Pertemuan 11 - STIKOM Surabaya OpenCourseWare

Download Report

Transcript Pertemuan 11 - STIKOM Surabaya OpenCourseWare

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 .

R1 Vcc RC R2 RE

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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 1 𝑅 2 + 𝑅 2 𝑉 𝑐𝑐

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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).

VBB RE

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

4 Vcc RC

Bias Pembagi Tegangan

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Contoh Kasus

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Contoh 1.

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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: R1||R2 𝑅 1 ||𝑅 2 < 0,01𝛽 𝐷𝐶 𝑅 𝐸 VBB RC RE Untuk menghasilkan rangkaian yang sangat stabil, rangkaian pembagi tegangan harus memenuhi syarat di atas.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

9 VCC

Analisis Akurat untuk Rangkaian Bias Pembagi Tegangan

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Contoh 2

Perhatikan rangkaian di samping: a. Apakah rangkaian tersebut merupakan rangkaian pembagi tegangan kaku?

b. Tentukan nilai akurat dari arus emiter.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Garis Beban dan Titik Q

+10V R1 RC 3.6k

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.

10k R2 2.2k

2N3904 RE 1k Garis beban dan Titik Q digambarkan pada slide berikut ini.

arus,

𝛽 𝑑𝑐

Pada rangkaian tersebut titik Q tidak bergeser terhadap perubahan penguatan

. Satu-satunya cara untuk menggeser titik Q adalah dengan mengubah-ubah nilai 𝑅 𝐸 .

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Garis Beban dan Titik Q

mA 2,78 I C 1,1 Q H Q 4,94V Q L V CE 10V

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Contoh 3.

Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai 2,2𝐾Ω . (

Berasosiasi dengan titik

𝑄 𝐿 𝑅 𝐸 adalah

pada gambar garis beban

) Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai 510Ω . (

Berasosiasi dengan titik

𝑄 𝐻 𝑅 𝐸 adalah

pada gambar garis beban

)

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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 < 100𝛽 𝑑𝑐 𝑅 𝐸

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Contoh 4

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

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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.

RB +VCC RC

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

19 RE

Bias Umpan Balik Emiter

Ide dasar dari rangkaian di atas adalah : Jika 𝐼 𝐶 bertambah, maka juga bertambah. 𝑉 𝐵 tegangan pada 𝑉 𝐸 balikkan ke rangkaian basis.

juga bertambah, akibatnya yang lebih besar akan mengurangi 𝑅 𝐵 . Ini mengakibatkan berlawanan dengan kenaikan 𝐼 𝐶 𝐼 𝐵 berkurang, yang . Disebut umpan balik karena perubahan tegangan pada emiter, diumpan 𝑉 𝐵 Rangkaian umpan balik emiter tidak pernah popular karena pergeseran titik masih terlalu besar untuk aplikasi produksi masal.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

RB 20 +VCC RC RE

Bias Umpan Balik Emiter

Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 −𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐸 + 𝑅𝐵 𝛽𝑑𝑐 𝑉 𝐸 = 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 𝑉 𝐵 = 𝑉 𝐸 + 0,7𝑉 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

Bias Umpan Balik Emiter

I C +15V mA 14,9 RB 430k RC 910 

 300 9,33 

 100 3,25 RE 100 15V V CE Terlihat bahwa variasi 3:1 dari penguatan arus, membawa perubahan besar pada arus kolektor.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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.

RB +VCC

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

24 RC

Bias Umpan Balik Kolektor

Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: 𝐼 𝐸 = 𝑉 𝐶𝐶 −𝑉 𝐵𝐸 𝑅 𝐶 + 𝑅𝐵 𝛽𝑑𝑐 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 RB

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

+VCC 25 RC

Bias Umpan Balik Kolektor

+VCC mA I C RB RC 1k 15 200k 8,58 4,77 

 300 

 100 V CE 15V Terlihat pada gambar di atas, perubahan penguatan arus 3:1 membawa sedikit perubahan pada titik Q dibanding dengan rangkaian bias umpan balik emiter.

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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.

RB +VCC RC RE

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA

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 + 𝑅𝐵 𝛽𝑑𝑐 𝑉 𝐸 = 𝐼 𝐸 𝑅 𝐸 𝑉 𝐵 = 𝑉 𝐸 + 0,7𝑉 𝑉 𝐶 = 𝑉 𝐶𝐶 − 𝐼 𝐶 𝑅 𝐶 RB +VCC RC RE

ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA