BJT (Bipolar)

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

5.1. Pendahuluan

5.2. Penguat satu tingkat pada frekuensi menengah (mid-freq.)

5.1 Pendahuluan

Macam-macam konfigurasi, analisa rangkaian menggunakan rangkaian ekivalen hybrid л pada frekuensi rendah, menengah & tinggi yang akan di bahas dalam bab ini.

Ada 3 macam konfigurasi rangkaian dasar transistor, yaitu:

1.   Common Emitter yaitu memakai bersama kaki emitter untuk input dan output seperti gambar berikut.

Gambar 5.1 Common Emitter

2.   Common Collector (Emitter  follower) yaitu memakai bersama kaki collector untuk input dan output seperti gambar berikut.

Gambar 5.2 Common Collector

3.   Common Base yaitu memakai bersama kaki base untuk input dan output seperti gambar berikut.

Gambar 5.3 Common Base

Ketiga konfigurasi tersebut dapat dioperasikan pada semua frekuensi tetapi dalam prakteknya akan mengalami perubahan respon. Pengaruh frekuensi pada rangkaian transistor yang dikelompokkan dalam tiga kelompok yaitu:

1.   Pada frekuensi rendah, menghasilkan reaktansi kapasitor menjadi cukup besar sesuai rumus

  sehingga ada tegangan yang cukup berarti pada C.

2.   Pada frekuensi menengah, menghasilkan reaktansi kapasitor menjadi cukup kecil atau dianggap short circuit.

3.   Pada frekuensi tinggi, sama seperti pada frekuensi menengah yang menghasilkan reaktansi kapasitor menjadi kecil atau dianggap short circuit.

5.2 Penguat satu tingkat pada frekuensi menengah (mid-freq.)

5.2.1 Common Emitter (CE) Amp.

Adapun rangkaian CE Amp seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.4 Rangkaian Common Emitter Amp.

Untuk menganalisa rangkaian CE Amp. dapat dilakukan dengan rangkaian ekivalen yang mana salah satunya memakai metoda rangkaian ekivalen hybrid л (phi). Rangkaian ekivalen hybrid л untuk rangkaian transistor yang dioperasikan pada frekuensi menengah dapat dibuat dengan men-short circuit suplai dan semua kapasitor. Adapun rangkaian ekivalen hybrid л  untuk CE Amplifier adalah seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.5 Rangkaian ekivalen hybrid л  untuk rangkaian CE Amp.

Dari rangkaian ekivalen diatas dapat diturunkan rumus-rumus sebagai berikut.

dimana Vi =V,

sehingga,

5.2.2 Common Collector(CC) Amp.

Adapun rangkaian CC Amp seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.6 Rangkaian Common Collector Amp.

Untuk menganalisa rangkaian CC Amp. sama seperti CE Amp. yaitu dengan memakai metoda rangkaian ekivalen hybrid л (phi). Adapun rangkaian ekivalen hybrid л  untuk CC Amplifier adalah seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.7 Rangkaian ekivalen hybrid л  untuk rangkaian CC Amp.

Dari rangkaian ekivalen diatas dapat diturunkan rumus-rumus sebagai berikut.

dimana Vi=V+Vo dan V=I_b.r_л, gmV = gm . r_л. I_{b =}  βo_. I_b

sehingga

Untuk mencari Impedansi output Zo maka rangkaian ekivalen hybrid л menjadi seperti gambar berikut.

Gambar 5.8 Rangkaian ekivalen hybrid л  untuk mencari Zo

5.2.3 Common Base (CB) Amp

Gambar 5.9 Rangkaian Common Base Amp.

Gambar 5.10 Rangkaian ekivalen hybrid л  untuk rangkaian CB Amp.

