Bias dalam Transistor BJT Analisis atau disain terhadap suatu
penguat transistor memerlukan informasi mengenai respon sistem baik
dalam mode AC maupun DC. Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara
terpisah. Dalam tahap disain maupun sintesis, pilihan parameter
untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya.
Demikian juga sebaliknya. Persamaan mendasar dalam transistor yang
penting adalah : VBE = 0,7 Volt IE= (1 + ) IB IC IC = IB Dalam
mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB
yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan
persamaan di atas bisa digunakan untuk mencari besaran yang
diinginkan. Titik Operasi (Q) Bias pemberiaan tegangan DC untuk
membentuk tegangan dan arus yang tetap. Tegangan dan arus yang
dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point) atau titik Q
yang menentukan daerah kerja transistor. Pada gambar di bawah
ditunjukkan 4 buah titik kerja transistor. Rangkaian bias bisa
di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titiktitik tersebut,
atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan
oleh Icmax dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pcmax.
BJT bisa di-bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa
memperpendek usia piranti atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi
tanpa bias, piranti tidak bekerja, hasilnya adalah titik A dimana
arus dan tegangan bernilai nol.
IC (mA) Derah saturasi 70 A IC max 40 60 A 35 30 40 A 25 VCE (V)
20 15 10 5 A 10 20 C D B PC max 30 A 20 A 10 A IB = 0 A 30 VCE-max
Derah cut-off VCE (V) 50 A
Fixed Bias
0 VCE-SAT
Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif),
beberapa syarat berikut harus dipenuhi: - Junction base-emitter
dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur
(reverse bias) Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau
saturasi) ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing
junction : 1. Daerah aktif/daerah linear - Junction base-emitter
dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur
(reverse bias) 2. Daerah saturasi - Junction base-emitter dibias
maju (forward bias) - Junction base-collector dibias maju (forward
bias) 3. daerah cut-off - Junction base-emitter dibias mundur
(reverse bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse
bias)
Fixed Bias Bias model ini ditunjukkan pada gambar
berikut.VCC
IC RB RC
Sinyal output ACC2
Sinyal input ACC1
IB + VBE _
Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor
pnp, persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus
dan polaritas tegangan berlawanan. Untuk analisis DC, rangkaian
bisa di-isolasi (dipisahkan) dari input AC dengan mengganti
kapasitor dengan rangkaian terbuka (open circuit). Untuk tujuan
analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua,
masing-masing untuk input dan output. Rangkaian pengganti DC
menjadi :
VCC
VCC
RB
RC C B + VBE _ E_
IC
IB
+ VCE
Bias maju basis-emitter Loop basis-emitter :
+ RB + VCC _ _ IB C B + VBE _ E
Dengan hukum tegangan Kirchhoff : -VCC + IBRB + VBE = 0
Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi : V
VBE I B = CC RB Dan VBE = VB - VE Loop collector-emitter VCE = VCC
ICRC VCE = VC - VE Saturasi transistor Transistor saturasi jika
