4.4 Emitter-Bias Configuration

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

1. Pendahuluan [Back]

Emitter bias configuration adalah salah satu metode yang umum digunakan dalam desain rangkaian transistor untuk mengatur titik kerja atau bias dari transistor bipolar. Dalam konfigurasi ini, tegangan bias yang diterapkan pada emitter transistor digunakan untuk mengontrol arus operasi dan tegangan keluaran.

2. Tujuan [Back]

Untuk menyelesaikan tugas matakuliah elektronika yang diberikan oleh Bapak Dr. Darwison,M.T.
Untuk mengetahui rangkaian sederahana Emitter-Bias Configuration
Untuk mengetahui prinsip kerja rangkaian Emitter-Bias Configuration

3. Alat dan Bahan [Back}

DC Voltmeter

DC Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar tengangan pada suatu komponen.

· DC Amperemeter

DC Amperemeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besar arus pada suatu komponen.

· OSILOSKOP

Osiloskop (Oscilloscope) merupakan alat ukur elektronik yang digunakan mengukur frekwensi, periode dan melihat bentuk-bentuk gelombang seperti bentuk gelombang sinyal audio, sinyal video, dan bentuk gelombang Tegangan Listrik Arus Bolak Balik, maupun Tegangan Listrik Arus Searah yang berasal dari catu daya/baterai.

Generator

Baterai

Di mulai dari pengertiannya. Baterai merupakan sebuah benda yang dapat atau bisa mengubah energi kimia menjadi energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh baterai tersebut sama seperti accumulator, yakni listrik searah dikatakan DC. Jumlah listrik yang dihasilkan tersebut tergantung dari seberapa besar baterai tersebut.

Baterai

Fungsi Baterai:
Sangat beragam fungsi dari baterai dalam kehidupan sehari-hari namun memiliki intinya yang sama yakni sebagai sumber energi, karena hampir pada semua alat elektronik yang sifatnya mobile juga perlu baterai sebagai sumber energi. Sebut misalnya seperti HP, senter, power bank, drone, remote TV dan AC, dan lain sebagainya. Semua alat-alat tersebut membutuhkan baterai agar bisa bekerja.

Spesifikasi :

Pinout :

Grafik :

KOMPONEN

1. Resistor

Berfungsi sebagai pembagi, pembatas, dan pengatur arus dalam suatu rangkaian,

Resistor berfungsi untuk menghambat arus dalam rangkaian listrik. Nilai resistansi dan arus saling berbanding terbalik, sehingga semakin besar nilai resistansi maka nilai arus yang melalui sebuah komponen semakin kecil. Cara menghitung nilai resistansi resistor berdasarkan kode gelang warna:

2. Kapasitor

Kapasitor atau kondensator oleh ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867) pada hakikatnya adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/ muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik atau komponen listrik yang mampu menyimpan muatan listrik yang dibentuk oleh permukaan (piringan atau kepingan) yang berhubungan yang dipisahkan oleh suatu penyekat.

Spesifikasi :

PinOut :

3. TRANSISTOR
Transistor merupakan salah satu Komponen Elektronika Aktif yang paling sering digunakan dalam rangkaian Elektronika, baik rangkaian Elektronika yang paling sederhana maupun rangkaian Elektronika yang rumit dan kompleks. Transistor pada umumnya terbuat dari bahan semikonduktor seperti Germanium, Silikon, dan Gallium Arsenide.
Transistor NPN
Komponen Lainnya :

Ground

Ground adalah sistem pentanahan yang terpasang pada suatu instalasi listrik yang bekerja untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus dari sambaran petir ke bumi.

4. Dasar Teori [Back]

1. Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran listrik yang mengalir dalam suatu rangkain elektronika. Sebagaimana fungsi resistor yang sesuai namanya bersifat resistif dan termasuk salah satu komponen elektronika dalam kategori komponen pasif. Satuan atau nilai resistansi suatu resistor di sebut Ohm dan dilambangkan dengan simbol Omega (Ω). Sesuai hukum Ohm bahwa resistansi berbanding terbalik dengan jumlah arus yang mengalir melaluinya. Selain nilai resistansinya (Ohm) resistor juga memiliki nilai yang lain seperti nilai toleransi dan kapasitas daya yang mampu dilewatkannya. Semua nilai yang berkaitan dengan resistor tersebut penting untuk diketahui dalam perancangan suatu rangkaian elektronika oleh karena itu pabrikan resistor selalu mencantumkan dalam kemasan resistor tersebut.

