BAB I PENDAHULUAN
I.1. Latar Belakang
Transistor adalah alat semikonduk semikonduktor tor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus pemutus dan penyambun penyambung g (switching) (switching),, stabilisasi stabilisasi tegangan, tegangan, modula modulasi si sinyal sinyal atau sebaga sebagaii fungsi fungsi lainny lainnya. a. Transis Transistor tor dapat dapat berfun berfungsi gsi semac semacam am kran kran listr listrik ik,, dima dimana na berd berdasa asark rkan an arus arus inpu inputn tnya ya (BJT (BJT)) atau atau tegangan tegangan inputnya inputnya (FET), (FET), memungkin memungkinkan kan pengaliran pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dala dalam m duni duniaa elek elektr tron onik ik mode modern rn.. Dala Dalam m rangk rangkai aian an anal analog og,, tran transi sisto stor r digu diguna naka kan n dala dalam m ampl amplifi ifier er (pen (pengu guat at). ). Rang Rangka kaia ian n anal analog og meli meling ngku kupi pi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian
digital,
tran transi sist stor or
digu diguna naka kan n
seba sebaga gaii
saklar
berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa rupa sehin sehingg ggaa berfu berfung ngsi si sebag sebagai ai logi logicc gate, gate, memo memori ri,, dan dan komp kompon onen en-komponen lainnya. Pada karya tulis ini saya akan mencoba membahas masalah bias pada transistor yang meliputi Bias Pembagi Tegangan (Voltage Divider) dan Bias Umpan-balik (Bias Basis, Bias Kolektor-Basis).
I.2. Rumusan Masalah
1. Jelaskan Jelaskan tentang tentang Bias Pembagi Pembagi Tegang Tegangan an (Voltage (Voltage Divider)! Divider)! 2. Jelaska Jelaskan n tenta tentang ng Bias Bias Umpan Umpan balik! balik!
I.3. Tujuan
1. Mahasi Mahasiswa swa dapat dapat memah memahami ami tentan tentang g Bias Pemba Pembagi gi Tagang Tagangan an (Volta (Voltage ge Divider). 2. Mahasiswa Mahasiswa dapat dapat memahami memahami tentang tentang Bias Umpan Balik. Balik.
- 4 1 -
BAB II PEMBAHASAN
I.1. Bias Pembagi Tegangan (Voltage Divider)
Gambar 1. Rangkaian Bias Pembagi Tegangan Gambar rangkaian diatas adalah rangkaian bias pembagi tegangan atau Voltage Divider Base (VDB), dengan pembagi tegangan (R1 dan R2) yang terhubung di kaki basis. Untuk rangkaian bias pembagi tegangan yang baik, arus basis lebih kecil daripada arus yang melalui pembagi tegangan. Sedangkan tegangan keluaran pembagi tegangan adalah :
Bias pembagi tegangan sebenarnya adalah bias emiter yang tersamar. Rangkaian gambar 2 ekuivalen dengan rangkaian di bawah ini
- 4 1 -
Gambar 2. Rangkaian Ekuivalen Bias Pembagi Tegangan
Dari rumus VBB di atas, rumus-rumus lain yang digunakan untuk rangkaian VDB adalah sebagai berikut :
ANALISIS BIAS PEMBAGI TEGANGAN SECARA AKURAT
Rancangan rangkaian bias pembagi tegangan yang baik adalah rangkaian di mana pembagi tegangan terlihat tetap terhadap resistansi masukan basis.
•
Resistansi Sumber
- 4 1 -
Sudah kita ketahui bahwa sumber tegangan kaku (fixed) bila : RS < 0,01 R L. Jika kondisi di atas dipenuhi, maka tegangan beban berada pada selang satu persen dari tegangan ideal. Pada rangkaian pembagi tegangan nilai resistansi Thevenin pembagi tegangan pada gambar 11.1 adalah R 1 diparalel dengan R 2 :
Karena adanya resistansi ini maka tegangan keluaran dari pembagi tegangan tidaklah ideal seperti gambar 11.2. Analisis yang lebih baik seperti gambar 3.
