Transistor adalah komponen elektronik berbahan semikonduktor yang terdiri atas tiga lapisan tipe P dan N, sehingga terbentuk dua sambungan PN (junction). Dari cara penyusunannya, transistor dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu NPN dan PNP. Masing-masing memiliki tiga terminal: emitor (E), basis (B), dan kolektor (C).
Emitor berfungsi menginjeksikan pembawa muatan.
Basis menjadi pengendali aliran arus.
Kolektor bertugas menangkap pembawa muatan yang datang dari emitor.
Secara prinsip, transistor bekerja dengan mengatur arus besar yang mengalir antara kolektor–emitor melalui arus kecil yang masuk ke basis. Inilah sebabnya transistor dapat dipakai sebagai penguat maupun saklar elektronik.
Pada transistor NPN, emitor bertipe N mengalirkan elektron menuju basis yang tipis dan bertipe P. Karena lapisan basis sangat tipis dan dopingnya rendah, hanya sebagian kecil elektron yang berekombinasi di basis. Mayoritas elektron diteruskan ke kolektor. Akibatnya, arus kecil di basis (IB) mampu mengendalikan arus kolektor–emitor (IC) yang jauh lebih besar. Hubungan antara arus tersebut dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan.
1. Fixed Bias
Pertama, pada rangkaian fixed bias sebuah resistor basis (RB) dihubungkan langsung dari sumber catu daya VCC ke basis transistor sehingga basis menerima tegangan tetap dari VCC. Kedua, arus basis kira-kira dapat diperkirakan dengan rumus IB ≈ (VCC − VBE)/RB, di mana VBE sekitar 0,7 V untuk transistor silikon; arus kolektor kemudian kira-kira IC ≈ β·IB. Ketiga, karena nilai IB ditentukan oleh RB dan VCC saja, perubahan parameter transistor seperti β atau perubahan suhu menyebabkan perubahan besar pada IC dan perpindahan Q-point; oleh karena itu rangkaian ini kurang stabil. Keempat, keunggulan rangkaian ini adalah kesederhanaan dan sedikit komponen, sedangkan kelemahannya adalah sensitivitas tinggi terhadap variasi transistor dan suhu sehingga jarang dipakai bila diperlukan kestabilan.
2. Emitter Stabilized Bias (Bias dengan Resistor Emitter)
Pertama, rangkaian emitter stabilized memasang resistor pada emitter (RE) sehingga emitter tidak langsung ke ground tetapi melalui RE. Kedua, ketika arus kolektor cenderung naik, arus emitter ikut naik sehingga tegangan emitter VE = IE·RE meningkat dan akibatnya VBE efektif (VB − VE) berkurang; pengurangan VBE ini menurunkan arus basis IB dan menahan kenaikan IC—itulah mekanisme umpan balik negatif. Ketiga, secara praktis arus dan tegangan kerja dapat didekati dengan IE ≈ (VB − VBE)/RE sehingga RE menstabilkan IE dan IC terhadap perubahan β dan suhu. Keempat, efek sampingnya adalah sebagian tegangan sinyal hilang di RE (pengurangan gain) sehingga sering dipasang juga kapasitor bypass pada RE untuk mengembalikan gain pada frekuensi sinyal.
3. Self Bias (Collector-Feedback Bias atau Bias Otomatis)
Pertama, pada konfigurasi self bias terdapat resistor yang menghubungkan kolektor ke basis sehingga tegangan base bias bergantung pada tegangan kolektor. Kedua, bila IC meningkat maka tegangan pada kolektor VC turun (karena drop di RC menjadi lebih besar); penurunan VC itu menurunkan tegangan yang diberi ke basis sehingga IB menurun dan IC kembali turun — ini menghasilkan stabilisasi otomatis melalui feedback dari kolektor. Ketiga, mekanisme ini lebih stabil daripada fixed bias karena adanya feedback negatif, namun masih kurang stabil dibandingkan voltage divider bias karena basis masih dipengaruhi langsung oleh kondisi kolektor dan β transistor tetap memberi kontribusi pada variasi. Keempat, desain self bias relatif sederhana dan berguna bila ingin menambahkan stabilitas tanpa rangkaian pembagi tegangan yang lengkap.
