Analisis AC pada transistor BJT
Analisis AC pada transistor BJT
Oleh: Sri Supatmi,S.KomModel analisis AC pada transistor Terdapat beberapa model yang digunakan untuk • melakukan analisis AC pada rangkaian transistor. Yang paling umum digunakan adalah:
1. Model T (Model Ebers-Moll)
2. Model π
1. Model T
Sering disebut model Ebers-Moll • Sejauh sinyal AC kecil yang digunakan, dioda emiter masih berlaku • sebagai resistansi re dan dioda kolektor sebagai sumber arus ic.
Tidak memperhitungkan impedansi dalam pada inpus basis. •
Gambar 1. analisis AC model T
2. Model π
Saat sinyal input AC dihubungkan dengan penguat transistor, • terdapat tegangan basis –emiter AC vbe pada dioda emiter.
Model π mendefinisikan dan memperhitungkan adanya impedansi • input.
Gambar 2 analisis AC model π
2. Model π
Dari gambar 2 akan menghasilkan arus basis AC ib • Sumber tegangan AC harus mensuplai arus basis AC ini, sehingga • penguat transistor akan bekerja dengan baik.
Dapat dinyatakan bahwa sumber tegangan AC dibebani oleh • impedansi input dari basis.
Ditinjau dari basis transistor, sumber tegangan AC akan terlihat • sebagai impedansi input Zin(base).
Pada frekuensi rendah, impedansi ini murni bersifat resistif • (menghambat) dan dapat didefinisikan sebagai:
vbe …………………..( 1)
Zin base ( ) ib
2. Model π
( ) vbe Zin base ib
…………………..( 1)
• Jik a diterapkan Hukum Ohm, maka: sehingga
• Substitusikan persamaan (2) ke persamaan (1) sehingga didapat :
- Karena dan maka:
'. vbe re ie '. Vin re ie
…………………..( 2) . ' ( ) vbe ie re Zin base ib ib
…………………..( 3)
ie ic . ie ib
. ' . ' ( )
. '
vbe ie re ib re Zin base re ib ib ib
…………………..( 4)
2. Model π vbe ie re . ' ib re . '
…………………..( 4) Zin base ( ) . re '
ib ib ib
- Persamaan (4) menyatakan bahwa impedansi input basis sama dengan penguatan arus AC dikalikan resistansi AC dari kaki emiter.
2. Model π
- Model π transistor lebih mudah jika dibandingkan dengan model T dikarenakan model T mempunyai impedansi input yang tidak jelas.
- Sedangkan Model π lebih jelas memperlihatkan bahwa impedansi input βre’ akan membebani sumber tegangan AC yang dihubungkan ke basis.
BATI TEGANGAN
Bati tegangan adalah tegangan keluaran AC yang terbagi oleh • tegangan input AC.
Contoh rangkaian 1: •
BATI TEGANGAN
• Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T
dan Model π.
( || ) ( || ) ( || )
. ' ( || )
; || ' out c L c L out c L in c L c c L c
V ic R R ib R R V ib R R A V ib re
R R A r R R re r
A
BATI TEGANGAN
• Dari contoh rangkaian 1 dapat dibuat rangkaian ekuivalen model T
dan Model π.
( || ) ( || ) . ' ( || )
; || ' out c c L out c c L in e c L c c L c
V i R R V i R R A V i re
R R A r R R re r
Contoh soal 1: R
1 V xV b cc
R
1 R
2
2.2 K
V x V b
10
10 K
2.2 K
2.2 K
V x V b
10
1.8 V
12.2 K
V V
V
1.8 V
0.7 V
1.1 V E b be
V E
1.1 V
I E 1.1 mA R
1 K E 25 mV
25 mV
re '
22.7
I E
1.1 mA
r RC || RL
2.65 K c || menyatakan diparalel
r c
2.65 K
A 116.7 117
re '22.7 Contoh soal 2:
V V
0.7 V
0.7 V b
V V
I R
V be E E E
I R
V V
E E be E
V V
0.7 V ( 9 )
V be E
I
E R
10 K E
8.3 V
I 0.83 mA
E
10 K 25 mV 25 mV re '
30
I 0.83 mAE r RC RL ||
2.65 K c
|| menyatakan diparalel r
2.65 K c
A 88.3 88 re '
30
V AV . 88.(2 mV ) 176 mA
EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN
Rangkaian 2
- sumber tegangan AC Vg memiliki gambaran dalam Rg
• jika sumber AC tidak kuat, tegangan sumber AC turun karena hambatan
dalam ini. - Akibatnya tegangan AC antara basis dan ground lebih kecil dari idealnya.
