Analisis AC pada transistor BJT

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 inpus 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
Zin(base) 
ib
…………………..( 1)
• Jik a diterapkan Hukum Ohm, maka:
Vin  re '.ie
vbe  re '.ie
sehingga
…………………..( 2)
• Substitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) sehingga didapat :
vbe ie.re ' …………………..( 3)
Zin(base) 

ib
ib
• Karena ie  ic dan ie   .ib maka:
vbe ie.re '  ib.re '
Zin(base) 


  .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 )

 ib.re '
Vin
( 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:
R1
Vb 
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
IE 
VE 1.1V

 1.1mA
RE 1K 
25 mV 25 mV

 22.7 
re ' 
1.1mA
IE
rc  RC || RL  2.65 K 
|| menyatakan diparalel
A
Vout
rc
2.65 K 

 116.7  117
22.7 
re '
 AV
. in  117.(2 mV )
Contoh soal 2:
Vb  0V  0.7V  0.7V
Vbe  VE  I E RE  0V
I E RE  Vbe  VE
Vbe  VE 0.7V  (9V )
IE 

RE
10K 
8.3V
 0.83mA
10K 
25mV
25mV
re ' 

 30
IE
0.83mA
IE 
rc  RC || RL  2.65K 
|| menyatakan diparalel
r
2.65K 
 88.3  88
A c 
30
re '
Vout  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 :
Zin(stage)  R1|| R2|| Zin(base)  R1|| R2||  re '
Vin ' 
Zin(stage)
Rg  Zin(stage)
Vg
Contoh soal 3:
R1
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 
25mV 25mV

 22.7
re ' 
IE
1.1mA
rc  RC || RL  2.65K 
|| menyatakan diparalel
rc 2.65 K 

 116.7  117
A
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 
Z in ( stage )
1.43K 
2mV  1.4mV
Vin ' 
Vg 
600  1.43K 
Rg  Z in ( stage )
rc
2.65 K 

 116.7  117
A
22.7
re '
Vout  A.Vin  117.(1.4mV )  163.8mV
Lanjutan penyelesaian contoh soal 3 jika β = 50:
R1
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
 1.1mA
IE  E 
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 
Zin(base)   re '  50.22.7  1.14K
Zin(stage)  R1|| R2|| Zin(base)  R1|| R2||  re '
Zin(stage)  10K || 2.2K ||1.14K  698
Vin ' 
Zin(stage)
Rg  Zin(stage)
Vg 
698
2mV  1.08mV
600 698
rc 2.65K
 116.7  117
A 
re ' 22.7
. in 117.(1.08mV )  126mV
Vout  AV
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 icrc
.
Vout
icrc
.
A 
Vin ie(rere')
karena ie ic maka:
Vout
rc
A 
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 ')
Zin ( stage )  R1|| R 2 ||  .re
Vin
Zin(base) 
ib
ie(re  re ')
Zin(base) 
ib
karena ie  ic dan ic   .ib maka :
 .ib(re  re ')
Zin(base) 
ib
Zin(base)   (re  re ')
Vin 
Zin ( stage)
Rg  Zin ( stage )
Vg
rc  RC || RL
Vout
ic.rc

A
Vin ie(re  re ')
karena ie  ic maka :
A
Vout
rc

Vin (re  re ')
jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :
jika re ' jauh lebih kecil dari re maka :
Zin(base)   .re
A
1
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) 36K
Zin(stage)  R1|| R2|| .re 10K||2.2K||36K
Zin(stage) 1.71K
Zin(stage)
1.71K
Vin 
Vg 
50mV
Rg Zin(stage)
6001.71K
Vin 37mV
rc RC|| RL3.6K||10K2.65K
rc 2.65K
14.7
A 
re 180
. in 14.7(37mV) 544mV
Vout  AV
Dari contoh soal 6,jika nilai re’ dimasukkan dalam perhitungan:
Zin(stage)  R1|| R2|| .(rere')
R2
2.2K
Vb 
xVcc 
x10V1.8V
Zin(stage) 10K||2.2K||40.5K1.73K
R1R2
2.2K10K
Zin(stage)
VE Vb Vbe 1.8V0.7V1.1V
1.73K
VE 1.1V
IE   1.1mA
RE 1K
25mV 25mV

22.7
re' 
IE 1.1mA
Zin(base) (rere')200.(18022.7)
Zin(base) 40.5K
1
Vin 
Rg Zin(stage)
Vg 
(50mV)
6001.73K
Vin 37.1mV
rc  RC|| RL 1.6K||10K 2.65K
Vout
2.65K
rc

A 
Vin (rere') (18022.7)
A13.7
Vout  AV
. in 13.7(37.1mV) 508.6mV
2
REFERENSI
• Buku Malvino,”Prinsip-Prinsip Elektronika” bab
10-11 analisis AC dan penguatan tegangan.