Post on 01-Jul-2015
1
BJT TRANSISTOR MODELLING
OLEH : MUJAHIDINhttp://www.iddhien.com
iddhien@gmail.commujahidin@iddhien.com
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
A. INTRODUCTION
• Akan dibahas mengenai penguat signal kecil (Small Signal ac Response) transistor dengan menggunakan rangkaian model (ekuivalen ac).
• Ada dua rangkaian model yang digunakan yaitu re model dan hybrid equivalent model.
2
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
B. PENGUATAN PADA DOMAIN AC
Transistor merupakan devais yang bisa berfungsi untuk penguat (amplifier). Bagaimana cara kerja transistor ketika dia bekerja sebagai penguat ?
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
3
C. BJT TRANSISTOR MODELLING
• Model adalah sebuah rangkaian ekuivalen yang merepresenatasikan karakteristik ac sebuah transistor
• Model biasanya menggunakan elemen rangkaian yang bisa meniru kelakuan dari transistor
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
Untuk mendemonstrasikan rangkaian ekuivalen ac dapat digambarkan sebagai berikut :
C. BJT TRANSISTOR MODELLING
Transistor circuit under examination in this introductory discussion
4
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
C. BJT TRANSISTOR MODELLING
following removal of the dc supply and insertion of the short-circuit equivalent for the capacitors
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
C. BJT TRANSISTOR MODELLING
redrawn for small-signal ac analysis
5
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
C. BJT TRANSISTOR MODELLING
Rangkaian Ekuivalen AC Didapatkan Dengan Cara :
1. Setting Semua Sumber DC menjadi Nol2. Menghubungsingkatkan Semua Kapasitor3. Hilangkan semua komponen pada Langkah 1 dan 24. Gambar Ulang Rangkaian
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
Ada beberapa parameter penting yang perlu diketahui dalam BJT Transistor Modelling yaitu : Zi , ZO, AV , dan Ai .
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
6
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
Zi, Zo, Av, Ai adalah paramater – parameter yang diperlukan untuk keperluan analisis karakteristik ac rangkaian transistor.
Two-port system.
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
Input Impedance, Zi.
IiViZi=
7
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSInput Impedance, Zi.
Impedansi input dapat didemonstrasikan seperti contoh diatas, sumber signal mempunyai tahanan dalam 600 ohm. Sistem (bisa berupa transistor amplifier) mempunyai resistansi input 1.2 kOhm.
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSInput Impedance, Zi.Jika input ideal (Rs = 0 ohm) tegangan input 10 mVolt akan masuk semua ke sistem. Tetapi dengan adanya Rs = 600 ohm , maka tegangan input akan menjadi :
( )( ) mVkk
mVkRZi
ZiVsVisource
67.66.02.1
102.1=
Ω+ΩΩ
=+
=
Hanya 66.7% dari sinyal sumber masuk ke input, andaikan jika Zi = 600 Ohm maka hanya 50% sinyal sumber masuk ke input, jika Zi = 8.2 kOhm maka 93.2%. Nilai Zi sangat berpengaruh terhadap sinyal masukan.Nilai ac input resistance tergantung pada mode transistor yang dipakai, apakah Common Emitter, Common Base, atau Common Collector.
8
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
Tentukan nilai Zi
Ω===
=Ω
=Ω
−=
−=
kA
mVIVZi
AkmV
kmVmV
RsenseViVsIi
i
i 5.18.02.1
8.018.0
12.12
µ
µ
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSOutput Impedance, Zo.
Output Impedance Zo, ditentukan sebagai impedansi pada terminal output dengan melihat kembali ke sistem ketika sinyal masukan adalah nol.
9
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
RsenseVoVIo −
=
Output Impedance, Zo.
IoVoZo =
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSOutput Impedance, Zo.
Pada sebuah penguatan (amplifier) nilai Zo idealnya harus sangat besar. Seperti pada gambar diatas jika nilai Zo >> RL maka arus akan menuju ke beban.
10
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSOutput Impedance, Zo.
Tentukan nilai Zo
Ω===
=Ω
=Ω
−=
−=
kA
mVIoVoZo
AkmV
kmVV
RsenseVoVIo
5.4216
680
1620
32020
6801
µ
µ
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSVoltage Gain, Av
Untuk mencari nilai Avs dapat diturunkan dari persamaan :
VNLARsZi
ZiVsVoAvs
ViVo
VsVi
VsVoAvs
RsZiZi
VsVi
RsZiZiVsVi
+====
+=
+=
11
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSVoltage Gain, Av
Tentukan nilai AVNL , Ii , Zi , AVS ...!!
