Tugas Pendahuluan Modul 2

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Soal

2. Prinsip kerja

3. Video Simulasi

4. Download File  

1. Soal[Kembali]

1. Apa yang dimaksud dengan transistor? 

Jawab: 

Transistor adalah sebuah perangkat semikonduktor yang digunakan dalam rangkaian elektronika untuk mengatur aliran arus dan tegangan yang memiliki berbagai fungsi, termasuk sebagai penguat sinyal, pemutus dan penyambung arus, modulator sinyal, dan stabilisator tegangan. Transistor umumnya memiliki tiga terminal, yaitu Basis, Emitor, dan Kolektor, dan ada berbagai jenis transistor, termasuk Bipolar (BJT), Field Effect (FET), Single Electron, Insulated Gate Bipolar, dan Giant Transistor (GTR).

2. Apa perbedaan antara transistor PNP dan NPN? 

Jawab: 

NPN	PNP
Arus mengalir dari terminal kolektor ke terminal emitor jika pada basisnya diberikan muatan positif.	Arus mengalir dari terminal emitor ke terminal kolektor ketika basisnya diberikan muatan negatif.
Tegangan positif (+) akan selalu terhubung dengan kaki kolektor dan tegangan negatif (-) akan terhubung dengan kaki emitor.	Tegangan positif (+) akan selalu terhubung dengan kaki emitor dan tegangan negatif (-) akan terhubung dengan kaki kolektor.
Transistor NPN akan mengeluarkan arus negatif pada kaki kolektor ketika dalam keadaan aktif.	Transistor PNP akan mengeluarkan arus positif pada kaki kolektor ketika dalam keadaan aktif.
Transistor jenis NPN akan aktif jika pada kaki basis-nya diberikan arus positif.	Transistor PNP akan aktif jika pada kaki basis-nya diberikan arus negatif.
Transistor NPN mempunyai dua blok material semikonduktor tipe N dan satu blok material semikonduktor tipe P.	Transistor jenis PNP mempunyai dua blok material semikonduktor tipe P dan satu blok material semikonduktor tipe N.

3. Jelaskan prinsip kerja dari transistor! 

Jawab: 

a. Prinsip kerja transistor PNP

Arus mengalir dari emitor menuju kolektor. Dibandingkan NPN, pada PNP terjadi hal sebaliknya ketika arus mengalir pada kaki basis, maka transistor tidak bekerja. Arus akan mengalir apabila kaki basis diberi sambungan ke ground (-) hal ini akan menginduksi arus pada kaki emitor ke kolektor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari emitor ke kolektor. Penggunaan transistor jenis ini mulai jarang digunakan. Dibanding dengan NPN, transistor jenis PNP mulai sulit ditemukan dipasaran. Transistor jenis PNP adalah transistor negatif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus negative (-).

b. Prinsip kerja transistor NPN

Prinsip kerja transistor NPN adalah arus mengalir dari kolektor menuju emitor. Jika basis dihubungkan diberi tegangan maka arus basis harus lebih kecil dari arus yang mengalir dari kolektor ke emitor. Untuk mengalirkan arus tersebut dibutuhkan sambungan ke sumber positif (+) pada kaki basis. Ketika basis diberi tegangan, hingga dititik saturasi, maka akan menginduksi arus dari kaki kolektor ke emitor. Dan transistor akan aktif jika arus yang melalui basis berkurang, maka arus yang mengalir pada kolektor ke emitor akan berkurang, hingga titik cutoff. Penurunan ini sangatlah cepat karena perbandingan penguatan yang terjadi antara basis dan kolektor melebihi 200 kali. Transistor jenis NPN adalah transistor positif dimana akan dapat bekerja mengalirkan arus listrik jika basis dialiri arus positf (+).

4. Jelaskan jenis-jenis daerah operasi transistor! 

Jawab: 

•  Daerah cutoff

Dalam daerah cutoff, transistor mengalami keadaan di mana tegangan di emitter lebih besar daripada di basis, yang dapat diungkapkan sebagai VB < VE atau VBE < 0,6 V. Hal ini menunjukkan bahwa transistor berada dalam kondisi off, dengan junction basis-emitor dalam mode bias mundur. Selanjutnya, tegangan di kolektor lebih besar daripada di basis, sehingga junction basis-kolektor juga dalam keadaan bias mundur.

Ketika kedua junction dalam kondisi bias mundur, transistor berada dalam keadaan cutoff atau mati. Pada saat cutoff, tegangan kolektor-emitor sama dengan tegangan pasokan kolektor (VCC), yang dapat dinyatakan sebagai VCE = VCC. Selama kondisi ini, arus yang mengalir melalui kolektor sangat mendekati nol (sekitar 0 A atau bahkan dalam rentang nano ampere) meskipun mungkin ada tegangan kecil di kolektor. 

