Pembiasan Pada Transistor JFET - Danny Kurnianto

Pembiasan Pada Transistor JFET
Oleh : Danny Kurnianto,ST.,M.Eng
ST3 Telkom Purwokerto
1. Pembiasan Tetap (Fixed-Biasing)
 Gambar 1 memperlihatkan konfigurasi
pembiasan tetap pada transistor JFET saluran-n.
Gambar 1. Pembiasan tetap
 Pembiasan tetap merupakan salah satu
metode pembiasan pada JFET yg bisa
dilakukan melalui pendekatan matematis
maupun grafis dan memperoleh hasil yang
sama.
 Untuk analisis dc rangkaian pembiasan tetap
dg pendekatan matematis pada Gambar 1
diatas, maka :
IG = 0 A, sehingga
VRG = IG.RG = 0.RG = 0 Volt,
Tegangan 0 Volt bisa diganti dengan short
circuit seperti pada Gambar 2.
Gambar 2. Rangkaian ekivalen analisis DC
 Polaritas VGS adalah berlawanan dengan
polaritas baterai VGG. Hal ini bisa didapat
dengan menganalisis loop yg searah dengan
jarum jam pada gambar 2 diatas. Sehingga
didapatkan
+VGG + VGS = 0
VGS = - VGG.
 Karena VGG merupakan sumber tegangan DC
yg besarnya tetap, maka besarnya VGS juga
akan tetap dan hal inilah yg menyebabkan
pembiasan ini dinamai dengan “pembiasan
tetap”.
 Arus drain (ID) yang mengalir sesuai dengan
persamaan Shockley sbb :
……………(1)
 Karena besarnya VGS adalah tetap, maka
besar dan tandanya bisa langsung di
subtitusikan ke persamaan Shockley (2) shg
dihasilkan arus drain (ID).
 Untuk penyelesaian pendekatan grafis
diperlukan grafik persamaan Shockley seperti
pada Gambar 3 dibawah ini.
Gambar 3. Grafik persamaan Shockley (ID vs VGS)
 Untuk menggambar grafik pada Gambar 3
diatas, diperlukan minimal 3 titik koordinat, yaitu
titik IDSS, Vp dan 0,5 Vp atau 0,5 IDSS.
 Dengan digambarkan grafik hubungan ID dengan
VGS, maka kita dapat menyelesiakan persoalan
pembiasan tetap melalui pendekatan grafis.
 Pada Gambar 4 ditunjukkan contoh penyelesaian
pembiasan tetap menggunakan pendekatan
grafis, dimana kita bisa mendapatkan nilai ID
dari nilai VGS yg ditetapkan melalui grafik seperti
Gambar 3 dan ini dinamakan sebagai titik
operasi dari pembiasan tetap.
Gambar 4. Penyelesaikan menggunakan pendekatan grafis
Gambar 5. Mengukur besarnya ID dan VGS pada titik operasi
 Untuk mendapatkan tegangan VDS pada
Gambar 2, dengan menerapkan hukum
Kirchoff 2 bahwa jumlah tegangan pada
simpul tertutup sama dengan nol, maka
…………….(2)
 Karena tegangan source (VS) langsung
terhubung ke ground maka:
………………(3)
 Sehingga :
….. ………..(4)
…………(5)
 Latihan soal 1 :
1. Carilah nilai-nilai berikut ini berdasarkan
rangkaian pada Gambar dibawah ini.
Tentukan nilai :
a. VGSQ
b. IDQ
c. VDS
d. VD
e. VG
f. VS
Jawab :
Pendekatan secara matematis :
Pendekatan Garfis :
2. Pembiasan Diri (Self Bias)
 Pembiasan diri meniadakan kebutuhan 2
sumber tegangan DC.
 Pengaturan tegangan VGS sekarang
ditentukan oleh tegangan yang melintas pada
tahanan Rs pada terminal source (S).
