangan emiter tetap pada nilai 1,1V. Titik Q yang dihitung paad bagian sebelumnya memberikan nilai arus kolektor 1,1mA dan tegangan kolektor emiter 4,94V. Garis beban dan Titik Q digambarkan pada slide berikut ini. Pada rangkaian tersebut titik Q tidak bergeser terhadap perubahan penguatan arus, 𝛽 𝑑𝑐 . Satu-satunya cara untuk menggeser titik Q adalah dengan mengubah-ubah nilai 𝑅 𝐸 .

Garis Beban dan Titik Q

Contoh 3. Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai 𝑅 𝐸 adalah 2,2𝐾Ω. (Berasosiasi dengan titik 𝑄 𝐿 pada gambar garis beban) Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai 𝑅 𝐸 adalah 510Ω. (Berasosiasi dengan titik 𝑄 𝐻 pada gambar garis beban)

Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Gambar di samping merupakan rangkaian bias emiter dengan dua catu daya. Yang mana catu negatif membias maju dioda emiter, sedangkan catu daya positif membias balik diode kolektor. Dengan menggunakan desain rangkaian semacam ini, arus basis akan sangat kecil sekali, mendekati 0V sehingga dapat diabaikan.

Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Perhatikan rangkain di samping. Tegangan pada dioda emiter adalah -0,7V, hal ini terjadi karena tegangan pada dioda basis adalah 0V. Sehingga adanya penurunan tegangan dari basis ke emiter sebesar 0,7V menyebab tegangan pada emiter menjadi 0V-0,7V=-0,7V. Sehingga tegangan pada tahanan emiter adalah: 𝑉 𝑅𝐸 =−0,7𝑉− −2𝑉 =1,3𝑉

Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Mengacu pada gambar di slide sebelumnya, 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐸 𝑅 𝐸 = 1,3𝑉 1𝑘Ω =1,3𝑚𝐴 𝑉 𝐶 =10𝑉− 1,3𝑚𝐴 3,6𝑘Ω =5,32𝑉 𝑉 𝐶𝐸 =5,32𝑉− −0,7 =6,02𝑉 Untuk menghasilkan nilai 𝑉 𝐵𝐸 ≈0, maka diperlakukan aturan yang sama seperti pada transistor bias pembagi tegangan, yaitu: 𝑅 𝐵 <100 𝛽 𝑑𝑐 𝑅 𝐸

Contoh 4 Pada rangkaian di bawah, tentukan nilai tegangan kolektor pada masing-masing stage dari rangkaian!

Bias Umpan Balik Emiter Rangkaian bias basis merupakan rangkaian terburuk jika digunakan untuk membuat titik Q yang tetap. Hal ini terjadi, karena arus kolektor akan berubah apabila penguatan arus berubah. Sekarang kita bicarakan rangkaian bias umpan balik emiter. Tujuannya adalah untuk menstabilkan titik Q. Rangkaian bias umpan balik emiter ditunjukkan oleh gambar di samping.

Bias Umpan Balik Emiter Ide dasar dari rangkaian di atas adalah : Jika 𝐼𝐶 bertambah, maka 𝑉𝐸 juga bertambah, akibatnya 𝑉𝐵 juga bertambah. 𝑉𝐵 yang lebih besar akan mengurangi tegangan pada 𝑅𝐵. Ini mengakibatkan 𝐼𝐵 berkurang, yang berlawanan dengan kenaikan 𝐼𝐶. Disebut umpan balik karena perubahan tegangan pada emiter, diumpan balikkan ke rangkaian basis. Rangkaian umpan balik emiter tidak pernah popular karena pergeseran titik masih terlalu besar untuk aplikasi produksi masal.

Bias Umpan Balik Emiter Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐸 + 𝑅 𝐵 𝛽 𝑑𝑐 𝑉 𝐸 = 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 𝑉 𝐵 = 𝑉 𝐸 +0,7𝑉 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶

Bias Umpan Balik Emiter Tujuan dari rangkaian bias umpan balik emiter ini adalah untuk membanjiri 𝛽 𝑑𝑐 , yaitu 𝑅 𝐸 harus bernilai lebih besar daripada 𝑅 𝐵 𝛽 𝑑𝑐 . Jika hal ini dipenuhi maka 𝐼 𝐸 menjadi tidak sensitif terhadap perubahan pada 𝛽 𝑑𝑐 . Tetapi pada rangkaian praktis kita tidak dapat merancang rangkaian dengan 𝑅 𝐸 yang cukup besar untuk membanjiri efek 𝛽 𝑑𝑐 tanpa memotong (cutting off) transistor.

Bias Umpan Balik Emiter Terlihat bahwa variasi 3:1 dari penguatan arus, membawa perubahan besar pada arus kolektor.

Bias Umpan Balik Kolektor Perhatikan gambar rangkaian bias umpan balik kolektor di samping. Bias umpan balik kolektor bertujuan untuk menstabilkan titik Q. Idenya adalah memberi umpan balik tegangan ke basis untuk menetralkan setiap perubahan pada arus kolektor. Misalkan terjadi penambahan terhadap arus kolektor, yang berarti pengurangan terhadap tegangan kolektor. Pengurangan tegangan kolektor ini berakibat penurunan arus basis yang menyebabkan penurunan terhadap arus kolektor.

Bias Umpan Balik Kolektor Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐶 + 𝑅 𝐵 𝛽 𝑑𝑐 𝑉 𝐵 =0,7𝑉 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 Titik Q biasanya ditetapkan di dekat titik tengah garis beban dengan menggunakan resistansi basis: 𝑅 𝐵 = 𝛽 𝑑𝑐 𝑅 𝐶

Bias Umpan Balik Kolektor Terlihat pada gambar di atas, perubahan penguatan arus 3:1 membawa sedikit perubahan pada titik Q dibanding dengan rangkaian bias umpan balik emiter.

Bias Umpan Balik Kolektor dan Emiter Penggabungan rangkaian bias umpanbalik kolektor dan emiter merupakan langkah awal menuju bias yang lebih stabil bagi rangkaian transistor. Dari rangkaian ini hasilnya hanya sedikit yang lebih baik. Penggabungan rangkaian ini memang menolong, tetapi tidak cukup bagi kinerja yang diperlukan untuk produksi masal.

Bias Umpan Balik Kolektor dan Emiter Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐶 +𝑅 𝐸 + 𝑅 𝐵 𝛽 𝑑𝑐 𝑉 𝐸 = 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 𝑉 𝐵 = 𝑉 𝐸 +0,7𝑉 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