Transistor Bipolar - Transistor BJT
Bipolar Junction Transistor atau Transistor BJT adalah perangkat semikonduktor yang dapat digunakan untuk switching atau amplifikasi. Dalam tutorial tentang Dioda kami melihat bahwa dioda sederhana dibuat dari dua bagian bahan semikonduktor untuk membentuk pn-junction sederhana dan kami juga belajar tentang sifat dan karakteristiknya.
Jika sekarang kita gabung bersama dua dioda sinyal individual secara berurutan, ini akan memberi kita dua persimpangan PN-junction yang terhubung bersama dalam seri yang berbagi terminal P atau N yang sama. Penggabungan kedua dioda ini menghasilkan tiga lapisan, dua persimpangan (junction), tiga perangkat terminal yang membentuk basis dari Bipolar Junction Transistor, atau singkatnya BJT.
Transistor adalah perangkat aktif tiga terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor berbeda yang dapat bertindak sebagai isolator atau konduktor dengan penerapan tegangan sinyal kecil. Kemampuan transistor untuk berubah di antara kedua kondisi ini memungkinkannya memiliki dua fungsi dasar: "switching" (elektronik digital) atau "amplifikasi" (elektronik analog). Kemudian transistor bipolar memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam tiga wilayah berbeda:
Kata Transistor adalah kombinasi dari dua kata TRANSfer VarISTOR yang menggambarkan mode operasi mereka kembali pada masa awal pengembangan elektronik. Ada dua jenis dasar konstruksi transistor bipolar yaiut jenis transistor PNP dan transistor NPN, yang pada dasarnya menggambarkan pengaturan fisik bahan semikonduktor tipe-P dan tipe-N dalam pembuatannya.
Konstruksi dasar Transistor Bipolar terdiri dari dua PN-junction menghasilkan tiga terminal yang menghubungkan dengan masing-masing terminal yang diberi nama untuk mengidentifikasi dari dua lainnya. Ketiga terminal ini dikenal dan diberi label masing-masing sebagai Emitter ( E ), Base ( B ) dan Collector ( C ).
Transistor Bipolar adalah perangkat pengatur arus yang mengontrol jumlah arus yang mengalir melalui mereka dari Emitter ke terminal Collector secara proporsional dengan jumlah tegangan biasing yang diterapkan ke terminal mereka, sehingga bertindak seperti sakelar yang dikendalikan arus. Sebagai arus kecil yang mengalir ke terminal Base mengontrol arus Collector yang jauh lebih besar membentuk dasar aksi transistor.
Prinsip operasi dari dua jenis transistor PNP dan transistor NPN, adalah persis sama satu-satunya perbedaan dalam biasing mereka dan polaritas catu daya untuk masing-masing jenis.
Simbol konstruksi dan rangkaian untuk transistor bipolar PNP dan NPN diberikan di atas dengan panah di simbol rangkaian selalu menunjukkan arah "aliran arus konvensional" antara terminal Base dan terminal Emitternya. Arah panah selalu menunjuk dari daerah tipe-P positif ke daerah tipe-N negatif untuk kedua jenis transistor, persis sama dengan simbol dioda standar.
Arus input yang mengalir ke Emitter cukup besar karena jumlahnya masing-masing dari arus Base dan arus Collector masing-masing karena itu, arus output Collector kurang dari input arus Emitter yang menghasilkan kenaikan arus untuk jenis rangkaian “1” (unity) atau kurang, dengan kata lain konfigurasi Common Base "melemahkan/Atenuasi" sinyal input.
Jenis konfigurasi penguat ini adalah rangkaian penguat tegangan non-inverting, di mana tegangan sinyal Vin dan Vout adalah "dalam-fasa". Jenis pengaturan transistor ini tidak terlalu umum karena karakteristik gain tegangannya yang luar biasa tinggi. Karakteristik inputnya merepresentasikan dioda forward bias, sedangkan karakteristik output mewakili karakteristik Photodioda yang menyala.
Konfigurasi transistor bipolar jenis ini juga memiliki rasio output yang tinggi terhadap resistansi input atau yang lebih penting resistansi "load" ( RL ) hingga resistansi "input" ( Rin ) sehingga memberikan nilai "Resistansi Gain". Maka gain tegangan ( Av ) untuk konfigurasi Base Common karena itu diberikan sebagai:
Di mana: Ic/Ie adalah gain arus, alpha ( α ) dan RL/Rin adalah gain resistansi.