Dari rangkaian ekivalen diatas dapat diturunkan rumus-rumus sebagai berikut.

dimana Vi = -V, dan βo =gm.r _л

sehingga,

Untuk ketiga konfigurasi ini akan menghasilkan nilai Impendansi input (Zi) dan Impendansi output (Zo) sebagai berikut:

   1.   CE Amp.    à      Z_i  > (besar), Z₀  > (besar)

   2.   CB Amp.    à      Z_i  < (kecil) , Z₀   >(besar)

   3.   CC Amp.    à      Z_i  >(besar) , Z₀  <(kecil)

Contoh 1

Diket  :        Emitter Follower (CC)  Amp.                   

R_S = 3 kΩ                                A_I = 40

r_π = 10 kΩ                     R_B = 20 kΩ

gm = 20 m/Ω                          Z₀ = 60

Ditanya : R_E dan R­_L

Jawab :

          Adapun rangkaian dan rangkaian ekivalen hybrid л CC (Emitter Follower) Amp. adalah seperti pada gambar berikut. 

Gambar 5.11 Rangkaian CC Amp dan rangkaian ekivalen hybrid л–nya.

Contoh 2:

Diket:

A­_vi = -125                      R_S = 300 Ω                    R_B = 10 Z_i

          A_VS = -100                     β₀ = β_dc = 100               V_BE = 0,6

          A_I  = -50                        V_RE = V_RC = V_CE

Ditanya : Rancanglah suatu rangkaian common emmiter (CE) amplifier frekwensi menengah.

Jawab :

          Adapun rangkaian dan rangkaian ekivalen hybrid л CE Amp. adalah seperti pada gambar berikut.

Gambar 5.12 Rangkaian CE Amp dan rangkaian ekivalen hybrid л–nya.

Dioda

Dioda (Diode) adalah Komponen Elektronika Aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor dan berfungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Oleh karena itu, Dioda sering dipergunakan sebagai penyearah dalam Rangkaian Elektronika. Dioda pada umumnya mempunyai 2 Elektroda (terminal) yaitu Anoda (+) dan Katoda (-) dan memiliki prinsip kerja yang berdasarkan teknologi pertemuan p-n semikonduktor yaitu dapat mengalirkan arus dari sisi tipe-p (Anoda) menuju ke sisi tipe-n (Katoda) tetapi tidak dapat mengalirkan arus ke arah sebaliknya.

Jenis-jenis Dioda dan Fungsinya

Berdasarkan Fungsi Dioda, Diodaterbagi menjadi beberapa Jenis, diantaranya adalah :

• Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge) yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
• Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
• Dioda LED (Light Emitting Diode) yang berfungsi sebagai lampu Indikator ataupun lampu penerangan
• Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya
• Dioda Schottky (SCR) yang berfungsi sebagai Pengendali

Simbol Dioda

Gambar berikut menjelaskan bahwa Dioda merupakan komponen Elektronika aktif yang terdiri dari 2 tipe bahan yaitu bahan tipe-p dan tipe-n 

Prinsip Kerja Dioda

Berikut ini adalah rangkaian dasar contoh pemasangan dan penggunaan Dioda dalam sebuah rangkaian Elektronika.

Semikonduktor

A. Pengertian

Semikonduktor adalah bahan yang sifat-sifat kelistrikannya terletak antara sifat-sifat konduktor dan isolator. Sifat-sifat kelistrikan konduktor maupun isolator tidak mudah berubah oleh pengaruh temperatur, cahaya atau medan magnet, tetapi pada semikonduktor sifat-sifat tersebut sangat sensitive. Semikonduktor tersusun dari atom dari unsur golongan IV A yang mana memiliki 4 elektron luar yang bisa dipakai untuk ikatan kimia dalam molekul atau dalam kristal.

B. Struktur Atom Semikonduktor

Semikonduktor tersusun dari atom dari unsur golongan IV A yang mana memiliki 4 elektron luar yang bisa dipakai untuk ikatan kimia dalam molekul atau dalam kristal.Semikonduktor tersebut dapat dibuat menggunakan bahan silikon dan germanium. 

Agar konduktivitas semikonduktor baik, maka bahan semikonduktor dicampur dengan bahan lain (doping) seperti boron, arsenikum, gallium, fosfor dan lainnya. Berdasarkan jenis dopingnya, semikonduktor memiliki dua tipe, yaitu semikonduktor tipe P dan semikonduktor tipe N. 

