Pengertian, Fungsi, dan Cara Kerja Transistor BJT Adalah?

Bipolar junction transistor adalah salah satu jenis transistor bipolar yang bekerja pada daya tinggi. Namun sebelum itu, mari kita mengenal apa itu transistor. Transistor adalah komponen aktif tiga terminal yang dibuat dari material semikonduktor berbeda yang dapat bergerak sebagai isolator atau konduktor sesuai sinyal tegangan rendah yang diberikan. Kemampuan transistor adalah mengubah kedua sifat ini menggunakan dua fungsi dasar: “pensaklaran” (elektronika daya) atau “penguatan” (elektronika analog).

Tujuan dari post ini adalah memahami dengan baik pengertian transistor BJT adalah apa, fungsi transistor BJT, dan cara kerja transistor BJT, dan ada beberapa contoh soal transistor BJT secara tersirat.

Transistor BJT Adalah

Bipolar junction transistor atau transistor BJT adalah komponen semikonduktor yang memiliki fungsi sebagai saklar atau penguat. Jika kita menggabungkan dua dioda saling berurutan,maka kita akan memperoleh dua junction PN yang terhubung secara seri yang memiliki terminal P atau N yang sama.Gabungan dari dua dioda ini menghasilkan tiga lapisan, dua junction, tiga terminal sebagai bentuk dasar Bipolar Junction Transistor atau transistor BJT yang kita kenal.

Bentuk dasar transistor BJT ini adalah jalur mudah bagi kita untuk memahami cara kerja dan fungsi transistor BJT.

Transistor bipolar memiliki kemampuan untuk beroperasi dalam tiga daerah dan juga akan menjadi prinsip cara kerja transistor BJT:

  • Daerah aktif = transistor beroperasi sebagai penguat (amplifier) dan Ic = β*Ib 
  • Daerah saturasi = transistor “sepenuhnya ON” beroperasi sebagai saklar dan Ic = I(saturasi)
  • Daerah cut-off = transistor “sepenuhnya OFF” beroperasi sebagai saklar dan Ic = 0

Konstruksi dasar Transistor Bipolar terdiri dari dua PN-junction yang menghasilkan tiga terminal penghubung dengan masing-masing terminal diberi nama untuk mengidentifikasinya dari dua lainnya. Ketiga terminal ini masing-masing dikenal dan diberi label sebagai Emitter (E), Base (B) dan Collector (C).

Transistor Bipolar adalah komponen yang memiliki fungsi sebagai pengatur arus yang mengontrol jumlah arus yang mengalir terminal Emitter ke Collector sebanding dengan jumlah tegangan bias yang diberikan ke terminal Base, sehingga bertindak seperti saklar yang dikendalikan arus. Karena arus kecil yang mengalir ke terminal basis mengontrol arus kolektor yang jauh lebih besar yang membentuk dasar aksi transistor.

Prinsip operasi dari dua jenis transistor PNP dan NPN, sama persis dengan satu-satunya perbedaan adalah pada biasnya dan polaritas catu daya untuk masing-masing jenis.

Konstruksi Transistor BJT

Kita perlu memperhatikan konstruksi transistor BJT untuk dapat memahami fungsi dan cara kerja bipolar junction transistor atau transistor BJT karena hal ini berhubungan dengan fungsi dan cara kerja transistor BJT. Simak ketiga gambar di bawah:

Konstruksi transistor bjt
Sumber: electronic-tutorials.ws

Simbol transistor BJT untuk rangkaian listrik dan konfigurasi untuk transistor bipolar PNP dan NPN dapat dilihat pada gambar di atas. Tanda panah menunjukkan simbol arus pada rangkaian antara terminal Base dan Emitter. Arah panah selalu mengarah keluar dari daerah tipe-P positif ke daerah tipe-N negatif untuk kedua jenis transistor, persis sama dengan simbol dioda standar.

Cara Kerja Transistor BJT

Sebenarnya cara kerja transistor BJT sangatlah sederhana, dapat digunakan sebagai saklar atau sebagai penguat. Tetapi untuk pemahaman dasar mari kita mulai dengan bagaimana transistor BJT memiliki fungsi sebagai saklar bekerja di suatu rangkaian. Kerja khas transistor PNP BC558 ditunjukkan di bawah ini, Selain itu, BC547, 2N2222, BC557 adalah beberapa di antara transistor populer yang paling umum digunakan.

cara kerja transistor bjt
Sumber: components101.com

Seperti yang dapat kita lihat di atas, ketika tegangan kontrol diberikan ke terminal base, arus base (Ib) yang diperlukan mengalir ke terminal base yang dikendalikan oleh resistor base. Arus ini menyalakan transistor (saklar tertutup) dan memungkinkan arus mengalir dari collector ke emitter. Arus ini disebut arus collector (Ic) dan tegangan yang melintasi collector dan emitter disebut Vbe.