Gambar 3. Rangkaian Ekuivalen Pembagi Tegangan
•
Resistensi Beban Penurunan tegangan basis dari idealnya yang masih diperbolehkan adalah jika pembagi tegangan tetap memenuhi aturan 100 : 1 : RS < 0,01 R L atau R1 || R2 < 0,01 R IN Rangkaian VDB yang baik akan dapat memenuhi kondisi ini.
•
Pembagi Tegangan Kaku
- 4 1 -
Jika transistor pada gambar 3 memiliki penguatan arus 100, berarti besar arus kolektor 100 kali besar arus basis. Hal ini juga menunjukkan bahwa arus emiter 100 kali lebih besar dari arus basis. Jika dilihat dari sisi basis, resistansi emiter muncul 100 kali lebih besar. Seperti rumus :
Karena itu persamaan :
Dapat ditulis :
•
Bias Pembagi Tegangan Tetap Kadang rangkaian pembagi tegangan kaku menghasilkan nilai R1 dan R2 yang sangat kecil dan dapat menimbulkan masalah lain. Sehingga digunakan aturan lain yaitu :
Aturan pembagi tegangan 10 : 1 seperti di atas disebut sebagai pembagi tegangan tetap. Dari hal-hal tersebut di atas perhitungan nilai arus yang lebih akurat menggunakan rumus :
- 4 1 -
GARIS BEBAN VDB DAN TITIK Q
Gambar 4. Contoh Rangkaian
Dari gambar di atas kita cari garis beban rangkaian :
- 4 1 -
TITIK Q
Rangkaian ini memiliki arus kolektor dan tegangan kolektor-emiter sebesar :
Sehingga titik Q dari rangkaian di atas (4,94V ; 1,1mA). Pada bias pembagi tegangan titik Q secara semu tidak terpengaruh terhadap perubahan penguatan arus. Salah satu cara untuk mengubah titik Q adalah dengan mengubah hambatan emiter. Cobalah untuk menguban hambatan emiter menjadi 2,2 K Ω, kemudian coba lagi jika hambatan emiter 510Ω.
Gambar 5. Garis beban dan titik Q
I.2. Bias Umpan Balik
- 4 1 -
Gambar 6. Rangkaian Bias Umpan Balik
Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.
VCC – I’CRC – IBRB –VBE-IERE = 0
Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan I’C, dimana : I’C = IB + IC Tapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi I’C ≅ IC ≅ βIB dan IC ≅ IE): sehingga,
- 4 1 -
Gambar 7. Rangkaian Bias Umpan Balik
BIAS UMPAN BALIK EMITER
Rangkaian bias basis merupakan rangkaian terburuk jika digunakan untuk membuat titik Q yang tetap. Sekarang kita bicarakan rangkaian bias umpan balik emiter. Tujuannya adalah untuk menstabilkan titik Q. perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 8. Rangkaian Bias Umpan Balik Emiter Ide dari rangkaian di atas adalah : jika IC bertambah, VE juga bertambah, akibatnya VB juga bertambah. VB yang lebih besar akan mengurangi tegangan pada R B. Ini mengakibatkan IB berkurang, yang merupakan kebalikan dari kenaikan sebenarnya pada I C. Hal ini disebut dengan umpan balik karena perubahan pada tegangan emiter diumpankan kembali ke rangkaian basis
- 4 1 -
Bias umpan balik emiter tidak pernah populer karena pergerakan titik Q masih terlalu besar. Rumus-rumus untuk menganalisis bias umpanbali emiter adalah sbb:
Gambar 9. (a) Contoh bias umpanbalik emiter (b) Titik Q sensitif terhadap perubahan gain arus.
Gambar 9. (a) Contoh bias umpan
Gambar 9. (b) Titik Q sensitif
balik emiter
terhadap perubahan gain arus.
Tujuan dari rangkaian bias umpan balik emiter ini adalah untuk membanjiri βdc, yaitu RE harus bernilai lebih besar daripada RB/ βdc. Jika hal ini dipenuhi maka IE menjadi tidak sensitif terhadap perubahan pada
βdc.
