Slide Transformasi dan Load Data Menggunakan Talend Open Studio
Bab 4 bjt
1. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
49
BAB IV
BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR (BJT)
Pada tahun 1951 seorang bernama Shockley menemukan transistor pertma. Keuntungan
transistor dibandingkan tabung vakum :
1. Tidak memiliki filamen sehingga memerlukan daya rendah.
2. Bertahan lebih lama.
3. Ukuran sangat kecil sehingga membutuhkan ruang sedikit.
4. Panas yang dihasilkan sedikit sehingga suhu peralatan rendah.
Pada prinsipnya suatu transistor terdiri dari dua buah dioda yang disatukan. Agar
transistor dapat bekerja pada kaki-kakinya harus diberikan tegangan bias voltage.
Sambungan kedua dioda tersebut membentuk transistor PNP dan NPN.
C
B
E C
B
E
Gambar 4.1 Transistor dipandang sebagai gabungan dua dioda
Basis – Emitor diberikan forward bias sedangkan Basis – Colector diberikan reverse
bias.
CE
B
EEV CCV
CE
B
EEV CCV
Gambar 4.2 Bias pada transistor PNP dan NPN
Transistor yang dibahas ini adalah Bipolar Junction Transistor (BJT) karena struktur
dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutub negatif mengisi
kekurangan elektron ( hole) dikutub positif.
Sifat transistor adalah bahawa antara Collector dan Emitor akan ada arus (transistor
akan menghantar) bila ada arus Basis.
Pada transistor PNP tegangan Basis dan Collector negatif terhadap Emitor sedangkan
pada transistor NPN tegangan Basis dan Collector positif terhadap Emitor.
2. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
50
E E
C C
BB
Gambar 4.3 Transistor PNP dan NPN
4.1 Operasi Transistor
P N P
CE
B
CCV
Daerah deplesi
Pembawa
minoritas
P N P
CE
B
EEV
Daerah deplesi
Pembawa
mayoritas
Gambar 4.4 Forward bias – PNP dan Reverse bias - PNP
CE
B
EEV CCV
EI CI
BI
COI
Gambar 4.5 Transistor PNP
CBE III +=
dimana : oritasCOmayoritasCC III min.... +=
dengan COI = arus CI dengan emitor open circuit (arus bocor)
4.2 Komponen – Komponen Arus Transistor
3. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
51
EEV CCV
EI CI
BI
pEI
nEI
pCI
pCpE II − pCOI
nCOI
COI
Gambar 4.6 Komponen arus transistor
- Arus EI terdiri dari arus hole pEI (arus hole dari emitor ke basis) dan arus elektron
nEI (arus elektron dari basis ke emitor).
nEpEE III +=
Untuk PNP seluruh arus bernilai positif sedangkan untuk NPN sebaliknya.
- Pada transistor komersial, doping emitor lebih besar dari doping basis, untuk
memastikan bahwa arus emitor didominasi oleh arus hole. Hal ini dilakukan karena
arus elektron tidak memberikan kontribusi terhadap fungsi utama transistor, yaitu
menyalurkan carrier ke kolektor.
- Sebagian dari arus hole melintasi junction emitor akan menyebrang hingga junction
kolektor pCI , sebagian lagi akan melakukan rekombinasi di basis pCE II − .
- Pada saat emitor open dan collector mendapat reverse bias COC II = dimana COI =
arus saturasi balik. Arus saturasi balik ini terdiri dari dua yaitu nCOI (arus electron
dari P menuju N melintasi junction collector) dan pCOI (arus hole dari N menuju P
melintasi junction collector). pCOnCOCO III += karena emitor open, maka 0=EI ,
sehingga pCOI terjadi terhadap sejumlah kecil hole yang terbentuk secara t4ermal
didalam basis.
ECOpCCOC IIIII α+=+= ,
dimana α merupakan fraksi terhadap arus emitor total, yang menunjukkan jumlah
hole yang menyebrang ke junction collector.
4.3 Konfigurasi Common Base
Terminologi common Base berdasarkan fakta bahwa basis digunakan bersama untuk sisi
input dan output (lebih dekat ke ground).
4. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
52
P N P
CE
B
EEV CCV
N P N
CE
B
EEV CCV
E C
B
E C
B
EI CI
BI
EI CI
BI
EI
EI
CI
BI
CI
BI
Gambar 4.7 Common Base PNP - NPN
Konvensi pada transistor “ arah panah simbol didefinisikan arah arus emitor”.
Ada 2 karakteristik pada common base :
1. Driving point atau parameter input
2. Parameter output
1. Parameter input set (Basis – Emitor) untuk NPN
Input : EI dan BEV
Output : CBV
)(mAIE
)(VoltVBE
VVCB 20=
VVCB 10=
VVCB 1=
6,0
Gambar 4.8 Karakteristik emitor pada common -base
5. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
53
2. Parameter output set (Basis – Collector) untuk NPN
Input : CI dan CBV
Output : EI
)(mAIC
)(VoltVCB
mAIE 1=
0
0=EI
mAIE 2=
mAIE 3=
mAIE 4=
mAIE 5=
Daerah
saturasi
Daerah aktif
Daerah cut off
Gambar 4.9 Karakteristik collector pada common -base
Daerah aktif pada saat Collector – Basis diberikan Reverse Bias dan Emitor – Basis
diberikan Forward Bias.
EC II ≈
Daerah cut off pada saat collector – basis dan emitor – basis diberikan reverse bias.
0=CI
Daerah saturasi pada saat collector – basis dan emitor – basis diberikan forward bias
(daerah disebelah kiri 0=CBV ).
Dibawah daerah aktif arus emitor 0=EI , arus colllector yang mengalir adalah arus
saturasi balik ( COI , arus ini pada dataste adalah CBOI = arus collector ke basis saat
emitor open). Jika arus COI ( Aµ ) dibandingkan dengan arus CI (mA) terlalu kecil
sehingga 0=CI .
Saat 0=EI konfigurasi common – base adalah :
E C
B
0=EI
CBOCO II =
Gambar 4.10 Konfigurasi common – base saat arus emitor tidak ada
6. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
54
Alpha (α )
E
C
DC
I
I
=α
Pada praktisnya 998,09,0 −=α
ECBOECOC IIIII αα +=+=
tankonsVCBE
C
ac
I
I
=
∆
∆
=α acα disebut common base, short circuit, faktor penguatan
4.4 Konfigurasi Common – Emitor
C
E
B
BBV
EI
CI
BI P
N
P
CCV
C
E
B
BBV
EI
CI
BI N
P
N
CCV
E
C
B
BI
EI
CI
E
C
B
BI
EI
CI
Gambar 4.11 Common Emitor PNP - NPN
)(mAIB
)(VoltVBE
VVCE 1=
VVCE 10=
VVCE 20=
6,0
)(mAIC
)(VoltVCE0
Daerah
saturasi
Daerah aktif
Daerah cut off
AIB µ0=
AIB µ10=
AIB µ20=
AIB µ30=
AIB µ40=
AIB µ50=
20
)(a )(b
Gambar 4.12 (a) Karakteristik basis pada common- emitor ,
(b) Karakteristik collector pada common- emitor
7. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
55
Daerah aktif pada saat collector – basis diberikan reverse bias dan emitor – basis
diberikan forward bias.
Daerah cut off untuk common – emitor berbeda dengan daerah cut off untuk common –
base karena saat AIB µ0= CI tidak samadengan 0 mA.