Seperti yang kita lihat pada gambar, kita dapat menggunakan tegangan level rendah seperti 5V untuk menggerakkan beban tegangan lebih tinggi dari 12V menggunakan transistor ini.

Sekarang untuk teori cara kerja transistor BJT, pertimbangkan transistor NPN, persimpangan BE bias maju dan junction CB bias balik. Lebar daerah penipisan pada Persimpangan CB lebih tinggi jika dibandingkan dengan daerah penipisan pada Persimpangan BE. Ketika persimpangan BE bias maju, itu mengurangi potensial penghalang, oleh karena itu elektron mulai mengalir dari emitor ke basis. Kalian dapat menemukannya di Wira Electrical.

Daerah base sangat tipis dibandingkan dengan daerah lain, oleh karena daerah base hanya terdiri dari jumlah lubang yang sangat sedikit, elektron yang mengalir dari emitter akan bergabung kembali dengan lubang yang ada di daerah base dan mulai mengalir keluar dari wilayah base dalam bentuk arus base. Sejumlah besar elektron yang tersisa akan bergerak melintasi junction collector “reverse-biased” (bias balik) dalam bentuk arus collector. Dan seperti itulah cara kerja transistor BJT.

cara kerja transistor bjt
Sumber: components101.com

Berdasarkan Hukum Arus Kirchoff, kita dapat membingkai persamaan arus sebagai

Ie = Ib + Ic

Dimana, Ie, Ib, dan Ic masing-masing merupakan arus emitter, base, dan collector. Di sini arus base akan sangat kecil jika dibandingkan dengan arus emitter dan collector, oleh karena itu, Ie ~ Ic

Demikian pula, ketika kita akan menggunakan transistor PNP, transistor BJT tetap akan beroperasi dengan cara kerja yang sama seperti transistor NPN, tetapi dalam transistor NPN pembawa muatan sebagian besar merupakan lubang (partikel bermuatan positif) tetapi dalam transistor NPN pembawa muatan adalah elektron (partikel bermuatan negatif).

Konfigurasi Transistor BJT

Karena Transistor BJT adalah komponen tiga terminal, pada dasarnya ada tiga cara yang mungkin untuk menghubungkannya dalam rangkaian elektronik dengan satu terminal yang umum untuk input dan output. Setiap metode rangkaian merespons secara berbeda terhadap sinyal inputnya dalam suatu rangkaian karena karakteristik statis dari transistor berbeda dengan setiap pengaturan rangkaian. Menggunakan konfigurasi berbeda akan berakibat cara kerja dan fungsi dari transistor BJT akan menjadi berbeda.

  • Konfigurasi transistor BJT Common Base = memiliki Voltage Gain (penguatan tegangan) tanpa Current Gain (penguatan arus)
  • Konfigurasi transistor BJT Common Emitter = memiliki Voltage Gain (penguatan tegangan) dan Current Gain (penguatan arus)
  • Konfigurasi transistor BJT Common Collector = memiliki Current Gain (penguatan arus) tanpa Voltaget Gain (penguatan tegangan)

Konfigurasi Transistor BJT Common Base

Cara kerja transistor BJT khusus untuk konfigurasi Common-Base dapat disimpulkan dari namanya sendiri. Konfigurasi Common Base atau yang dapat disebut juga grounded base, koneksi BASE digunakan bersama untuk sinyal input DAN sinyal output. Sinyal input diberikan antara terminal base dan terminal emitter, sedangkan sinyal output yang dihasilkan akan diambil dari antara terminal base dan terminal collector seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah. Terminal base akan dihubungkan dengan ground atau dapat dihubungkan dengan titik tegangan referensi.

Arus input yang mengalir ke emitter cukup besar karena merupakan jumlah arus base dan arus collector secara berurutan. Oleh karena itu, arus output collector lebih kecil dari arus input emitter sehingga menghasilkan penguatan arus untuk jenis rangkaian "1" ini (kesatuan) atau kurang, dengan kata lain konfigurasi base umum "melemahkan" sinyal input.