 Rangkaian pembiasan diri ditunjukkan pada
Gambar 6 dibawah ini .
Gambar 6. Rangkaian pembiasan diri
 Untuk analisis DC pada Gambar 6 diatas,
kapasitor diputus (open circuit) dan RG
dihubung singkat (short circuit) karena IG = 0.
 Sehingga rangkaian ekivalen DC nya seperti
ditunjukkan pada Gambar 7 dibawah ini.
Gambar 7. ekivalen DC
 Arus yang melintas pada tahanan RS adalah
arus source (IS) yg besarnya sama dengan
arus drain (ID).
 Sehingga :
…………(6)
 Pada loop tertutup yg melintasi gate ke
source maka:
+ VGS + VRS = 0
VGS = - VRS ………….(7)
 Dilihat dari persamaan (7) ini, maka VGS adl
fungsi dari arus keluaran (ID) yang besarnya
tidak tetap.
 Pembiasan diri ini memungkinkan adanya 2
penyelesaian yaitu melalui pendekatan
matematis dan grafis.
Pendekatan Matematis :
 Pendekatan matematis diperoleh dengan
mensubtitusikan persamaan (7) ke
persamaan Shockley (1), maka :
……………..(8)
 Dengan menyelesaikan bentuk kuadratis,
maka didapatkan bentuk persamaan sbb:
………….(9)
Pendekatan Grafis :
 Pertama adalah menggambarkan grafik
karakteristik transfer (ID terhadap VGS)
seperti pada Gambar 8 dibawah ini.
Gambar 8. Grafik karaktersitik transfer (ID vs VGS)
 Karena persamaan (7) menggambarkan suatu
garis lurus pada grafik yg sama (Gambar 8) ,
maka kita harus menentukan dua titik
koordinat yg dilewati garis lurus tsb.
 Koordinat 1 :
dengan menentukan ID = 0 A, maka kita
mendapatkan VGS sebesar VGS = -ID.RS =
0.RS = 0 Volt. Sehingga koordinat
pertamanya adalah ID = 0 A ; VGS = 0 Volt.
 Koordinat 2:
dengan memilih nilai VGS atau ID dan
memasukkan ke dalam persamaan (7)
Misalkan , dipilih nilai ID = 0,5 IDSS, maka
nilai VGS nya adalah sbb;
VGS = - ID. RS = - 0,5 IDSS . RS
Gambar grafiknya menjadi :
Gambar 9. Gambar garis pembiasan diri
 Titik operasi (Q-point) ditentukan oleh
koordinat perpotongan antara garis lurus tsb
dengan garis kuadratik seperti yg ditunjukkan
pada Gambar 9.
 Nilai VDS dapat ditentukan dengan
menerapkan hukum Kirchoff 2 pada bagian
loop keluarannya , sehingga diperoleh :
.
……….(10)
…………..(11)
 Latihan soal 2:
1. Tentukan nilai-nilai berikut ini pada rangkaian
pembiasan diri Gambar dibawah ini
Tentukan nilai berikut :
a. VGSQ
b. IDQ
c. VDS
d. VS
e. VG
f. VD
Jawab :
a. Tegangan VGS ditentukan oleh :
VGS = - ID. RS
Misalkan kita pilih ID = 4 mA, shg nilai VGS
adalah VGS = - (4 mA).(1 K Ohm) = - 4 Volt.
Kita pilih ID = 8 mA, maka nilai VGS = - 8
Volt.
Sehingga kita mendapatkan garis lurus yg
melewati (ID = 0 ; VGS = 0) , (ID = 4mA;
VGS = 4 Volt), (ID = 8mA; VGS = 8 Volt)
sebagai berikut :
 Untuk membuat grafik kuadratis sesuai
dengan persamaan Shockley, maka
tentukan dulu minimal 3 titik koordinat
untuk menggambar grafik. Yaitu (ID max =
IDSS), (VGS = Vp) dan (VGS = 0,5 Vp).