( )
αα
α
ααα
α
−
+
−
=
++=++=
+=
11
CBOB
C
CBOBCCBOBCC
CBOEC
II
I
IIIIIII
III
Saat AIB µ0= :
AI
CBO
CEO
CBO
C
B
I
I
I
I
µα
α
01
1
=−
=
−
=
E
C
B
0=BI CEOC II =
Gambar 4.13 Konfigurasi common – emitor saat arus collector tidak ada
Beta (β)
B
C
DC
I
I
=β
Pada praktisnya β antara 50 – 400
tankonsVB
C
ac
CE
I
I
=
∆
∆
=β acβ disebut common – emitor forward current amplification
factor
βα
βα
1
1
1
+=
+=
+=
C
C
C
BCE
I
I
I
III
Sehingga :
α
α
β
−
=
1
Maka :
( ) BE
BBE
BCE
II
III
III
1+=
+=
+=
β
β
8. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
56
4.5 Konfigurasi Common – Collector
C
E
B
BBV
EI
CI
BI P
N
P
EEV
C
E
B
BBV
EI
CI
BI N
P
N
EEV
E
C
B
BI EI
CI
E
C
B
BI
EI
CI
Gambar 4.14 Common Collector PNP – NPN
Prategangan DC – BJT
Tegangan-tegangan transistor NPN :
VCE sat VBE sat VBE aktif
Si 0,2 0,8 0,7
Ge 0,1 0,3 0,2
( )
BC
CBE
BE
II
III
VV
β
β
=
≈+=
=
1
7,0
Rangkaian Prategangan Tetap
CCV+
CRBR
2C
1C oV
iV
9. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
57
CCV+
CRBR
CI
CEV
BEV
BI
Prategangan maju untuk basis – emitor :
B
BECC
B
BEBBCC
R
VV
I
VRIV
−
=
=++− 0
Prategangan maju untuk collector –
emitor :
CBCCCE
CCCCCE
CECCCC
RIVV
RIVV
VRIV
β−=
−=
=++− 0
dimana :
CECCE VVVV =−=
Transistor Saturasi :
C
CE
CE
I
V
R =
Dari kurva karakteristik : VCE = 0 RCE = 0
C
CC
Csat
CECCsatCC
R
V
I
VRIV
=
=++− 0
4.6 Rangkaian Prategangan Penstabil Emitor
Rangkaian prategangan DC yang mengandung resistor di emitor untuk dapat
meningkatkan stabilitas level konfigurasi prategangan tetap.
CCV+
CRBR
2C
1C oV
iV
ER
10. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
58
CCV+
CRBR
CI
CEV
BEV
BI
ER
EI
Prategangan maju untuk basis – emitor :
( )
( ) EB
BECC
B
EBBEBBCC
EEBEBBCC
RR
VV
I
RIVRIV
RIVRIV
1
01
0
++
−
=
=++++−
=+++−
β
β
Prategangan maju untuk collector –
emitor :
( )ECCCCCE
ECCECCCC
EECECCCC
RRIVV
RIVRIV
RIVRIV
+−=
=+++−
=+++−
0
0
dimana :
BBCCB
EBBE
CCCCC
ECCE
EEE
RIVV
VVV
RIVV
VVV
RIV
−=
−=
−=
−=
=
Transistor Saturasi :
C
CE
CE
I
V
R =
Dari kurva karakteristik : VCE = 0 RCE = 0
EC
CC
Csat
ECsatCECCsatCC
EEsatCECCsatCC
RR
V
I
RIVRIV
RIVRIV
+
=
=+++−
=+++−
0
0
Pembuktian Stabilitas Prategangan
12+
k2,2k240
µ10
µ10 oV
iV
β IB (µA) IC (mA) VCE (V)
50 47,08 2,35 6,83
100 47,08 4,71 1,64
IC naik 100%
IB sama
VCE turun 76%
11. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
59
20+
k2k430
µ10
µ10
oV
iV
k1 µ40
β IB (µA) IC (mA) VCE (V)
50 40,1 2,01 13,97
100 36,3 3,63 9,11
IC naik 81%
IB turun 10%
VCE turun 35%
Pada saat IB turun membantu nilai IC atau
paling sedikit mengurangi semua
perubahan IC yang disebabkan perubahan
β.
4.7 Konfigurasi Pembagi Tegangan (Voltage Divider)
CCV+
CR1R
2C
1C oV
iV
ER2R
Dengan bantuan teorema Thevenin didapatkan :
21
12
2
// RRR
V
RR
R
V
th
CCth
=
+
=
Sehingga rangkaian penggantinya :
CCV+
CR
thR
thV
ER
( )
( ) Eth
BEth
B
EBBEthBth
EEBEthBth
RR
VV
I
RIVRIV
RIVRIV
1
01
0
++
−
=
=++++−
=+++−
β
β
( )ECCCCCE
ECCECCCC
EECECCCC
RRIVV
RIVRIV
RIVRIV
+−=
=+++−
=+++−
0
0
12. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
60
4.8 Konfigurasi Prategangan DC dengan Umpan Balik Tegangan
CCV+
CR
BR
2C1C
oV
iV
ER
Loop Basis – Emitor :
( )
( ) EBC
BECC
B
EBBEBBCBCC
EEBEBBCCCC
RRR
VV
I
RIVRIRIV
RIVRIRIV
1
01
0
+++
−
=
=+++++−
=++++−
ββ
ββ
Loop Collector – Emitor :
( )ECCCCCE
ECCECCCC
EECECCCC
RRIVV
RIVRIV
RIVRIV
+−=
=+++−
=+++−
0
0
4.9 Kestabilan Terhadap Temperatur pada Rangkaian Prategangan
BECO VI ,,β transistor BJT berubah terhadap suhu menyebabkan titik kerja Q transistor
berubah terhadap temperatur.