Rangkaian Transistor BJT Common Base

Rangkaian di bawah adalah Transistor BJT Common Base,

transistor bjt common base
Sumber: electronic-tutorials.ws

Jenis konfigurasi transistor BJT tipe penguat ini adalah rangkaian penguat tegangan non-inverting (tanpa pembalikan), dimana tegangan sinyal Vin dan Vout berada dalam periode"sefase" atau memiliki fase yang sama, atau memiliki titik 0 di waktu yang sama. Jenis konfigurasi transistor BJT ini tidak terlalu sering digunakan karena karakteristik penguatan tegangannya yang luar biasa tinggi. Karakteristik inputnya mewakili dioda “forward-biased” atau “bias maju” sedangkan karakteristik output mewakili photodioda yang terkena cahaya.

Jenis konfigurasi transistor BJT ini juga memiliki rasio yang tinggi antara resistansi output terhadap resistansi input atau yang lebih penting resistansi "beban" (RL) terhadap resistansi "input" (Rin) yang menghasilkan nilai "Resistance Gain" atau penguatan resistansi. Kemudian penguatan tegangan (Av) untuk konfigurasi transistor BJT common-base dapat dihitung melalui rumus berikut:

Common Base Voltage Gain (Penguatan Tegangan Common Base)

Kita dapat menghitung penguatan tegangan yang dihasilkan dari konfigurasi transistor BJT common base dengan rumus:

gain transistor bjt common base

Dimana:

Ic/Ie adalah current gain (penguatan arus), alpha ( α ) dan RL/Rin adalah resistance gain (penguatan resistansi)

Rangkaian transistor BJT common base umumnya hanya digunakan pada rangkaian penguat satu tahap seperti penguat mikrofon pre-amplifier atau penguat frekuensi radio (Rƒ) karena memiliki respon frekuensi tinggi (High Frequency) yang sangat baik.

Konfigurasi Transistor BJT Common Emitter

Dalam konfigurasi transistor BJT Common Emitter atau grounded emitter, sinyal input diberikan antara base dan emitter, sedangkan output diambil dari antara collector dan emitter seperti yang ditunjukkan pada gambar rangkaian di bawah. Jenis konfigurasi ini adalah rangkaian yang paling umum digunakan untuk penguat berbasis transistor dan yang mewakili metode "normal" dari koneksi transistor bipolar.

Konfigurasi transistor BJT penguat common emitter menghasilkan penguatan arus dan daya yang tertinggi dari ketiga konfigurasi transistor bipolar. Hal ini khususnya disebabkan oleh impedansi input yang RENDAH karena terhubung ke junction PN bias maju (forward-biased), sedangkan impedansi keluaran TINGGI karena diambil dari junction PN bias balik (reverse-biased).

Rangkaian Penguatan Transistor BJT Common Emitter

Rangkaian di bawah adalah Transistor BJT Common Emitter,

transistor bjt common base
Sumber: electronic-tutorials.ws

Dalam jenis konfigurasi ini, arus yang mengalir keluar dari transistor harus sama dengan arus yang mengalir ke transistor karena arus emitter dinyatakan sebagai Ie = Ic + Ib.

Karena resistansi beban (RL) dihubungkan secara seri dengan collector, penguatan arus dari konfigurasi transistor Common Emitter cukup besar karena merupakan rasio Ic / Ib. Penguatan (Gain) arus transistor diberi simbol Yunani, Beta, (β).

Karena arus emitter untuk konfigurasi common emitter didefinisikan sebagai Ie = Ic + Ib, rasio Ic / Ie disebut Alpha, diberi simbol Yunani α.

Catatan: bahwa nilai Alpha akan selalu kurang dari satu.

Karena hubungan listrik antara ketiga arus, Ib, Ic, dan Ie ditentukan oleh konstruksi fisik transistor itu sendiri, setiap perubahan kecil pada arus base (Ib), akan menghasilkan perubahan yang jauh lebih besar pada arus collector (Ic) .

Kemudian, perubahan kecil pada arus yang mengalir pada base akan mengontrol arus di rangkaian emitter-collector. Biasanya, Beta memiliki nilai antara 20 dan 200 untuk sebagian besar transistor untuk fungsi yang umum. Jadi jika transistor memiliki nilai Beta misalnya 100, maka satu elektron akan mengalir dari terminal basis untuk setiap 100 elektron yang mengalir di antara terminal emitter-collector.

Common Emitter Current Gain (Penguatan Arus Common Emitter)

Dengan menggabungkan persamaan untuk Alpha, α dan Beta, β hubungan matematik antara nilai-nilai yang kita peroleh di atas, kita dapat menyatakan persamaan matematik dari penguatan arus (current gain) dari transistor sebagai berikut:

gain transistor common emitter

Dimana: “Ic” adalah arus yang mengalir ke terminal collector, “Ib” adalah arus yang mengalir ke terminal base dan “Ie” adalah arus yang mengalir keluar dari terminal emitter.

