Aulia Riska Farasi: 4.4 Emitter-Bias Configuration

Transistor merupakan sebuah alat semikonduktor yang dapat dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi sinyal. Umumnya, transistor memiliki 3 terminal (kaki), yaitu Basis, Emitor, dan Kolektor.

Ground

Sebuah titik referensi umum atau tegangan potensial sama dengan “tegangan nol”

Sumber Tegangan/Baterai

Suatu energi listrik yang mengalir secara merata setiap saat.

Volt Meter

alat ukur yang berfungsi untuk mengukur besar tegangan listrik yang ada di suatu rangkaian listrik dalam besaran dan satuan tertentu.

3. Dasar Teori [kembali]

Jaringan bias DC pada gambar disamping berisi resistor emitter yang berfungsi untuk meningkatkan stabilitas dibanding konfigurasi bias tetap, manfaat dari konfigurasi yang lebih stabil ini untuk menghindari pengaruh dari suhu dari variasi yang tidak diinginkan

Analisis akan dilakukan dengan terlebih dahulu memeriksa basis-emitor loop dan kemudian menggunakan hasilnya untuk menyelidiki loop kolektor-emitors. Persamaan dari disamping merupakan hasil dari pemisahan sumber untuk membuat input dan bagian output

Loop pada gambar di atas dapat di ulang kembali mencari gambar di sebelah kiri. Dengan persamaan loop Kirchoff Voltage Law dengan arah loop searah jarum jam maka

Kemudian Subtitusi Ie dengan

Maka

Dengan Persamaan Tersebut didapatkan bahwa IB=

* Catatan : perbedaan antara bias tetap dan bias emitter hanya ada pada perbedaan pada adanya beta + 1 pada persamaan bias emitter

Loop kolektor-emitor muncul di Gambar 4.22. Menulis hukum tegangan Kirchhoff untuk loop

yang ditunjukkan searah jarum jam menghasilkan

+SAYAeRe+VCE+SAYACRC-VCC=0

MenggantiSAYAe-SAYACdan istilah pengelompokan memberi

VCE-VCC+SAYAC(RC+Re) = 0

Tegangan subskrip tunggalVeadalah tegangan dari emitor ke ground dan ditentukan

oleh

Ve=SAYAeRe

sedangkan tegangan dari kolektor ke ground dapat ditentukan dari

VCE=VC-Ve dan VC=VCE+Ve

atau

VC=VCC-SAYACRC

Tegangan pada basis terhadap ground dapat ditentukan dengan menggunakan Gambar 4.18

loop kolektor-emitor.

VB=VCC-SAYABR

atau

VB=VMENJADI+Ve

Peningkatan Stabilitas Bias

Penambahan resistor emitor ke bias dc dari BJT memberikan stabilitas yang lebih baik,

yaitu arus dan tegangan bias dc tetap lebih dekat ke tempat yang ditetapkan oleh

rangkaian ketika kondisi luar, seperti suhu dan beta transistor, berubah. Meskipun analisis

matematis disediakan di Bagian 4.12, beberapa perbandingan perbaikan dapat diperoleh

seperti yang ditunjukkan oleh Contoh 4.5.

Tingkat Kejenuhan

Tingkat kejenuhan kolektor atau arus kolektor maksimum untuk desain bias emitor dapat ditentukan dengan

menggunakan pendekatan yang sama yang diterapkan pada konfigurasi bias tetap: Terapkan hubung singkat

antara terminal kolektor-emitor seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.24 dan hitung kolektor yang

dihasilkan saat ini.

Analisis Garis Beban

Analisis load-line dari jaringan bias-emitor hanya sedikit berbeda dari yang ditemui untuk

konfigurasi bias-tetap. TingkatSAYABseperti yang ditentukan oleh Persamaan. (4.17)

mendefinisikan tingkatSAYABpada karakteristik Gambar. 4.25 (dilambangkan

SAYAB).

Persamaan loop kolektor-emitor yang mendefinisikan garis beban adalah

VCE=VCC-SAYAC(RC+Re

MemilihSAYAC-0 mA memberi

seperti yang diperoleh untuk konfigurasi fixed-bias. MemilihVCE-0 V memberi

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.25. Tingkat yang berbeda dariSAYABakan, tentu saja, memindahkanQ-Arahkan ke atas atau ke

bawah garis beban.

