Analisis Rangkaian Transistor DC – Penjelasan dan Contoh

Analisis rangkaian transistor merupakan pengetahuan dan keterampilan dasar bagi kita teknik elektro.

Transistor DC adalah perangkat elektronika daya paling dasar dengan beberapa fungsi.

Sangat umum bagi kita untuk berurusan dengan produk elektronik setiap hari dan mendapatkan pengalaman dengan komputer pribadi.

Komponen dasar sirkuit terpadu yang terdapat pada elektronik dan komputer adalah perangkat aktif tiga terminal yang dikenal sebagai transistor.

Isi tampilkan

Transistor DC

Anda dapat melihat pada Gambar.(1), beberapa jenis transistor tersedia secara komersial. Ada dua tipe dasar transistor: transistor sambungan bipolar (BJT) dan transistor efek medan (FET).

Gambar 1

Kali ini kita hanya akan membahas BJT, yang merupakan BJT pertama dan masih digunakan sampai sekarang.

Diagram Rangkaian Transistor

Tujuan kami adalah mempelajari tentang BJT dan dapat menerapkan teknik yang dikembangkan selama ini untuk menganalisis rangkaian transistor dc.

Gambar 2. Transistor NPN dan PNP

Ada dua jenis BJT: npn dan pnp, dengan simbol rangkaiannya seperti yang ditunjukkan pada Gambar.(2). Setiap tipe memiliki tiga terminal, yang ditetapkan sebagai emitor (E), basis (B), dan kolektor (C).

Perhitungan di bawah ini ada hubungannya dengan kurva karakteristik transistor.

Analisis Rangkaian Transistor

Untuk transistor NPN, arus dan tegangan transistor ditentukan sebagai rangkaian ekuivalen transistornya pada Gambar.(3).

Gambar 3. Rangkaian ekuivalen transistor

Menerapkan KCL pada Gambar.(3a) akan menghasilkan

dimana I_E, I_C, dan I_B masing-masing merupakan arus emitor, kolektor, dan basis. Demikian pula, menerapkan KVL pada Gambar.(3b) akan memberikan hasil

dimana V_CE, V_EB, dan V_BC adalah tegangan kolektor-emitor, basis-emitor, dan basis-kolektor. BJT dapat beroperasi dalam salah satu dari tiga mode: aktif, cutoff, dan saturasi.

Ketika transistor beroperasi dalam mode aktif, biasanya V_BE = 0,7 V,

dimana α disebut penguatan arus basis bersama. Pada Gambar.(3), α menunjukkan fraksi elektron yang disuntikkan oleh emitor yang dikumpulkan oleh kolektor. Juga,

di mana β dikenal sebagai penguatan arus emitor bersama. α dan β adalah sifat karakteristik dari transistor tertentu dan mengasumsikan nilai konstan untuk transistor tersebut.

Biasanya, α mengambil nilai dalam rentang 0,98 hingga 0,999, sedangkan β mengambil nilai dalam rentang 50 hingga 1000. Dari Persamaan.(1) hingga (4), terbukti bahwa

dan

Persamaan ini menunjukkan bahwa, dalam mode aktif, BJT dapat dimodelkan sebagai sumber arus yang dikontrol arusnya.

Jadi, dalam analisis rangkaian, model ekuivalen dc pada Gambar.(4b) dapat digunakan untuk menggantikan transistor npn pada Gambar.(4a).

Karena β dalam Persamaan.(6) besar, arus basis yang kecil mengendalikan arus besar pada rangkaian keluaran.

Akibatnya, transistor bipolar dapat berfungsi sebagai penguat, menghasilkan penguatan arus dan penguatan tegangan.

Amplifier semacam itu dapat digunakan untuk memberikan sejumlah besar daya pada transduser seperti pengeras suara atau motor kendali.

Di bawah ini adalah rangkaian ekuivalen transistornya.

Gambar 4. Analisis rangkaian transistor

Perlu diperhatikan pada contoh berikut bahwa seseorang tidak dapat menganalisis rangkaian transistor secara langsung menggunakan analisis nodal karena perbedaan potensial antara terminal transistor.

Hanya ketika transistor diganti dengan model yang setara, kita dapat menerapkan analisis nodal.

Analisis DC BJT

Seperti disebutkan di atas, jenis transistor DC yang paling umum adalah BJT. Sekarang kita akan mencoba menganalisisnya sedikit sebelum beralih ke contoh dan perhitungan.

Perhatikan gambar di bawah ini.

Diagram transistor DC di atas menunjukkan kepada kita konfigurasi common emitor karena emitor (E) dihubungkan antara rangkaian pengontrol, Basis (B) dan rangkaian terkontrol, Kolektor (C).