Rangkaian Common Base umumnya hanya digunakan dalam rangkaian penguat satu tahap seperti mikrofon pra-penguat atau penguat frekuensi radio ( Rƒ ) karena respons frekuensi tinggi yang sangat baik.
Konfigurasi penguat Common Emitter menghasilkan penguatan arus dan daya tertinggi dari ketiga konfigurasi transistor bipolar. Ini terutama karena impedansi input RENDAH karena terhubung ke PN-junction forward bias, sedangkan impedansi output adalah TINGGI karena diambil dari sambungan PN-junction reverse bias.
Di mana: " Ic " adalah arus yang mengalir ke terminal Collector, " Ib " adalah arus yang mengalir ke terminal Base dan " Ie " adalah arus yang mengalir keluar dari terminal Emitter.
Jika sekarang kita gabung bersama dua dioda sinyal individual secara berurutan, ini akan memberi kita dua persimpangan PN-junction yang terhubung bersama dalam seri yang berbagi terminal P atau N yang sama. Penggabungan kedua dioda ini menghasilkan tiga lapisan, dua persimpangan (junction), tiga perangkat terminal yang membentuk basis dari Bipolar Junction Transistor, atau singkatnya BJT.
Transistor adalah perangkat aktif tiga terminal yang terbuat dari bahan semikonduktor berbeda yang dapat bertindak sebagai isolator atau konduktor dengan penerapan tegangan sinyal kecil. Kemampuan transistor untuk berubah di antara kedua kondisi ini memungkinkannya memiliki dua fungsi dasar: "switching" (elektronik digital) atau "amplifikasi" (elektronik analog). Kemudian transistor bipolar memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam tiga wilayah berbeda:
- Wilayah Aktif - transistor beroperasi sebagai penguat dan Ic = β*Ib
- Saturasi - transistor (Fully-ON) berjalan sebagai sakelar dan Ic = I (saturation)
- Cut-off - transistor (Fully-OFF) berjalan sebagai sakelar dan Ic = 0
Konstruksi dasar Transistor Bipolar terdiri dari dua PN-junction menghasilkan tiga terminal yang menghubungkan dengan masing-masing terminal yang diberi nama untuk mengidentifikasi dari dua lainnya. Ketiga terminal ini dikenal dan diberi label masing-masing sebagai Emitter ( E ), Base ( B ) dan Collector ( C ).
Transistor Bipolar adalah perangkat pengatur arus yang mengontrol jumlah arus yang mengalir melalui mereka dari Emitter ke terminal Collector secara proporsional dengan jumlah tegangan biasing yang diterapkan ke terminal mereka, sehingga bertindak seperti sakelar yang dikendalikan arus. Sebagai arus kecil yang mengalir ke terminal Base mengontrol arus Collector yang jauh lebih besar membentuk dasar aksi transistor.
Prinsip operasi dari dua jenis transistor PNP dan transistor NPN, adalah persis sama satu-satunya perbedaan dalam biasing mereka dan polaritas catu daya untuk masing-masing jenis.
Konstruksi Transistor Bipolar (BJT)
Simbol konstruksi dan rangkaian untuk transistor bipolar PNP dan NPN diberikan di atas dengan panah di simbol rangkaian selalu menunjukkan arah "aliran arus konvensional" antara terminal Base dan terminal Emitternya. Arah panah selalu menunjuk dari daerah tipe-P positif ke daerah tipe-N negatif untuk kedua jenis transistor, persis sama dengan simbol dioda standar.
Konfigurasi Transistor Bipolar (BJT)
Karena Transistor Bipolar adalah perangkat tiga terminal, pada dasarnya ada tiga cara yang mungkin untuk menghubungkannya dalam rangkaian elektronik dengan satu terminal menjadi umum untuk input dan output. Setiap metode koneksi merespons secara berbeda terhadap sinyal inputnya dalam suatu rangkaian karena karakteristik statis dari transistor bervariasi dengan setiap susunan rangkaian.- Konfigurasi Common Base - memiliki Gain Tegangan tetapi tanpa Gain Arus.
- Konfigurasi Common Emitter - memiliki Gain Arus dan Gain Tegangan.
- Konfigurasi Common Collector - memiliki Gain Arus tetapi tanpa Gain Tegangan.