0
0
tan,
''
0
0
tan,
'
0
0
tan,
=∆
=∆
=∆
=∆
=∆
=∆
∆
∆
=≡
∆
∆
=≡
∆
∆
=≡
BE
CO
BECO
COCO
BEBE
V
I
C
konsVI
C
I
BE
C
konsIBE
C
V
CO
C
konsVCO
C
II
S
V
I
V
I
S
I
I
I
I
S
βδβ
δ
δ
δ
δ
δ
β
β
β
β
Bila S, S'
, S''
kecil maka transistor akan stabil terhadap suhu.
Pada daerah aktif :
( )
B
CO
C
CBCOC
ECOC
I
I
I
IIII
III
α
α
α
α
α
−
+
−
=
++=
+=
11
Dimana :
13. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
61
α
α
β
βα
−
=
+=
+=
1
C
C
C
BCE
I
I
I
III
Sehingga :
( ) BCOC
BCOC
BCOC
B
CO
C
III
III
III
I
I
I
ββ
α
α
α
α
α
α
α
αα
α
α
α
++=
−
+
−
+=
−
+
−
+−
=
−
+
−
=
1
11
1
11
1
11
Maka :
( )
( )
C
B
C
B
C
B
C
CO
konsC
C
I
I
S
I
I
S
I
I
I
I
I
I
δ
δ
β
β
δ
δ
ββ
δ
δ
β
δ
δ
β
δ
δ
β
−
+
=
++=
++=
1
1
1
11
1
tan
Kestabilan Konfigurasi Prategangan Emitor
CCV+
CRBR
ER
Prategangan maju untuk basis – emitor :
( )
EB
E
C
B
EB
E
C
B
EB
ECBECC
B
ECBBEBBCC
EEBEBBCC
RR
R
I
I
S
RR
R
I
I
RR
RIVV
I
RIIVRIV
RIVRIV
+
+
+
=
−
+
=
+
−
=
+
−−
=
=++++−
=+++−
β
β
δ
δ
β
β
δ
δ
1
1
1
1
0
0
Kestabilan Konfigurasi Prategangan Tetap
Saat nilai 0=ER , maka : β+= 1S
14. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
62
Kestabilan Konfigurasi Prategangan Collector - Basis
CCV+
CR
BR
( )
BC
C
C
B
BC
C
C
B
BC
CCBECC
B
BEBBCBCCC
RR
R
I
I
S
RR
R
I
I
RR
RIVV
I
VRIRIIV
+
+
+
=
−
+
=
+
−
=
+
−−
=
=++++−
β
β
δ
δ
β
β
δ
δ
1
1
1
1
0
Kestabilan Konfigurasi Prategangan Pembagi Tegangan
CCV+
CR1R
ER2R
CCV+
CR
thR
thV
ER
( )
thE
ECBEth
B
ECBBEthBth
EEBEthBth
th
CCth
RR
RIVV
I
RIIVRIV
RIVRIV
RRR
V
RR
R
V
+
−−
=
=++++−
=+++−
=
+
=
0
0
// 21
12
2
thE
E
C
B
thE
E
C
B
RR
R
I
I
S
RR
R
I
I
+
+
+
=
−
+
=
+
−
=
β
β
δ
δ
β
β
δ
δ
1
1
1
1
15. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
63
Kestabilan Konfigurasi Prategangan Umpan Balik
CCV+
CR
BR
ER
( )
( ) ( )
( )
( )
( )
EBC
EC
C
B
EBC
EC
C
B
EBC
ECCBECC
B
EBCBEBBCBCCC
EEBEBBCBCCC
RRR
RR
I
I
S
RRR
RR
I
I
RRR
RRIVV
I
RIIVRIRIIV
RIVRIRIIV
++
+
+
+
=
−
+
=
++
+−
=
++
+−−
=
=++++++−
=+++++−
β
β
δ
δ
β
β
δ
δ
1
1
1
1
0
0
Latihan Soal :
