Transistor adalah komponen elektronika yang memiliki 3 terminal dan dapat berfungsi sebagai penguat arus, tegangan, atau daya. Terdapat 3 jenis transistor yaitu bipolar, unipolar, dan unijunction. Transistor bipolar bekerja dengan 2 jenis pembawa muatan sedangkan unipolar hanya 1 jenis. Transistor dapat dikelompokkan menjadi jenis PNP atau NPN berdasarkan tipe materialnya.

1. Konsep Dasar Transistor
Transistor adalah komponen elektronika multitermal, biasanya memiliki 3 terminal. Secara
harfiah, kata ‘Transistor’ berarti ‘ Transfer resistor’, yaitu suatu komponen yang nilai
resistansi antara terminalnya dapat diatur. Secara umum transistor terbagi dalam 3 jenis :
Transistor Bipolar
Transistor Unipolar
Transistor Unijunction
Transistor bipolar bekerja dengan 2 macam carrier, sedangkan unipolar satu macam saja, hole
atau electron. Beberapa perbandingan transistor bipolar dan unipolar :
Bipolar Unipolar
Dimensi Besar Kecil
Daya Besar Kecil
Bandwidth Lebar Sempit
Respon Tinggi Sedang
Jenis Input Arus Tegangan
Impendansi Input Sedang Tinggi
Pada transistor bipolar, arus yang mengalir berupa arus lubang (hole) dan arus electron atau
berupa pembawa muatan mayoritas dan minoritas. Transistor dapat berfungsi sebagai penguat
tegangan, penguat arus, penguat daya atau sebagai saklar.
Ada 2 jenis transistor yaitu PNP dan NPN.
Transistor di desain dari pemanfaatan sifat diode, arus menghantar dari diode dapat dikontrol
oleh electron yang ditambahkan pada pertemuan PN diode. Dengan penambahan elekdiode
pengontrol ini, maka diode semi-konduktor dapat dianggap dua buah diode yang mempunyai
electrode bersama pada pertemuan. Junction semacam ini disebut transistor bipolar dan dapat
digambarkan sebagai berikut :

2. Dengan memilih electrode pengontrol dari type P atau type N sebagai electrode persekutuan
antara dua diode, maka dihasilkan transistor jenis PNP dan NPN. Transistor dapat bekerja
apabila diberi tegangan, tujuan pemberian tegangan pada transistor adalah agar transistor
tersebut dapat mencapai suatu kondisi menghantar atau menyumbat. Baik transistor NPN
maupun PNP tegangan antara emitor dan basis adalah forward bias, sedangkan antara basis
dengan kolektor adalah reverse bias.
Dari cara pemberian tegangan muka didapatkan dua kondisi yaitu menghantar dan
menyumbat seperti pada gambar transistor NPN dibawah ini.
Pemberian tegangan pada transistor
Tegangan pada Vcc jauh lebih besar dari tegangan pada Veb. Diode basis-emitor mendapat
forward bias, akibatnya electron mengalir dari emitor ke basis, aliran electron ini disebut arus
emitor (IE). Elektron electron ini tidak mengalir dari kolektor ke basis, tetapi sebaliknya
sebagian besar electron-elektron yang berada pada emitor tertarik ke kolektor, karena
tegangan Vcc jauh lebih besar dari pada tegangan Veb dan mengakibatkan aliran electron
dari emitor menuju kolektor melewati basis. Electron-elektron ini tidak semuanya tertarik ke
kolektor tetapi sebagian kecil menjadi arus basis (IB).

3. Penguatan Transistor
αdc = IC / IE (perbandingan antara arus kolektor dengan arus emitter) Berdasarkan hukum
kirchoff :
IE = IB + IC : IC
IE/IC = IB / IC + IC / IC
1/αdc = 1 / βdc + 1
1/αdc = 1/βdc + βdc/βdc
1/αdc = 1 + βdc / βdc
αdc = βdc / 1 + βdc
βdc= IC / IB (perbandingan antara arus kolektor dengan arus basis)
IE=IB+IC : IC
IE/IC=IB/IC+IC/IC
1/αdc = 1 / βdc + 1
1/βdc = 1 / αdc – 1
1/βdc = 1 / αdc – αdc / αdc
1/βdc = 1 – αdc / αdc
βdc = αdc / 1 – αdc
Daerah kerja transistor
Daerah kerja transistor dapat dibagi dalam 3 bagian sebagai berikut :
daerah aktif
suatu transistor berada didaerah aktif apabila diode basis emitter dibias forward dan diode
basis kolektor berada dibias reverse.

