A. Jenis Transistor - Transistor lanjut (1)

TRANSISTOR BIPOLAR
A. Jenis Transistor
Transistor  transfer (perubahan) dan resistor (tahanan), artinya perubahan nilai tahanan.
Operasinya tergantung dua muatan minoritas (elektron) dan aliran mayoritas (hole) maka
disebut transistor bipolar, bi (dua), polar (polaritas/muatan).
Transistor mempunyai 3 elektroda/ kaki yaitu :
- Basis
(B)

pengendali elektron
- Collector (C)

penguras elektron
- Emitor (E)

sumber elektron
Transistor pada dasarnya terbentuk dari pertemuan dua buah dioda anti seri, maka transistor
bipolar disebut juga junction transistor.
Sesuai susunan diodanya terdapat dua jenis transistor, yaitu :
- NPN
( Negatif Posistif Negatif )

- PNP
( Positif Negatif Positif )
Kegunaan transistor dalam peralatan elektronik berfungsi sebagai rangkaian :
1. Rectifier
4. Modulator
2. Amplifier
5. Mixer
3. Osilator
6. Saklar, dll
Susunan lapisan, susunan dioda, dan simbol transistor sesuai jenisnya sbb :
JENIS

Susunan Lapisan

NPN

E

N

P

PNP

N

C

E

P

B
Susunan Dioda

P

C

B

E

C

E

C

B

B
C

Simbol

N

E

B

B
E

C

Gbr.1. Susunan Lapisan, Dioda, dan Simbol Dioda

66

B. Tipe dan Kontruksi

1. Data Tr
Data Tr menunjukkan batas kemampuan transistor yang biasanya menunjukkan harga :
VCE, Vcc, VBE, IC, dan β (hfe).
Beberapa transistor dikelompokkan menurut batas kemampuannya, yaitu :
-

TUN (Transistor Universal NPN)

TUP (Transistor Universal PNP)

Spesifikasi minimum untuk TUN dan PNP.
TUN
TUP
UCE max
IC max
fT
Ptot
hfe

Type
NPN
PNP
=
=
=
=
=

UCEmax
20 V
20 V

ICmax
100 mA
100 mA

hfe min
100
100

Ptot max
100 mW
100 mW

fT
100 MHz
100 MHz

tegangan maksimum diperbolehkan antara kaki kolektor dengan emitor
arus maksimum yang diperbolehkan melewati kaki kolektor.
kemampuan menanggapi frekuensi
daya total
faktor penguatan arus
IC
hfe =
IB

Contoh

kelompok TUN :
- BC 107 - BC 208
- BC 108 - BC 209
- BC 109 - BC 237

kelompok TUP
- BC 157
- BC 253
- BC 158

- BC 261
- BC 177
- BC 262

- BC 384
- BC 407
- dll.

67

- BC 352
- BC 415
- dll.

2. Arti Kode Tr.
a. Buatan Eropa
- Huruf I (O),
- Huruf II,

Contoh :

tanpa pemanasan
Huruf A = dioda
C = transistor umum
D = power transistor (arus besar)
Y = untuk rectifier
OA 70  komponen dioda
OC 74  transistor

Transistor Philip
- Huruf I,
A = dari germanium
B = dari silikon
-

Huruf II,

A = dioda
C = untuk frekuensi rendah – menengah

D = transistor daya frekuensi rendah – menengah.
F = untuk frekuensi tinggi
L = transistor daya frekuensi tinggi.
Contoh : BA 171, BC 108, BC 109, BC 107, BD 303, BF 325, AD 338, AC 188, AC 187.
b. Buatan Jepang
-

Angka I :

1 = dioda
2 = transistor
3 = tetrode (transistor khusus)

-

Huruf I :
Huruf II :

S = standar Jepang untuk bahan semikonduktor
A = PNP untuk frekuensi tinggi

B = PNP untuk frekuensi rendah
C = NPN untuk frekuensi tinggi
D = NPN untuk frekuensi rendah

Contoh : 2 SA 101, A 103, D 200
c. Buatan Amerika
Diberi kode buatan pabrik, contoh :
- GE 2 N
: produk General Elctric
- FCS 9014 : produk Fairchild
2. Bentuk dan Posisi Kaki
Pada umumnya transistor dengan susunan elektrodanya dikelompokkan dalam beberapa
bentuk, yaitu :
1. Bentuk Tabung/silinder.
Posisi kaki :
- Posisi kaki BCE dari bawah kiri searah jarum membentuk segitiga sama kaki.