4. Example[kembali]

Contoh 1 :

Contoh 2 :

Contoh 3 :

5. Problem [kembali]

Problem 1

Sebuah transistor NPN memiliki β sebesar 100 dan tegangan Vcc sebesar 12 volt. Dalam konfigurasi emitter bias, resistor emitter memiliki nilai 1 kΩ dan resistor basis memiliki nilai 100 kΩ. Tentukan tegangan basis, tegangan emitter, tegangan kolektor, dan arus kolektor jika tegangan basis sebesar 0,7 volt.

Jawaban:

Tegangan emitter = 0,7 volt
Tegangan basis = 0,7 volt
Tegangan kolektor = 11,3 volt
Arus kolektor = 10,6 mA

Penjelasan:

Tegangan emitter dapat dihitung menggunakan persamaan VE = VB - 0,7 V. Karena tegangan basis sudah diketahui, maka VE = 0,7 V.
Tegangan basis juga sebesar 0,7 V.
Tegangan kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan VC = Vcc - IC * RC. Karena RC tidak diketahui, maka dapat diasumsikan nilainya sangat besar sehingga arus kolektor dapat dianggap konstan dan IC = β * IB. Dengan menggabungkan persamaan tersebut dan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, maka VC = 11,3 V.
Arus kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan IC = β * IB. Karena tegangan basis dan resistor basis diketahui, maka IB dapat dihitung menggunakan persamaan IB = (VB - VE) / RB. Setelah IB diketahui, maka IC dapat dihitung menggunakan persamaan tersebut. Dengan memasukkan nilai-nilai yang diketahui, maka IC = 10,6 mA.

Problem 2

Suаtu rangkaian реnguаt ѕаtu tingkat dengan bіаѕ bаѕіѕ dengan RE, mempunyai data раrаmеtеr-раrаmеtеr

Tugas:

1. Gambar rangkaian lengkap dan rangkaian analisa dc
2. Tentukan IB, IC, αdc, dan VCE
3. IC ѕаturаѕі, VCE сut оff dan gаrіѕ beban dс

Jawab :

1. Gambar rangkaian lengkap

Gambar 2. Gambar rangkaian bias basis dengan RE

analisa dc rangkaian bias basis dengan re

Gambar 3. Gambar analisa DC bias basis dengan RE

2. Menentukan IB, IC,αdc, dan IE

IB = (VBB-VBE)/((RB+ (1+ βdc) RE )
= (5 – 0,72)/(10 + 81 x 0,2)
= 4,28/26,2 = 0,16 mA

IC = IB βdc
= 0,16 x 80
= 12,8 mA

IE = IC + IB
= 0,16 + 12,8 = 12,96 mA

αdc = IC/IE
= 12,8 / 12,96 = 0,98

3. Menentukan VCE, VCE cut off, dan I saturasi

VCE = VCC – IC(RC+RE/αdc)
= 25 – 12,8 / ( (1,5 + 0,2)/0,98)
= 12,2 / 1,7 = 20,74 volt

VCE cut off = VCC = 25 volt

= 25 / ( (1,5 + 0,2) / 0.98 )
= 14,41 mA)

Problem 3

Pertama kali yang perlu dilakukan adalah melakukan analisis dc :

Mencari besarnya VB (Tegangan pada terminal Base) :

VB = [R2 / (R1 + R2) ] . Vcc

VB = [10kΩ / (33kΩ + 10kΩ)] . 12 Volt

VB = 2,78 Volt

Mencari besarnya hambatan input dc pada terminal Base (Rin) :

RB = R1 // R2

RB = 33kΩ // 10kΩ

RB = (33kΩ. 10kΩ) / (33kΩ + 10kΩ)

RB = 7,67 kΩ

Mencari nilai IC max dc :

IC max= VCC / (RC + RE)

IC max= 12V / (1kΩ + 330Ω)

IC max= 9mA

Mencari IBQ :

IB= [VB - 0,7] / [(RB + ( [1 + β ] . RE)]

IB= [2,78V - 0,7V] / [(7,67kΩ + ( [1 + 100 ] . 330Ω)]

IB= 2,08V / 41kΩ

IB= IBQ = 50,7µA

Mencari ICQ :

ICQ = IB Q. β

ICQ = 50,7µA . 100

ICQ = 5,1mA ->ICQ masih memenuhi persyaratan dimana ICQ masih di bawah IC max = 9mA

IE = ICQ+ IBQ:

IE = 5,1mA + 50,7µA

IE = 5,15mA

Nilai IE dan ICQ dapat dianggap sama sehingga bisa diasumsikan IE=ICQ = 5,1mA.