4. daerah saturasi
suatu transistor berada didaerah saturasi apabila diode basis emitter di bias forward dan diode
basis kolektor berada dibias forward.
daerah cutoff
suatu transistor berada pada kondisi cutoff apabila keduanya berada pada bias reverse.

5. TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR
Salah satu fungsi transistor adalah sebagai saklar yaitu bila berada pada dua daerah kerjanya
yaitu daerah jenuh (saturasi) dan daerah mati (cut-off). Transistor akan mengalami perubahan
kondisi dari menyumbat ke jenuh dan sebaliknya. Transistor dalam keadaan menyumbat
dapat dianalogikan sebagai saklar dalam keadaan terbuka, sedangkan dalam keadaan jenuh
seperti saklar yang menutup.
Titik Kerja Transistor Daerah Jenuh Transistor Daerah kerja transistor saat jenuh adalah
keadaan dimana transistor mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor
sehingga transistor tersebut seolah-olah short pada hubungan kolektor – emitor. Pada daerah
ini transistor dikatakan menghantar maksimum (sambungan CE terhubung maksimum)
Daerah Aktif Transistor Pada daerah kerja ini transistor biasanya digunakan sebagai penguat
sinyal. Transistor dikatakan bekerja pada daerah aktif karena transistor selelu mengalirkan
arus dari kolektor ke emitor walaupun tidak dalam proses penguatan sinyal, hal ini ditujukan
untuk menghasilkan sinyal keluaran yang tidak cacat. Daerah aktif terletak antara daerah
jenuh (saturasi) dan daerah mati (Cut off).
Daerah Mati Transistor Daerah cut off merupakan daerah kerja transistor dimana keadaan
transistor menyumbat pada hubungan kolektor – emitor. Daerah cut off sering dinamakan
sebagai daerah mati karena pada daerah kerja ini transistor tidak dapat mengalirkan arus dari
kolektor ke emitor. Pada daerah cut off transistor dapat di analogikan sebagai saklar terbuka
pada hubungan kolektor – emitor.
Grafik Kurva Karakteristik Transistor
Untuk membuat transistor menghantar, pada masukan basis perlu diberi tegangan. Besarnya
tegangan harus lebih besar dari Vbe (0,3 untuk germanium dan 0,7 untuk silicon). Dengan
mengatur Ib>Ic/β kondisi transistor akan menjadi jenuh seakan kolektor dan emitor short
circuit. Arus mengalir dari kolektor ke emitor tanpa hambatan dan Vce≈0. Besar arus yang
mengalir dari kolektor ke emitor sama dengan Vcc/Rc. Keadaan seperti ini menyerupai saklar
dalam kondisi tertutup (ON).

6. Transistor Kondisi Jenuh (Saklar Posisi ON)
Dengan mengatur Ib = 0 atau tidak memberi tegangan pada bias basis atau basis diberi
tegangan mundur terhadap emitor maka transistor akan dalam kondisi mati (cut off), sehingga
tak ada arus mengalir dari kolektor ke emitor (Ic≈0) dan Vce ≈ Vcc. Keadaan ini menyerupai
saklar pada kondisi terbuka seperti ditunjukan pada gambar diatas.
Besarnya tegangan antara kolektor dan emitor transistor pada kondisi mati atau cut off
adalah :
Karena kondisi mati Ic = 0 (transistor ideal) maka:
Besar arus basis Ib adalah Ib=frac{Ic}{beta }