Semikonduktor Tipe N

Semikonduktor tipe N merupakan semikonduktor yang didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi lima (penta-valens). Bahan dopan yang bervalensi lima ini misalnya antimoni, arsenik, dan fospor. .

Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe N

Karena atom antimoni (Sb) bervalensi lima, maka empat elektron valensi mendapatkan pasangan ikatan kovalen dengan atom silikon sedangkan elektron valensi yang kelima tidak mendapatkan pasangan. Oleh karena itu ikatan elektron kelima ini dengan inti menjadi lemah dan mudah menjadi elektron bebas. Karena setiap atom depan ini menyumbang sebuah elektron, maka atom yang bervalensi lima disebut dengan atom donor. Dan elektron “bebas” sumbangan dari atom dopan inipun dapat dikontrol jumlahnya atau konsentrasinya.

Meskipun bahan silikon type n ini mengandung elektron bebas (pembawa mayoritas) cukup banyak, namun secara keseluruhan kristal ini tetap netral karena jumlah muatan positif pada inti atom masih sama dengan jumlah keseluruhan elektronnya. Pada bahan type n disamping jumlah elektron bebasnya (pembawa mayoritas) meningkat, ternyata jumlah holenya (pembawa minoritas) menurun. Hal ini disebabkan karena dengan bertambahnya jumlah elektron bebas, maka kecepatan hole dan elektron ber-rekombinasi (bergabungnya kembali elektron dengan hole) semakin meningkat. Sehingga jumlah holenya menurun.

Semikonduktor Tipe P

Semikonduktor tipe P merupakan semikonduktor yang didoping dengan bahan ketidak murnian (impuritas) bervalensi tiga. Bahan dopan yang bervalensi tiga tersebut misalnya boron, galium, dan indium. Struktur kisi-kisi kristal semikonduktor (silikon) type p adalah seperti gambar dibawah.

Struktur Kristal Semikonduktor (Silikon) Tipe P

Karena atom dopan mempunyai tiga elektron valensi, dalam gambar diatas adalah atom Boron (B) , maka hanya tiga ikatan kovalen yang bisa dipenuhi. Sedangkan tempat yang seharusnya membentuk ikatan kovalen keempat menjadi kosong (membentuk hole) dan bisa ditempati oleh elektron valensi lain. Dengan demikian sebuah atom bervalensi tiga akan menyumbangkan sebuah hole. Atom bervalensi tiga (trivalent) disebut juga atom akseptor, karena atom ini siap untuk menerima elektron.

Seperti halnya pada semikonduktor type n, secara keseluruhan kristal semikonduktor type n ini adalah netral. Karena jumlah hole dan elektronnya sama. Pada bahan type p, hole merupakan pembawa muatan mayoritas. Karena dengan penambahan atom dopan akan meningkatkan jumlah hole sebagai pembawa muatan. Sedangkan pembawa minoritasnya adalah elektron.

Bahan Persentasi untuk Mata Kuliah Elektronika

2017

DOSEN PENGAMPU :

DARWISON, MT

TEKNIK ELEKTRO
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS ANDALAS
   PADANG
  2017

Referensi :
Darwison, 2010, "TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA", Jilid 1, ISBN: 978-602-9081-10-7, CV Ferila, Padang.

Darwison, 2010, "TEORI, SIMULASI DAN APLIKASI ELEKTRONIKA", Jilid 2, ISBN: 978-602-9081-10-8, CV Ferila, Padang.
Robert L. Boylestad and Louis Nashelsky, Electronic Devices and Circuit Theory, Pearson, 2013.
Jimmie J. Cathey, Theory and Problems of Electronic Device and Circuit, McGraw Hill, 2002.
Keith Brindley, Starting Electronics, Newness 3rd Edition, 2005.
Lan R. Sinclair and John Dunton, Practical Electronics Handbook, Newness, 2007.
John M. Hugnes, Practical Electronics: Components and Techniques, O'Reilly Media, 2016.