•  Daerah aktif

Ketika transistor beroperasi dalam daerah aktif, kondisinya adalah ketika tegangan di basis melebihi tegangan di emitir, yang dapat dinyatakan sebagai VB > VE, dan VBE harus setidaknya 0,6 V atau lebih besar, bisa dituliskan sebagai VBE ≥ 0,6 V. Ketika semua kondisi ini terpenuhi, transistor berada dalam daerah aktif. Ini berarti bahwa junction emitir-basis mengalami bias maju, sementara junction basis-kolektor berada dalam bias mundur.

Dalam daerah aktif, tegangan kolektor-emitir (VCE) berada dalam kisaran antara 0 dan tegangan pasokan kolektor (VCC), yang dapat dinyatakan sebagai 0 < VCE < VCC. Ini menunjukkan bahwa transistor berfungsi dengan baik dan dapat digunakan untuk mengatur arus dan tegangan dalam berbagai aplikasi elektronika.

 

• Daerah saturasi

Ketika transistor berada di daerah saturasi tegangan basis lebih besar daripada tegangan di emitor atau VB > VE. Dengan demikian, basis-emitor dalam mode bias maju. Sementara itu, pada basis memiliki tegangan lebih besar dari kolektor atau VB > VC. Artinya, basis-kolektor juga dalam mode bias maju. Dalam daerah saturasi VCE = 0.

 

 

•  Breakdown

Daerah breakdown adalah suatu kondisi yang harus dihindari dalam operasi transistor, karena dapat menyebabkan kerusakan dan ketidakstabilan dalam rangkaian elektronik. Ini adalah area di mana transistor tidak dapat beroperasi dengan benar dan melebihi batas-batas tegangan yang didefinisikan dalam datasheet transistor. Ketika tegangan kolektor-emosi (VCE) melebihi nilai tertentu sesuai datasheet, transistor dapat mengalami breakdown. Hal ini menyebabkan arus kolektor yang tinggi dan berpotensi merusak transistor atau menyebabkan kegagalan operasional.

5. Jelaskan jenis-jenis bias transistor!

Jawab: 

• Fixed bias

Bias titik tetap, yang juga dikenal sebagai fixed bias, adalah metode bias transistor di mana titik kerja transistor ditetapkan oleh sumber tegangan eksternal yang memiliki nilai tetap. Ini adalah jenis bias yang sederhana dan sering digunakan dalam berbagai aplikasi elektronika. Dalam fixed bias, transistor dihubungkan ke sumber tegangan konstan melalui resistor pada terminal basis (RB). Sayangnya, metode ini tidak memiliki mekanisme kompensasi untuk mengatasi perubahan suhu atau variasi karakteristik transistor, sehingga perlu diperhatikan dalam perancangannya agar tetap stabil dalam berbagai kondisi operasi.

• Self bias  

Self bias adalah jenis bias transistor yang menggunakan resistor emitter (RE) untuk menghasilkan tegangan basis-emitter yang konsisten. Dalam bias self, resistor emitter (RE) terhubung ke terminal emitter transistor dan biasanya memiliki nilai yang lebih besar daripada resistor basis (RB). Prinsip ini menyebabkan tegangan basis-emitter tetap sekitar 0,6 hingga 0,7 Volt (untuk transistor silikon), yang berkontribusi pada stabilitasnya dibandingkan dengan fixed bias. Namun, walaupun self bias lebih stabil, masih memiliki kerentanan terhadap perubahan suhu yang perlu diperhatikan.

• Voltage divider bias

Bias pemisah tegangan, yang juga disebut sebagai voltage divider bias, merupakan metode bias transistor yang menggunakan dua resistor untuk mengontrol titik kerja transistor. Pada bias ini, transistor terhubung ke sumber tegangan melalui dua resistor, yaitu resistor basis (RB) dan resistor kolektor (RC). Nilai-nilai RB dan RC dipilih dengan hati-hati agar memastikan transistor beroperasi pada titik kerja yang stabil sesuai dengan kebutuhan aplikasi.

Salah satu keunggulan dari metode ini adalah kemampuannya untuk memberikan stabilitas yang baik terhadap variasi suhu dan karakteristik transistor. Namun, ada kelemahan yang perlu diperhatikan dalam voltage divider bias. Salah satunya adalah pemborosan daya pada resistor kolektor (RC), yang dapat menjadi signifikan terutama dalam aplikasi dengan daya tinggi. Oleh karena itu, pemilihan nilai resistor RB dan RC harus dilakukan dengan cermat untuk mengimbangi antara stabilitas dan efisiensi daya dalam operasi transistor.