7. TITIK KERJA TRANSISTOR
Pemberian bias tegangan dc pada rangkaian transistor bertujuan untuk mendapatkan level
tegangan dan arus kerja transistor yang tetap. Dalam penguat transistor level tegangan dan
arus yang tetap tersebut akan menempatkan suatu titik kerja pada kurva karakteristik
sehingga menentukan daerah kerja transistor. Oleh karena titik kerja tersebut merupakan titik
yang tetap dalam kurva karakteristik, yang disebut dengan titik-Q (atau Quiescent Point).
Pada dasarnya titik kerja suatu rangkaian penguat bisa diletakkan dimana saja di kurva
karakteristik. Agar rangkaian penguat dapat menguatkan sinyal dengan linier atau tanpa
cacat, maka titik kerja transistor ditempatkan di tengah daerah aktif. Disamping itu agar titik
kerja tidak diletakkan diluar batas maksimum dari arus maupun tegangan yang sudah
ditentukan oleh pabrik untuk menjaga transistor dari kerusakan. Berikut gambar kurva
karakteristik transistor dengan empat buah contoh titik kerja yang diberi nama A, B, dan C.
Kurva Karakteristik Output Transistor
Pada gambar diatas terlihat arus IC maksimum adalah 40 mA dan tegangan VCE maksimum
sebesar 20 Volt. Disamping nilai arus dan tegangan maksimum tersebut yang tidak boleh
dilampaui adalah daya kolektor maksimum PCmaks. Dalam gambar PCmaks ini ditunjukkan
oleh garis lengkung putus-putus. PCmaks atau disipasi daya kolektor maksimum ini
merupakan perkalian IC dengan VCE. Dengan demikian titik kerja harus diletakkan di dalam
batas-batas tersebut.
Transistor yang bekerja pada titik A kurang begitu memuaskan karena termasuk pada kurva
non-linier, sehingga sinyal output yang dihasilkan cenderung cacat. Demikian juga pada titik
C, karena terletak hampir pada batas kemampuan VCE transistor. Disamping itu transistor
juga akan cepat panas. Titik B merupakan pilihan terbaik sebagai titik kerja transistor sebagai
penguat, karena terletak di tengah-tengah, sehingga memungkinkan transistor dapat
menguatkan sinyal input secara maksimum tanpa cacat.

8. Agar transistor bekerja pada suatu titik kerja tertentu diperlukan rangkaian bias. Rangkaian
bias ini akan menjamin pemberian tegangan bias persambungan E-B dan B-C dari transistor
dengan benar. Transistor akan bekerja pada daerah aktif bila persambungan E-B diberi bias
maju dan B-C diberi bias mundur.
Dalam praktek dikenal berbagai bentuk rangkaian bias yang masing-masing mempunyai
keuntungan dan kerugian. Kemantapan kerja transistor terhadap pengaruh temperatur
merupakan faktor yang perlu diperhatikan dalam menentukan bentuk rangkaian bias. Karena
perubahan temperatur akan mempengaruhi β (faktor penguatan arus pada CE) dan arus bocor
ICBO.

9. Rangkaian bias tetap (fix bias) untuk transistor ini cukup sederhana karena hanya terdiri atas
dua resistor RB dan RC. Kapasitor C1 dan C2 merupakan kapasitor kopling yang berfungsi
mengisolasi tegangan dc dari transistor ke tingkat sebelum dan sesudahnya, namun tetap
menyalurkan sinyal ac-nya. Rangkaian dasar untuk memberikan fix bias pada transistor dapat
dilihat pada gambar berikut.
Rangkaian Dasar Fix Bias Pada Transistor
Fungsi kapasitos C1 dan C2 adalah kopling input dan output seperti dijelaskan diatas,
sehingga untuk analisa DC rangkaian fix bias transistor menjadi seperti berikut.
Rangkaian Analisa DC Fix Bias Transistor
Dari gambar rangkaian DC diatas dapat dirumuskan nilai arus basis IB sebagai berikut :