68

B
E
-

C

Posisi kaki yang dekat dengan tanda noktah/titik adalah kaki kolektor atau posisi kaki
yang dekat dengan tanda paruh adalah kaki emitor.
Contoh : 2 SB 178, BC 107, 2N2219

2. Setengah Bulatan Kecil
Posisi kaki :
a. Produk Jepang :
Contoh
:
b. Produk Eropa :
Contoh
:

Dilihat dari depan secara urut  E C B
C 829, C 945
Dilihat dari depan secara urut  E B C
BC 558, BC 548

3. Setengah Bulat Besar
Posisi kaki : Dilihat dari depan secara urut  E C B
Contoh
: D 400, A 683, B 566, B 562
4. Kotak Kecil
Posisi kaki
Contoh

: Dilihat dari depan secara urut  E C B
: C 1162, C 1126, BD 139, BD 140, C 2314

5. Kotak Besar
Posisi kaki
Contoh

: Dilihat dari depan secara urut  B C E
: C 1226, TIP 31, D 718, D 1885, C 818

6. Topi/Jengkol
Posisi kaki : Contoh

:

posisikan jarak kaki transistor tegak lurus dengan posisi lubang sekrup.
jarak yang pendek di atas, kaki kiri adalah B, yang kanan E, dan
bodynya adalah C.
2N 3055

C. Menentukan Kaki Transistor Dengan Multimeter
Menentukan kaki transistor dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu :
1. Melihat bentuk fisik
Cara ini dilakukan berdasarkan ciri khusus pada bentuk fisik seperti keterangan di atas.
2. Dengan menggunakan multimeter
Cara ini dilakukan dengan pemahaman bahwa transistor pada dasarnya tebentuk dari dua
buah dioda seri. Dioda dikerjakan hanya dua kondisi forward dan reverse.
a. Posisi Multimeter Pada Rx10Ώ
- Kabel Merah adalah negatif baterai dari multimeter.
- Kabel Hitam adalah positif baterai dari multimeter

69

b. Menentukan Kaki Basis dan Jenis Transistor.
- Hubungkan masing-masing kabel pada ketiga kaki Tr secara bergantian :
* saat meter menyimpang, dipastikan salah satu kaki adalah Basis.
* salah satu kabel tetap, yang lain pindah ke kedua kaki bergantian.
- bila meter tidak bergerak, kembalikan kabel tersebut pada posisi semula,
kabel yang lain ke kaki yang lain.
- bila meter bergerak maka : posisi kabel yang tetap adalah kaki basis.
- Bila yang tetap :
* kabel merah ((-) baterai), jenis Tr  PNP
* kabel hitam ((+) baterai), jenis Tr  NPN
d. Menentukan Kaki CE (Meter posisi Rx10K)
Kaki Basis dan jenis transistor telah diketahui terlebih dahulu.
- Untuk NPN
* kedua kabel hubungkan pada masing-masing kaki Tr selain basis.
* sentuh basis dengan ujung jari :
# jika tidak menyimpang, balik posisi kabel.
# saat menyimpang cukup jauh, maka kabel merah adalah emitor
-

Untuk PNP
* langkahnya sama dengan jenis NPN, kabel hitam adalah emitor

Prinsip Kerja Transistor.
Cara kerja transistor tidak lepas dari cara kerja dioda pada kondisi forward dan reverse. Dioda
On jika forward dan akan Off jika reverse.
1. Cara Memberi Tegangan Kerja.
BASIS-EMITOR
diberi tegangan FORWARD
BASIS-COLECTOR diberi tegangan REVERSE
(Teg. Basis Colector jauh lebih besar dari Basis Emitor)

VEB - FORWARD
VCB - REVERSE
( VCB >>> VBE )

Prinsip kerja transistor (contoh untuk NPN) perhatikan gambar di bawah :

N

IE

P

N

A
Aliran
elektron (minoritas)

