Makalah Transistor Bipolar

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Pembahasan Transistor

Walter H. Brattain dan John Bardeen pada akhir Desember 1947 di Bell Telephone Laboratories berhasil menciptakan suatu komponen yang mempunyai sifat menguatkan yaitu yang disebut dengan Transistor.Keuntungan komponen transistor ini dibanding dengan pendahulunya,yakni tabung hampa,adalah ukuran fisiknya yang sangat kecil dan ringan.Bahkan dengan teknologi sekarang ini ratusan ribu transistor dapat dibuat dalam satu keping silikon.Disamping itu komponen semikonduktor ini membutuhkan sumber daya yang kecil serta serta efesiensi yang tinggi.

1.2 Tujuan Pembahasan Transistor

Agar mahasiswa-mahasiswi jurusan teknik Elektronika khususnya teknik Komputer untuk meningkatkan pengetahuan mengenai elektronika semikonduktor dan pengetahuan lebih mendalam tentang kerja transistor,dijabarkan persamaan statik dasar transistror bipolar.erbagai modus kerja transistor kemudian dipaparkan lebih sederhana  agar mudah untuk pemahamahan dan pembahasannya.

1.3 Rumusan Masalah

            Dalam makalah ini membahas tentang:

1. Transistor Bipolar
2. Aliran Arus Listrik pada Transistor PNP dan NPN
3. Prinsip Kerja Transistor PNP dan NPN
4. Transistor Sebagai Saklar Elektronik

1.4 Batasan Masalah

            Berdasarkan rumusan masalah, maka makalah ini tidak membahas:

1. Tipe-tipe transistor
2. Transistor uniplar secara terperinci
3. Fungsi transistor secara terperinci

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Sejarah Penemuan Transistor

       Transistor adalah kompnen yang mengubah wajah dunia,memungkinkan ukuran peralatan elektronika semakin kecil dan kompak dan daya konsumsinya rendah,juga mengawali era elektronika digital.

Walter H. Brattain dan John Bardeen pada akhir Desember 1947 di Bell Telephone Laboratories berhasil menciptakan suatu komponen yang mempunyai sifat menguatkan yaitu yang disebut dengan Transistor.Keuntungan komponen transistor ini dibanding dengan pendahulunya,yakni tabung hampa,adalah ukuran fisiknya yang sangat kecil dan ringan.Bahkan dengan teknologi sekarang ini ratusan ribu transistor dapat dibuat dalam satu keping silikon.Disamping itu komponen semikonduktor ini membutuhkan sumber daya yang kecil serta serta efesiensi yang tinggi.

2.2 Pengertian Transistor

            Transistoa adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,sebagai sirkuit pemutusdan penyambung (switching),stabilisasi tegangan , modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.Transistor dapat berfungsi kran listrik,dimana berdasrkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

2.3 Fungsi Transistor

            Fungsi transistor antara lain sebagai berikut:

1. Perata arus pada adaptor
2. Penguat arus (amplifier)
3. Penahan sebagian arus
4. Pebangkit frekuensi rendah dan tinggi (osilator)
5. Saklar elektronik (switching)
6. dll

BAB III

PEMBAHASAN

2.1 Konstruksi Transistor Bipolar

Transistor adalah komponen semikonduktor yang terdiri atas sebuah bahan type P dan diapit oleh dua bahan tipe N (transistor NPN) atau terdiri atas sebuah bahan tipe N dan diapit oleh dua bahan tipe P (transistor PNP).Sehingga transistor mempunyai tiga terminal yang berasal dari masing-masing bahan tersebut. Struktur dan simbol transistor bipolar dapar dilihat pada gambar.Disamping itu yang perlu diperhatikan adalah bahwa ukuran basis sangatlah tipis dibanding emitor dan kolektor. Perbandingan lebar basis ini dengan lebar emitor dan kolektor kurang lebih adalah 1 : 150.Sehingga ukuran basis yang sangat sempit ini nanti akan mempengaruhi kerja transistor.Simbol transitor bipolar ditunjukkan pada gambar 3.1. Pada kaki emitor terdapat tanda panah yang nanti bisa diketahui bahwa itu merupakan arah arus konvensional.Pada transistor NPN tanda panahnya menuju keluar sedangkan pada transistor PNP tanda panahnya menuju kedalam.

gambar 3.1 Simbol transitor bipolar ditunjukkan pada

Ketiga terminal transistor tersebut dikenal dengan Emitor ,Basis, Kolektor.Emitor merupakan bahan semikonduktor yang diberi tingkat doping sangat tinggi.Bahan kolektor diberi doping dengan tingkat yang sedang.Sedangkan basis adalah bahan dengan dengan doping yang sangat rendah.Perlu diingat bahwa semakin rendah tingkat doping suatu bahan, maka semakin kecil konduktivitasnya.Hal ini karena jumlah pembawa mayoritasnya (elektron untuk bahan N;dan hole untuk bahan P) adalah sedikit.