2. Prinsip Kerja[Kembali]

1. Fixed Bias

Rangkaian fixed bias diatas menggunakan V_CC sebesar 12 V dan resistor R1 serta R2 dengan resistansi yang sama, yaitu 10 kΩ, memiliki prinsip kerja yang menciptakan kondisi operasi transistor yang stabil. Dalam rangkaian ini, R1 dan R2 berperan dalam membagi tegangan V_CC sehingga arus basis transistor terjaga dengan baik. Dari input V_CC sebesar 12 V, arus akan mengalir melalui R1, pada R1 terukur arus sebesar 1,13 mA, lalu ke kaki base, pada kaki base terukur I_B sebesar 1,13 mA, kemudian ke kaki emitter yang arusnya terukur sebesar 2,33 mA dan menuju ground. Tegangan basis-emitter (V_BE) terukur sebesar 0.71 V, yang mengindikasikan bahwa transistor dalam keadaan jenuh. 

Transistor dalam keadaan jenuh (saturated) adalah kondisi di mana transistor bipolar (baik tipe NPN maupun PNP) telah mencapai tingkat konduktivitas penuh. Dalam kondisi ini, transistor berperan sebagai saklar yang sepenuhnya aktif dan memungkinkan aliran arus antara kaki kolektor (C) dan kaki emitor (E) tanpa hambatan berarti. 

Arus juga akan mengalir melalui R2, terukur arus pada R2 sebesar 1,20 mA, lalu menuju kaki kolektor kemudian ke kaki emitter dan terakhir menuju ground. Pada kaki kolektor terukur I_C sebesar 1,20 mA. Kemudian pada kaki emitter terukur I_E sebesar 2.33 mA dan tegangan pada kolektor-emitter (V_CE) terukur sebesar 0,03 V.

Berdasarkan gambar rangkaian di atas, Transistor diberi bias tetap, besarnya arus, arus kolektor, tegangan antara colektor emitor, arus emitor dapat dicari dengan rumus perhitungan sebagai berikut:

2. Self Bias

Dalam rangkaian ini, tegangan Vcc sebesar 12 V disalurkan melalui resistor R1 yang terhubung ke kaki basis transistor, dan melalui resistor R2 yang terhubung ke kaki kolektor transistor. Prinsip kerja rangkaian self bias ini didasarkan pada pembagian tegangan dan pembagian arus antara elemen-elemen dalam rangkaian.

Arus mengalir melalui R1 lalu ke kaki base kemudian ke  kaki emitter lalu melalui R3 dan menuju ground. Pada R1 terukur arus sebesar 0.36 mA, dan ini juga merupakan nilai arus basis transistor (I_B). Tegangan basis-emitor (V_BE) terukur sebesar 0.67 V. Ini mengindikasikan bahwa transistor dalam keadaan jenuh. 

Rangkaian self bias ini juga melibatkan resistor R2 yang terhubung ke kaki kolektor transistor. Arus yang mengalir melalui R2 terukur sebesar 0.42 mA dan ini juga merupakan nilai arus kolektor transistor (I_C). Selanjutnya arus mengalir melalui kaki emitter lalu keresistor R3 dan ke ground, pada R3 terukur arus sebesar 0.78 mA. Ini juga merupakan arus emitter (I_E) transistor. Dengan menggunakan nilai I_E, kita dapat menghitung arus basis (I_B) dengan rumus I_B = I_E - I_C, diperoleh hasil 0.36 mA, sesuai dengan pengukuran sebelumnya. Tegangan kolektor-emitor (V_CE) terukur sebesar 0.03 V.  

3. Voltage Divider Bias

Dari input Vcc sebesar 12 V akan mengalir arus melalui R1, pada R1 terukur arus sebesar 0,60 mA, kemudian dari R2 terdapat dua percabangan arus, yang pertama mengalir ke kaki basis, pada kaki basis terukur arus sebesar  4.3 μA, lalu ke kaki emitter lalu melalui R3, pada R3 terukur arus sebesar  0,53 mA, kemudian menuju ground. Percabangan kedua, dari R1 arus melalui R4 lalu menuju ground. Pada R4 terukur arus sebesar 0,60mA. Arus Vcc juga akan mengalir melalui R2, terukur arus sebesar 0,53 mA, kemudian ke kaki kolektor, lalu ke kaki emitter, lalu ke R3 dan menuju ground. pada R3 terukur arus sebesar 0,53 mA.

3. Video Simulasi[Kembali]

1. Fixed Bias

 

2. Self Bias 

3. Voltage Divider Bias

4. Download File[Kembali]

Download rangkaian fixed bias [Download]

Download rangkaian self bias [Download]

Download rangkaian voltage divider bias [Download]

Download video rangkaian fixed bias [Download]

Download video rangkaian self bias [Download] 

Download video rangkaian voltage divider bias [Download]

Download datasheet transistor 2N3904 [Download]