Analisis AC pada transistor BJT

ELEKTRONIKA LANJUT
TK34205(2 SKS)
Sri Supatmi
TATA TERTIB KULIAH
• KEHADIRAN MINIMAL 80% (ALPHA
MAX.3X)
• KETERLAMBATAN 15 MENIT
• PAKAIAN SOPAN DAN RAPI
penilaian
Tugas
= 20%
Quis
= 15%
UTS
= 30%
UAS
= 35%
Nilai akhir
NA = (Tugas x 20%) + (Quiz x 15%) + (UTS x 30 %) + (UAS x 35%)
• NA = 80 - 100  “A”
• NA = 61 - 79  “B”
• NA = 45- 60  “C”
• NA = 31 - 44  “D”
• NA = 0 - 30  “E”
Misal: Tugas = 80, Quiz = 70, UTS = 70, UAS = 75
NA = (80x20%)+(70x15%)+(70X30%)+(75X35%) = 16+10,5+21+26,25
NA = 73,75
Maka Indeks Nilai Akhir = “B”
Silabus kuliah
BAB 1 : Penguat Sinyal Kecil
Tujuan :
1. Mampu merangkai dan menganalisis rangkaian penguat transistor
2. Mampu menghitung hasil penguatan dari transistor
3. Memahami penggunaan transistor sebagai penguat sinyal
BAB 2 : Operational Amplifier
Tujuan:
1. Memahami cara kerja Operational Amplifier (Op-Amp)
2. Memahami cara penghitungan pada Operational Amplifier
3. Mampu menggunakan IC Op-Amp pada rangkaian
BAB 3 : Summing dan Differensial Amplifier
Tujuan:
1. Mampu merangkai rangkaian summing dan differential Amplifier
2. Memahami cara kerja op-amp sebagai rangkaian Summing Amplifier
3. Memahami cara kerja op-amp sebagai rangkaian Differential Amplifier
BAB 4 : Pembangkit Sinyal dan Komparator
Tujuan:
1. Memahami jenis-jenis pembangkit sinyal dan komparator
2. Memahami cara kerja rangkaian op-amp pembangkit sinyal
3. Memahami cara kerja rangkaian op-amp sebagai komparator
Silabus kuliah
BAB 5 : Filter Aktif
Tujuan:
1. Memahami jenis-jenis filter aktif
2. Memahami rangkaian op-amp sebagai filter aktif
3. Memahami cara kerja op-amp sebagai filter aktif
BAB 6 : Sensor Infra Red
Tujuan:
1. Mampu mengenali karakteristik infra red
2. Mampu membuat rangkaian pemancar dan penerima infra red
3. Memahami penggunaan infra red dalam bidang elektronika
BAB 7 : Sensor Suhu
Tujuan:
1. Mampu mengenali karakteristik LM35
2. Mampu merancang rangkaian sensor suhu dengan LM35
3. Memahami penggunaan sensor suhu LM35 dalam bidang
elektronika
BAB 8 : ADC 0809
Tujuan:
1. Menjelaskan proses perubahan dari sistem analog ke digital
2. Membuat rangkaian ADC dari IC ADC0809
REFERENSI
• Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika Dasar buku satu edisi 1 dan
2
• http://www.electronics-tutorials.ws/opamp/opamp_1.html
• Buku Praktikum Elektronika Lanjut Jurusan Teknik Komputer
UNIKOM
• Bahan Ajar Operasional Amplifier oleh Dr. Risanuri Hidayat
Analisis AC pada transistor BJT
Oleh:
Sri Supatmi,S.Kom
Model analisis AC pada
transistor
• Terdapat beberapa model yang digunakan untuk
melakukan analisis AC pada rangkaian
transistor. Yang paling umum digunakan
adalah:
1. Model T (Model Ebers-Moll)
2. Model π
1. Model T
• Sering disebut model Ebers-Moll
• Sejauh sinyal AC kecil yang digunakan, dioda emiter masih berlaku
sebagai resistansi re dan dioda kolektor sebagai sumber arus ic.
• Tidak memperhitungkan impedansi dalam pada input basis.
Gambar 1. analisis AC
model T
2. Model π
• Saat sinyal input AC dihubungkan dengan penguat transistor,
terdapat tegangan basis –emiter AC vbe pada dioda emiter.
• Model π mendefinisikan dan memperhitungkan adanya impedansi
input.
Gambar 2
analisis AC
model π
2. Model π
• Dari gambar 2 akan menghasilkan arus basis AC ib
• Sumber tegangan AC harus mensuplai arus basis AC ini, sehingga
penguat transistor akan bekerja dengan baik.
• Dapat dinyatakan bahwa sumber tegangan AC dibebani oleh
impedansi input dari basis.
• Ditinjau dari basis transistor, sumber tegangan AC akan terlihat
sebagai impedansi input Zin(base).
• Pada frekuensi rendah, impedansi ini murni bersifat resistif
(menghambat) dan dapat didefinisikan sebagai:
vbe
Zin(base) 
ib
…………………..( 1)
2. Model π
vbe
ib
Zin(base) 
…………………..( 1)
• Jik a diterapkan Hukum Ohm, maka:
Vin  re '.ie
vbe  re '.ie
sehingga
…………………..( 2)
• Substitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) sehingga didapat :
Zin(base) 
vbe ie.re ' …………………..( 3)

ib
ib
• Karena ie  ic dan ie   .ib maka:
Zin(base) 
vbe ie.re '  ib.re '