- 4 1 -
Tetapi pada rangkaian praktis kita tidak dapat merancang rangkaian dengan RE yang cukup besar untuk membanjiri efek βdc tanpa memotong (cutting off) transistor.
BIAS UMPAN BALIK KOLEKTOR
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.
Gambar 10. Rangkaian bias umpan balik kolektor Berikut ini rumus-rumus untuk menganalisa bias umpan balik kolektor:
- 4 1 -
Titik Q biasanya ditetapkan di dekat titik tengah garis beban dengan menggunakan resistansi basis.
Gambar 11. Dibawah ini contoh rangkaian bias umpan balik kolektor beserta garis beban dan perubahan titik Q
Gambar 11. Rangkaian bias umpan balik kolektor beserta garis beban dan perubahan titik Q. Dari gambar grafik garis beban dan perubahan titik Q di atas, terlihat bahwa bias umpan balik kolektor lebih efektif daripada bias umpan balik emiter dalam menstabilkan titik Q. Meskipun rangkaian ini masih sensitif terhadap perubahan penguatan arus.
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.
- 4 1 -
Gambar 12. Rangkaian bias umpan balik kolektor-emiter
Rumus-rumus rangkaian umpan balik kolektor-emiter :
Kumpulan Soal Elektronika Analog
1. Andaikan hanya 2 persen dari electron yang diinjeksikan ke dalam basis berekomendasi dengan lubang-lubang (holes) pada basis. Jika 1 juta electron masuk ke emitter dalam waktu 1 mikro sekon, berapa banyakkah electron yang
- 4 1 -
keluar dari kawa penghubung basis pada periode ini? Berapa banyakkah yang keluar dari kawat kolektor selama waktu tersebut?
2. Jika arus emitter sebesar 6 mA dan arus kolektor sebesar 5,75 mA, berapakah besarnya arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?
Dik : IE = 6 mA Ic = 5.75 mA
Dit : IB = ……? αdc = ……?
Jawab :
IE = IB +Ic
IB = IE – Ic IB = 6 – 5.75 = 0.25 mA
αdcIc/Ie
αdc = 0,985
3. Sebuah transistor mempunyai Ic sebesar 100 mA dan IB sebesar 0.5 mA, berapakah besar arus bias? Berapakah nilai dari αdc ?
4. Sebuah transistor mempunyai βdc sebesar 150. Jika arus kolektor sama dengan 45 mA, berapakah besarnya arus basis?
Dik : βdc = 150
Ic = 45 mA
Dit : IB = ……?
- 4 1 -
Jawab :
βdc IC/IB
IB = Ic/ βdc = 0.3mA
5. Sebuah transistor daya 2N5067 mempunyai r’b = 10Ω. Berapakah besarnya tegangan jatuh IBrb. jika IB = 1 mA? jika IB = 10 mA ? jika IB = 50 mA?
6. Sebuah transistor 2N3298 mempunyai βdc khusus sebesar 90. Jika arus emitter sebesar 10mA, hitunglah kira-kira besarnya arus kolektor dan arus basis.
Dik : βdc = 90 IE = 10 mA
Dit : IB = …? IC = …?
Jawab :
IB = Ic/ βdc , IC = IE - IB
IB βdc = IE - IB
IB (βdc + 1) = IE , IB = Ie/ βdc+1
IB = 10mA/91= 0.19 mA
7. Sebuah transistor mempunyai βdc = 400. Berapakah besarnya arus basis, jika arus kolektor sama dengan 50 mA ?
8. Gambar 5-26a menunjukkan salah satu dari kurva kolektor. Hitunglah besarnya βdc pada titik A dan titik B.
- 4 1 -
(a) (b)
Dari gambar kita dapat mengetahui nilai IC dan IB
Maka ; βdc = IC/IB
Untuk di titik A, βdc = 20mA/0,1mA = 200
Untuk di titik B, βdc = 20.5mA/0,1mA= 205
9. Buatlah skets kurva kolektor untuk sebuah transistor dengan spesifikasi berikut : VCE lebih kecil daripada 1 V, βdc = 200, VCEO = 40 V dan ICEO = 50 mA. Tunjukkanlah 5 kurva yang terletak diantara IB = 0 dan IB yang dibutuhkan untuk menghasilkan arus kolektor 50 mA. Tunjukkanlah di mana daerah saturasi, daerah aktif, daerah breakdown dan daerah cutoff.