EFEK PEMUATAN DARI IMPEDANSI MASUKAN
dari rangkaian 2 adalah:
- Rangkaian ekuivalen model π
- Efek dari impedansi masukan :
Z R R 1|| 2|| Z R R 1|| 2|| re ' in stage ( ) in base ( )
Z in stage ( )
V '
V in g
R Z g in stage ( ) Contoh soal 3:
1
V V
2.65 116.7 117 b cc b b E b be E E E E c c
R V xV R R K
V x V K K K V x V
V K
V V
V V
V V I mA R K mV mV re I mA r RC RL K menyatakan diparalel r K A
1.1 ||
2.65 ||
22.7
1
1.8
2
2.2
10
10
2.2
2.2
10
12.2
25 '
1.8
0.7
1.1
1.1
1.1
1
25
Lanjutan penyelesaian contoh soal 3: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )
( ) ' 300.22.7
Z K K K K Z K
117.(1.4 ) 163.8 in
V A
K r K A re
V V mV mV R Z
Z re K Z R R Z R R re
6.8 1|| 2 || 1|| 2 || ' 10 || 2.2 || 6.8
22.7 . in base in stage in base in stage in stage in g g in stage c out
2.65 116.7 117 '
1.43
1.4 600
2
1.43 '
1.43
V mV mV Lanjutan penyelesaian contoh soal 3 jika β = 50: R
1 Z re ' 50.22.7
1.14 K in base ( )
V xV b cc R 1 R
2 Z R 1|| 2|| R Z R 1|| 2|| R re ' in stage ( ) in base ( )
2.2 K V x b
10 V Z
10 K
10 K || 2.2 K ||1.14 K 698
2.2 K in stage ( )
2.2 K Z
V x
10 V
698 in stage ( )
1.8 V b V '
V 2 mV 1.08 mV
12.2 K in g
R Z 600 698 g in stage ( )
V V
V
1.8 V
0.7 V
1.1 V E b be r
V E
1.1 V A 116.7 117
2.65 K c
I 1.1 mA E re '
22.7 R
1 K E
V AV . mV ) 126 mV 117.(1.08
25 mV 25 mV out in re '
22.7
I E 1.1 mA r RC || RL
2.65 K c || menyatakan diparalel r
2.65 K c Swamped amplifier
Bati tegangan dari penguat CE dapat berubah-ubah tergantung pada • beberapa faktor, yaitu:
1. Arus tak bergerak
2. Variasi temperatur 3. Penggantian transistor karena nila re’ dan β berubah.
Cara untuk membuat stabil bati tegangan adalah dengan membiarkan • hambatan emiter tidak dihubungkan langsung dengan kaki emiter.
Ketika arus emiter AC mengalir melalui hambatan emiter re yang tidak • dihubungkan langsung, tegangan AC muncul di re.
Tegangan AC pada re melawan perubahan dalam bati tegangan. • Hambatan tidak di bypass re disebut suatu resistor umpan balik •
(feedback resistor) karena memiliki tegangan AC yang melawan perubahan dalam bati tegangan. Rangkaian 3.Swamped amplifier
Rangkaian ekuivalen model T pada rangkaian 3.swamped amplifier ( ') .
. ( ') :
( ') ' : in out out in out c in c
V ie re re V icrc V icrc A
V ie re re karena ie ic maka V r A
V re re jika re jauh lebih kecil dari re maka r A re
Rangkaian ekuivalen model π pada rangkaian 3.swamped amplifier
Rangkaian ekuivalen model π
- Dengan hukum Ohm
( ) ( ) ( ) 1|| 2 || .
V re re jika re jauh lebih kecil dari re maka r A re
V ie re re karena ie ic maka V r A
V V R Z rc RC RL V ic rc A
: in stage in stage in g g in stage out in out c in c Z R R re Z
( ') : ( ') '
|| .
Analisa AC model π pada rangkaian 3 swamped amplifier
V Z ib ie re re Z ib karena ie ic dan ic ib maka ib re re Z ib Z re re jika re jauh lebih kecil dari re maka Z re
V ie re re
' : . in in in base in base in base in base in base
. : . ( ') ( ')
( ') ( ')
( ) ( ) ( ) ( ) ( )
Karena re’ tidak tampak lagi, distorsi dari sinyal besar • dapat dikurangi, jadi swamped amplifier memiliki tiga keuntungan:
1. membuat stabil bati tegangan
2. Meningkatkan impedansi masukan pada basis
3. Mengurangi distorsi dari sinyal besar Contoh soal 6: ( ) ( ) ( ) ( )
( ) . 200.(180) 36 1|| 2|| . 10 ||2.2 ||36
1.71
1.71
50
600
1.71
37 || 3.6 ||10
2.65
2.65
14.7 180 in base in stage in stage in stage in g g in stage in c out
Z re K Z R R re K K K Z K Z K
V V mV R Z K V mV rc RC RL K K K r K A re
V
. 14.7(37 ) 544 in
AV mV mV
Dari contoh soal 6,jika nilai re’ dimasukkan dalam perhitungan: ( ) ( )
2.65
( ) ( ) ( ) ( )
1|| 2|| .( ') 10 ||2.2 || 40.5
1.73
1.73 (50 ) 600
1.73
37.1 || 1.6 ||10
2.65 ( ') (180 22.7 )
13 in stage in stage in stage in g g in stage in out in
Z R R re re Z K K K K Z K
V V mV R Z K V mV rc RC RL K K K
V rc K A V re re A
.7 . 13.7(37.1 ) 508.6 out in
I mA Z re re Z K
2
25 '
2.2 10 1.8 1 2
2.2
10 1.8 0.7 1.1
1.1
1.1
1
25
22.7
V I mA R K mV mV re
1.1 ( ') 200.(180 22.7 )
40.5 b cc E b be
E E E E in base in base
R K V xV x V
V R R K K
V V V
V V
V V
V AV mV mV