2.2 Aliran Arus Listrik pada Transistor PNP dan NPN

Pada transistor baik untuk tipe NPN atau PNP anak panah selalu ditempat emitor artinya anak panah menunjuk arus listrik konvensional dimana arahnya berlawanan denga arah arus electron

Transistor PNP: Arus listrik yang besar akan mengalir dari emitter ke collector.Apabila ada arus kecil yang mengalir dari emitter ke base.

Transistor NPN: Arus listrik yang besar akan mengalir dari collector ke emitter,apabila ada arus kecil yang mengalir dari base ke emitter.Dalam hal ini transistor mirip dengan amplifier,ang mengontrol jumlah arus dari collector ke emitter oleh arus yang mengalir dari base.Transistor juga mirip dengan fungsi sakelar.Transistor akan bekerja pada posisi ON,yaitu arus akan mengalir dari collector ke emitter apabila arus kecil mengalir dari base.Sedangkan transistor akan berada pada posisi OFF,apabila tidak ada arus yang mengalir dari base.

2.3 Prinsip Kerja dari Transistor

A. Cara kerja Transistor

Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor,(BJT atau transistor bipolar) dan (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda. Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone,dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.

FET(juga dinamakan transistor unipolar)hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama).Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Lihat artikel untuk masing-masing tipe untuk penjelasan yang lebih lanjut.

Apabila pada terminal transistor tidak diberi tegangan bias dari luar, maka semua arus akan nol atau tidak ada arus yang mengalir. Sebagai mana terjadi pada persambungan dioda, maka pada persambungan emiter dan basis (JE) serta pada persambungan basis dan kolektor (JC) terdapat daerah pengosongan.Tegangan penghalang pada masing-masing persambungan dapat dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.2 Penjelasan kerja berikut ini didasarkan pada transistor jenis PNP

(bila NPN maka semua polaritasnya adalah sebaliknya).

Pada diagram potensial terlihat bahwa terdapat perbedaan potensial antara kaki emitor dan basis sebesar Vo, juga antara kaki basis dan kolektor. Oleh karena potensial ini berlawanan dengan muatan pembawa pada masing-masing bahan tipe P dan N, maka arus rekombinasi hole-elektron tidak akan mengalir. Sehingga pada saat transistor tidak diberi tegangan bias, maka arus tidak akan mengalir. Selanjutnya apabila antara terminal emitor dan basis diberi tegangan bias maju (emitor positip dan basis negatip) serta antara terminal basis dan kolektor diberi bias mundur (basis positip dan kolektor negatip), maka transistor disebut mendapat bias aktif (lihat gambar).

Gambar3.3  Transistor dengan tegangan bias aktif

Setelah transistor diberi tegangan bias aktif, maka daerah pengosongan pada persambungan emitor-basis menjadi semakin sempit karena mendapatkan bias maju. Sedangkan daerah pengosongan pada persambungan basis-kolektor menjadi semakin melebar karena mendapat bias mundur.

Pemberian tegangan bias seperti ini menjadikan kerja transistor berbeda sama sekali bila dibanding dengan dua dioda yang disusun berbalikan, meskipun sebenarnya struktur transistor adalah mirip seperti dua dioda yang disusun berbalikan,

yakni dioda emitor-basis (P-N) dan dioda basis-kolektor (N-P).

