Karakteristik Transistor Bipolar

Karakteristik Transistor Bipolar

A.    Tujuan Praktikum

1.      Memahami prinsip kerja dan tiga karakteristik dasar transistor bipolar.

2.      Menentukan besar factor penguatan arus (βα) transistor bipolar.

B.     Dasar Teori

Transistor jenis BJT (bipolar junction transistor) merupakan transistor yang mempunyai dua diode, terminal posistif atau negatifnya berdempet, sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emitter (E), kolektor (C), dan basis (B). perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan perubahan arus listrik dalam jumlah besarpada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik.

Pada dasarnya ada tiga jenis rangkaian dasar (konfigurasi) untuk mengoperasikan transistor.

>      Basis ditanahkan (Common Base-CB)

>      Emiter ditanahkan (Common Emitter-CE)

>      Kolektor ditanahkan (Common Collector-CC)

Karakteristik dari transistor biasanya disebut juga karakteristik statik, yang digambarkan dalam suatu kurva yang menghubungkan antara selisih arus dc dan tegangan pada transistor. Kurva karakteristik statik sangat membantu dalam mempelajari operasi dari suatu transistor ketika diterapkan dalam suatu rangkaian. Ada tiga karakteristik dasar yang sangat penting dari sebuah transistor, yaitu:

>      Karakteristik input

>      Karakteristik output, dan

>      Karakteristik transfer arus konstan.

Arus bias

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. Tentu untuk aplikasi pengolahan sinyal frekuensi audio semestinya tidak menggunakan transistor power, misalnya.

Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :

I_E = I_C + I_B ........(1)

Gambar-1 : arus emitor

Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter I_E adalah jumlah dari arus kolektor I_C dengan arus base I_B. Karena arus I_B sangat kecil sekali atau disebutkan I_B << I_C, maka dapat di nyatakan  :

I_E = I_C ..........(2)

Alpha (α)

Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesikikasi α _dc (alpha dc) yang  tidak lain adalah :

α _dc = I_C/I_E  ..............(3)

Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.

Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besar α _dc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memiliki α _dc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.

Beta (β)

Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.

β = I_C/I_B 

Dengan kata lain, βα adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Parameter ini ada tertera di databook transistor dan sangat membantu para perancang rangkaian elektronika dalam merencanakan rangkaiannya.

Common Emitter (CE)

Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.

Gambar-2 : rangkaian CE

Sekilas Tentang Notasi

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk menunjukkan besar tegangan pada satu titik, misalnya V_C = tegangan kolektor, V_B = tegangan base dan V_E = tegangan emiter.

Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit. Diantaranya adalah :

V_CE = tegangan jepit kolektor- emitor

V_BE = tegangan jepit base - emitor

V_CB = tegangan jepit kolektor - base 

Notasi seperti V_BB, V_CC, V_EE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

Kurva Base

Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :

I_B = (V_BB - V_BE) / R_B ......... (5)

V_BE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari V_BE. Sehingga arus I_B mulai aktif mengalir pada saat nilai V_BE tertentu.

Gambar-3 : kurva I_B -V_BE   

Besar V_BE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan umumnya diketahui V_BE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan V_BE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal V_BE  = 0 volt.    

Kurva Kolektor

Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base I_B, arus kolektor I_C dan tegangan kolektor-emiter V_CE.  Dengan mengunakan rangkaian-01, tegangan V_BB dan V_CC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut telah diplot beberapa  kurva kolektor arus I_C terhadap V_CE dimana arus I_B dibuat konstan.  

 

Gambar-5 : kurva kolektor  

Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.

C.    Komponen dan Alat Ukur

1.      Power supply, 10 Vdc

2.      Voltmeter, 1 buah

3.      Amperemeter, 2 buah

4.      Resistor, 50 kΩ

5.      Potensiometer, 5 kΩ, 10 kΩ

6.      Kabel penghubung

D.    Prosedur Kerja

1.      Rangkai dan pelajari kit percobaan Common Emitter (CE) berikut.

2.      Pastikan potensial sumber V_s tidak melebihi 10 Vdc.

3.      Pengukuran karakteristik input menyatakan bagaimana I_B bervariasi dengan V_CE  dibuat konstan dengan suatu nilai tertentu dan kemudian V_BE dan I_B akan meningkat dalam setiap rentang nilai. Catat nilai-nilai tersebut. Selanjutnya, prosedur ini diulangi untuk nilai V_CE : 2V, 4V, 6V, 8V dan 10V.

4.      Pengukuran karakteristik Output menunjukkan bagaimana I_C bervariasi dengan perubahan V_CE  ketika I_B dibuat konstan. Pertama, I_B diset pada suatu nilai yang konstan dan kemudian V_CE  akan meningkat dalam suatu rentang nilai, I_C akan menunjukkan nilai tertentu dan catat nilai ini. Selanjutnya, V_CE dikembalikan ke keadaan nol dan I_B diset pada nilai yang lain dan seterusnya.

5.      Pengukuran karakteristik ciri alih atau transfer arus konstan menunjukkan bagaimana I_C bervariasi dengan perubahan I_B dengan V_CE dibuat konstan.