Upload
putu-adi-susanta
View
88
Download
2
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Transistor
Citation preview
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dewasa ini, perkembangan teknologi semakin pesat. Dari dulunya yang masih
menggunakan teknologi lama seperti mesin tik atau pager dan sekarang dapat menggunakan
computer, notebook, atau laptop. Perkembangan teknologi tersebut juga mangalami
perkembangan komponen-komponen di dalamnya. Sama seperti penjelasan di atas, teknologi
lama menggunakan komponen yang sangat sederhana sedangkan teknologi sekarang
menggunakan komponen-komponen yang lebih canggih dan merangkainya lebih rumit.
Komponen-komponen pada suatu alat elektronika adalah semua alat atau bahan
penyusun suatu alat. Alat yang digunakan seperti resistor, transistor, dioda dan lain
sebagainya ditambah dengan sumber daya dan keluaran. Komponen-komponen yang
dirangkai akan membentuk rangkaian. Rangkaian terdiri dari komponen yang disolder di atas
PCB dan disambungkan dengan menggunakan kabel atau timah yang sebelumnya telah
disolder.
Ada suatu komponen elektronika yang menarik perhatian. Karena resistor yang
fungsinya membatasi arus dan dioda sebagai penyearah arus sudah biasa dan sudah sering
ditemukan, maka transistor akan dibahas pada makalah ini.
1.2 Rumusan Masalah
Adapun rumusan masalah yang akan dibahas pada makalah ini yaitu:
1. Apa yng dimaksud dengan transistor dan bagaimana strukturnya?
2. Bagaimana menjelaskan arus-arus yang berada pada transistor?
3. Bagaimana karakteristik transistor dan rangkaian penyikapan transistor?
4. Bagaimana penjelasan rangkaian transistor sebagai penguat?
1.3 Tujuan Penulisan
Adapun tujuan penulisan makalah ini:
1. Mengetahui pengertian transistor beserta strukturnya
2. Dapat menjelaskan arus-arus yang berada pada transistor
3. Dapat menjelaskan karakteristik transistor dan rangkaian penyikapan transistor?
4. Dapat menjelaskan rangkaian transistor sebagai penguat?
1.4 Manfaat Penelitian
Bagi mahasiswa : sebagai referensi untuk mempelajari lebih dalam mengenai
transistor atau sebagai referensi untuk praktikum elekronika
Bagi dosen: sebagai referensi untuk bahan ajaran kepada mahasiswa
BAB II
PEMBAHASAN
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit
pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai
fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus
inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat
akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan
Kolektor (C). Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk
mengatur arus dan tegangan yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran
tegangan dan arus output Kolektor.
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.
Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog
melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio.
Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi.
Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic
gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya.
Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor,
bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang
masing-masing bekerja secara berbeda.
BJT terdiri dari tiga daerah semikonduktor yang berbeda pengotorannya, yaitu daerah
emitor, daerah basis dan daerah kolektor. Daerah-daerah tersebut adalah tipe-p, tipe-n dan
tipe-p pada transistor PNP, dan tipe-n, tipe-p dan tipe-n pada transistor NPN. Setiap daerah
semikonduktor disambungkan ke saluran yang juga dinamai emitor (E), basis (B) dan
kolektor (C). Basis secara fisik terletak di antara emitor dan kolektor, dan dibuat dari bahan
semikonduktor terkotori ringan resistivitas tinggi. Kolektor mengelilingi daerah emitor.
Transistor-transistor awal dibuat dari germanium tetapi hampir semua BJT modern dibuat
dari silikon. Beberapa transistor juga dibuat dari galium arsenid, terutama untuk penggunaan
kecepatan tinggi.
NPN adalah satu dari dua tipe BJT, dimana huruf N dan P menunjukkan pembawa
muatan mayoritas pada daerah yang berbeda dalam transistor. Hampir semua BJT yang
digunakan saat ini adalah NPN karena pergerakan elektron dalam semikonduktor jauh lebih
tinggi daripada pergerakan lubang, memungkinkan operasi arus besar dan kecepatan tinggi.
Transistor NPN terdiri dari selapis semikonduktor tipe-p di antara dua lapisan tipe-n. Arus
kecil yang memasuki basis pada tunggal emitor dikuatkan di keluaran kolektor. Dengan kata
lain, transistor NPN hidup ketika tegangan basis lebih tinggi daripada emitor. Tanda panah
dalam simbol diletakkan pada kaki emitor dan menunjuk keluar (arah aliran arus
konvensional ketika peranti dipanjar mundur.