10. Dari nilai IB tersebut maka dapat diketahui nilai IC
Karena VCC dan VBE tetap, maka RB adalah penentu arus basis pada titik kerja transistor
dengan tegangan bias tetap seperti rangkaian diatas.
Nilai IB, IC dan VCE inilah yang menentukan titik kerja transistor. Oleh karena itu dalam
penulisan sering ditambah huruf Q di belakangnya, sebagai IBQ, ICQ dan VCEQ. Harga ICQ
dan VCEQ merupakan koordinat dari titik kerja transistor (Q) pada kurva karakteristik output
CE. Titik kerja Q dalam kurva karakteristik selalu terletak pada garis beban. Hal ini karena
harga VCEQ diperoleh dari persamaan garis beban VCE diatas. Untuk menggambar garis
beban pada kurva, ditentukan dua titik yang berpotongan dengan masing-masing sumbu x
(VCE) dan sumbu y (IC).
Garis beban akan memotong sumbu x (VCE), apabila arus IC adalah nol. Dalam hal ini
transistor dalam keadaan mati (IC = 0), sehingga tegangan VCE adalah maksimum, yaitu:
Garis beban akan memotong sumbu y (IC), apabila tegangan VCE adalah nol. Dalam hal ini
transistor dalam keadaan jenuh (VCE = 0), sehingga arus IC adalah maksimum, yaitu:
Apabila kedua titik ekstrem (VCEmaks dan ICmaks) ini dihubungkan maka diperoleh garis
beban dimana titik Q berada. Garis beban ini disebut dengan garis beban dc, karena hanya
berkaitan dengan parameter dc dari rangkaian. dari persamaan-persamaan diatas dapat
dibentuk kurva garis beban sebgai berikut.
Kurva Garis Beban DC Fix Bias Transistor

11. GARISBEBAN DC dan ACTRANSISTOR
Titik kerja suatu transistor dalam rangkaian penguat selalu terletak pada garis beban. Garis
beban dc dibuat berdasarkan tanggapan rangkaian terhadap tegangan dc (tegangan catu daya),
dan garis beban ac diperoleh karena tanggapan rangkaian terhadap sinyal ac. Dengan adanya
garis beban dc dan ac pada kurva karakteristik, maka kondisi kerja transistor dapat diketahui
dan penerapan sinyal ac pada penguat dapat dianalisis dengan mudah. Sebagai contoh
rangkaian penguat Emitor Bersama (Common Emittor = CE) dengan bias pembagi tegangan
pada gambar berikut.
Rangkaian Penguat Common Emitor Dengan Self Bias
Tanggapan rangkaian penguat 1 tingkat Common Emittor tersebut terhadap tegangan dc lebih
sederhana karena semua kapasitor diganti dengan rangkaian terbuka. Beban pada loop
kolektor-emitor adalah RC dan RE. Oleh karena itu beban ini disebut dengan beban dc (Rdc).
Sedangkan tanggapan terhadap sinyal ac, semua kapasitor (C kopling dan C by-pass) dan catu
daya dc (VCC) dianggap hubung singkat. Dengan demikian karena terminal untuk VCC
terhubung ke tanah (ground) dan kapasitor C2 dianggap hubung singkat, maka resistor RC
dan resistor RL terhubung paralel (RC║RL). Beban pada loop kolektor-emitor adalah resistor
RC║RL dan resistor RE. Beban ini disebut dengan beban ac (Rac).
Untuk mendapatkan garis beban dc beban yang digunakan adalah beban dc (Rdc).
Kemiringan garis beban dc adalah -1/Rdc. Demikian pula bila ingin mendapatkan garis beban
ac, maka yang digunakan adalah beban ac (Rac). Kemiringan garis beban ac adalah -1/Rac.
Persamaan garis beban dc untuk rangkaian CE dari rangkaian penguat diatas adalah:
Untuk menggambarkan persamaan garis beban ini kedalam kurva karakteristik output, maka
perlu dicari dua titik ekstrem dan menghubungkan keduanya. Dua titik ini adalah satu titik
berada di sumbu X (tegangan VCE) yang berarti arus ICnya menjadi nol dan satu titik

12. lainnya berada di sumbu Y (arus IC) yang berarti bahwa tegangan VCEnya menjadi nol.
Titik pertama, pada saat arus IC = 0, maka diperoleh tegangan VCE maskimum (transistor
dalam keadaan mati). Dengan memasukkan harga IC = 0 ini ke persamaan garis beban dc
diperoleh:
Titik kedua , pada saat tegangan VCE = 0, maka diperoleh arus IC maksimum (transistor
dalam keadaan jenuh). Dengan memasukkan harga VCE = 0 ini ke persamaan garis beban dc
diperoleh:
Selanjutnya adalah menentukan garis beban ac. Oleh karena titik nol (titik awal) dari sinyal
ac yang diumpankan ke penguat selalu berada pada titik kerja (titik Q), maka garis beban ac
selalu berpotongan dengan garis beban dc pada titik Q tersebut. Dengan demikian cara yang
paling mudah untuk mendapatkan garis beban ac adalah dengan memasukkan harga ac dari
arus IC dan tegangan VCE kedalam persamaan garis beban dc.
Harga ac dari besaran arus dalam hal ini adalah IC dapat dilihat pada gambar berikut. Dengan
cara yang sama dapat diperoleh harga besaran tegangan VCE.
Nilai arus kolektor (ic) :
Nilai tegangan kolektor – emitor (vce) :
Karena C2 dan VCC dianggap hubung singkat (VCC = 0), maka rangkaian ekivalen ac dari
gambar penguat common-emitor diatas adalah seperti pada gambar berikut :