Mencari besarnya VCEQ :

Vcc - ICQ.RC - VCE - IE.RE = 0

VCE = Vcc - ICQ.RC - IE.RE = 0

VCE = Vcc - ICQ . (RC + RE) = 0

VCE = 12V - 5,1mA . (1kΩ + 330Ω)

VCE = 12V - 6,78 V

VCEQ= 5,2V

Setelah mendapatkan nilai VCEQ, ICQ adalah langkah selanjutnya adalah melakukan analisis ac.

Mencari nila re :

re = [(ºC + 273) / 291] . [25mV / IE]

Nilai IE diambil dari analisis dc.

Untuk lebih mudah maka suhu dapat diabaikan sehingga :

re = 25mV / IE

re = 25mV / 5,15mA

re = 4,8Ω

Mencari nilai Zac :

Zac = RE + re + (RC//RL)

Zac = 330Ω + 4,8Ω + (1kΩ // 2,2kΩ)

Zac = 1kΩ

Mencari nilai Zin :

Zin = (R1 // R2) // [( β + 1) . (re + RE)]

Zin = 7,67kΩ // [( 100 + 1) . (4,8Ω+ 330Ω)]

Zin = 7,67kΩ // (101 . 334,8Ω)

Zin = 6,25kΩ

Mencari nila Zout :

Zout = RC // RL

Zout = 1kΩ // 2,2kΩ

Zout = 0,69kΩ

Mencari nila IC-ac max :

IC-ac max = ICQ + [VCEQ / Zac]

IC-ac max = 5,1mA + [5,2V / 1kΩ]

IC-ac max = 10,3mA

Mencari nilai VCE-ac max :

VCE-ac max = VCEQ + [ICQ . Zac]

VCE-ac max = 5,2V + [5,1mA . 1kΩ]

VCE-ac max = 10,3 V

Penguatan tegangan transistor adalah:

AV = Zout / (re + RE)

AV = 690Ω/ (4,8Ω + 330Ω)

AV = 2,1x

Asusmsi frekuensi cutoff bawah yang digunakan adalah 100Hz sehingga :

C1 = 1 / (2 . π . Zin . fC)

C1 = 1 / (2 . 3,14 . 6,25kΩ . 100Hz)

C1 = 0,255µF

C2 = 1 / (2 . π . Zout . fC)

C2 =......?

Dari hasil perhitungan di atas dapat digambarkan garis beban dc dan ac BJT seperti ditunjukan pada Gambar 8.

Gambar 10. Grafik analisis dc dan ac Common Emitter

Bagaimana jika gambar rangkaian Common Emitter tanpa rangkaian pembagi tegangan pada terminal Base seperti ditunjukan pada Gambar 11.

Common Emitter tanpa pembagi tegangan pada Base

Gambar 11. Common Emitter tanpa resistor pembagi tegangan

Analisis dc dari rangkaian Gambar 11.

Besarnya arus dc pada terminal Base dapat dicari dengan persamaan :

Besarnya arus maksimum yang diijinkan melewati terminal Collector dapat dicari dengan persamaan :

Analisis ac dari rangkaian Gambar 11.

Rangkaian ekivalen analisisi ac Common Emitter tanpa voltage divider

Gambar 12. Rangkaian ekivalen analisis ac Gambar 11.

Impedansi yang mempengaruhi besarnya arus ac yang mengalir pada transistor dapat dicari dengan persamaan :

Besarnya impedansi output dapat dicari dengan persamaan :

Besarnya penguatan tegangan rangkaian ekivalen ac Gambar 12 dapat dicari dengan persamaan:

Hal yang perlu diperhatikan dalam mendesain penguat kelas A Common Emitter :

Menentukan besarnya VCEQ ≈ 1/2 . VCC
Kemudian menentukan nilai ICQ max , RC dan RE.
Menentukan arus dc yang mengalir pada terminal Base (IBQ) dan hambatan pada terminal Base (RB).