Bila mengikuti prinsip kerja dua dioda yang berbalikan, maka dioda emitorbasis yang mendapat bias maju akan mengalirkan arus dari emitor ke basis dengan cukup besar. Sedangkan dioda basis-kolektor yang mendapat bias mundur praktis tidak mengalirkan arus. Dengan demikian terminal emitor dan basis akan mengalir arus yang besar dan terminal kolektor tidak mengalirkan arus.Namun yang terjadi pada transistor tidaklah demikian. Hal ini disebabkan karena dua hal, yaitu: ukuran fisik basis yang sangat sempit (kecil) dan tingkat doping basis yang sangat rendah. Oleh karena itu konduktivitas basis sangat rendah atau dengan kata lain jumlah pembawa mayoritasnya (dalam hal ini adalah elektron) sangatlah sedikit dibanding dengan pembawa mayoritas emitor (dalam hal ini adalah hole). Sehingga jumlah hole yang berdifusi ke basis sangat sedikit dan sebagian besar tertarik ke kolektor dimana pada kaki kolektor ini terdapat tegangan negatip yang relatif besar.

Gambar 3.4 Diagram potensial pada transistor dengan bias aktif

Tegangan bias maju yang diberikan pada dioda emitor-basis (VEB) akan mengurangi potensial penghalang Vo, sehingga pembawa muatan mayoritas pada emitor akan mudah untuk berekombinasi ke basis. Namun karena konduktivitas basis yang rendah dan tipisnya basis, maka sebagian besar pembawa muatan akan tertarik ke kolektor. Disamping itu juga dikuatkan oleh adanya beda potensial pada basiskolektor yang semakin tinggi sebagai akibat penerapan bias mundur VCB.

Dengan demikian arus dari emitor (IE) sebagian kecil dilewatkan ke basis (IB) dan sebagian besar lainnya diteruskan kolektor (IC). Sesuai dengan hukum Kirchhoff maka diperoleh persamaan yang sangat penting yaitu:

IE = IC + IB

Karena besarnya arus IC kira-kira 0,90 sampai 0,998 dari arus IE, maka dalam praktek  umumnya dibuat IE ≅ IC. Disamping ketiga macam arus tersebut yang pada dasarnya adalah disebabkan karena aliran pembawa mayoritas, di dalam transistor sebenarnya masih terdapat aliran arus lagi yang relatif sangat kecil yakni yang disebabkan oleh pembawa minor-itas. Arus ini sering disebut dengan arus bocor atau ICBO (arus kolektor-basis dengan emitor terbuka).

Namun dalam berbagai analisa praktis arus ini sering diabaikan. Seperti halnya pada dioda, bahwa dalam persambungan PN yang diberi bias mundur mengalir arus bocor Is karena pembawa minoritas. Demikian juga dalam trannsistor dimana persambungan kolektor-basis yang diberi bias mundur VCB akan mengalir arus bocor (ICBO). Arus bocor ini sangat peka terhadap temperatur, yakni akan naik dua kali untuk setiap kenaikan temperatur 10 OC.

Diagram aliran arus IE, IB, IC dan ICBO dalam transistor dapat dilihat pada gambar 3.5. Dari gambar tersebut terlihat bahwa arus kolektor merupakan penjumlahan dari arus pembawa mayoritas dan arus pembawa minoritas, yaitu IC = ICmayoritas+ ICBOminoritas.

Gambar 3.5. Diagram aliran arus dalam transistor

B. Azaz Kerja Transistor

1.      Akan mengalir arus pada terminal kolektor dan emiter (I_c) apabila ada arus yang mengalir pada terminal basis emiter (I_B). dalam keadaan ini transmiter “on”

2.      Perbandingan antara I_c dan I_B disebut sebagai “Bandingan hantaran maju” (Forward current ratio) disebut H_FE

H_FE disebut juga sebagai ‘penguatan’ transistor atau “” atau .

·        Untuk I_c dan I_B searah ditulis H_FE

·        Untuk I_c dan I_B searah ditulis H_FE

3.      Pada transistor daya: h_FE = + 25 kali

4.      Untuk penguatan frekwensi tinggi h_FE = 100 kali

Parameter Transistor

Parameter transistor tidaklah sama meskipun dalam dalam tipe yang sama sekalipun

1.      Tapi dalam prakteknya, parameter dianggap sama (konstan)

2.      Konduktansi (daya hantar)  ma/V ( miliampere per volt)

Dimana:          

I_e          : Arus sinyal ac antar kolektor – emiter

      V_{be         :} tegangan sinyal ac antara basis – emitter

3.      Dalam rangkaian penguat untuk sinyal kecil, berlaku penguatan tegangan sebagai berikut;

A = G_m x R_L

Dimana R_L = R_c / R_Bb

Parameter lainnya

1. Impedansi masukan (impedansi input)

dimana            V_b = tegangan sinyal yang masuk ke basis

                              i_b  = arus sinyal pada basis  

2. Impedansi keluaran (impedansi output)

a. tanpa isyarat (sinyal) di basis

V_e = tegangan sinyal di kolektor

i_c = arus sinyal di kolektor

b. Dengan adanya sinyal di basis

     

      I_c = arus kolektor

2.4 Transistor Sebagai Penguat Arus

sebagai penguat:

•         Transistor bekerja pada mode aktif.