13. Dan persamaan umum garis beban ac, yaitu:
Dimana Rac adalah :
Apabila besaran arus dan tegangan ac dimasukkan pada persamaan tersebut, maka diperoleh
persamaan garis beban ac:
Cara menggambar garis beban ac adalah seperti halnya menggambar garis beban dc, yakni
dengan melalui dua titik ekstrem.
Titik pertama, pada saat iC = 0, maka diperoleh harga vCE maksimum. Dengan memasukkan
harga iC = 0 ini kedalam persamaan garis beban ac diperoleh:
Titik kedua , pada saat vCE = 0, maka diperoleh harga iC maksimum. Dengan memasukkan
harga vCE = 0 ini kedalam persamaan garis beban ac diperoleh:
Sehingga garis beban dc dan ac diperoleh dan dapat digambarkan pada kurva karakteristik
output penguat common-emitor (CE) seperti pada gambar berikut.

15. TITIK CUT OFF TRANSISTOR
Titik cut-off transistor adalah titik dimana transistor tidak menghantarkan arus dari kolektro
ke emitor, atau titik dimana transistor dalam keadaan menyumbat. Pada titik ini tidak ada arus
yang mengalir dari kolektor ke emitor. Titik Cutoff didefinisikan juga sebagai keadaan
dimana IE = 0 dan IC = ICO, dan diketahui bahwa bias mundur VBE.sat = 0,1 V (0 V) akan
membuat transistor germanium (silikon) memasuki daerah cutoff. Titik cut-off transistor ini
dapat dianalogikan sebagai saklar dalam kondisi terbuka (Off) sebagai berikut.
Titik Cut-Off Transistor Adalah Transistor Dalam Kondisi Off (Saklar Terbuka)
Titik cut-off transistor terjadi pada saat transistor tidak mendapat bias pada basis, sehingga
transistor tidak konduk atau mengalirkan arus dari kolektor ke emitor. Titik cut-off transistor
ini memiliki VCE yang maksimum yaitu mendekati VCC seperti ditunjunkan pada grafik titik
cut-off pada garis beban transistor berikut.
Grafik Titik Cut-Off Pada Garis Beban Transistor
Short-Circuited Base
Andaikan bahwa basis dihubungkan langsung ke emitor sehingga VE = VBE = 0. Maka, IC ≡
ICES tidak akan naik melebihi nilai arus cutoff ICO.

16. Open-Circuited Base
Jika basis dibiarkan “mengambang” (tidak dihubungkan ke manapun) sehingga IB = 0,
didapatkan bahwa IC ≡ ICEO. Pada arus rendah α ≈ 0,9 (0) untuk germanium (silikon), dan
dengan demikian IC ≈10 ICO(ICO) untuk Ge (Si). Nilai VBE untuk kondisi open-base ini
(IC = -IE) adalah sepersepuluhan milivolt berupa bias maju.
Cutin Voltage
Karakteristik volt-amper antara basis dan emitor pada tegangan kolektor-emitor konstan tidak
serupa dengan karakteristirk volt-amper junction dioda sederhana. Jika junction emitor
mendapat bias mundur, arus basis menjadi sangat kecil, dalam orde nanoamper atau
mikroamper, masing-masing untuk silikon dan germanium. Jika junction emitor diberi bias
maju, seperti pada dioda sederhana, tidak terdapat arus basis hingga junction emitor
mendapat bias maju sebesar |VBE| > |Vγ|, dengan Vγ adalah tegangan cutin (cutin voltage).
Karena arus kolektor secara nominal proportional terhadap arus basis, maka pada kolektorpun
tidak terdapat arus, hingga terdapat arus pada basis. Oleh karena itu, plot arus kolektor
terhadap tegangan basis-emitor akan memperlihatkan tegangan cutin, seperti halnya pada
dioda.