Transistor PNP terdiri dari selapis semikonduktor tipe-n di antara dua lapis
semikonduktor tipe-p. Arus kecil yang meninggalkan basis pada moda tunggal emitor
dikuatkan pada keluaran kolektor. Dengan kata lain, transistor PNP hidup ketika basis lebih
rendah daripada emitor. Tanda panah pada simbol diletakkan pada emitor dan menunjuk
kedalam.
Perbandingan elektron yang mampu melintasi basis dan mencapai kolektor adalah
ukuran dari efisiensi transistor. Pengotoran cerat pada daerah emitor dan pengotoran ringan
pada daerah basis menyebabkan lebih banyak elektron yang diinjeksikan dari emitor ke basis
daripada lubang yang diinjeksikan dari basis ke emitor. Penguatan arus moda tunggal emitor
diwakili oleh βF atau hfe, ini kira-kira sama dengan perbandingan arus DC kolektor dengan
arus DC basis dalam daerah aktif-maju. Ini biasanya lebih besar dari 100 untuk transistor
isyarat kecil, tapi bisa sangat rendah, terutama pada transistor yang didesain untuk
penggunaan daya tinggi. Parameter penting lainnya adalah penguatan arus tunggal-basis, αF.
Penguatan arus tunggal-basis kira-kira adalah penguatan arus dari emitor ke kolektor dalam
daerah aktif-maju. Perbandingan ini biasanya mendekati satu, di antara 0,9 dan 0,998. Alfa
dan beta lebih tepatnya berhubungan dengan rumus berikut (transistor NPN):
Arus IE terdiri atas arus hole IPE (arus hole dari emitor ke basis) dan arus elektron
INE (arus elektron dari basis ke emitor)
IE = IPE + INE
Untuk pnp seluruh arus diatas bernilai positif. Untuk npn berlaku sebaliknya.
Rasio arus hole terhadap arus elektron IPE/INE proporsional terhadap rasio
konduktivitas materi p terhadap materi n. Pada transistor komersial, doping emitor lebih besar
dari doping basis, untuk memastikan bahwa arus emitor didominasi oleh arus hole. Hal ini
dilakukan karena arus elektron arus elektron tidak memberikan kontribusi terhadap fungsi
utama transistor, yaitu menyalurkan carrier ke kolektor. Sebagian dari arus hole yang
melintasi junction emitor akan menyeberang hingga junction kolektor (IpC1), sebagian lagi
akan melakukan rekombinasi di basis sebesar (IE-IPC1). Pada saat emitor open-circuit dan
kolektor mendapat bias mundur (reverse biased) IC dipastikan sama dengan arus saturasi
balik ICO.
Arus saturasi balik terdiri dari dua komponen InCO yang terdiri atas arus elektron dari p
menuju n melintasi JC dan arus hole dari n menuju p melintasi JC, IpCO
-ICO = InCO + IpCO
Jika sebuah baterai (atau sumber tegangan) dihubungkan diantara basis (B) dan emitor
(E) dari sebuah transistor NPN maka arus basis akan mengalir melalui emitor ( dioda bagian
bawah) dengan VBB lebih besar dari barrier potential 0,7 V
Misalkan
RB = 2 K7
V BB = 5 V
Resistor mengatur aliran arus. Arus yang tinggi dapat menghancurkan dioda emitor ( dioda
bagian bawah ) dan transistor tidak dapat digunakan lagi.
Sebagai contoh, masukan beberapa nilai untuk menghitung arus basis : I = V/R hukum ohm
Ibasis = 5−0,7 v2700Ω
=4,3
2700 = 0,016 A = 1,6 mA
Sekarang perhatikan rangkaian berikutnya !
Tidak ada arus yang mengalir dalam rangkaian ini karena diode kolektor ( diode bagaian
atas ) mendapat panjar mundur ( reverse bias).
Namun, jika kedua rangkaian tersebut digabung dan kolektor tetap dijaga lebih positif dari
basis, arus akan mengalir melalui diode kolektor.
Ketika electron emitor ( electron yang terdapat pada bagian emitor) memasuki kawasan
basis, mereka dapat mengalir dari satu ke dua arah :
I) Keluar dari basis melalui RBmenuju terminal positif VBB. Mereka berkombinasi
dengan hole – hole pada basis kemudian menuju RB. Daerah basis sangatlah tipis
dan di- doping ringan, sehingga hanya sedikit electron yang meninggalkan basis
melalui cara ini.
II) Sebagian besar electron, bagaimanapun, memiliki cukup waktu untuk berdifusi ke
dalam daerah kolektor, kemudian tertarik ke terminal positif V CC.