E

C IC

B
IB + ICBO

-

VBE
+

-

VCB
+

Gbr.2 Cara Kerja Transistor

70

-

-

Pada loop VBE, saat VBE forward aliran elektron dari lapisan N Emitor menuju lapisan P
Basis.
Pada loop CB, VCB terpasang reverse tetapi karena VCB jauh lebih tinggi dari VBE,
akibatnya sebagian besar aliran elektron yang menuju basis justru tertarik ke lapisan N
Kolektor, hanya sebagian kecil saja yang menuju ke kaki basis.
Dari kedua persitiwa di atas terlihat bahwa besar kecilnya elektron yang menuju ke
lapisan kolektor tergantung aliran elektron dari lapisan emitor, sehingga dapat
disimpulkan :
* lapisan Emitor berfungsi sebagai sumber elektron
* lapisan Colector berfungsi sebagai penguras elektron
* lapisan Basis
sebagai pengemudi elektron.
Kita ketahui bahwa aliran elektron adalah kebalikan aliran arus listrik sehingga
pengamatan arah aliran arus listrik (aliran mayoritas) adalah kebalikan dari aliran
minoritas yang dapat disimpulkan sebagai berikut :
*

Arus Emitor (IE) merupakan gabungan dari arus kolektor (IC) dan sebagian
kecil arus basis (IB), sehingga :
IE = IC + IB

*

Perubahan arus IB mengakibatkan perubahan arus IC. Perbandingan antara IC
dengan IB disebut Faktor Penguatan Arus (hFE) atau βdc.
IC
hFE =
IB

-

* Karena IB relatif kecil, maka dianggap IC ≈ IE
Idealnya antara kaki CB tidak terjadi aliran arus (karena reverse), tetapi pada
kenyataannya terjadi kebocoran arus, yaitu arus bocor (ICBO) yang nilainya berbanding
lurus dengan kenaikan suhu transistor.

-

Sekalipun VCB tinggi, tetapi tidak akan pernah terjadi aliran arus listrik tanpa adanya
tegangan VBE (sekalipun relatif sangat kecil). Artinya perubahan VBE yang sangat kecil
mengakibatkan perubahan IC yang sangat besar. Peristiwa inilah yang digunakan
sebagai dasar kerja amplifier (penguat).

-

Untuk transistor jenis PNP cara kerjanya adalah kebalikan dari cara kerja di atas.

2. Kondisi Dasar Transistor
Kondisi dasar transistor adalah transistor yang dikerjakan hanya pada kondisi cut off (IC = 0
atau OFF) atau saturasi (IC = maks atau ON). Transistor yang bekerja seperti ini difungsikan
sebagai saklar.

71

E. Transistor Sebagai Penguat (Amplifier)
1. Penguatan
Penguat (amplifier) adalah peralatan elektronika yang berfungsi menguatkan sinyal input
yang amplitudonya relatif kecil menjadi sinyal output yang amplitudonya lebih besar dengan
frekuensi yang sama. Rangkaian semacam ini disebut juga rangkaian linier.

Mic

Amplifier

Speaker

Gbr. 3 Blok Diagram Audio Sistem Sederhana
Sinyal dari microphone masih terlalu lemah, oleh sebab itu diperkuat dahulu oleh rangkaian
penguat (amplifier) agar sinyalnya cukup besar sehingga mampu menggerakkan membran
speaker untuk diubah menjadi suara yang lebih keras.

Input

AA

Output

A = Penguatan
Output
A=

Gbr.4. Simbol Penguat

….. kali.
Input

Berdasarkan input dan outputnya ada 3 jenis penguatan (A), yaitu :
a. Penguatan Tegangan
( AV )
b. Penguatan Arus
( AI )
c. Penguatan Daya
( AP )
Vo

Io

AV =

AI =

Po
AP =

Vi

Ii

Pi

Bila satuan penguatannya adalah dB (deci Bell) maka :
Vo
AV = 20 log

………. dB
Vi

Dalam analisa penguatan terdapat 2 jenis penguatan, yaitu :
a. Penguatan Statis
Yaitu analisa penguatan yang hanya memperhitungkan tegangan DC saja, tanpa sinyal
input.
b. Penguatan Dinamis
Yaitu analisa penguatan yang memperhitungkan sinyal inputnya (sinyal ac).

