Elektronika: Mengenal Komponen Transistor

Kita dapat men- dop semikonduktor untuk medapatkan kristal npn atau kristal pnp. Kristal seperti ini disebut transistor junction. Daeran n mempunyai banyak sekalai elektron pita konduksi dan daerah p mempunyai banyak sekali hole. Oleh sebab itu, transistor junction sering disebut transistor bipolar.

A. Tiga daerah Dop

Gambar 7.a menunjukkan kristal npn. Emiter di dop sangat banyak, pekerjaannya adalah mengemisikan atau menginjeksikan elekton ke dalam basis. Basis di dop sangat sedikit dan sangat tipis, ia melewatkan sebagian besar elekton yang diinjeksikan emiter kepadanya menuju kolektor. Banyaknya doping pada kolektor adalah diantara banyak doping pada emitter dan banyaknya doping pada basis.. Kolektor merupakan yang terbesar dari ketiga daerah tersebut, ia harus menghamburkan lebih banyak panas dari pada emitter dan basis.

Transistor pada gambar 7.1a ia mempunyai dua junction, yang satu adalah antara emiter dan basis, yang lain antara basis dan kolektor. Karenanya, transistor bertindak seperti dua dioda. Kita sebut dioda sebelah kiri sebagai dioda basis-emitter dan sebalah kanan adalah dioda basis kolektor.

Gambar 7.2b menunjukkan kemungkinan yang lain : transistor pnp. Transistor pnp adalah komplemen dari transistor npn. Berarti pada transistor pnp diperlukan arus dan tegangan yang berlawanan. Agar tidak membingungkan pada pembicaraan awal kita berkonsentrasi pada transistor npn.

a. Transistor npn

b. Transistor pnp

Gambar 7.1 Tiga daerah Dop transistor

Gambar 7.2. Simbol Transistor Bipolar

B. Transistor Tanpa Bias

Gambar7.3.a menunjukkan pembawa mayoritas sebelum bergerak melewati junction. Elektron bebas berdifusi melewati junction yang akan menghasilkan dua lapisan pengosongan (gambar 7.3.b). Untuk setiap lapisan pengosongan ini, potensial barier untuk transistor silikon adalah kira-kira 0.7 V pada 25 ⁰ C (untuk transistor germanium 0.3). seperti halnya dengan dioda, kita menekankan silikon karena kepentingannya lebih besar.

Oleh karena tiga daerah mempunyai level doping yang bebeda, lapisan pengosongan tidak memiliki tebal yang sama pula. Semakin banyak suatu daerah di dop, semakin besar konsentrasi ion dekat junction. Ini berarti lapisan pegosongan hanya sedikit menembus kedalam daerah emitter ( yang di dop sagat banyak tetapi sangat dalam kedalam basis yang di dop sedikit. Lapisan pengosongan lain juga memembus baik sekali kedalam basis dan menembus daerah kolektor dengan jumlah yang lebih sedikit. Gambar 7.3.c menunjukkan hal tersebut. Mulai sekarang, kita akan mengarsir lapisan pengosongan untuk menunjukan bahwa mereka tidak memiliki pembawa mayoritas.

- - - - - + - + - + - - - - - - - -

- - - - - + - + - + - - - - - - - -

a b

gambar 7.3

C.Rangkaian Bias Transistor

Sebuah transistor dapat bekerja secara baik bila diberi bias tegangan dengan benar. Terdapat berbagai macam cara untuk memberikan bias tegangan pada sebuah transistor. Tetapi yang paling banyak digunakan adalah:

1. bias basis

bias pembagi tegangan
bias emitor / split bias

Secara prinsip, sebuah transistor akan bekerja secara normal bila dioda emitor dibias forward dan dioda kolektor dibias reverse.