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERS
IiIoAi =
Current Gain, AiPenguatan arus ditentukan oleh persamaan :
Untuk sistem berbeban seperti gambar dibawah:
L
iV
L
L
L
RZAAi
ViRVoZi
ZiViRVo
IiIoAi
RVoIo
ZiViIi
−=
−=−==
−==
//
;
12
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
D. THE IMPORTANT PARAMETERSPhase relationship
Untuk penguatan transistor dengan mengabaikan efek elemen reaktif, antara sinyal input dan output ada yang sefasa dan ada yang berbalik 1800 antara keduanya
Common – Emitter ~ 180 degrees
Common - Base ~ 0 degrees
Common – Collector ~ 0 degrees
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODEL
re model mempekerjakan diode dan sumber arus terkendali (Controlled Current Source) untuk mengilustrasikan kerja transistor.
Pada umumnya BJT Amplifier bekerja sebagai current controlled devices
13
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-BASE CONFIGURATION
Subscribt e menekankan adanyaarus DC di emitter yang menentukanresistsnsi ac pada diode emitter
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-BASE CONFIGURATION
Impedansi input untuk konfigurasi Common Base adalah :
erZi=Biasanya konfigurasi CB ini nilai Zi < 50 Ohm
14
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-BASE CONFIGURATION
Impedansi output untuk konfigurasi Common Base adalah :
CBZo Ω∞≅
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODEL
e
L
e
L
ee
Le
eeie
LeLCLo
rR
rRAv
rIRI
ViVoAv
rIZIViRIRIRIVo
≅=
==
===−−=−=
α
α
α)(
COMMON-BASE CONFIGURATION
Penguatan tegangan Av didapat :
Penguatan arus Ai didapat :
CBi
e
e
e
c
i
Oi
AII
II
IIA
1−≅−=
−=−
−==
α
α
15
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODEL
COMMON-BASE CONFIGURATION
Pada gambar diatas mempunyai nilai IE = 4 mA, α =0.98 sinyal input ac = 2 mV diantara basis dan emiter.Tentukan : (a) Impedansi Input (b) Hitung Av jika pada output terdapat beban 0.56 kΩ. (c) Tentukan impedansi output dan penguatan arusnya
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-EMITTER CONFIGURATION
bC II β= Arus yang melewati diode adalah
Ie = Ic + Ib = ßIb + Ib
16
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODEL
bIIe β≅
COMMON-EMITTER CONFIGURATION
Ie = Ic + Ib = ßIb + IbIe = (ß+1)IbJika nilai ß lebih besar dari 1 bisa digunakan pendekatan
Bentuk yang lebih populer dari penguat Common Emitter ini adalah
Untuk mencari nilai Zi
CEe
b
eb
b
be
ebeebe
b
be
i
ii
rZiI
rII
VZi
rIrIVViI
VIVZ
β
ββ
=
≅=
≅==
==
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODEL
CEorZo Ω∞==
COMMON-EMITTER CONFIGURATION
Untuk mencari nilai Zo
Untuk mencari nilai Av
Ω∞=
−=
−==
==−=−=−=
orCEe
LV
eb
Lb
i
oV
ebiii
LbLCLo
rRA
rIRI
VVA
rIZIVRIRIRIVo
,
βββ
β
17
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-EMITTER CONFIGURATION
Untuk mencari nilai Ai
Ω∞==
===
orCEi
b
b
b
c
i
oi
AII
II
IIA
,β
β
Setelah diketahui bahwa pada Common Emitter nilai Zi = ßre ; arus collector ßIb output impedance adalah ro , maka bentuk ekuivalen model yang cocok untuk common emitter adalah :
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-EMITTER CONFIGURATION
Jika diketahui sebuah penguat Common Emitter dg nilai ß = 120 IE = 3.2 mA dan ro = Takterhingga , tentukan :
(a)Zi(b)Av jika diberi beban 2kΩ(c)Ai dengan beban 2kΩ
18
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODELHybrid Equivalent Model akan diuraikan dibagian ini, beberapa parameter akan digambarkan pada suatu titik operasiyang mungkin bisa atau tidakuntuk mencerminkan kondisi-kondisi operasiyang nyata suatu amplifier.