72

2. Karakteristik Transistor.
Berdasarkan analisa penguatan statis kita bisa mengamati karakteristik Tr agar dapat menerapkannya dalam rangkaian sesuai kebutuhan. Jika pada dioda terdapat 2 karakteristik forward dan reverse, pada transistor terdapat beberapa karakteristik yang menghubungkan antara arus (I) dan tegangan (V) transistor, antara lain karakteristik kolektor yang menghubungkan antara perubahan VCE terhadap IC, IB dijaga konstan atau IC = f (VCE), IB konstan.
Pada gambar di bawah menunjukkan grafik karakteristik kolektor dengan 3 posisi I B0, IB1, dan
IB2 yang digabung dengan garis beban DC. Tiap IB terbagi 3 daerah yaitu :
-

daerah saturasi
pada nilai IB tertentu transistor akan jenuh, saat ini transistor berfungsi sebagai saklar ON,
bukan sebagai penguat.
daerah aktif
adalah daerah yang paling ideal bila transistor akan digunakan sebagai penguat.
daerah breakdown
daerah ini harus dihindari karena akan merusak transistor, oleh sebab itu dusahakan agar
VCE atau Vcc tidak melebihi batas VCE maks transistor tsb.

IC

IB2
titik saturasi

daerah breakdown

.

IB1

garis beban DC
titik Q

IB0

daerah saturasi

daerah aktif

.

titik cut off

VCE

Gbr.5. Karakteristik Transistor
Garis Beban DC adalah garis yang menghubungkan antara kondisi cut off (VCE = 0, IC =
maks,) dan saturasi (VCE = VCC, IC = 0).
Transistor yang dikerjakan sebagai penguat bekerja pada daerah garis beban DC antara cut
off dan saturasi dan titik perpotongannya dengan garis IB disebut titik Q (quiescent point),
atau titik kerja, atau titik stasioner, atau titik tengah. Ayunan amplitudo sinyal ac tidak
boleh mendorong transistor pada titik cut off atau saturasinya.
2. Rangkaian Dasar Penguat.
a. Penguat Tunggal Emitor
b. Penguat Tunggal Basis
c. Penguat Tunggal Kolektor

a. Common Base

(Common Emitor Amplifier)
(Common Base Amplifier)
(Common Colector Amplifier)

b. Common Emitor
Gbr.6. Rangkaian Dasar Penguat

73

c. Common Colector

Common artinya dipakai bersama-sama. Contoh Common Emitor, berarti kaki emitor dipakai
bersama-sama baik untuk input maupun output.
F. Common Emitor Amplifier.
Penguat Common Emitor disebut juga penguat universal karena paling banyak digunakan untuk
rangkaian penguat.
Pada penguat emitor bersama :
- input
 Basis-Emitor
- output  Collector-Emitor
- Emitor dipakai bersama-sama baik untuk input maupun output.
Tr sebagai penguat dikerjakan pada daerah aktif (tidak boleh cut off atau saturasi) dengan cara
diberi tegangan bias sbb :
-

BE dibias maju (forward)
CB dibias mundur (reverse)
CE di beri tegangan di bawah tegangan patah (breakdown)

Pemberian tegangan bias ini pada prinsipnya untuk menentukan titik Q di tengah garis beban
DC.
Berdasarkan rangkaiannya pada Common Emitor terdapat beberapa cara pemberian tegangan
bias, yaitu :
a. Base Bias (Fixed Bias / Bias Tetap)
Sifat : -

peka terhadap perubahan βdc (hFE)
untuk rangkaian saklar

+Vcc
VRB

Vcc = VRC + VCE
RC = VRC / IC
= (Vcc – VCE ) / IC

VRC
IC

VBE

= hFE . IB

 IC = ½ IC max

Vcc = VRB + VBE
 VCE = ½ Vcc
RB = VRB/IB
= Vcc – VBE / IB
(VBE = 0,7V atau 0,3V)

VCE

Gbr.7. Fixed Bias
Cara menggambar Garis Beban DC dan Titik Q
 VCE = VCC
IC = 0

V
≈
0,
IC = VCC/RC,
CE
o
 VCE = VCC – I.RC, IC = VCC – VBE / RB
o
IB = IC/hFE
Untuk meniadakan efek ICBO  VBB >> ICBO . RB
o