Konfigurasi Transistor Common Base (CB)
Seperti namanya, dalam Common Base atau konfigurasi grounded, koneksi Base Common untuk sinyal input dan sinyal output. Sinyal input diterapkan antara Base transistor dan terminal Emitter, sedangkan sinyal output yang sesuai diambil dari antara Base dan terminal Collector seperti yang ditunjukkan. Terminal base grounded atau dapat dihubungkan ke beberapa titik tegangan referensi tetap.Arus input yang mengalir ke Emitter cukup besar karena jumlahnya masing-masing dari arus Base dan arus Collector masing-masing karena itu, arus output Collector kurang dari input arus Emitter yang menghasilkan kenaikan arus untuk jenis rangkaian “1” (unity) atau kurang, dengan kata lain konfigurasi Common Base "melemahkan/Atenuasi" sinyal input.
Rangkaian Transistor Common Base
Jenis konfigurasi penguat ini adalah rangkaian penguat tegangan non-inverting, di mana tegangan sinyal Vin dan Vout adalah "dalam-fasa". Jenis pengaturan transistor ini tidak terlalu umum karena karakteristik gain tegangannya yang luar biasa tinggi. Karakteristik inputnya merepresentasikan dioda forward bias, sedangkan karakteristik output mewakili karakteristik Photodioda yang menyala.
Konfigurasi transistor bipolar jenis ini juga memiliki rasio output yang tinggi terhadap resistansi input atau yang lebih penting resistansi "load" ( RL ) hingga resistansi "input" ( Rin ) sehingga memberikan nilai "Resistansi Gain". Maka gain tegangan ( Av ) untuk konfigurasi Base Common karena itu diberikan sebagai:
Gain Tegangan Common Base
Di mana: Ic/Ie adalah gain arus, alpha ( α ) dan RL/Rin adalah gain resistansi.
Rangkaian Common Base umumnya hanya digunakan dalam rangkaian penguat satu tahap seperti mikrofon pra-penguat atau penguat frekuensi radio ( Rƒ ) karena respons frekuensi tinggi yang sangat baik.
Konfigurasi Common Emitter (CE)
Dalam konfigurasi Common Emitter atau grounded emitter, sinyal input diterapkan antara Base dan Emitter, sementara output diambil dari antara Collector dan Emitter seperti yang ditunjukkan. Jenis konfigurasi ini adalah rangkaian yang paling umum digunakan untuk penguat berbasis transistor dan yang mewakili metode "normal" koneksi transistor bipolar.Konfigurasi penguat Common Emitter menghasilkan penguatan arus dan daya tertinggi dari ketiga konfigurasi transistor bipolar. Ini terutama karena impedansi input RENDAH karena terhubung ke PN-junction forward bias, sedangkan impedansi output adalah TINGGI karena diambil dari sambungan PN-junction reverse bias.
Rangkaian Penguat Common Emitter
Dalam jenis konfigurasi ini, arus yang mengalir keluar dari transistor harus sama dengan arus yang mengalir ke transistor karena arus Emitter diberikan sebagai Ie = Ic + Ib.
Sebagai resistansi beban ( RL) dihubungkan secara seri dengan Collector, gain arus konfigurasi transistor Common Emitter cukup besar karena rasio Ic/Ib. Transistor gain arus diberi simbol Yunani Beta, ( β ).
Karena arus Emitter untuk konfigurasi Common Emitter didefinisikan sebagai Ie = Ic + Ib, rasio Ic/Ie disebut Alpha, diberi simbol Yunani α. Catatan: bahwa nilai Alpha akan selalu kurang dari satu.
Karena hubungan listrik antara ketiga arus ini, Ib, Ic dan Ie ditentukan oleh konstruksi fisik dari transistor itu sendiri, setiap perubahan kecil pada arus Base ( Ib ), akan menghasilkan perubahan yang jauh lebih besar pada arus Collector ( Ic ).
Kemudian, perubahan kecil dalam arus yang mengalir di Base akan mengontrol arus di rangkaian Emitter-Collector. Biasanya, Beta memiliki nilai antara 20 dan 200 untuk sebagian besar transistor umumnya. Jadi jika sebuah transistor memiliki nilai Beta katakanlah 100, maka satu elektron akan mengalir dari terminal Base untuk setiap 100 elektron yang mengalir di antara terminal Emitter-Collector.