  .re '
ib
ib
ib
…………………..( 4)
2. Model π
Zin(base) 
vbe ie.re '  ib.re '


  .re '
ib
ib
ib
…………………..( 4)
• Persamaan (4) menyatakan bahwa impedansi input basis sama
dengan penguatan arus AC dikalikan resistansi AC dari kaki emiter.
2. Model π
• Model π transistor lebih mudah jika dibandingkan dengan model T
dikarenakan model T mempunyai impedansi input yang tidak jelas.
• Sedangkan Model π lebih jelas memperlihatkan bahwa impedansi
input βre’ akan membebani sumber tegangan AC yang dihubungkan
ke basis.
BATI TEGANGAN
• Bati tegangan adalah tegangan keluaran AC yang terbagi oleh
tegangan input AC.
• Contoh rangkaian 1:
BATI TEGANGAN
• Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T
dan Model π.
Vout  ic( Rc || RL )   ib( Rc || RL )
A
Vout  ib( Rc || RL )

Vin
 ib.re '
( Rc || RL )
; rc  Rc || RL
re '
rc
A
re '
A
BATI TEGANGAN
• Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T
dan Model π.
Vout  ic ( Rc || RL )
Vout ic ( Rc || RL )
A

Vin
ie .re '
( Rc || RL )
A
; rc  Rc || RL
re '
rc
A
re '
Contoh soal 1:
R2
xVcc
R1  R 2
2.2 K 
Vb 
x10V
10 K   2.2 K 
2.2 K 
Vb 
x10V  1.8V
12.2 K 
VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V
Vb 
IE 
VE 1.1V

 1.1mA
RE 1K 
re ' 
25mV 25mV

 22.7
IE
1.1mA
rc  RC || RL  2.65 K 
|| menyatakan diparalel
rc
2.65 K 
A

 116.7  117
re '
22.7
Vout  AV
. in  117.(2mV )
Contoh soal 2:
Vb  0V  0.7V  0.7V
Vbe  VE  I E RE  0V
I E RE  Vbe  VE
IE 
Vbe  VE 0.7V  (9V )

RE
10 K 
8.3V
 0.83mA
10 K 
25mV
25mV
re ' 

 30
IE
0.83mA
IE 
rc  RC || RL  2.65 K 
|| menyatakan diparalel
A
Vout
rc 2.65 K 

 88.3  88
re '
30
 AV
. in  88.(2mV )  176mA
EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN
Rangkaian 2
• sumber tegangan AC Vg memiliki gambaran dalam Rg
• jika sumber AC tidak kuat, tegangan sumber AC turun karena hambatan
dalam ini.
• Akibatnya tegangan AC antara basis dan ground lebih kecil dari idealnya.
EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN
• Rangkaian ekuivalen model π dari rangkaian 2 adalah:
• Efek dari impedansi masukan :
Z in ( stage )  R1|| R 2 || Z in (base )  R1|| R 2 ||  re '
Vin ' 
Z in ( stage )
Rg  Z in ( stage )
Vg
Contoh soal 3:
R2
xVcc
R1  R 2
2.2 K 
Vb 
x10V
10 K   2.2 K 
2.2 K 
Vb 
x10V  1.8V
12.2 K 
VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V
Vb 
IE 
VE 1.1V

 1.1mA
RE 1K 
re ' 
25mV 25mV

 22.7
IE
1.1mA
rc  RC || RL  2.65 K 
|| menyatakan diparalel
A
rc
2.65 K 

 116.7  117
re '
22.7
Lanjutan penyelesaian contoh soal 3:
Z in (base )   re '  300.22.7  6.8 K 
Z in ( stage )  R1|| R 2 || Z in (base )  R1|| R 2 ||  re '
Z in ( stage )  10 K  || 2.2 K  || 6.8 K   1.43K 
1.43K 
Vin ' 
Vg 
2mV  1.4mV
Rg  Z in ( stage )
600  1.43K 
Z in ( stage )
rc
2.65 K 
A

 116.7  117
re '
22.7
Vout  A.Vin  117.(1.4mV )  163.8mV
Lanjutan penyelesaian contoh soal 3 jika β = 50:
R2
xVcc
R1  R 2
2.2 K 
Vb 
x10V
10 K   2.2 K 
2.2 K 
Vb 
x10V  1.8V
12.2 K 
VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V
Vb 
V
1.1V
IE  E 
 1.1mA
RE 1K 
re ' 
25mV 25mV