4. Voltage Divider Bias (Bias Pembagi Tegangan)
Pertama, metode ini membentuk pembagi tegangan dari dua resistor (R1 dan R2) antara VCC dan ground sehingga titik antara R1 dan R2 memberi tegangan basis VB yang hampir tetap menurut VB = VCC·R2/(R1+R2). Kedua, nilai VB menetapkan arus emitter dan kolektor melalui hubungan IE ≈ (VB − VBE)/RE sehingga IC ≈ IE (dengan IB kecil dibanding IE), sehingga titik kerja menjadi relatif independen dari β transistor. Ketiga, untuk memastikan VB tidak banyak berubah akibat arus basis, arus lewat jaringan pembagi biasanya dibuat beberapa kali lebih besar daripada IB (praktik umum: 5–10 kali IB), sehingga basis tidak “menarik” tegangan pembagi. Keempat, bila IC berubah karena suhu atau variasi β, perubahan VE melalui RE mengurangi atau meningkatkan VBE sehingga ada umpan balik negatif yang menahan pergeseran Q-point; kombinasi pembagi tegangan dan resistor emitter menjadikan metode ini paling stabil dan paling sering dipakai pada rangkaian amplifier.
5. Power IC dengan Regulator
Pertama, tujuan utama power IC regulator adalah menjaga tegangan keluaran tetap konstan walaupun tegangan input atau arus beban berubah. Kedua, pada regulator linear prinsip kerjanya adalah memakai referensi tegangan internal dan sebuah amplifier kesalahan yang membandingkan tegangan keluaran dengan referensi; keluaran amplifier mengendalikan transistor pass seri sehingga tegangan keluar disetel dengan terus-menerus mengubah drop pada transistor tersebut. Ketiga, kelemahan regulator linear adalah efisiensi rendah karena selisih tegangan Vin−Vout diubah menjadi panas pada transistor pass, sehingga daya hilang sebanding dengan (Vin − Vout)·Iout. Keempat, pada switching regulator prinsipnya berbeda: transistor switching menyalakan dan mematikan dengan frekuensi tinggi dan duty cycle dikontrol oleh loop umpan balik; komponen seperti induktor dan kapasitor menyaring bentuk pulsa menjadi tegangan DC yang diinginkan sehingga efisiensi jauh lebih tinggi dan disipasi daya menjadi kecil. Kelima, regulator terpadu biasanya berisi rangkaian referensi tegangan, penguat kesalahan, elemen pass atau switch, dan jaringan umpan balik sehingga pengguna hanya perlu sedikit komponen eksternal; contoh IC yang umum dipakai adalah seri 78xx (regulator linear tetap) dan LM317 (linear yang bisa disetel), sedangkan pada switching ada IC controller buck, boost, atau buck-boost.
1. Analisa prinsip kerja dari rangkaian self bias berdasarkan nilai parameter yang didapatkan ketika percobaan!
Jawab:
Berdasarkan hasil percobaan rangkaian self bias, diperoleh nilai
Vce = 4,739 V, Vbe = 0,553 V, Ib = 4,12 mA, dan Ic = 1,205 mA.
Nilai Vbe sekitar 0,7 V menunjukkan transistor bekerja pada daerah aktif, sedangkan Vce yang relatif kecil menandakan transistor mengalirkan arus dari kolektor ke basis.
Adanya perbedaan Vbe dan Ic menunjukkan fungsi penguatan arus pada transistor, dan kestabilan nilai tegangan serta arus tersebut menegaskan bahwa rangkaian self bias mampu menjaga titik kerja transistor agar tetap stabil.
2. Analisa prinsip kerja dari rangkaian voltage divider bias berdasarkan nilai parameter yg didapatkan ketika percobaan!
Jawab:
Berdasarkan hasil percobaan, nilai Vbe = 0,64 V menunjukkan transistor bekerja normal (basis–emitor terpolarisasi maju), namun Vce yang sangat kecil menandakan transistor berada dalam daerah saturasi.
Hal ini berarti transistor mengalirkan arus penuh, dan rangkaian voltage divider bias berhasil memberikan bias yang stabil meski transistor tidak pada daerah aktif penguatan.
3. Analisa pengaruh variasi kapasitor dan resistor terhadap output pada rangkaian power supply dengan IC regulator.
Jawab:
Nilai keluaran tersebut mendekati tegangan nominalnya (5V, 9V, dan 12V), yang menunjukkan bahwa IC regulator mampu menstabilkan tegangan keluaran meskipun terdapat sedikit variasi pada tegangan masukan (Vin).
Komentar
Posting Komentar