Dengan menggabungkan ekspresi untuk kedua Alpha, α dan Beta, β hubungan matematis antara parameter ini dan oleh karena itu arus gain dari transistor dapat diberikan sebagai:
Kemudian untuk meringkas sedikit. Konfigurasi transistor bipolar jenis ini memiliki impedansi input, arus, dan gain daya yang lebih besar daripada konfigurasi Common Base, tetapi gain tegangannya jauh lebih rendah. Konfigurasi Common Emitter yang adalah rangkaian penguat invering. Ini berarti bahwa sinyal output yang dihasilkan memiliki Pergeseran Fasa 180° berkaitan dengan sinyal tegangan input.
Konfigurasi Common Collector (CC)
Dalam konfigurasi Common Collector atau grounded collector, Collector sekarang Common melalui supply. Sinyal input terhubung langsung ke Base, sedangkan output diambil dari beban Emitter seperti yang ditunjukkan. Jenis konfigurasi ini umumnya dikenal sebagai rangkaian Voltage Follower atau Emitter Follower.
Konfigurasi Common Collector, atau konfigurasi pengikut Emitter sangat bermanfaat untuk aplikasi pencocokan impedansi karena impedansi input yang sangat tinggi, di daerah ratusan ribu Ohm sementara mempunyai impedansi output yang relatif rendah.
Rangkaian Transistor Common Collector
Konfigurasi Common Emitter memiliki gain arus kira-kira sama dengan nilai β dari transistor itu sendiri. Dalam konfigurasi Common Collector, resistansi beban terletak secara seri dengan Emitter sehingga arusnya sama dengan arus Emitter.
Karena arus Emitter adalah kombinasi dari Collector dan arus Base digabungkan, resistansi beban dalam konfigurasi transistor jenis ini juga memiliki arus Collector dan arus input dari Base yang mengalir melaluinya. Kemudian gain dari rangkaian diberikan sebagai:
Arus Gain Common Collector
Jenis konfigurasi transistor bipolar ini adalah rangkaian non-inverting di mana tegangan sinyal Vin dan Vout adalah "dalam fasa". Ini memiliki gain tegangan yang selalu kurang dari "1" (kesatuan). Resistansi beban dari transistor Common Collector menerima baik arus Base dan arus Collector yang menghasilkan gain arus besar (seperti konfigurasi Common Emitter), sehingga memberikan penguatan arus yang baik dengan gain tegangan yang sangat kecil.
Kita sekarang dapat merangkum berbagai hubungan antara arus DC individu transistor yang mengalir melalui masing-masing kaki dan kenaikan arus DC yang diberikan di atas dalam tabel berikut.
Hubungan antara Arus DC dan Gain
Ringkasan Transistor Bipolar - BJT
Kemudian untuk meringkas, perilaku transistor bipolar di masing-masing konfigurasi rangkaian di atas sangat berbeda dan menghasilkan karakteristik rangkaian yang berbeda berkaitan dengan impedansi input, impedansi output dan gain apakah ini gain tegangan, gain arus atau gain daya dan ini adalah dirangkum dalam tabel di bawah ini.
Konfigurasi Transistor Bipolar - BJT
dengan karakteristik umum dari berbagai konfigurasi transistor yang diberikan pada tabel berikut:
Karakteristik
|
Common Base
|
Common Emitter
|
Common Collector
|
Impedansi Input
|
Rendah
|
Medium
|
Tinggi
|
Impedansi
Output
|
Sangat tinggi
|
Tinggi
|
Rendah
|
Sudut Fase
|
0°
|
180°
|
0°
|
Gain Tegangan
|
Tinggi
|
Medium
|
Rendah
|
Gain Arus
|
Rendah
|
Medium
|
Tinggi
|
Gain Daya
|
Rendah
|
Sangat tinggi
|
Medium
|
Dalam tutorial berikutnya tentang Transistor, kita akan melihat Transistor NPN lebih terinci ketika digunakan dalam konfigurasi Common Emitter sebagai penguat (amplifier) karena ini adalah konfigurasi yang paling banyak digunakan karena fleksibilitas dan gain tinggi. Kami juga akan memplot kurva karakteristik output yang biasanya terkait dengan rangkaian penguat sebagai fungsi dari arus Collector ke arus Base.