Simbol Resistor Sebagai Berikut :

Resistor dalam suatu teori dan penulisan formula yang berhubungan dengan resistor disimbolkan dengan huruf “R”. Kemudian pada desain skema elektronika resistor tetap disimbolkan dengan huruf “R”, resistor variabel disimbolkan dengan huruf “VR” dan untuk resistorjenis potensiometer ada yang disimbolkan dengan huruf “VR” dan “POT”.

Menghitung Nilai Resistor

Nilai resistor dapat diketahui dengan kode warna dan kode huruf pada resistor. Resistor dengan nilai resistansi ditentukan dengan kode warna dapat ditemukan pada resistor tetap dengan kapasitas daya rendah, sedangkan nilai resistor yang ditentukan dengan kode huruf dapat ditemui pada resistor tetap daaya besar dan resistor variable.

Kode Warna Resistor

Cicin warna yang terdapat pada resistor terdiri dari 4 ring 5 dan 6 ring warna. Dari cicin warna yang terdapat dari suatu resistor tersebut memiliki arti dan nilai dimana nilai resistansi resistor dengan kode warna yaitu :

1. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang pertama

2. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang kedua

3. Masukkan angka langsung dari kode warna gelang ketiga

4. Masukkan jumlah nol dari warna gelang ke-4 atau pangkatkan angka tersebut dengan (10^n), merupakan nilai toleransi dari resistor.

Kode Huruf Resistor

Resistor dengan kode huruf dapat kita baca nilai resistansinya dengan mudah karenanilia resistansi dituliskan secara langsung. Pad umumnya resistor yang dituliskan dengan kode huruf memiliki urutan penulisan kapasitas daya, nilai resistansi dan toleransi resistor. Kode huruf digunakan untuk penulisan nilai resistansi dan toleransi resistor.

Kode Huruf Untuk Nilai Resistansi :

R, berarti x1 (Ohm)
K, berarti x1000 (KOhm)
M, berarti x 1000000 (MOhm)

Kode Huruf Untuk Nilai Toleransi :

F, untuk toleransi 1%
G, untuk toleransi 2%
J, untuk toleransi 5%
K, untuk toleransi 10%
M, untuk toleransi 20%

Rumus Resistor

Resistor mempunyai nilai resistansi (tahanan) tertentu yang dapat memproduksi tegangan listrik di antara kedua pin dimana nilai tegangan terhadap resistansi tersebut berbanding lurus dengan arus yang mengalir, berdasarkan persamaan Hukum OHM :

Dimana V adalah tegangan, I adalah kuat arus, dan R adalah Hambatan

Mencari resistansi total dalam rangkaian dapat menggunakan :
Seri : R_total = R₁ + R₂ + R₃ + ….. + R_n
Dimana :
Rtotal = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n
Paralel: 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + ….. + 1/R_n
Dimana :
R_total = Total Nilai Resistor
R₁ = Resistor ke-1
R₂ = Resistor ke-2
R₃ = Resistor ke-3
R_n = Resistor ke-n

2. Kapasitor

Simbol Kapasitor adalah Sebagai Berikut :

Menghitung Nilai Kapsitor :

Rumus Kapasitor :

3. Transistor

Transistor

Transistor NPN
Fungsi-fungsi Transistor diantaranya adalah :

sebagai Penyearah,
sebagai Penguat tegangan dan daya,
sebagai Stabilisasi tegangan,
sebagai Mixer,
sebagai Osilator
sebagai Switch (Pemutus dan Penyambung Sirkuit)

Lambang Transistor BJT

Sudah jelas seperti gambar di atas bahwa transistor PNP memiliki simbol yang arah panahnya masuk dan sebaliknya untuk NPN arah panah dari emiter mengarah keluar.

Bentuk aliran arus pada sebuah transistor dapat dirumuskan dengan hukum KCL ( Kirchoff Current Law) Atau hukum Kirchoff I, yang dirumuskan sebagai berikut.