•         Transistor berperan sebagai sebuah sumber arus yang dikendalikan oleh tegangan (VCCS).

•         Perubahan pada tegangan base-emitter,vBE, akan menyebabkan perubahan pada arus collector, Ic.

•         Transistor dipakai untuk membuat sebuah penguatan transkonduktansi.

•         Penguatan tegangan dapat diperoleh dengan melalukan arus collector ke sebuah resistansi, RC.

•         Agar penguat menjadi penguat linier, transistor harus diberi bias, dan sinyal akan ditumpangkan pada tegangan bias dan sinyal yang akan diperkuat harus dijaga tetap kecil.

Dengan arus I_B yang kecil dapat menghasilkan arus kolektor I_C yang besar. Jika arus basis I_B kita anggap sebagai input dan arus kolektor I_C sebagai output, maka transistor dapat kita anggap sebagai penguat arus atau sering kita sebut penguat arus (current amplimeter) H_Fe.

Karena arus I_C lebih besar dari arus keluaran I_B jadi penguatan arus / H_FE dapat didefenisikan sebagai perbandingan antara arus keluaran I_C dan arus masukan I_B

Rumus =   karena

Kegunaan lain transistor

1.      Saklar elektronik

Gambar transistor ini dapat dianalisa sebagai saklar berikut:

       à

dari gambar analogi saklar tersebut, bila basis diberi sinyal maka saklar akan terdorong sehingga akan menutup, dengan demikian arus akan mengalir dari C ke E bila dalam rangkaian digambarkan sebagai berikut:

Keterangan V_R        = resistor variable

. .                = Lampu pijar

tegangan positif akan masuk ke transistor yaotu ke kolektor melalui R₁ dan ke basis melalui R₂ dan V_R (resistor variable) R₃ berfungsi sebagai umpan negatif agar arus mesuk ke basis. Bila V_BE telah tercapai, maka transistor akan di ‘on” sebagai saklar, sehingga arus akan mengalir dari kolektor ke emiter dan lampu akan menyala.

2.      Penguat Sinyal

Penguatan sinyal pada transistor “bila kaki kolektor dan emiter diberi tegangan dan basis diberi sinyal input maka transistro akan ‘on’ sehingga arus mengalir dari C ke E. sinyal basis akan diperkuat oleh arus tersebut yang dapat dideteksi melalui output pada C dan E.

I_CB0                              : arus bocor pada transistor yang mengalir dari  kolektro kemudian ke basis, lalu ke netral

Basis                            : Kaki transistor untuk memasukkan input sinyal  yang akan  diperkuat

Keadaan jenuh            : Suatu keadaan dimana apabila sinyal input diperbesar maka sinyal output tidak akan naik lagi.

Karakteristik Transfer Transistor

            Transistor merupakan alat dengan tiga terminal seperti yang diperlihatkan oleh simbol sirkuit pada gambar. Setelah bahan semikonduktor diolah, terbentuklah bahan semikonduktor jenis p dan n

            Walapun proses pembuatannya sangat banyak, pada dasarnya transistor merupakan tiga lapis gabungan kedua jenis bahan tadi, yaitu PNP dan NPN. Prinsip kerja kedua tipe ini sama, perbedaan hanyalah keberadaannya dalam kondisi pancaran DC.

Gambar sirkuit untuk simbol transistor (a) PNP, (b) NPN

             Kurva ini menyajikan hubungan antar arus masukan disatu sisi dan arus serta tegangan keluaran di sisi lain. Parameter yang sangat penting bagi transistor adalah penguat arus DC yang dikenal sebagai oenguat arus statis h_fe. Ini adalah penguatan transistor pada keadaan stasioner, yaitu tanpa sinyal masukan, tidak mempunyai satuan (karena suatu perbandingan.

