paramerter hybrid

1

BJT TRANSISTOR MODELLING

OLEH : MUJAHIDINhttp://www.iddhien.com

[email protected]@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


B. PENGUATAN PADA DOMAIN AC

Transistor merupakan devais yang bisa berfungsi untuk penguat (amplifier). Bagaimana cara kerja transistor ketika dia bekerja sebagai penguat ?


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



Untuk mendemonstrasikan rangkaian ekuivalen ac dapat digambarkan sebagai berikut :


Transistor circuit under examination in this introductory discussion

4



following removal of the dc supply and insertion of the short-circuit equivalent for the capacitors



redrawn for small-signal ac analysis

5



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 .


6



Zi, Zo, Av, Ai adalah paramater – parameter yang diperlukan untuk keperluan analisis karakteristik ac rangkaian transistor.

Two-port system.



Input Impedance, Zi.

IiViZi=

7


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.


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



Tentukan nilai Zi

Ω===

=Ω

=Ω

−=

−=

kA

mVIVZi

AkmV

kmVmV

RsenseViVsIi

i

i 5.18.02.1

8.018.0

12.12

µ

µ


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



RsenseVoVIo −

=

Output Impedance, Zo.

IoVoZo =



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



Tentukan nilai Zo

Ω===

=Ω

=Ω

−=

−=

kA

mVIoVoZo

AkmV

kmVV

RsenseVoVIo

5.4216

680

1620

32020

6801

µ

µ


D. THE IMPORTANT PARAMETERSVoltage Gain, Av

Untuk mencari nilai Avs dapat diturunkan dari persamaan :

VNLARsZi

ZiVsVoAvs

ViVo

VsVi

VsVoAvs

RsZiZi

VsVi

RsZiZiVsVi

+====

+=

+=

11


D. THE IMPORTANT PARAMETERSVoltage Gain, Av

Tentukan nilai AVNL , Ii , Zi , AVS ...!!



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


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


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


E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-BASE CONFIGURATION

Subscribt e menekankan adanyaarus DC di emitter yang menentukanresistsnsi ac pada diode emitter



Impedansi input untuk konfigurasi Common Base adalah :

erZi=Biasanya konfigurasi CB ini nilai Zi < 50 Ohm

14



Impedansi output untuk konfigurasi Common Base adalah :

CBZo Ω∞≅



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



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


E. THE re TRANSISTOR MODELCOMMON-EMITTER CONFIGURATION

bC II β= Arus yang melewati diode adalah

Ie = Ic + Ib = ßIb + Ib

16



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

=

≅=

≅==

==



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



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 :



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


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.


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



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

+=+=



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



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

+=+=



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



oii VhIhV 1211 +=

Hybrid Input Equivalent Circuit

oio VhIhI 2221 +=

Hybrid Output Equivalent Circuit



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



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



Common BasePada common base Ii = Ie , Io = Ic , Veb = Vi , Vcb = Vo

Graphical Symbol Hybrid Equivalent Circuit

23



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



Perbandingan antara Hybrid Model dan re Model

(a)Common Emitter

(b) Common Base

acfe

eie

hrh

ββ

==

1−≅−==

αfb

eib

hrh

24



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



( ) ( )

Ω===

Ω=Ω==

Ω===

kSh

r

krhmAmV

ImVr

oeo

eie

Ee

5020

11456.14.10140

4.105.2

2626

µ

β

(a)

25



(b)

Ω===≅

Ω=

MSh

r

r

obo

e

25.011,1

4.10

µα

paramerter hybrid

Documents

Transcript of paramerter hybrid