RANGKAIAN-RANGKAIAN PRATEGANGAN

RANGKAIAN-RANGKAIAN PRATEGANGAN TRANSISTOR
Oleh : Danny Kurnianto,S.T.,M.Eng
Rangkaian digital bisa diartikan sebagai rangkaian yang menggunakan transistor sebagai
switch, sedangkan rangkaian linear adalah rangkaian yang menggunakan transistor sebagai
sumber arus. Penggerak LED dengan sumber arus transistor adalah salah satu contoh rangkaian
linear. Contoh lainnya adalah penguat (amplifier) yaitu rangkaian yang menaikkan amplitude
sinyal. Pada pembahasan kali ini akan dipelajari mengenai cara-cara memberikan prategangan
pada transistor untuk operasi linear yang berarti menetapkan titik Q di dekat tengah-tengah garis
beban dc.
1.
Prategangan Basis
Gambar 1 menunjukkan rangkaian prategangan basis.
Gambar 1. Rangkaian prategangan basis
Pembahasan mengenai prategangan basis sebenarnya sudah pernah dibahas yaitu saat membahas
mengenai transistor sebagai switch sehingga pada bab ini tidak akan dibahas mendalam.
Bagaimanapun juga, cara pemberian prategangan pada transistor seperti ini merupakan cara
paling buruk dalam operasi linear karena titik Q-nya tidak stabil. Seperti yang telah dibahas pada
bab sebelumnya, dc dapat mempunyai perubahan terhadap arus dan suhu. Ini berarti bahwa tak
mungkin menetapkan titik Q yang stabil, jadi kita tidak pernah menggunakan prategangan basis
dalam rangkaian-rangkaian linear. Penggunaan utama prategangan basis yaitu dalam rangkaianrangkaian digital yang transistornya digunakan sebagai switch.
2.
Prategangan Umpan Balik Emiter
Gambar 2 menunjukkan rangkaian prategangan umpan balik emitor.
Gambar 2. Rangkaian prategangan umpan balik emitor
Pada gambar 2 diatas menunjukkan cara pertama yang digunakan untuk mengimbangi perubahan
dc. Biasanya catu basis dan kolektor adalah sama. Gagasan prategangan ini adalah sebagai
berikut berusaha menggunakan tegangan melintas tahanan emitor untuk mengimbangi perubahan
pada dc. Misalnya, bila dc naik, arus kolektro naik, arus ini akan menaikkan tegangan emitor,
yang akan menurunkan tegangan melintas tahanan basis dan mengurangi arus basis. Arus basis
yang berkurang ini mengakibatkan berkurangnya arus kolektor dan mengatasi sebagian kenaikan
semula pada dc.
Garis Beban DC
Jika kita menjumlahkan tegangan-tegangan melingkar simpul kolektor pada gambar 2,
kita dapatkan :
VCC – VCE – ICRC – IERE = 0 ………………………………..
Karena IC ≈ IE. maka persamaannya menjadi :
(1)
IC 
VCC  VCE
RC  R E
………………………………………………. (2)
Sekarang kita bisa melihat dengan cepat bahwa ujung atas garis beban atau arus saturasinya
adalah
I C  sat 
VCC
RC  R E
……………………………………………… (3)
Dan tegangan cut-off , VCE-cut-off = Vcc
Pengaruh dc
Selanjutnya kita dapat menghitung tegangan-tegangan yang melintas simpul basis sehingga
didapatkan :
VBB – VBE – IBRB – IERE = 0 ………………………………… (4)
Karena IE ≈ IC dan IB = IC / dc, sehingga persamaan (4) dapat ditulis sebagai berikut:
IC 
VCC  V BE
R E  R B /  dc
………………………………………….. (5)
Tujuan prategangan umpan balik emitor adalah untuk menghilangkan pengaruh perubahan
dc; ini berarti sama dengan menjadikan RE yang jauh lebih besar daripada RB/dc. Tetapi,
dalam rangkaian praktis kita tidak dapat membuat RE cukup besar tanpa menjenuhkan transistor.
Pada kenyataannya, prategangan umpan balik emitor memiliki kepekaan terhadap perubahan dc
yang hampir sama dengan prategangan basis. Jadi prategangan umpan balik bukan suatu pilihan
yang baik untuk rangkaian linear.
Contoh :
1. Hitunglah nilai arus saturasi kolektor (IC-sat) dalam gambar dibawah ini. Lalu hitunglah
arus kolektor untuk dua nilai dc : 100 dan 300.
Jawab :
Arus kolektor saturasi :
I C  sat 
15
 14,9 mA
910  100
Bila dc = 100, pers(5) memberikan :
IC 
15  0,7
 3,25mA
100  ( 430 k / 100)
Bila dc = 300, pers(5) membarikan :
IC 
15  0,7
 9,33mA
100  ( 430 k / 300)
Soal Latihan .
1. Transistor pada rangkaian diatas ini mempunyai hFE = 80. Berapa tegangan antara
kolektor dan tanah?
2. Gambarkan garis beban dc untuk gambar diatas?
3. Pada pendekatan dc berapa rangkaian diatas menjadi saturasi?
4. Jika pada rangkaian diatas dc = 125, hitunglah tegangan basis, tegangan emitor, dan
tegangan kolektor (semuanya terhadap tanah).