17. DAERAH SATURASI TRANSISTOR
Titik saturasi transistor adalah daerah kerja transistor dimana arus kolektor mencapai nilai
maksimum, yaitu arus kolektor ditentukan oleh nilai Vcc dan Rc karena nilai resistansi
kolektor – emitor transistor kondisi minimum (≈ 0) sehingga diabaikan. Besarnya arus
kolektor pada kondisi saturasi adalah :
Untuk mendapatkan kondisi saturasi pada transistor maka arus basis harus besar yaitu :
Dalam keadaan saturasi, arus kolektor secara nominal adalah Vcc/Rc, dan karena Rc adalah
beban yang bernilai kecil, maka Vcc perlu dijaga agar tetap rendah supaya transistor tetap
beroperasi dalam batasan arus maksimum dan disipasi daya minimum. Titik saturasi dalam
grafik daerah kerja transistor dapat dilihat pada grafik berikut.
Grafik Titik Saturasi Pada Daerah Kerja Transistor
Grafik Titik Saturasi Pada Garis Beban Transistor

18. Resistansi Saturasi
Untuk transistor yang beroperasi di daerah saturasi, parameter yang menarik adalah rasio
VCE.sat/IC. Parameter ini dinamakan resistansi saturasi common-emitter. Sering juga
disimbolkan dengan RCS, RCES, atau RCE.sat. Untuk menentukan RCS, kita harus
menentukan titik mana yang digunakan.
Resistansi base-spreading rbb’
Ingat kembal lebar daerah basis yang sangat kecil, dimana arus yang memasuki basis melalui
junction emitor harus mengalir melalui jalur sempit untuk mencapai terminal basis.
Penampang aliran arus di dalam kolektor (atau emitor) jauh lebih besar dari yang ada di basis.
Dengan demikian, biasanya resistansi ohmik basis jauh lebih besar dari resistansi ohmik
kolektor atau emitor. Resistansi basis ohmik dc yang disimbolkan dengan rbb’, dinamakan
resistansi base-spreading, yang memiliki nilai sekitar 100 Ω.
Koefisien temperatur tegangan saturasi
Karena kedua junction mendapat bias maju, maka nilai yang layak untuk V-BE.sat atau
VBC.sat adalah –,5 mV/°C. Dalam daerah saturasi, transistor berisi dua dioda terbias maju
yang saling berhadapan. Jadi, pengaruh terhadap tegangan terinduksi-suhu yang ditimbulkan
satu dioda pada dioda lain perlu diantisipasi.
Gain arus DC, hfe
Satu parameter transistor yang penting adalah IC/IB, dengan IC adalah arus kolektor dan IB
adalah arus basis. Besaran ini disimbolkan dengan βdc atau hfe, yang dikenal sebagai (nilai
negatif dari) dc beta, rasio transfer arus maju (dc forward current transfer ratio), atau gain
arus dc (dc current gain). Di dalam daerah saturasi, parameter hfe sangat penting, dan
merupakan salah satu parameter yang tercantum pada lembaran data transistor, jika
menyangkut switching transistor. Kita tahu |IC|, yang pendekatan nilainya diperoleh dari
VCC/RL, dan hfe memberitahu kita nilai arus minimum (IC/hfe) yang diperlukan untuk
membuat transistor saturasi.
Tegangan Saturasi Pabrik
transistor menentukan nilai saturasi tegangan input dan output dengan beberapa cara. Sebagai
contoh, mereka dapat menentukan nilai RCS untuk beberapa nilai IB atau mereka membuat
kurva VCE.sat dan VBE.sat sebagai fungsi IB dan IC. Tegangan saturasi bergantung tidak
hanya pada titik operasi, tetapi juga pada bahan semikonduktor (germanium atau silikon) dan
jenis konstruksi transistor. Nilai tegangan saturasi umum untuk transistor Silikon (Si) adalah
0,2 volt dan nilai tegangan saturasi untuk transistor Germanium (Ge) adalah 0,1 volt.