bias pembagi tegangan sebenarnya adalah rangkaian bias emiter
advertisement
ELEKTRONIKA Bab 7. Pembiasan Transistor DR. JUSAK Bias Pembagi Tegangan Bias pembagi tegangan, atau VoltageDivider Bias (DVB) ditunjukkan dalam Gambar di samping. Seperti terlihat, rangkaian basis memiliki pembagi tegangan melalui hambatan π 1 dan π 2 . Vcc R1 RC R2 RE ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 2 Bias Pembagi Tegangan Pada desain rangkaian bias pembagi tegangan yang baik, arus basis lebih kecil daripada arus yang melalui pembagi tegangan. Karena arus basis sangat kecil dan bisa diabaikan, maka koneksi antara pembagi tegangan dan basis dapat dianggap sebagai rangkaian terbuka. Tegangan keluaran pembagi tegangan didefinisikan oleh: ππ΅π΅ π 2 = πππ π 1 + π 2 ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 3 Bias Pembagi Tegangan Vcc Gambar di samping adalah rangkaian ekivalen dari rangkaian bias pembagi tegangan. Seperti terlihat, bias pembagi tegangan sebenarnya adalah rangkaian bias emiter yang tersamar. Karena itu rangkaian bias pembagi tegangan menjaga arus emiter pada posisi tetap, dan karena itu titik Q tidak mudah bergeser dan tidak tergantung pada arus basis (seperti kita pelajari pada rangkaian bias emiter pada Bab sebelumnya). RC VBB ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA RE 4 Bias Pembagi Tegangan Setelah nilai dari ππ΅π΅ didapatkan, maka rumus-rumus lain terkait dengan rangkaian bias pembagi tegangan dapat diturunkan sebagai berikut: ππΈ = ππ΅π΅ − ππ΅πΈ πΌπΈ = ππΈ π πΈ πΌπΆ ≈ πΌπΈ ππΆ = ππΆπΆ − πΌπΆ π πΆ ππΆπΈ = ππΆ − ππΈ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 5 Contoh Kasus Pada rangkaian di samping ini, tentukan nilai πΌπΆ dan ππΆπΈ (titik Q) dari rangkaian tersebut. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 6 Contoh Kasus ππ΅π΅ = 2,2πΎ 10π 10πΎ+2,2 = 1,8V ππΈ = 1,8π − 0,7π = 1,1π πΌπΈ = 1,1π 1πΎΩ = 1,1ππ΄ πΌπΆ ≈ π, πππ¨ ππΆ = 10π − 1,1ππ΄ 3,6πΎΩ = 6,04π ππΆπΈ = 6,04π − 1,1π = π, πππ½ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 7 Contoh 1. Tentukan nilai πΌπΆ dan ππΆπΈ (titik Q) dari rangkaian di atas dengan mengubah nilai tegangan ππΆπΆ menjadi 15V. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 8 Analisis Akurat untuk Rangkaian Bias Pembagi Tegangan Desain rangkaian bias pembagi tegangan yang baik harus memiliki kriteria berikut: pembagi tegangan terlihat kaku terhadap tahanan input dari basis. Pembagi tegangan dikatakan kaku apabila memenuhi kriteria berikut: RC R1||R2 VCC π 1 ||π 2 < 0,01π½π·πΆ π πΈ VBB RE Untuk menghasilkan rangkaian yang sangat stabil, rangkaian pembagi tegangan harus memenuhi syarat di atas. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 9 Analisis Akurat untuk Rangkaian Bias Pembagi Tegangan Dengan menggunakan rangkaian pembagi tegangan kaku, nilai arus emiter πΌπΈ dapat dihitung dengan rumusan: ππ΅π΅ − ππ΅πΈ πΌπΈ = π πΈ + π 1 ||π 2 /π½ππ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 10 Contoh 2 Perhatikan rangkaian di samping: a. Apakah rangkaian tersebut merupakan rangkaian pembagi tegangan kaku? b. Tentukan nilai akurat dari arus emiter. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 11 Garis Beban dan Titik Q +10V R1 10k RC 3.6k 2N3904 R2 2.2k RE 1k Rangkaian bias pembagi tegangan di samping membuat tegangan emiter tetap pada nilai 1,1V. Titik Q yang dihitung paad bagian sebelumnya memberikan nilai arus kolektor 1,1mA dan tegangan kolektor emiter 4,94V. Garis beban dan Titik Q digambarkan pada slide berikut ini. Pada rangkaian tersebut titik Q tidak bergeser terhadap perubahan penguatan arus, π½ππ . Satu-satunya cara untuk menggeser titik Q adalah dengan mengubah-ubah nilai π πΈ . ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 12 Garis Beban dan Titik Q IC mA 2,78 QH Q 1,1 QL 4,94V 10V VCE ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 13 Contoh 3. 1. Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai π πΈ adalah 2,2πΎΩ. (Berasosiasi dengan titik ππΏ pada gambar garis beban) 2. Tentukan titik Q pada rangkaian di atas apabila nilai π πΈ adalah 510Ω. (Berasosiasi dengan titik ππ» pada gambar garis beban) ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 14 Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Gambar di samping merupakan rangkaian bias emiter dengan dua catu daya. Yang mana catu negatif membias maju dioda emiter, sedangkan catu daya positif membias balik diode kolektor. Dengan menggunakan desain rangkaian semacam ini, arus basis akan sangat kecil sekali, mendekati 0V sehingga dapat diabaikan. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 15 Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Perhatikan rangkain di samping. Tegangan pada dioda emiter adalah -0,7V, hal ini terjadi karena tegangan pada dioda basis adalah 0V. Sehingga adanya penurunan tegangan dari basis ke emiter sebesar 0,7V menyebab tegangan pada emiter menjadi 0V-0,7V=-0,7V. Sehingga tegangan pada tahanan emiter adalah: ππ πΈ = −0,7π − −2π = 1,3π ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 16 Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Mengacu pada gambar di slide sebelumnya, πΌπΈ = ππΈ π πΈ = 1,3π 1πΩ = 1,3ππ΄ ππΆ = 10π − 1,3ππ΄ 3,6πΩ = 5,32π ππΆπΈ = 5,32π − −0,7 = 6,02π Untuk menghasilkan nilai ππ΅πΈ ≈ 0, maka diperlakukan aturan yang sama seperti pada transistor bias pembagi tegangan, yaitu: π π΅ < 100π½ππ π πΈ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 17 Contoh 4 Pada rangkaian di bawah, tentukan nilai tegangan kolektor pada masing-masing stage dari rangkaian! ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 18 Bias Umpan Balik Emiter Rangkaian bias basis merupakan rangkaian terburuk jika digunakan untuk membuat titik Q yang tetap. Hal ini terjadi, karena arus kolektor akan berubah apabila penguatan arus berubah. +VCC RB RC Sekarang kita bicarakan rangkaian bias umpan balik emiter. Tujuannya adalah untuk menstabilkan titik Q. Rangkaian bias umpan balik emiter ditunjukkan oleh gambar di samping. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA RE 19 Bias Umpan Balik Emiter +VCC Ide dasar dari rangkaian di atas adalah : Jika πΌπΆ bertambah, maka ππΈ juga bertambah, akibatnya ππ΅ juga bertambah. ππ΅ yang lebih besar akan mengurangi tegangan pada π π΅. Ini mengakibatkan πΌπ΅ berkurang, yang berlawanan dengan kenaikan πΌπΆ . Disebut umpan balik karena perubahan tegangan pada emiter, diumpan balikkan ke rangkaian basis. RB RC RE Rangkaian umpan balik emiter tidak pernah popular karena pergeseran titik masih terlalu besar untuk aplikasi produksi masal. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 20 Bias Umpan Balik Emiter Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: πΌπΈ = ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π πΈ + π΅ π½ ππ ππΈ = πΌπΈ π πΈ ππ΅ = ππΈ + 0,7π ππΆ = ππΆπΆ − πΌπΆ π πΆ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 21 Bias Umpan Balik Emiter Tujuan dari rangkaian bias umpan balik emiter ini adalah untuk membanjiri π½ππ , yaitu π πΈ harus bernilai lebih besar daripada π π΅ Jika hal ini dipenuhi maka πΌπΈ menjadi tidak sensitif terhadap perubahan pada π½ππ . π½ππ . Tetapi pada rangkaian praktis kita tidak dapat merancang rangkaian dengan π πΈ yang cukup besar untuk membanjiri efek π½ππ tanpa memotong (cutting off) transistor. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 22 Bias Umpan Balik Emiter IC +15V mA RB 430k RC 14,9 910 9,33 3,25 ο’ dc ο½ 300 ο’ dc ο½ 100 RE 100 15V VCE Terlihat bahwa variasi 3:1 dari penguatan arus, membawa perubahan besar pada arus kolektor. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 23 Bias Umpan Balik Kolektor Perhatikan gambar rangkaian bias umpan balik kolektor di samping. Bias umpan balik kolektor bertujuan untuk menstabilkan titik Q. Idenya adalah memberi umpan balik tegangan ke basis untuk menetralkan setiap perubahan pada arus kolektor. Misalkan terjadi penambahan terhadap arus kolektor, yang berarti pengurangan terhadap tegangan kolektor. Pengurangan tegangan kolektor ini berakibat penurunan arus basis yang menyebabkan penurunan terhadap arus kolektor. +VCC RC RB ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 24 Bias Umpan Balik Kolektor Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: πΌπΈ = +VCC ππΆπΆ −ππ΅πΈ π πΆ π + π΅ RC π½ππ RB ππ΅ = 0,7π ππΆ = ππΆπΆ − πΌπΆ π πΆ Titik Q biasanya ditetapkan di dekat titik tengah garis beban dengan menggunakan resistansi basis: π π΅ = π½ππ π πΆ ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 25 Bias Umpan Balik Kolektor +VCC IC mA RC RB 200k 1k 15 8,58 4,77 ο’ dc ο½ 300 ο’ dc ο½ 100 15V VCE Terlihat pada gambar di atas, perubahan penguatan arus 3:1 membawa sedikit perubahan pada titik Q dibanding dengan rangkaian bias umpan balik emiter. ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 26 Bias Umpan Balik Kolektor dan Emiter Penggabungan rangkaian bias umpanbalik kolektor dan emiter merupakan langkah awal menuju bias yang lebih stabil bagi rangkaian transistor. Dari rangkaian ini hasilnya hanya sedikit yang lebih baik. Penggabungan rangkaian ini memang menolong, tetapi tidak cukup bagi kinerja yang diperlukan untuk produksi masal. +VCC RC RB RE ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 27 Bias Umpan Balik Kolektor dan Emiter Berikut ini adalah beberapa rumusan untuk analisis rangkaian bias umpan balik emiter: πΌπΈ = +VCC RC ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π πΆ +π πΈ + π΅ π½ ππ RB ππΈ = πΌπΈ π πΈ ππ΅ = ππΈ + 0,7π ππΆ = ππΆπΆ − πΌπΆ π πΆ RE ELEKTRONIKA – STMIK STIKOM SURABAYA 28