Tentukan titk cut off
Tentukan titik saturasi
Tentukan titk Q

Transistor Sebagai Saklar

74

Transistor yang dikerjakan sebagai saklar hanya bekerja pada titik cutoff (kondisi OFF)
atau titik saturasi (kondisi ON).
Perubahan dari cut off ke saturasi cukup dengan memberi tegangan rendah antara kaki
BE sehingga dapat menghasilkan arus listrik yang cukup besar pada kaki kolektor.
+Vcc

IRL

IC
VRB

VRC

(RL)

IB
VBE

VCE

(Tr)

-

Gbr.8. Transistor Sebagai Saklar
RB berfungsi membatasi arus IB sehingga tidak merusak transistor. Arus IB akan
menentukan apakah pada RC atau RL (R beban) terjadi arus atau tidak. Beban RL bisa
diganti dengan lampu atau relay.
1. Kondisi Cut Off /menyumbat (Saklar Off/terbuka).
Bila RB sangat besar maka IB kecil akibatnya VBE rendah, jika kurang dari tegangan
kerja transistor (0,6-Si atau 0,2-Ge)) maka tidak cukup untuk membangkitkan arus
kolektor (IC atau IRL = 0 A). Hal ini seolah-olah kaki CE terputus/membuka.
Karena IC = 0A, maka RL tidak dialiri arus listrik (VRL = 0V, VCE = Vcc). Jika RL
diganti sebuah lampu, dapat dipastikan lampu padam.
Kesimpulan :

jika VBE = 0V (rendah), maka :
o VCE = Vcc (tinggi)
o VRL = 0V, IC = 0A
o Lampu padam

2. Kondisi Saturasi/Jenuh (Saklar ON/tertutup).
Bila RB relatif kecil maka IB cukup besar untuk membuat VBE menjadi lebih besar dari
tegangan kerja transistor sehingga mengalirlah arus kolektor (I C atau IRL = maks), hal
ini seolah-olah kaki CE tertutup.
Karena IC = maks, maka RL dialiri arus listrik (VRL = Vcc, VCE = 0V). Jika RL diganti
sebuah lampu, dapat dipastikan lampu menyala.

Kesimpulan :

jika VBE = (tinggi) atau VBE > tegangan kerja :
o VCE = 0 V (rendah)
o VRL = Vcc, IC = maks. ( IC = Vcc / RC)
o Lampu menyala

75

Pengembangan transistor sebagai saklar.
Transistor sebagai saklar menjadi dasar dari rangkaian digital yang hanya mengena
kondisi 1 atau On dan 0 atau Off. Yang perlu diperhatikan arus beban (IRL) tidak boleh
mele-bihi batas maksimum arus transistor (ICmaks).
Desain Rangkaiannya :
-

Perhatikan batas kemampuan Tr dengan melihat data book.
Contoh : Tr BC 108, UCE = 20V, Icmaks = 100mA, hFE = 100.
Berdasarkan data tsb. RL atau beban tidak boleh menyebabkan arus mengalir melebihi
IC maks (100mA) dan beban yang dikontrol bertegangan kerja di bawah 20V.

-

Mencari nilai RB.
Untuk mencari nilai RB, carilah nilai IB dengan persamaan :
IC
IB =

IB = 100mA/100
IB = 1mA

hFE
VRB


RB =
IB

VRB = Vcc - VBE
= 12 V – 0,6 V
= 11,4 V

= 11,4 V / 1.10-3 A
= 11,4 KΏ ≈ 12 KΏ
Rangkaian dapat dikembangkan seperti gambar di bawah menjadi sebuah rangkaian
untuk menyalakan lampu yang dikontrol oleh cahaya. VR1 berfungsi mengatur kepekaan
LDR. Sifat LDR jika terkena cahaya tahanannya mengecil. Tahanan LDR akan
mempengaruhi tegangan VBE. Bila ingin dikembangkan untuk daya yang lebih besar,
beban lam-pu diganti dengan relay sebagai saklar untuk daya yang lebih besar.

+ 12V

+ 12V

AC 220V

Gbr.9. Pengembangan Tr Sebagai Saklar

b. Self Bias (Bias Sendiri)

76

Sifat :

-

tanggapan frekuensi rendah
agak peka terhadap perubahan βdc (hFE)
untuk penguat sinyal lemah.
Vcc – VCE
 RB = hFE.RC

RC =

+ Vcc

IC
VC

VCE - VBE
RB =
IB

VCE

Gbr.10. Self Bias
c. Voltage Devider Bias
Sifat :

-

kondisi kerjanya stabil
untuk penguat-penguat keperluan umum (general purpose amplifier)
output berlawanan fase dengan input
+ Vcc

VR2 menjadi sumber tegangan thevenin bagi B Tr
(VR2 = VTH)
R2
VTH =

x Vcc

RTH = R1 // R2

R1 + R2
VE ≤ 10% Vcc, IR1≥10IB, IR1≈IR2, IC=hFE.IB
R1 = (Vcc – VB)/IR1,
R2 = VB/IR2, RC = (Vcc – Vc)/IC
- Cut off

VCE = VCC
- Saturasi 
IC = VCC / ( RC + RE )
Gbr.11. Voltage Devider
Bias
Ayunan sinyal input diharapkan tidak melebihi batas cut off atau saturasi, shg sinyal output
tidak cacat atau berubah bentuk.
IC

Output

.

.

IB
titik Q

.

VCE

Input

Gbr.12. Hubungan Sinyal Input (ib) dengan Sinyal Output (ic)

77

Stabilisasi RE
Komponen RE berfungsi sebagai stabilisasi untuk memantapkan kerja transistor.
a. Tanpa RE
Seperti sudah disebutkan pada prinsip kerja Tr, pada loop kaki CB terjadi arus bocor ICBO
yang berbanding lurus dengan kenaikan suhu Tr. Jika I B naik karena terdapat ICBO, maka
IC juga naik, kenaikan IC menyebabkan suhu Tr naik, akibatnya ICBO naik. Karena
pengaruh ICBO maka IB naik lagi, IC pun naik lagi, suhu ikut naik lagi, dan ICBO naik, IB
naik, dst secara berantai akibatnya Tr sangat panas dan pada akhirnya rusak.
b. Dengan RE
Jika IB naik karena pengaruh ICBO, maka IC naik. Kenaikan IC menyebabkan kenaikan pada
tegangan RE (VRE). Karena VBE = VB-VRE, maka jika VRE naik, VBE turun, penurunan VBE
menyebabkan IB turun (tidak jadi naik), IC pun tidak jadi naik (stabil).
Persamaan-persamaan untuk analisa Penguatan Dinamis yaitu penguatan untuk sinyal ac tanpa
komponen C paralel dengan RE:
a. Penguatan Tegangan (-Av).
Untuk common emitor Vo berlawanan fase trhadap Vi
Vo

Rc

-Av =

atau

- Av =

Vi
Jika dalam satuan dB :

RE
- Vo

Av = 20 log

tanda (-) artinya Vo berbeda fase
180o terhadap Vi

…….dB
Vi

b. Penguatan Arus (hfe)
iout
Ai =

R2
atau

iin
b. Impedansi Input (Zin)

Ai =
RE

Vi
Zi =
iin
c. Impedansi Output (Zo)
Zo = Rc

BASIS
EMITOR
COLLECTOR
Untuk common collector maupun common
base tidak dibahas
secara khusus,
tetapi di bawah ini
Input
Emitor
Basis
Basis
adalah perbandingan antara ke tiga jenis penguat tersebut.
Output
Penguatan Arus (A I)
Penguatan Tegangan (A V)
Hubungan Vo dengan Vi
Impedansi Input (Zi) Ώ
Impedansi Output (Zo)Ώ
Penerapan

Kolektor
?1
>1
Sephasa
Kecil, sekitar 100
Besar, sekitar78
1M
Osilator Frek. Tinggi

Kolektor
Emitor
>1
>1
>1
?1
Berlawanan Phasa
Sephasa
Sedang, sekitar 2 K Besar, sekitar 20 K
Sedang, sekitar 10 K Kecil, sekitar 100
Penguat Frek. Audio Buffer/Penyangga
Penguat Frek. Tinggi Voltage Regulator

79