1. Tentukan IBQ, ICQ, VCEQ, VB, VC, VBC, ICsat !
12+
k2,2k240
1C oV
iV 2C
50=β
Jawaban :
( )
mA
kR
V
I
VoltVVV
VoltVV
VoltVV
VoltkmARIVV
mAmAII
mA
kR
VV
I
C
CC
Csat
CBBC
CEC
BEB
CCQCCCEQ
BQCQ
B
BECC
BQ
45,5
2,2
12
13,683,67,0
83,6
7,0
83,62,2.35,212
35,2047,0.50
047,0
240
7,012
===
−=−=−=
==
==
=−=−=
===
=
−
=
−
=
β
2. Tentukan apakah transistor berada pada daerah saturasi dimana :
VoltVVoltV BEsatCEsat 8,0,2,0,100 ===β
16. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
64
10+
k3
k50
5+
k2
Jawaban :
( )
mA
mAI
I
mA
kkk
V
I
mA
kkkk
V
I
C
B
CEsat
Csat
BEsat
Bsat
0196,0
100
96,1
96,1
5
2,010
23
10
0167,0
20250
8,05
2150
5
min ===
=
−
=
+
−
=
=
+
−
=
++
−
=
β
β
Karena minBBsat II < transistor tidak pada daerah jenuh
Asumsi aktif :
( )
mAIImA
kk
I
kIVkI
BCB
EBEB
71,10171,0
2150
7,05
02505
==→=
++
−
=
=+++−
β
β
Memeriksa VCB :
VoltkIkIV
kIVkI
BCCB
BCBC
725,0503510
0550310
=+−−=
=+−++−
karena VCB positif prategangan mundur transistor pada daerah aktif.
3. Tentukan IC dan VCE !
10+
k7,4
k250
2C1C
oV
iV
k2,1
90=β
Jawaban :
17. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
65
( ) VoltIkkV
kIVkI
mAII
mA
kk
I
kIVIkI
CCE
ECEC
BC
B
EBEBC
6752,32,17,410
02,17,410
072,1
0119,0
90.2,125090.7,4
7,010
02,12507,410
=+−=
=+++−
==
=
++
−
=
=++++−
β
4. Tentukan IC dan VCE !
22+
k10k39
2C
1C oV
iV
k5,1k9,3
140=β
Jawaban :
22+
k10
k5,1
thV
thR
( )
( ) VoltIRRVV
RIVRIV
mAII
A
kk
I
IRVIRV
Volt
kk
k
V
kkkR
CECCCCE
EECECCCC
BC
B
EEBEBthth
th
th
27,12
0
846,0
05,6
14015,155,3
7,02
0
222
399,3
9,3
55,39,3//39
=+−=
=+++−
==
=
++
−
=
=+++−
=
+
=
==
β
µ
5. Tentukan V1, V2, V3, V4, V5 !
18. Elektronika I
Mohamad Ramdhani
Institut Teknologi Telkom
66
10+
k1,9
k100
1V
k1,9
k3,4
k1,5
4V
10−
10−
2V
3V
5V
2Q
1Q
10021 == ββ
Jawaban :
Transistor Q1 :
( )
( )
VoltkIV
VoltkIV
mAII
mAII
mA
kk
I
kIVkI
E
B
BE
BC
B
BBEE
6122,11,910
9126,0100
922,01
9126,0
009126,0
1,91001100
7,010
01001,910
12
11
111
111
1
111
=−=
==
=+=
==
=
++
−
=
=+++−
β
β
Transistor Q2 :
( )
( )
( )
( )
VoltkIV
VoltkIV
VoltIIkV
mAII
mAII
mA
kk
mAk
I
kIVIIk
C
E
BC
BE
BC
B
EBEBC
228,11,510
53,2103,4
852,1101,9
7372,11
72,1
0172,0
3,410011,9
7,09126,0.1,9
0103,41,910
25
24
213
222
222
2
2221
=−=
−=−=
−=−−=
=+=
==
=
++
−
=
=−++−−
β
β