 Sehingga kita bisa memperoleh grafik
kuadratis dan titik operasi (Q-point) yg
merupakan titik potong antara garis lurus
dan grafik kuadratis seperti pada Gambar
dibawah ini
 Dari gamba grafik diatas, maka kita bisa
mendapatkan titik operasi (Q-point) sbb:
a. VGSQ = -2,6 Volt
b. IDQ = 2,6 mA
e.) VG = 0 Volt
Atau
3. Pembiasan Pembagi Tegangan
 Gambar 10 memperlihatkan rangkaian pembiasan
pembagi tegangan pada transistor JFET.
Gambar 10 . Pembiasan pembagi tegangan pd JFET
 Analisis dc pada rangkaian pembiasan
pembagi tegangan Gambar 10 , dapat
dianalisis melalui rangkaian ekivalen sbb:
Gambar 11. rangkaian ekivalen DC
 Karena nilai arus gate IG = 0, maka arus yg melewati
R1 dan R2 adl sama, sehingga kita bisa
mendapatkan nilai tegangan gate dari pembagi
tegangan R1 dan R2 (tegangan R2).
……………..(12)
 Lihat loop yg melintasi gate-source, kita terapkan
hukum kirchoff 2, yaitu jumlah tegangan pada loop
tertutup tersebut sama dengan nol.
VGS + VRS – VG = 0
……………(13)
VGS = VG – VRS
VGS = VG – IDRS
…………….(14)
 Hubungan VGS dan ID pada persamaan (14) berupa
fungsi garis lurus, sehingga untuk menggambarkan
grafik dari persamaan (14) harus mencari dua titik
koordinat.
 Cara menggambarkan grafik persamaan (14) adalah
sebagai berikut:
1. Cari koordinat 1 pada sumbu horisontal saat ID =
0 , dengan memasukkan ID = 0 pada persamaan
(14).
2. Cari titik koordinat 2 pada sumbu vertikal yaitu
dengan memasukkan nilai VGS = 0 pada
persamaan (14)
Gambar 12. Grafik pada pembiasan pembagi tegangan
 Karena titik koordinat pada sumbu vertikal saat VGS
= 0 adalah ID = VG / RS , maka meningkatnya nilai RS
akan menyebabkan nilai ID berkurang.
Gambar 13 . Pengaruh perubahan RS terhadap tititk operasi (titik Q)
 Setelah nilai Id dan VGS pada titik operasi
(IDQ dan VGSQ), maka parameter yang lain
bisa dicari dengan cara biasa, yaitu :
 Contoh latihan 3
1. Tentukan nilai-nilai dari parameterparameter berikut ini pada rangkaian
pembagi tegangan pada gambar dibawah ini.
a. IDQ dan VGSQ
b.
c.
d.
e.
VD
VS
VDS
VDG
Jawab :
a. Untuk mencari IDQ dan VGSQ , maka kita
harus menggambarkan dulu grafik transfer
dan garis lurus (VGS = VG – IDRS).
Untuk grafik transfer, tentukan lebih dulu titik
koordinat saat VGS = 0 (mendapatkan IDSS)
dan saat ID = 0 (VGS = Vp)
o Untuk mencari garis lurus, cari koordinat 1
pada sumbu horisontal saat ID = 0 A.
Saat ID = 0 , maka kita mendapatkan nilai VGS dengan
persamaan (14).
o Koordinat 2 pada sumbu vertikal, saat VGS
= 0 V, maka sesuai dengan persamaan (14) ,
kita mendapatkan ID = VG / RS
o Maka didapatkan gambar grafik transfer
dan garis lurus seperti pada gambar dibawah
ini.
Dilihat dari gambar diatas, maka dapat kita
tentukan bahwa nilai IDQ dan VGSQ
merupakan titik perpotongan antara grafik
transfer dan garis lurus.
IDQ = 2,4 mA
VGSQ = -1,8 V
Atau