Secara keseluruhan :
Hukum kirchoff-arus (KCL) mengatakan bahwa jumlah dari arusyang memasuki
percabangan / persambungan sama dengan jumlah arus yang meninggalkannya : IE =
IB + IC
Arus basis sebanding dengan arus kolektor, dan dapat diungkapkan sebagai : βdc=ICI B
(Bdc juga dikenal dengan nama hfE, adalah penguatan arus sebuah transitor. Hal ini akan
dijelaskan lebih lanjut. Setiap transistor memiliki nilai penguatan yang berbeda-beda)
Konfigurasi ini dikenal dengan sebutan common-Emitter Circuit (rangkaian emitor
bersama) karena emitor dihubungkan pada sisi yang sama (atau ground) dari dua sumber
tegangan (V BB dan V CC ).
Pada kalung (loop) basis, tegangan suplai V BBharus melampaui nilai tegangan antara
basis dan emitor, V BE, untuk mengaktifkan dioda emitor.
Pada kalung kolektor , V CE arus lebih besar dari 0,7V agar dioda kolektor terpanjar
mundur ( reverse- biased) untuk mengumpulkan elektron dari basis.
Ketika arus basis berubah, arus kolektor juga berubah. Arus basis mengendalikan arus
kolektor.
Sekarang kita dapat merangkai kembali rangkaian transistor tadi hanya dibutuhkan satu
sumber tegangan, dan arah aliran arus masing-masing yang sama dengan rangkaian
sebelumnya.
Penguat elektronik piranti yang mengubah suatu sinyal masukan yang kecil(small
injait)menjadi snyal keluaran yang yang lebih besar ,dengan bentuk gelombang yang tetap
sama dan juga kemungkinan adanya distorsi(distortion)yang mengikuti biasanya rangkaian
ini dibangun menggunakan satu atau lebih transistor.
Penguat diklasifikasikan berdasarkan fungsinya :
1. Penguat arus, tegangan dan daya.
Ketika mereka digunakan untuk menguatkan arus dan tegangan dari sebuah
sinyal masukan, mereka disebut penguat sinyal-besar(large-sinyal gamplefier)
2. Penguat Frekuensi yang dimana mereka dimaksudkan untuk beroperasi.
Contoh:
Sebuah penguat 2F( uro frequency),juga dikenal sebagai penguat DC
digunakan untuk menguaatkan arus dan tegangan yang stabil (steady current and
voltage)
Sebuah penguat AF (Audio Frequency) digunakan untuk menguatkan sinyal di
dalam jangka pendengaran manusia.
Penguatan arus
BJT dianggap sebagai sebuah piranti yang bekerja berdasarkan arus listrik. Ketika
tidak ada arus basis (IB) sebuah arus bocor (Leakage current) ICEO yang sangat kecil
mengalir. Ini disebabkan oleh pembawa minoritas yang melintasi persambungan
panjar mundur
Arus bocor bergantung pada temperature karena pembawa minoritas dihasilkan oleh
panas yang merusak ikatan kovalen. ICEO untuk transistor silicon sangatlah kecil, hanya
beberapa microampere, tetapi jauh lebih besar untuk transistor germanium, hingga ukuran
miliampere. Karena transistor germanium sangat sensitive terhadap panas, mereka dapat
digunakan sebagai sensor suhu.
Ketika saklar ditutup, arus basis yang kecil mengalir. Jika tegangan basis emitor, Vbe,
untuk transistor silicon diatas 0,7V (0,3 untuk transistor germanium), maka arus kolektor
akan mengalir. IC bergantung pada IB, peningkatan VCE hanya memiliki dampak yang kecil
dalam penguatan arus.
Penguatan arus langsung:
βDC≡h fe=ICIB
= 2mA20 μa
=100
Ketika transistor ditemukan, tidak seorangpun tahu bagaimana mereka bekerja.
Sejumlah kuantitas yang disebut h- atau parameter hybrid dirancang untuk mengindikasikan
apa yang sebenarnya terjadi pada terminal-terminal transistor walaupun sejatinya para ahli
tidak tahu benar apa yang terjadi di dalam transistor
Ini disebut kurva karakteristik transistor. Dapat dilihat bahwa bila arus basis
meningkat maka arus kolektor juga akan meningkat. Pada area linear/ penguatan, β, nilai
penguatannya, adalah konstan.
Parameter hFE mengindikasikan bahwa apa yang dikenal dengan perbandingan transfer
maju arus DC transistor dalam konfigurasi electron emitor bersama.