10. Transistor 2N5346 mempunyai variasi βdc seperti ditunjukkan gambar 5-26b. berapakah besarnya βdc jika IC = 1A dan IC =7 A?
Dari gambar kita dapat menghitung besarnya IB
βdc = IC/IB , IB = Ic/ βdc untuk 1 ampere, IB = 1000mA/200= 5mA
untuk 7 ampere, IB = 7000mA/200=35mA
11. Gambar 5-27 menunjukkan suatu rangkaian transistor dengan kawat penghubung basis terbuka. Jika kita mengukur VCE = 9 v, berapakah nilai dari ICEO ?
12. Sebuah transistor mempunyai kurva kolektor seperti pada gambar 5-27c. jika transistor ini digunakan pada rangkaian pada gambar 5-27d, berapakah besarnya VCE ?
- 4 1 -
Dari gambar dapat kita cari nilai VCE dengan menggunakan rumus berikut :
IC = Vcc-Vce/Rc
Untuk garis beban dengan mengambil VCE sama dengan nol. Maka :
IC = 20-0/100000= 0,0002 A
0,0002 = 20-Vce/100000 VCE = -20-20 = -40V
13. Sebuah transistor mempunyai arus kolektor sebesar 10 mA dan tegangan kolektor emitter sebesar 12 V. berapakah besarnya disipasi dayanya?
14. Transistor 2N3904 mempunyai rating daya sebesar 310mW pada temperature ruangan (250c). jika tegangan kolektor emitter sebesar 10 V, berapakah arus maksimum yang dapat dilakukan pada transistor tanpa melampaui rating dayanya?
Dengan rumus daya maka kita dapatkan besarnya nilai arus yang dihasilkan transistor:
I = P/V = 310/10= 31 mA
15. Gambarkanlah garis beban dari gambar 5-28a. berapakah arus saturasinya? Berapakah tegangan cutoff nya?
16. Berapakah besarnya arus kolektor maksimum yang mungkin, pada garis beban gambar 5-28b? jika tegangan basis dihilangkan, berapakah besarnya VCE?
- 4 1 -
IC = Vcc/Rc= 8/470= 0,0106 A
VCE = IC.RC = 0,0106x470 = 5
Artinya dalam kondisi ini VCE=VCC
17. Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28a? Tegangan Kolektoremitter? Apakah transistor berada pada keadaan “Hard saturation”?
18. Misalkan kita hubungkan sebuah LED seri dengan tahanan 10kΩ dari gambar 5-28a. berapakah besarnya arus LED? Berikanlah komentar tentang terangnya LED.
Jawab :
Besarnya arus LED sama dengan besarnya arus pada arus kolektor atau IC, karena tegangan jatuh yang dimiliki LED, tidak diketahui
IC = Vcc-VLED-VCE/Rc
Maka ketika kita mngetahui nilai jatuh tegangan pada LED, arus LED = Arus kolektor dapat dihitung.
19. Berapakah besarnya arus basis pada gambar 5-28b? Arus Kolektor? Tegangan kolektor-emitter?
20. Gambarkanlah garis beban untuk gambar 5-29a. Berapakah besarnya nilai saturasi dari arus kolektor? Tegangan cutoff?
IC = Vcc/Rc= 20/10000 = 0,002 A = 2 mA
Nilai IC diatas menggunakan rumus tersebut, karena IB = 0 (dalam keadaan
- 4 1 -
cutoff)
21. Berapakah besarnya arus kolektor yang ada pada gambar 5-29a? berapakah besarnya tegangan antara kolektor dan tanah? Tegangan kolektor-emitter?
22. Berapakah arus kolektor maksimum yang mungkin pada gambar 5-29b? jika VBB = 2 V, berapakah tegangan kolektor ke tanah?