1. Bias basis

Gambar 7.11

Perhatikan gambar diatas, sumber tegangan V_BB membias forward dioda emitor melalui transistor R_B . Resistor R_B ini difungsikan untuk membatai arus basis. Dengan hukum kirchoff tegangan maka kita dapat mengetahui tegangan yang jatuh pada R_b adalah V_BB – V_BE. Dengan hukum ohm kita dapat mengetahui arus yang melalui basis , sebagai berikut:

Dengan:

V_BE = 0,7 v (silikon)

V_BE = 0,3 V (germanium)

a. Garis beban dc (DC loadline)

Garis beban DC adalah merupakan garis yang menyatakan semua titik operasi yang mungkin dilakukan oleh sebuah transistor. Pada rangkaian diatas (gambar 7.11 b). V_CC dan R_C adalah konstan sedangkan V_CE dan I_C adalah variable. Besarnya tegangan kolektor emitor (V_CE) sama dengan catu dikurangi jatuh tegangan pada resistor R_C. V_CE dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut.

V_CE = V_CC = I_C. R_C

Maka:

Pada gambar 7.11 b menyunjukkan grafik untuk persamaan diatas yang memotong kurva-kurva kolektor. Perpotongan pada sumbu vertikal adalah V_CC/R_C , dan perpotongan pada sumbu horizontal adalah sama dengan V_CC. Perpotongan garis-garis tersebut adalah garis beban DC . Sedangkan perpotongan baban DC dengan arus basis I_B adalah titik operasi dari transistor (titik Q).

b. Titik sumbat (cut off)

Titik sumbat adalah titik perpotongan garis beban dc dengan kurva I_B = 0. Pada titik ini arus basis adalah nol dan arus kolektor sangat kecil sehingga dapat diabaikan. Pada titik ini, dioda emitor kehilangan forward bias dan kerja normal transistor terhenti. Untuk perkiraan, tegangan kolektor emitor V_CE adalah sama dengan tegangan catu kolektor V_CC.

V_CE (cut off) = V_CC

c. Titik Jenuh

Perpotongan garis beban DC dengan kurva I_B=I_B(sat) disebut titik jenuh. Pada titik ini arus basis sama dengan I_B (sat) dan arus kolektor maksimum. Pada penjenuhan ini, dioda kolektor kehilangan reverse bias dan kerja normal transistor berhenti. Untuk perkiraan, arus kolektor pada penjenuhan adalah:

dan arus basis yang tepat untuk menimbulkan penjenuhan adalah:

Tegangan kolektor-emitor V_CE pada penjenuhan adalah sama dengan V_CE(sat).

V_CE(sat) = V_CE(sat)

V_CE(sat) dapat diperoleh dari lembar data trnasisor yang dikeluarkan oleh pabrik.

Daerah Aktif

Daerah aklif terletak pada semua titik antara titik sumbat dan titik jenuh. Perpotongan antara aru basis dengan garis beban DC adlaha titik stationer (quiescent) Q.

Contoh 1

Gambar 7.12

R_B = 390 K ohm b_DC = 80

R_C = 1,.5 K ohm V_CC = V_BB=30 V

Tentukan garis beban DC dan titik Q!

Penyelesaian:

dalam hal ini V_CE(cut off) sama denan V_CC, jadi V_CE (cut off) = V_CC = 30 V
Perpotongan pada sumbu y adalah I_C(sat),

I_C(sat) =

= 20 mA

Dalam menentukan titk Q maka tentukan dulu I_B.

I_B=

=75,1 uA

maka:

I_C = b_{DC .}I_B

= 80 . 75,1 uA

= 6 uA

Untuk mencari titik pada sumbu x adalah:

V_CE = V_CC – I_C.R_C

= 30 – 6 mA . 1,5 K

= 21 volt

gambar 7.13

Contoh 2:

Transistor 2 N 3904 mempunyai b_DC= 100, dengan bahan silikon. Berapakah besar tegangan pada terminal kolektor emitor (V_CE)?

gambar 7.14

Penyelesian:

2. Bias Pembagi Tegangan

Bias ini paling banyak digunakan pada rangkaian-rangkaian diskret linier. Nama “pembagi tegangan” (voltage devider) berasal dari pembagi tengan yang dibentuk oleh R₁dan R₂ (gambar 7.14). Tegangan pada R₂ membias forward dioda emitor, dan V_CC membias reverse dioda kolektor.

Gambar 7.15

Arus basis kecil sekali bila dibandingkan dengan arus yang mengalir pada R₁ dan R₂. Akibatnya, kita dapat menggunakan teorema pembagi tegangan untuk mendapatkan tegangan pada R₂.

Contoh: