MAKALAH TRANSISTOR BIPOLAR

TRANSISTOR BIPOLAR
Transistor merupakan Divais semikonduktor yang diklasifikasikan dalam 2 pembagian besar, yaitu: Bipolar Juction Transistor (BJT) atau biasa disebut dengan Transistor bipolar dan Field Effect Transistor (FET) atau Transistor unipolar. Pada umumnya, Transistor digunakan untuk: (1) sebagai saklar, (2) pembentuk sinyal dan (3) penguat. Contoh sebuah Transistor tampak pada Gambar 1.

Gambar 1. Transistor Bipolar
Terdapat dua jenis kontruksi dasar Transistor bipolar, yaitu jenis NPN dan jenis PNP. Untuk jenis NPN, Transistor terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Dari pembuatan ini, maka terdapat 2 persambungan (junction) antara semikonduktor tipe n dan tipe p. Persambungan ini memiliki sifat dan karakteristik seperti Dioda biasa. Karena alasan sejarah pembuatannya, bagian di tengah disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut “emitor” (emitter) dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector). Bagian Emiter yang merupakan bagian sedang dalam transistor didoping sangat banyak, Basis yang merupakan bagaian paling tipis didoping dengan konsentrasi sedikit sekali, dan Kolektor yang merupakan bagian terbesar dalam transistor didoping sedang.Tingkat Doping dan pembagian ini akan bermanfaat untuk mendukung fungsi dan cara kerja Transistor. Tanda panah pada simbol Transistor menunjukkan kaki emitor dan titik dari material tipe-p ke material tipe-n.

Arus bias
Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CE (Common Emitter), CC (Common Collector) dan CB (Common Base). Namun saat ini akan lebih detail dijelaskan bias transistor rangkaian CE. Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. Tentu untuk aplikasi pengolahan sinyal frekuensi audio semestinya tidak menggunakan transistor power, misalnya.
Arus Emiter
Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Jika teorema tersebut diaplikasikan pada transistor, maka hukum itu menjelaskan hubungan :
IE = IC + IB ........(1)


Gambar-1 : arus emitor
Persamanaan (1) tersebut mengatakan arus emiter IE adalah jumlah dari arus kolektor IC dengan arus base IB. Karena arus IB sangat kecil sekali atau disebutkan IB << IC, maka dapat di nyatakan :
IE = IC ..........(2)
Alpha ()
Pada tabel data transistor (databook) sering dijumpai spesikikasidc (alpha dc) yang tidak lain adalah :
dc = IC/IE ..............(3)
Defenisinya adalah perbandingan arus kolektor terhadap arus emitor.
Karena besar arus kolektor umumnya hampir sama dengan besar arus emiter maka idealnya besardc adalah = 1 (satu). Namun umumnya transistor yang ada memilikidc kurang lebih antara 0.95 sampai 0.99.
Beta ()
Beta didefenisikan sebagai besar perbandingan antara arus kolektor dengan arus base.
 = IC/IB ............. (4)
Dengan kata lain, adalah parameter yang menunjukkan kemampuan penguatan arus (current gain) dari suatu transistor. Misalnya jika suatu transistor diketahui besar=250 dan diinginkan arus kolektor sebesar 10 mA, maka berapakah arus bias base yang diperlukan. Tentu jawabannya sangat mudah yaitu :

IB = IC/ = 10mA/250 = 40 uA

Arus yang terjadi pada kolektor transistor yang memiliki  = 200 jika diberi arus bias base sebesar 0.1mA adalah :
IC = IB = 200 x 0.1mA = 20 mA
Dari rumusan ini lebih terlihat defenisi penguatan arus transistor, yaitu sekali lagi, arus base yang kecil menjadi arus kolektor yang lebih besar.
Common Emitter (CE)
Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.


Gambar-2 : rangkaian CE

Kurva Base
Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :
IB = (VBB - VBE) / RB ......... (5)
VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari VBE. Sehingga arus IB mulai aktif mengalir pada saat nilai VBE tertentu.

Gambar-3 : kurva IB -VBE
Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan VBE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal VBE = 0 volt. Sampai disini akan sangat mudah mengetahui arus IB dan arus IC dari rangkaian berikut ini, jika diketahui besar  = 200

Gambar-4 : rangkaian-01
IB = (VBB - VBE) / RB
= (2V - 0.7V) / 100 K
= 13 uA
Dengan  = 200, maka arus kolektor adalah :
IC = IB = 200 x 13uA = 2.6 mA
Kurva Kolektor
Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base IB, arus kolektor IC dan tegangan kolektor-emiter VCE. Dengan mengunakan rangkaian-01, tegangan VBB dan VCC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut telah diplot beberapa kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana arus IB dibuat konstan.

Gambar-5 : kurva kolektor
Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.
Daerah Cut-Off
Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.

Gambar-6 : rangkaian driver LED
Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan  = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate) dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RL yang dipakai.
IC = IB = 50 x 400 uA = 20 mA
Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.
RL = (VCC - VLED - VCE) / IC
= (5 - 2.4 - 0)V / 20 mA
= 2.6V / 20 mA
= 130 Ohm