           

Transistor NPN kolektor dan emiter merupakan bahan semikonduktor jenis p. transistor bekerja dalam satu arah, yaitu dari kolektor menuju emitter, karena kedua terminal tersebut terbuat dari bahan yang sama. Pada dasarnya transistor dapat dianggap sebagai suatu piranti yang beroperasi karena adanya arus. Kalau alat mengalir kedalam basis dan melewati sambungan basis emitter,suatu suplay positif pada kolektor akan menyebabkan arus mengalir antara kolektor dan emitter. Dua hal yang harus diperhatikan pada arus kolektor ini adalah: a. untuk arus basis nol, arus kolektor turun sampai pada tingkat arus kebocoran, yaitu kurang dari 1 mikro ampere dalam kondisi normal (untuk transistor dengan bahan dasar silikon). B untuk arus basis tertentu, arus kolektor yang mengalir akan jauh lebih besar daripada arus basis itu. Arus kolektor tersebut dicapai dengan I_c = hfe x Ib. 3.Transistor sebagai saklar cara termudah untuk menggunakan sebuah transistor adalah sebuah saklar, artinya bahwa kita mengoperasikan transistor pada salah satu saturasi atau titik sumbat, tetapi tidak di tempat-tempat sepanjang garis beban. Jika sebuah transistor berada dalam keadaan saturasi, transistor tersebut seperti sebuah saklar yang tertutup dari kolektor ke emiter. Jika transistor tersumbat (cutoff), transistor seperti sebuah saklar yang terbuka.

Gambar karakteristik keluaran yang menghubungkan arus I_C dengan tegangan V_ce untuk harga arus I_B tertentu.

2.5 Penguat dalam Keadaan Diam

Ketika pada rangkaian penguat belum diberi sinyal masukan AC,maka rangkaian penguat disebut berada dalam keadaan diam.Supaya bekerja maka transistor harus dipanjar dengan tegangan DC.

Cara transistor dalam keadaan diam adalah

1.      Matikan sinyal generator untuk sementara.

2.      Hidupkan catu dayadaya, minimumkan bias control (p otensiometer 10 k).Baca harga,V_CE dan I_C Petakan sebagai titik pada kertas graf karakteristik transistor. Titik tersebut adalah salah satu titik garis beban.

3.      Atur potensiometer 10 k sehingga arus basis sebesar 10A. Catat harga V_CE dan I_c Harga-harga ini adalah harga titik kerja.

4.      Petakan karakteristik Ic/V_CE transistor.

5.      Variasikan arus basis menjadi 5A dan 15A Untuk masing-masing harga arus basis petakan nilai yang diperoleh. Semua titik-titik ini harus terletak pada garis lurus (garis beban)

6.      Atur arus basis menjadi 10A kembali.Hidupkan sinyal generator dan atur untuk menghasilkan sinyal 1 V_p-p pada 1kHz.Gunakan osiloskop untuk mengamati bentuk gclombang input dari sinyal generator dan bentuk gelombang output pada kolektor transistor gambarkan kedua bentuk gelombang tersebut.

7.      Atur potesiometer ke posisi minimum dan gambarkan bentuk gelombang output.

8.      Kemudian atur ke posisi maksimum dan catat pula bentuk gelombang output.

BAB IV

PENUTUP

3.1 Kesimpulan

            Dari pembahasan diatas,secara jelas kita dapat mengetahui bahwa transistor adalah komponen yang sangat diperlukan dari sebuah perangkat elektronika sedangkan elektronika sendiri tidak dapat dipisahkan dri kehidupan sehari-hari.

           

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,sebagai, sirkuit, pemutus, penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal.

3.2  Saran

Sebagai sebagai calon mahasiswa teknik,khususnya teknik komputer,kita harus menguasai dan mengetahui penggunaan transistor serta berbagai prinsip kerjanya,agar kita bisa menerapkannya dalam kehidupan sehari-hari.

DAFTAR PUSTAKA

Malvino, Albert Paul. 1984. Prinsip-Prinsip Elektronika. Jakarta; Erlangga

Millman, Jacob & Cristos C. Jalkias. 1986. Elektronika Terpadu. Jakarta; Erlangga

Http:\\.id.wikipedia.org/wiki/transistor” kategori transistor