Kemudian untuk meringkas sedikit. Jenis konfigurasi transistor bipolar common-emitter ini memiliki: impedansi masukan, arus, dan penguatan daya yang lebih besar daripada konfigurasi common-base tetapi penguatan tegangannya jauh lebih rendah. Konfigurasi Common Emitter adalah rangkaian penguat pembalik (inverting amplifier). Ini berarti bahwa sinyal output yang dihasilkan memiliki pergeseran fasa 180o terhadap sinyal tegangan input.

Konfigurasi Transistor BJT Common Collector

Dalam konfigurasi Common Collector atau grounded collector, terminal collector terhubung ke ground melalui supply, sehingga terminal collector terhubung digunakan bersama untuk input dan output. Sinyal input dihubungkan langsung ke terminal base, sedangkan sinyal output diambil dari resistor beban emitter seperti yang ditunjukkan pada gambar rangkaian di bawah. Jenis konfigurasi ini biasa dikenal dengan rangkaian Voltage Follower atau Emitter Follower.

Konfigurasi Common Collector dan Emitter Follower sangat berguna untuk aplikasi penyesuaian impedansi karena impedansi input yang sangat tinggi, dalam rentang ratusan ribu Ohm sementara memiliki impedansi output yang relatif rendah.

Rangkaian Transistor BJT Common Collector

Rangkaian di bawah adalah Transistor BJT Common Collector,

transistor bjt common collector
Sumber: electronic-tutorials.ws

Konfigurasi Common Emitter memiliki penguatan arus (current gain) yang kira-kira sama dengan nilai β dari transistor itu sendiri. Namun dalam konfigurasi common collector, resistansi beban dihubungkan secara seri dengan terminal emitter sehingga arusnya sama dengan arus emitter.

Karena arus emitter adalah kombinasi dari collector DAN arus base yang digabungkan, resistansi beban dalam jenis konfigurasi transistor ini juga memiliki arus collector dan arus input dari base yang mengalir melaluinya. Kemudian current gain (penguatan arus) dari rangkaian diberikan sebagai:

Common Collector Current Gain (Penguatan Arus Common Collector)

Persamaan matematik untuk penguatan arus common collector adalah sebagai berikut,

gain transistor bjt common collector

Jenis konfigurasi transistor bipolar ini adalah rangkaian tanpa pembalikan (non-inverting) dimana tegangan sinyal Vin dan Vout "sefase" atau berada dalam fase yang sama atau memiliki titik nol pada waktu yang sama. Konfigurasi common collector memiliki penguatan tegangan sekitar "1" (penguatan kesatuan). Jadi tipe ini dapat dianggap sebagai buffer tegangan karena penguatan tegangan adalah satu.

Resistansi beban transistor common collector menerima arus base dan arus collector yang memberikan penguatan arus yang besar (seperti pada konfigurasi common emitter), sehingga memberikan penguatan arus yang baik dengan penguatan tegangan yang sangat kecil.

Setelah melihat tiga jenis konfigurasi transistor bipolar, sekarang kita dapat meringkas berbagai hubungan antara masing-masing transistor arus DC yang mengalir melalui setiap kaki dan keuntungan arus DC yang diberikan di atas dalam tabel berikut.

Hubungan Antara Arus DC Transistor BJT dan Penguatan

Perhatikan bahwa meskipun kita telah melihat konfigurasi Transistor Bipolar NPN di sini, transistor PNP sama validnya untuk digunakan di setiap konfigurasi karena kalkulasi semuanya akan sama, seperti untuk non-membalik (non-inverting) sinyal yang diperkuat. Satu-satunya perbedaan adalah polaritas tegangan dan arah arus.

hubungan transistor bjt
Sumber: electronic-tutorials.ws

Ringkasan Cara Kerja dan Fungsi Transistor Bipolar BJT

Untuk meringkas semua penjelasan dan persamaan mengenai cara kerja dan fungsi transistor BJT, kita dapat simak pada gambar di bawah,

konfigurasi transistor bjt
Sumber: electronic-tutorials.ws

Dan tabel di bawah,

perbandingan transistor bjt
Sumber: electronic-tutorials.ws


Iklan Atas Artikel

Iklan Tengah Artikel 1

Iklan Tengah Artikel 2

Iklan Bawah Artikel