Ie = Ic + Ib

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector
Ib = Arus Basis

Pada Transistor BJT nilai arus Ib relatif sangat kecil terhadap Ic, maka Ib ini dapat diabaikan. Sehingga persamaan diatas bisa berubah menjadi

Ie = Ic

Keterangan :
Ie = Arus Emitter
Ic = Arus Collector

Rumus lain transistor NPN:

Karakteristik I/O

Bentuk gelombang I/O

Struktur Dasar Transistor

Pada dasarnya, Transistor adalah Komponen Elektronika yang terdiri dari 3 Lapisan Semikonduktor dan memiliki 3 Terminal (kaki) yaitu Terminal Emitor yang disingkat dengan huruf “E”, Terminal Base (Basis) yang disingkat dengan huruf “B” serta Terminal Collector/Kolektor yang disingkat dengan huruf “C”. Berdasarkan strukturnya, Transistor sebenarnya merupakan gabungan dari sambungan 2 dioda. Dari gabungan tersebut , Transistor kemudian dibagi menjadi 2 tipe yaitu Transistor tipe NPN dan Transistor tipe PNP yang disebut juga dengan Transistor Bipolar. Dikatakan Bipolar karena memiliki 2 polaritas dalam membawa arus listrik.

NPN merupakan singkatan dari Negatif-Positif-Negatif sedangkan PNP adalah singkatan dari Positif-Negatif-Positif.

Berikut ini adalah gambar tipe Transistor berdasarkan Lapisan Semikonduktor yang membentuknya beserta simbol Transistor NPN dan PNP.

Simbol Transistor

PRINSIP KERJA TRANSISTOR

Prinsip kerja transistor PNP adalah 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 (-) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :
Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah negative.
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 (+) dan mempunyai lapisan semikonduktor sebagai berikut :
Pada Emitor          = Semikonduktor yang dipakai adalah positif.
Pada Basis             = Semikonduktor yang dipakai adalah negatif.
Pada Kolektor       = Semikonduktor yang dipakai adalah positif

RANGKAIAN BIAS EMITTER

Suatu rangkaian bias emitter menggunakan tegangan supply positif dan negatif, Jaringan bias dc pada Gambar memiliki resistor emitor untuk meningkatkan stabilitas konfigurasi fix-bias. Semakin stabil konfigurasinya, semakin sedikit respon yang akan berubah karena perubahan suhu dan variasi parameter yang tidak diinginkan.

Base-Emitter Loop

Base-Emitter Loop dari rangkaian 4.18 dapat digambar ulang seperti gambar 4.19 dengan menuliskan hukum tegangan Kirchhoff di sekitar loop searah jarum jam maka akan menghasilkan persamaan berikut :

Persamaan (2) akan berguna dalam analisis selanjutnya. Persamaan itu memudahkan untuk mengingat Persamaan. (1). Menggunakan hukum Ohm, kita tahu bahwa arus melalui a sistem adalah tegangan dibagi dengan resistansi rangkaian. Untuk rangkaian basis-emitor tegangan bersih adalah VCC - VBE. Level resistance adalah R B ditambah R E yang dicerminkan oleh (b + 1) .Hasilnya adalah Persamaan. (1).

Collector-Emitter Loop

Collector-Emitter Loop adalah jalur listrik yang menghubungkan terminal kolektor dan emitter pada transistor. Ketika transistor diaktifkan, arus mengalir dari kolektor ke emitter melalui loop ini, dan arus yang lebih besar mengalir melalui kolektor dan ke sirkuit eksternal. Jika loop terputus, transistor tidak akan berfungsi dengan baik atau sama sekali.

Loop kolektor-emitor tampak pada Gambar 4.22. Dengan menuliskan hukum voltase Kirchhoff untuk loop yang ditunjukkan searah jarum jam menghasilkan :

Improve Bias Stability

Penambahan resistor emitor ke bias dc dari BJT memberikan peningkatan stabilitas, yaitu, arus dan tegangan bias dc tetap lebih dekat ke tempat yang ditetapkan oleh rangkaian ketika kondisi luar, seperti suhu dan transistor beta, berubah.

Saturation Level

Tingkat kejenuhan kolektor atau arus kolektor maksimum untuk desain bias emitor ditentukan dengan menggunakan pendekatan yang sama diterapkan pada konfigurasi fixed-bias:

Penambahan resistor emitor mengurangi tingkat kejenuhan kolektor yang diperoleh dengan konfigurasi fixed-bias menggunakan resistor kolektor yang sama.