3.
Prategangan Umpan Balik Kolektor
Pada Gambar 3 ditunjukkan rangkaian prategangan umpan balik kolektor, tahanan basis
disambungkan ke kolektor, bukan ke catu tegangan, ini yang membedakan antara rangkaian
prategangan umpan balik kolektor dan basis.
Gambar 3. Rangkaian prategangan umpan balik kolektor
Cara kerja dari rangkaian ini adalah sebagai berikut, bila dc naik, maka arus kolektor juga
akan ikut naik. Sesaat setelah arus kolektor naik, tegangan kolektor emitor (VCE) akan turun, ini
berarti tegangan yang melintas tahanan basis akan ikut turun yang mengakibatkan arus basis
akan turun. Arus basis yang menurun akan menghalangi kenaikan arus kolektor semula.
Garis Beban DC
Dengan menjumlahkan tegangan yang melintas simpul kolektor, diperoleh :
VCC – (IC + IB) RC – VCE = 0 …………………………………. (6)
Karena dalam daerah aktif, IB bernilai lebih kecil daripada IC, maka nilai IB dapat diabaikan
dan persamaannya menjadi:
IC 
VCC  VCE
RC
………………………………………………. (7)
Kita dapat melihat secara langsung bahwa ujung atas garis beban atau arus kolektor saturasi
adalah VCC / RC dan ujung bawahnya adalah sama dengan VCC.
Pengaruh dc
Dengan menjumlahkan tegangan yang melintas pada simpul basis maka didapatkan :
VCC – (IC + IB) RC – IBRB – VBE = 0 ………………………..
atau
(8)
VCC – ICRC – IBRB – VBE = 0 ………………………………... (9)
Karena IB = IC / dc , maka kita dapat mencari IC melalui persamaan sebagai berikut :
IC 
Vcc  V BE
Rc  R B /  dc
………………………………………….. (10)
Prategangan umpan balik kolektor lebih baik daripada prategangan umpan balik emitor,
meskipun rangkaiannya masih peka terhadap perubahan dc.
Hal Khusus
Keuntungan rangkaian ini dibandingkan prategangan umpan balik emitor antara lain adalah
transistornya tidak dapat jenuh (saturasi). Bila tahanan basis diturunkan, maka titik operasi
transistor akan bergerak kearah titik jenuh (saturasi) sepanjang garis beban, tetapi tidak akan
pernah mencapai kejenuhan berapapun rendahnya nilai tahanan basis.
Bukti bahwa transistor tidak akan pernah mencapai titik jenuh dengan berapapun
penurunan tahanan basis adalah seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4.
Gambar 4. Rangkain dengan tahanna basis sama dengan nol
Jika tahanan basis diturunkan sampai nilainya nol, itu berarti tegangan yang melintas pada
tahanan basis tersebut juga sama dengan nol. Ini berarti seperti menghubung singkatkan basis
dengan kolektor. Perhatikna bahwa VCE tidak dapat lebih rendah dari 0,7 V karena tegangan ini
adalah teganga yg melintas basis emitor (VBE).Maka arus kolektor (Ic) adalah :
Ic 
Vcc  0,7
,
Rc
Perhatikan bahwa, nilai ini lebih kecil dari VCC/RC yg merupakan ujung atas garis beban dc,
sehingga transistor tidak pernah mencapai titik jenuhnya.
Garis Tuntutan Perancangan
Kita akan menentukan titik Q ditengah-tengah garis beban dc, dengan prategangan umpan
balik kolektor, maka penentuan ini meminta :
RB = dc.RC …………………………………………………….
(11)
Cara termudah untuk melihat bahwa titik kerja berada disekitar tengah garis beban dc,
maka pers(11) di subtitusikan ke pers(10), menjadi :
Ic 
Vcc  V BE
Rc   dcRc /  dc

Vcc  V BE
2 Rc
…………………………. (12)
Nilai ini mendekati ½ dari VCC/RC, itu berarti terletak di sekitar pertangahan garis beban
dc. Kalau tidak ada ketentuan-ketentuan lainnya, rangkaian-rangkaian prategangan umpan balik
kolektor dirancang dengan memenuhi aturan RB = dc.RC.
Contoh :
1. Rancanglah rangkaian prategangan umpan balik kolektor dengan titik kerja Q berada
ditengah-tengah garis beban dc dengan ketentuan sebagai berikut:
Vcc = 15 V, Rc = 1 K Ohm, dc = 200.
Jawab :
Rangkaian harus memenuhi RB = dc.Rc
RB = 200 x 1 k Ohm = 200 k Ohm.
Arus kolektor IC saat titik Q berada di tengah-tengah garis beban dc :
Ic 
(12).
15  0,7
 7,15mA ,atau kita bisa langsung mencari menggunakan persamaan
1k  200 k / 200
Gambar rangkaiannnya adalah :
Garis beban DC :
arus kolektor saturasi = VCC/ RC dan tegangan cut-off (VCE-cutoff) = 15 V.
Ic
15 mA
7,15 mA
VCE
15 V
2. Pada gambar contoh 1, hitunglah arus kolektor untuk nilai dc = 100 dan 300