juction base collector tidak lagi di bias mundur VCE = 0 V ICsat =
VCC/RC
Soal :
VCC = +12 V
IC RB 240K
RC 2,2K + VCE C2 10F
Sinyal output AC
Sinyal input ACC1 10F
IB
= 50
_
Bias Emitter stabil
VCC
IC RB RC
Sinyal output ACC2
Sinyal input ACC1
IB + VBE _ RE
Loop Base-Emitter VCC IBRB VBE IERE = 0
IB =
VCC VBE RB + ( + 1) RE
Loop Collector - Emitter VCC = IERE + VCE + ICRC Saturasi :
ICsat = VCC/(RC+RE)
Soal :
= 50
VCC
IC 430K 2K
Sinyal output ACC2
Sinyal input ACC1
IB + VBE _ 1K
Bias Pembagi TeganganVCC
IC R1 RC
Sinyal output ACC2
Sinyal input ACC1 R2
IB + VBE _ RE
Bias dengan umpan balik Untuk meningkatkan stabilitas bisa
dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju
base.VCC IC Vo RB Vi C1 IB + VBE _ IE RE IC C2
RC
Persamaan tegangan untuk loop di sebelah kiri ( loop
base-emitter) :
VCC ICRC IBRB VBE-IERE = 0 Perhatikan bahwa arus IC yang masuk
ke kaki collector berbeda dengan IC, dimana : IC = IB + IC Tapi
nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh
persamaan yang lebih sederhana (asumsi IC IC IB dan IC IE): VCC
IBRC IBRB VBE - IBRE = 0 VCC VBE IB(RC +RE) IBRB = 0 Sehingga :
IB =
VCC VBE RB + ( RC + RE )
Loop collector-emitter
RC
IC
IC +
C2
VCC _ IE RE
IERE + VCE + ICRC = VCC Dengan IC IC dan IC IE maka
VCC = IC(RC + RE) + VCE VCE = VCC - IC(RC + RE)
Soal-soal :
VCC = 20 V
RC 680 K RB IB Vi C1 + _
4,7 K Vo C2
= 120
Untuk rangkaian di atas a. Hitung ICQ dan VCEQ b. Cari VB, VC,
VE dan VBC
Solusi :
IB =
VCC VBE RB + RC19,3V = 15,51A 1,244 M = IB = 120 x 15,51A = 1,86
mA
IB = ICQ
VCEQ = VCC ICRC = 20 V 1,86 mA x 4,7 K = 11,26 V VE = 0 V
VB =VBE = 0,7 V VC = VCE = 11,26 V VBC = VB - VC = 0,7 V 11,26 V
= - 10,56 V
Soal :
RC IB
1,2 K Vo C2
Vi C1 100 K RB
+
= 45
VEE = -9 V
Hitung VC dan VB dari gambar di atas Solusi : Dengan hukum
tegangan kirchhoff di loop base-emitter :
IB + VBE _ + _ VEE = -9 V
_ RB 100 K +
+IBRB + VBE + VEE = 0
IB =
VEE VBE (9) 0,7 = RB 100 K
IB = 83 A IC = IB = 45 x 83 A = 3,735 mA VC VB = - ICRC = -
3,735 mA x 1,3 K = -4,48 V = - IBRB = - 83 A x 100 K = -8,3 V
Soal : Tentukan VCB dan IB untuk konfigurasi common base berikut
:
Vi
= 60
E
C
Vo
1,2 K
RE
B
RC
2,4 K
VEE =4 V
VCC =10 V
Hukum kirchhoff pada bagian input : VEE - IERE - VBE = 0
VEE VBE RE 4V 0,7V IE = 1,2 K IE = 2,75 mA IE =
Hukum kirchhoff pada bagian output : -VCB - ICRC + VCC = 0 VCB =
VCC ICRC Dengan asumsi IC IE Maka : VCB = 10 2,75 mA x 2,4 K = 3,4
V IB = IC/ = 45,8 A
Disain. Proses disain adalah proses sintesis dimana diberikan
nilai tegangan atau arus, dan berdasar itu dihitung elemen yang
diperlukan untuk bisa memenuhi syarat yang diberikan.
Contoh :IC (mA) 8 Q IB = 40A RB
VCC
IC RC
20
VCE (V)
IBQ + VBE _
Solusi : Dari garis beban diperoleh : VCC = 20 V
IC =Dan
VCC VCE = 0 V RCRC = VCC / IC = 20 V / 8 mA RC = 2,5 K
IB =
VCC VBE RB20 0,7 40A = 482,5 K
RB =
VCC VBE IB
RB =
Dengan nilai standar : RC = 2,4 K RB = 470 K Diperoleh : IB =
41,1 A
Soal : 1. Diberikan ICQ = 4 mA dan VCEQ = 10 V, tentukan nilai
R1 dan RC untuk rangkaian di bawah.18 V
IC R1 RC Vo C2
Vi C1 R2
IB
_ 18 K RE 1,2 K
2. Jika = 100, hitung RC
VCC = 20 V
RC 680 K RB IB Vi C1 + _ Vo = 10 V C2
3.
RC IB
1K Vo C2
Vi C1 150 K RB
+
= 45
VEE
Untuk Vo = - 6 Volt, tentukan VEE !