IC = Vcc-Vbb+VBe = 10-2+0,7/910= 0,009 A = 9mA
VCE = VCC-VBB = 10-2 = 8 V
23. Pada gambar 5-29b, VBB = 10 V. berapakah besarnya tegangan kolektoremitter?
24. Jika VBB pada gambar 5-29c sama dengan 5 V, berapakah arus LED? Tegangan kolektor ke tanah?
Kita ambil nilai VLED = 1,5 Volt
IC = Vcc - VLed – Vce/Re = 19 - 1,5 – 10,7 / 100= 0,028 A
Karena ILED = IC maka ILED = 0,028 A
RLED = 1,5 / 0.028= 53,5Ω
IE = 5 – 0,7 / 100= 0,043 A
Maka nilai VC = VCC - ILED.RLED+IE.RE
Vc = 15 – 0,028 . 53,5 + 0,043 . 100
- 4 1 -
VC = 9,2 Volt
25. Gambar 5-30a menunjukkan sebuah optocoupler 4N33 yang digunakan untuk mengisolasi suatu rangkaian tegangan rendah (input) dari suatu rangkaian tegangan tinggi (common pada +1000V). gambar 5-30b merupakan karakteris tik transfer 4N33 untuk phototransistor yang tidak saturasi. Jawablah pertanyaan berikut ini :
a. Berapakah arus maksimum yang mungkin dari pothotransistor?
b. Berapakah besarnya arus LED yang ada, jika VBB = +5V? berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor untuk keadaan ini?
c. Jika VBB = 0, berapakah besarnya tegangan kolektor-emitter dari phototransistor?
26. Pada gambar 5-28a, tegangan kolektor ke tanah adalah +120V. yang mana dari pernyataan ini yang mungkin merupakan penyebab dari kerusakan?
a. Terminal kolektor dan emitter terhubung singkat
b. Tahanan 10k terbuka
c. Tahanan 47kΩ terbuka
d. Terminal kolektor-basis terhubung singkat
Jawabannya adalah (a&d), karena apabila terminal Kolektor-Basis atau terminal Kolektor-emitter terhubung singkat, artinya transistor tersebut sudah mengalami breakdown atau batas kepekaan transistor dalam perannya sebagai transistor
27. Tegangan kolektor-ke-tanah dari gambar 5-29a membaca kira-kira 3 V. yang
- 4 1 -
mana dari pernyataan ini merupakan asal dari kerusakan?
a. Tahanan 10kΩ terhubung singkat
b. Tahanan 1,8kΩ terbuka
c. Terminal basis-emiter terhubung singkat
d. Terminal kolektor-emitter terhubung singkat
28. Pada gambar 5-28b, jika tegangan basis dihilangkan, maka tegangan kolektoremitter kira-kira nol. Sebutkan beberapa kemungkinan penyebabnya.
Yang menyebabkan tegangan kolektor-emitter nol (VCE = 0) adalah terjadinya cutoff (IB = 0) sehingga arus basis nol dan arus kolektor sangat kecil, sehingga dapat dikatakan VC=0. Oleh karena itu, VCE = 0, tidak ada tegangan (terjadi arus bocor) dan transistor tidak dapat bekerja dengan baik.
29. Apakah LED pada Gambar 5-29c hidup atau mati untuk setiap keadaan berikut ini:
a. Terminal kolektor-emitter terhubung singkat hidup
b. Tahanan 100Ω terbuka hidup
c. Terminal kolektor-emitter terbuka mati
d. Tahanan 100Ω tidak tersolder betul dengan tanah hidup
BAB III PENUTUP
- 4 1 -
III.1. Kesimpulan
a) Pemberian bias pada transistor melalui pembagi tegangan R1 dan R2 yang terhubung di kaki basis. b) Bias Umpan Balik Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.
DAFTAR PUSTAKA
- 4 1 -
http://materi-catatanku.blogspot.com/2010/12/bias-pembagi-tegangan-gambar11.html
http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor
http://www.scribd.com/doc/29720901/9/Bias-Transistor
http://www.gudangmateri.com/2010/04/bias-dalam-transistor-bjt.html
http://robby.c.staff.gunadarma.ac.id/Downloads/files/8011/eldas.pdf
- 4 1 -