5. Percobaan [Back]

5.1 Langkah - langkah Percobaan

Untuk membuat rangkaian ini, pertama, siapkan semua alat dan bahan yang bersangkutan, di ambil dari library proteus
Letakkan semua alat dan bahan sesuai dengan posisi dimana alat dan bahan terletak.
Tepatkan posisi letak nya dengan gambar rangkaian
Selanjutnya, hubungkan semua alat dan bahan menjadi suatu rangkaian yang utuh
Lalu mencoba menjalankan rangkaian , jika tidak terjadi error, maka rangkaian akan berfungsi yang berarti rangkaian bekerja

5.2 Rangkaian Simulasi

(4.17)

Prinsip Kerja (4.17) :

Dari input Vcc akan mengalir arus melalui RB menuju kaki base ke kaki emitter lalu ke ground, arus juga akan mengalir melalui RC menuju C2 lalu ke osiloskop dan juga mengalirke kaki colector lalu ke kaki emiter lalu ke ground, Arus Ac akan mengalir memalui C1 ke kaki base lalu ke Kaki emiteter lalu ke ground.

Channel A osiloskop dihubungkan pada bagian V input dan channel B pada bagian V output.

(4.18)

Prinsip Kerja (4.18) :

Arus Vcc kiri akan mengalir menuju RB ke kaki base lalu ke kaki emiter dan lalu ke RE dan ke ground, Arus Vcc kanan akan mengalir melalui RC ke kaki colector lalu kaki emitter ke RE dan ke ground.

(4.19)

Prinsip Kerja (4.19) :

Baterai dengan tegangan 12V dihubungkan secara Paralel dengan Resistor RE dan RB, terjadi loop padang rangkaian, arus dari baterai akan mengalir ke RB lalu ke kaki base ke kaki emitetr lalu ke RE dan menuju ground.

(4.20)

Prinsip Kerja (4.20) :

Baterai 1 dengan tegangan sebesar 12 V akan menghasilkan arus yang akan mengalir menuju RB dan lalu menuju baterai 2, Baterai 2 dengan Tegangan sebesar 9V akan mengalirkan arus menuju RE dan lalu menuju ground, perputaran arus ini menghasilkan sebuah loop rangkaian.

Arus masuk dari RB dan arus Keluar dari RE akan menghasilkan VBE yang terukur sebesar 12V.

(4.21)

Prinsip Kerja (4.21) :

Arus Vcc akan mengalir melalui R2 ke R1 lalu ke ground, arus juga akan mengalir ke kaki base ke kaki emitter lalu ke RE dan ke ground

Arus Vcc juga akan mengalir ke R3 ke kaki colector, kaki emitter, ke RE dan ke ground

(4.22)

Prinsip Kerja (4.22) :

(4.23)

Prinsip Kerja (4.23) :

Sumber DC sebesar 20V akan menghasilkan arus input Vcc dan akan mengalir arus melalui RB menuju kaki base ke kaki emitter lalu ke RE dan ke ground, arus juga akan mengalir melalui RC menuju C1 lalu ke osiloskop dan juga mengalirke kaki colector lalu ke kaki emiter lalu ke RE dan ke ground, Arus Ac akan mengalir memalui C2 ke kaki base lalu ke Kaki emiteter lalu ke ground.

Channel A osiloskop dihubungkan pada bagian V input dan channel B pada bagian V output.

(4.24)

Prinsip Kerja (4.24) :

Sumber DC sebesar 12V akan menghasilkan arus yang akan mengalir ke RC lalu ke kaki colector ke kaki emitter dan lalu ke RB dan ke ground. Bedasarkan Volt meter terukur VCE adalah 12V.

(4.26a)

Prinsip Kerja (4.26a) :

Sumber DC sebesar 18V

Dari input Vcc akan mengalir arus melalui R2 menuju kaki base ke kaki emitter lalu ke ground, arus juga akan mengalir melalui R1 menuju C1 lalu ke osiloskop dan juga mengalirke kaki colector lalu ke kaki emiter lalu ke R3 dan ke ground, Arus Ac akan mengalir memalui C2 ke kaki base lalu ke Kaki emiteter lalu ke R3 dan ke ground.

Channel A osiloskop dihubungkan pada bagian V input dan channel B pada bagian V output.

VIDEO