 22.7
IE
1.1mA
rc  RC || RL  2.65 K 
|| menyatakan diparalel
A
rc
2.65 K 

 116.7  117
re '
22.7
Z in (base )   re '  50.22.7  1.14 K 
Z in ( stage )  R1|| R 2 || Z in (base )  R1|| R 2 ||  re '
Z in ( stage )  10 K  || 2.2 K  ||1.14 K   698
Vin ' 
Z in ( stage )
Rg  Z in ( stage )
Vg 
698
2mV  1.08mV
600  698
rc 2.65 K 

 116.7  117
re ' 22.7
Vout  AV
. in  117.(1.08mV )  126mV
A
Swamped amplifier
• Bati tegangan dari penguat CE dapat berubah-ubah tergantung pada
beberapa faktor, yaitu:
1. Arus tak bergerak
2. Variasi temperatur
3. Penggantian transistor karena nila re’ dan β berubah.
• Cara untuk membuat stabil bati tegangan adalah dengan membiarkan
hambatan emiter tidak dihubungkan langsung dengan kaki emiter.
• Ketika arus emiter AC mengalir melalui hambatan emiter re yang tidak
dihubungkan langsung, tegangan AC muncul di re.
• Tegangan AC pada re melawan perubahan dalam bati tegangan.
• Hambatan tidak di bypass re disebut suatu resistor umpan balik
(feedback resistor) karena memiliki tegangan AC yang melawan
perubahan dalam bati tegangan.
Rangkaian 3.Swamped amplifier
Rangkaian ekuivalen model T pada
rangkaian 3.swamped amplifier
Vin  ie(re  re ')
Vout  ic.rc
A
Vout
ic.rc

Vin ie(re  re ')
karena ie  ic maka :
A
Vout
r
 c
Vin (re  re ')
jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :
A
rc
re
Rangkaian ekuivalen model π pada
rangkaian 3.swamped amplifier
Rangkaian ekuivalen model π
Analisa AC model π pada rangkaian 3 swamped amplifier
• Dengan hukum Ohm
Vin  ie(re  re ')
Z in (base )
Z in (base )
Z in ( stage )  R1|| R 2 ||  .re
Vin

ib
ie(re  re ')

ib
Vin 
jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :
A
1
Vg
Vout
ic.rc

Vin ie(re  re ')
karena ie  ic maka :
A
Vout
rc

Vin (re  re ')
jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :
A
Z in (base )   .re
Rg  Z in ( stage )
rc  RC || RL
karena ie  ic dan ic   .ib maka :
 .ib(re  re ')
Z in (base ) 
ib
Z in (base )   (re  re ')
Z in ( stage )
rc
re
2
• Karena re’ tidak tampak lagi, distorsi dari sinyal besar
dapat dikurangi, jadi swamped amplifier memiliki tiga
keuntungan:
1. membuat stabil bati tegangan
2. Meningkatkan impedansi masukan pada basis
3. Mengurangi distorsi dari sinyal besar
Contoh soal 6:
Zin (base)   .re  200.(180)  36 K 
Zin ( stage)  R1|| R 2 ||  .re  10 K  || 2.2 K  || 36 K 
Zin ( stage)  1.71K 
1.71K 
Vin 
Vg 
50mV
Rg  Zin ( stage )
600  1.71K 
Zin ( stage)
Vin  37mV
rc  RC || RL  3.6 K  ||10 K   2.65K 
rc 2.65K 
A 
 14.7
re 180
Vout  AV
. in  14.7(37mV )  544mV
Dari contoh soal 6,jika nilai re’ dimasukkan dalam perhitungan:
Zin ( stage )  R1|| R 2 ||  .(re  re ')
R2
2.2 K 
Vb 
xVcc 
x10V  1.8V
Zin ( stage )  10 K  || 2.2 K  || 40.5K   1.73K 
R1  R 2
2.2 K   10 K 
Zin ( stage )
VE  Vb  Vbe  1.8V  0.7V  1.1V
1.73K 
VE 1.1V
IE  
 1.1mA
RE 1K 
25mV 25mV
re ' 

 22.7
I E 1.1mA
Zin(base)   (re  re ')  200.(180  22.7)
Zin(base)  40.5K 
Vin 
Rg  Zin ( stage )
Vg 
600  1.73K 
Vin  37.1mV
rc  RC || RL  1.6 K  ||10 K   2.65K 
Vout
rc
2.65K 
A 

Vin (re  re ') (180  22.7)
A  13.7
Vout  AV
. in  13.7(37.1mV )  508.6mV
1
(50mV )
2
REFERENSI
• Buku Malvino,”Prinsip-Prinsip Elektronika” bab
10-11 analisis AC dan penguatan tegangan.