Sambungan basis-emitor merupakan rangkaian masukan sedangkan sambungan emitor-kolektor merupakan rangkaian keluaran.

Karena kita hanya membutuhkan sebagian kecil arus basis, kita menempatkan resistansi yang lebih tinggi pada basis (R_B) dan resistansi yang lebih kecil pada kolektor (R_C).

Artinya, hanya dengan arus yang kecil kita akan mampu mengendalikan arus yang lebih tinggi.

Untuk keadaan awal, saklar dalam keadaan terbuka dan tidak ada arus ke basis sehingga transistor tidak beroperasi pada saat itu.

Saat kita menutup saklar, arus kecil mengalir ke basis (B) transistor dan menyalakan LED A secara redup.

Arus kecil ke basis (arus basis, I_B) diperkuat oleh transistor untuk memungkinkan arus yang lebih besar mengalir melalui kolektor (arus kolektor, I_C) ke emitor. Karena arus kolektor I_C jauh lebih besar, LED B menyala terang.

Konfigurasi ini sangat umum bersama dengan common-base dan common-collector.

Cara Mengatasi Rangkaian Transistor DC

Mempelajari cara menghitung setiap variabel dalam transistor tidak akan banyak membantu kita ketika kita ingin menggunakannya dalam rangkaian kita. Setidaknya kita harus memahami cara kerjanya idealnya.

Seperti contoh di atas, kita dapat mengoperasikannya sebagai saklar listrik.

Tapi bagaimana caranya?

Perhatikan ilustrasi di bawah ini.

Diagram transistor di atas akan membantu kita dalam memahami cara kerja transistor.

Anda seharusnya pernah melihat simbol dioda ketika kita merancang atau menganalisis suatu rangkaian yang terdiri dari setidaknya satu transistor.

Panah diperlakukan sebagai dioda seperti yang kita amati pada diagram di atas

Persimpangan basis-emitor bertindak sebagai dioda.

Karena merupakan dioda, ia mempunyai tegangan maju, V_F sebesar 0,7V. Artinya kita harus menyediakan setidaknya 0,7V ke persimpangan basis-emitor untuk mengoperasikannya. Kemudian,

Arus basis (I_B) hanya dapat mengalir bila tegangan yang diberikan ke sambungan basis-emitor (V_BE) sama atau lebih tinggi dari 0,7V.

Arus basis yang kecil (I_B) mampu mengendalikan arus kolektor (I_C) yang lebih tinggi tergantung pada resistansi kolektor R_CE dan tegangan kolektor (V_CC)

Transistor memiliki penguatan arus h_FE:

h_FE adalah konstanta dan memiliki nilai tipikal 100 (tanpa satuan ukuran).

Ada tiga mode operasi transistor, yaitu:

Cut off (mati penuh), I_B = 0, maka V_B < V_E dan V_B < V_C
Aktif, dimana transistor dioperasikan sebagai penguat dan mengalir arus basis kecil, I_B > 0, kemudian V_C > V_B > V_E
Saturasi (aktif penuh), arus basis dinaikkan sedangkan R_CE diturunkan, V_B > V_E dan V_B > V_C.

Melihat kembali Hukum Kirchhoff Arus, arus emitor adalah:

Karena arus basis jauh lebih kecil daripada arus kolektor, secara kasar

Contoh Analisis Rangkaian Transistor DC

Untuk lebih memahaminya, mari kita lihat contoh di bawah ini:

Temukan I_C, I_B, dan v_o pada rangkaian transistor pada Gambar.(5). Asumsikan transistor beroperasi dalam mode aktif dan β = 50.

Gambar 5. Contoh analisa rangkaian transistor DC

Solusi :
Untuk loop masukan, KVL memberi

Karena V_BE = 0,7 V dalam mode aktif,

Tetapi

Untuk loop keluaran, KVL memberi

Perhatikan bahwa v_o = V_CE dalam kasus ini.

Catatan Tambahan Transistor DC

Ada beberapa hal yang perlu kita perhatikan ketika menggunakan transistor, yaitu:

Ada batasan pada arus basis jadi kita harus berhati-hati agar tidak melanggarnya.
Setiap transistor memiliki rating arus kolektor maksimum, periksa datasheet terlebih dahulu.
Penguatan arus (h_FE) sangat bervariasi bahkan untuk jenis transistor yang sama.
Saat transistor beroperasi pada mode saturasi (full on), R_CE = 0, V_CE diturunkan hingga mencapai nol, dan arus kolektor bergantung pada tegangan kolektor (V_CC).
Arus emitor adalah I_E = I_B + I_C atau I_E = I_C karena I_B sangat kecil sehingga dapat diabaikan.