Bias dalam Transistor BJT Analisis atau disain terhadap suatu penguat transistor memerlukan informasi mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC. Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap disain maupun sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya. Persamaan mendasar dalam transistor yang penting adalah : VBE = 0,7 Volt IE= (1 + ) IB IC IC = IB Dalam mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan persamaan di atas bisa digunakan untuk mencari besaran yang diinginkan. Titik Operasi (Q) Bias pemberiaan tegangan DC untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap. Tegangan dan arus yang dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point) atau titik Q yang menentukan daerah kerja transistor. Pada gambar di bawah ditunjukkan 4 buah titik kerja transistor. Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titiktitik tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh Icmax dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pcmax. BJT bisa di-bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa memperpendek usia piranti atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi tanpa bias, piranti tidak bekerja, hasilnya adalah titik A dimana arus dan tegangan bernilai nol.

IC (mA) Derah saturasi 70 A IC max 40 60 A 35 30 40 A 25 VCE (V) 20 15 10 5 A 10 20 C D B PC max 30 A 20 A 10 A IB = 0 A 30 VCE-max Derah cut-off VCE (V) 50 A

Fixed Bias

0 VCE-SAT

Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif), beberapa syarat berikut harus dipenuhi: - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias) Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing junction : 1. Daerah aktif/daerah linear - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias) 2. Daerah saturasi - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias maju (forward bias) 3. daerah cut-off - Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)

Fixed Bias Bias model ini ditunjukkan pada gambar berikut.VCC

IC RB RC

Sinyal output ACC2

Sinyal input ACC1

IB + VBE _

Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor pnp, persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus dan polaritas tegangan berlawanan. Untuk analisis DC, rangkaian bisa di-isolasi (dipisahkan) dari input AC dengan mengganti kapasitor dengan rangkaian terbuka (open circuit). Untuk tujuan analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua, masing-masing untuk input dan output. Rangkaian pengganti DC menjadi :

VCC

VCC

RB

RC C B + VBE _ E_

IC

IB

+ VCE

Bias maju basis-emitter Loop basis-emitter :

+ RB + VCC _ _ IB C B + VBE _ E

Dengan hukum tegangan Kirchhoff : -VCC + IBRB + VBE = 0 Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi : V VBE I B = CC RB Dan VBE = VB - VE Loop collector-emitter VCE = VCC ICRC VCE = VC - VE Saturasi transistor Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi di bias mundur VCE = 0 V ICsat = VCC/RC

Soal :

VCC = +12 V

IC RB 240K

RC 2,2K + VCE C2 10F

Sinyal output AC

Sinyal input ACC1 10F

IB

= 50

_

Bias Emitter stabil

VCC

IC RB RC

Sinyal output ACC2

Sinyal input ACC1

IB + VBE _ RE

Loop Base-Emitter VCC IBRB VBE IERE = 0

IB =

VCC VBE RB + ( + 1) RE

Loop Collector - Emitter VCC = IERE + VCE + ICRC Saturasi : ICsat = VCC/(RC+RE)

Soal :

= 50

VCC

IC 430K 2K

Sinyal output ACC2

Sinyal input ACC1

IB + VBE _ 1K

Bias Pembagi TeganganVCC

IC R1 RC

Sinyal output ACC2

Sinyal input ACC1 R2

IB + VBE _ RE

Bias dengan umpan balik Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.VCC IC Vo RB Vi C1 IB + VBE _ IE RE IC C2

RC

Persamaan tegangan untuk loop di sebelah kiri ( loop base-emitter) :

VCC ICRC IBRB VBE-IERE = 0 Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan IC, dimana : IC = IB + IC Tapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi IC IC IB dan IC IE): VCC IBRC IBRB VBE - IBRE = 0 VCC VBE IB(RC +RE) IBRB = 0 Sehingga :

IB =

VCC VBE RB + ( RC + RE )

Loop collector-emitter

RC

IC

IC +

C2

VCC _ IE RE

IERE + VCE + ICRC = VCC Dengan IC IC dan IC IE maka

VCC = IC(RC + RE) + VCE VCE = VCC - IC(RC + RE)

Soal-soal :

VCC = 20 V

RC 680 K RB IB Vi C1 + _

4,7 K Vo C2

= 120

Untuk rangkaian di atas a. Hitung ICQ dan VCEQ b. Cari VB, VC, VE dan VBC

Solusi :

IB =

VCC VBE RB + RC19,3V = 15,51A 1,244 M = IB = 120 x 15,51A = 1,86 mA

IB = ICQ

VCEQ = VCC ICRC = 20 V 1,86 mA x 4,7 K = 11,26 V VE = 0 V

VB =VBE = 0,7 V VC = VCE = 11,26 V VBC = VB - VC = 0,7 V 11,26 V = - 10,56 V

Soal :

RC IB

1,2 K Vo C2

Vi C1 100 K RB

+

= 45

VEE = -9 V

Hitung VC dan VB dari gambar di atas Solusi : Dengan hukum tegangan kirchhoff di loop base-emitter :

IB + VBE _ + _ VEE = -9 V

_ RB 100 K +

+IBRB + VBE + VEE = 0

IB =

VEE VBE (9) 0,7 = RB 100 K

IB = 83 A IC = IB = 45 x 83 A = 3,735 mA VC VB = - ICRC = - 3,735 mA x 1,3 K = -4,48 V = - IBRB = - 83 A x 100 K = -8,3 V

Soal : Tentukan VCB dan IB untuk konfigurasi common base berikut :

Vi

= 60

E

C

Vo

1,2 K

RE

B

RC

2,4 K

VEE =4 V

VCC =10 V

Hukum kirchhoff pada bagian input : VEE - IERE - VBE = 0

VEE VBE RE 4V 0,7V IE = 1,2 K IE = 2,75 mA IE =

Hukum kirchhoff pada bagian output : -VCB - ICRC + VCC = 0 VCB = VCC ICRC Dengan asumsi IC IE Maka : VCB = 10 2,75 mA x 2,4 K = 3,4 V IB = IC/ = 45,8 A

Disain. Proses disain adalah proses sintesis dimana diberikan nilai tegangan atau arus, dan berdasar itu dihitung elemen yang diperlukan untuk bisa memenuhi syarat yang diberikan.

Contoh :IC (mA) 8 Q IB = 40A RB

VCC

IC RC

20

VCE (V)

IBQ + VBE _

Solusi : Dari garis beban diperoleh : VCC = 20 V

IC =Dan

VCC VCE = 0 V RCRC = VCC / IC = 20 V / 8 mA RC = 2,5 K

IB =

VCC VBE RB20 0,7 40A = 482,5 K

RB =

VCC VBE IB

RB =

Dengan nilai standar : RC = 2,4 K RB = 470 K Diperoleh : IB = 41,1 A

Soal : 1. Diberikan ICQ = 4 mA dan VCEQ = 10 V, tentukan nilai R1 dan RC untuk rangkaian di bawah.18 V

IC R1 RC Vo C2

Vi C1 R2

IB

_ 18 K RE 1,2 K

2. Jika = 100, hitung RC

VCC = 20 V

RC 680 K RB IB Vi C1 + _ Vo = 10 V C2

3.

RC IB

1K Vo C2

Vi C1 150 K RB

+

= 45

VEE

Untuk Vo = - 6 Volt, tentukan VEE !