Arsir B adalah area jenuh (saturation area) dimana VCE (sat), tegangan jenuh
kolektor, menjadi sangat dekat nilainya dengan ground (gnd) dan tetap disana (pada nilai
tersebut), biasanya 0,05 sampai 0,2 V. Dlam area ini, penguatannya, βDC (sat), akan jauh lebih
kecil, kemungkinan 10 bukan 50-200. Jika sebagai saklar,transistor pada posisi hidup.
Area arsir A mengindikasikan bahwa arus kolektor terpncung (cut off) jika sebagai
saklar, transistor berada pada posisi mati
Penguatan tegangan
Telah kita lihat sebelumnya bagaimana transistor menguatkan arus. Arus basis yang
kecil menyebabkan arus kolektor yang lebih besar mengalir. Perubahan kecil pada
arus basis menghasilkan perubahan besar pada arus kolektor. Resistor beban (RL)
pada rangkaian kolektor mengkonversi perubahan arus menjadi perubahan tegangan.
VCE arus “dipaksakan” kira-kira setengah dari tegangan sumber. Hal ini menyebabkan dia
berada pda bagian tengah (pusat) area linear, sehingga ketika keluaran berosilasi maka
keluaran tetap berada di area ini
Asumsikan tegangan sumber VS = 10 V maka VCE harus berkisar 5V. Gunakan nilai
penguatan transistor sebelumnya yaitu 100 dan nilai resistor beban sebesar 1kohm.
IC=V S−V CERL
=10−51000
=0,005 A=5mA
Dan IB=ICβ
= 5100
=0,00005 A=50 μA
Kita memerlukan resistor “bias” , RB , sehingga arus basis yang stabil/ mantap dapat
mengalir dari sumber menuju dan melalui persambungan basis-emitor transistor
Tegangan yang terjadi pada RB
V RB=V S−V BE=10−0,7=9,3V
RB=V RBIB
= 9,30,00005
=186.000Ω
Ketika penguat ini dipanjar (biased), sehingga arus basis yang stabil / mantap cukup
untuk meletakkan tegangan dan arus kolektor yang stabil / mantap pula didekatkan pusat
karakteristik keluaran. Kemudian hal ini disebut sebagai suatu keadaan diam ( quiescent
state)
Titik diam (quiescent point), q, tidaklah tetap Karena β, VBE dan ICEO berubah
terhadap temperature. Sekarang, sebuah sinyal bolak balik yang kecil diterapkan pada basis
transistor. Masukan ini diumpankan pada sebuah kapasitor untuk memblok sebuah kapasitor
untuk men-blok setiap arus langsung yang dapat mempengaruhi kondisi panjar. Arus basis
sekarang memiliki 2 komponen: IB, Arus panjar dan ib, arus sinyal. Arus kolektor memiliki 2
komponen: IC dan ic
IC = h fe x ib
Tegangan pada RL ,
V L = (IC + iC ) x RL
Ketika ib meningkat, ic dan V L meningkat ; V CE berkurang.
V CE = V s - V L
Sehingga, antara masukan dan keluaran akan berbeda polaritas.
Parameter h fe menginduksikan apa yang dikenal dengan perbandingan transfer maju
trus AC transistor dalam konfigurasi emitor bersama. ( the AC forward current transfer ratio
of a transistor in the common – emitter mode )
Ini adalah nilai sesaat da ini sedikit berbeda dari parameter DC hfE.
Jika V CEdijaga tetap konstan, dan IB berubah – ubah dengan memvariasikan RB.
Grafik yang dihasilkan hamper berapa garis lurus, dan mengindikasikan bahwa IC sebanding
dengan IB. Semakin curam slope yang dihasikan, semakin tinggi nilai hfe. Grafik dibawah
mengilustrasikan apa yang disebut dengan kurva karakteristik transfer.
Kemudian plot IC versus V CE
Jika kita ambil dua keadaan ekstrim :
- Ketika IC = 0 , V CE = V S
- Dan ketika V CE = 0, IC = Vs/RL
BAB III
KESIMPULAN
Adapun kesimpulan yang dapat diambil yaitu:
1. Struktur transistor BJP terdiri dari transistor NPN dan PNP
2. Transistor memiliki 3 kaki yaitu kolektor, basis dan emitor
3. Trnsistor dapat berfungsi sebagai penguat amplifier
DAFTAR PUSTAKA
http://id.wikipedia.org/wiki/transistor diunduh tanggal 5-12-12
http://id.wikipedia.org/wiki/bjp diunduh tanggal 5-12-12