Dalam kaitannya dengan kenyataan bahwadata sheet transistor tidak menyediakanparameter untuk rangkaian ekuivalen padatiap-tiap titik operasi yang mungkin.
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Deskripsi hybrid equivalen model akan dimulai dengan yang umum dikenal Yaitu Two Port System ; seperti gambardibawah
oio
oii
VhIhIVhIhV
2221
1211
+=+= Persamaan Two Port System
19
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
h11 diperoleh dengan dengan membuat Vo = 0 (Short Circuit the Output Terminal). h11 mempunyai satuan ohm, h11merupakan perbandingan antara tegangan input dan arus input. h11 disebut sebagai short-circuit input-impedance parameter. Notasi 11 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan pengukuran pada terminal input.
011
=
=oVi
i
IVh Ohm
oio
oii
VhIhIVhIhV
2221
1211
+=+=
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
h12 diperoleh dengan dengan membuat Ii = 0. h12 tidak mempunyai satuan , h12 merupakan perbandingan antara tegangan input dan tegangan output. h12 disebut sebagai open-circuit reverse transfer voltage ratio parameter. Notasi 12 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan pengukuran input terhadap pengukuran output.
012
=
=iIo
i
VVh
oio
oii
VhIhIVhIhV
2221
1211
+=+=
20
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
h21 diperoleh dengan dengan membuat VO = 0. h21 tidak mempunyai satuan , h21 merupakan perbandingan antara Arus Output dan Arus Input. h21 disebut sebagai Short-circuit Forward transfer Current ratio parameter. Notasi 21 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan pengukuran output terhadap pengukuran input.
021
=
=oVi
o
IIh
oio
oii
VhIhIVhIhV
2221
1211
+=+=
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
h22 diperoleh dengan dengan membuat Ii = 0. h22 mempunyai satuan siemens, h22 merupakan perbandingan antara arus output dan tegangan output. h22 disebut sebagai open-circuit output admittance parameter. Notasi 22 menunjukkan bahwa parameter ini ditentukan oleh perbandingan pengukuran di output.
022
=
=iIo
o
VIh Siemens
oio
oii
VhIhIVhIhV
2221
1211
+=+=
21
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
oii VhIhV 1211 +=
Hybrid Input Equivalent Circuit
oio VhIhI 2221 +=
Hybrid Output Equivalent Circuit
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Rangkaian hybrid ac equivalen lengkap ditunjukkan pada gambar berikut:
Dimana:h11 = Input Resistance hih12 = Reverse Transfer Voltage Ratio hrh21 = Forward Transfer Current Ratio hfh22 = Output Conductance ho
22
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Jaringan rangkaian hybrid secara symbol grafis ditunjukkan pada gambar dibawah (catat bahwa : Ii = Ib , Io = Ic , Ie = Ib + Ic , dan Vi = Vbe
Common Emitter
Graphical Symbol Hybrid Equivalent Circuit
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Common BasePada common base Ii = Ie , Io = Ic , Veb = Vi , Vcb = Vo
Graphical Symbol Hybrid Equivalent Circuit
23
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Keadaan yang sering terjadi nilai hr ≈ 0 sehingga hrVo = 0 (identik dihubung singkat) dan nilai 1 / ho nilainya sangat besar (identik dengan open circuit). Hal ini akan menghasilkan rangkaian pendekatan seperti berikut :
Effect of removing hre and hoe from the hybrid equivalent circuit
Approximate hybrid Equivalent Model
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Perbandingan antara Hybrid Model dan re Model
(a)Common Emitter
(b) Common Base
acfe
eie
hrh
ββ
==
1−≅−==
αfb
eib
hrh
24
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
Problem:
Sebuah penguat diketahui nilai IE = 2.5 mA dan hfe = 140 , hoe= 20 µS dan hob = 0.5 µS , tentukan :
(a). Common-Emitter hybrid equivalent circuit(b). Common-Base re model
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
( ) ( )
Ω===
Ω=Ω==
Ω===
kSh
r
krhmAmV
ImVr
oeo
eie
Ee
5020
11456.14.10140
4.105.2
2626
µ
β
(a)
25
http://www.iddhien.com Mujahidin2008 All Rights Reserved
E. THE HYBRID EQUIVALENT MODEL
(b)
Ω===≅
Ω=
MSh
r
r
obo
e
25.011,1
4.10
µα