LAPORAN KARAKTERISTIK TRANSISTOR BIPOLAR 2024
(Bipolar Junction Transistor, BJT)
Muhammad Rizal Fahlepy*),
Laboratorium Elektronika Jurusan Fisika FMIPA
LATAR BELAKANG
Setiap alat elektronika yang kita temui dalam kehidupan sehari-hari mempunyai beragam banyaknya komponen elektronika baik yang aktif maupun yang tidak aktif.. Semua hal tersebut sudah menjadi sebuah keharusan pada semua alat elektronika. Mulai dari komponen yang terkecil sampai yang besar mempunyai peranan penting dalam mengatur skema dan komposisi arus dan tegangan dalam sebuah rangkaian elektronika. Pengaplikasiannya meliputi berbagai macam rancang bangun peralatan elektronika seperti televisi, radio, DVD, rice cooker, kipas angin dan masih banyak lagi
Salah satu komponen elektronika yang perlu untuk kita ketahui dan sangat penting dalam sebuah rangkaian elektronika adalah transistor bipolar atau transistor dengan dua kutub yakni N dan P. Sebenarnya, transistor merupakan komponen elektronika yang terdiri dari dua dioda baik tipe N maupun tipe P yang saat digabung, keduanya dapat berubah menjadi tipe PNP atau NPN. Transistor berfungsi sebagai penguat dalam suatu rangkaian, pemutus dan penghubung arus.
Dalam transistor terdapat beberapa metode bias tegangan yang berbeda tergantung rangkaian yang ada. Dalam transisitor, kaki basis, kaki emitor, serta kaki collector berperan penting dalam suplai alir arus menuju kepenampungan arus yakni pada collector. Oleh karenanya, diperlukan sebuah percobaan mengenai hal tersebut dalam rangka mengetahui prinsip kerja transistor bipolar terutama pada tipe NPN agar teori yang telah dipelajari dapat dimengerti melalui sebuah rangkaian percobaan. Percobaan tersebut dilakukan agar diperoleh hasil yang menunjukkan adanya keterkaitan antara teori dengan praktek secara kongkret sehingga pemahaman akan transistor jenis ini semakin bertambah ditinjau dari sisi metode pemberian bias tegangan dan arus pada transistor bipolar, membedakan karakteristik input, karakteristik output, dan karakteristik transfer arus konstan dari transistor bipolar
RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana metode pemberian bias tegangan dan arus pada transistor bipolar?
- Apa saja yang membedakan karakteristik input, karakteristik output dan krakteristik transfer arus konstan dari transistor bipolar?
- Bagaimana penginterpretasian kurva karakteristik transistor bipolar?
TUJUAN
- Memahami metode pemberian bias tegangan dan arus pada transistor bipolar?
- Membedakan karakteristik input, karakteristik output dan krakteristik transfer arus konstan dari transistor bipolar?
- Menginterpretasi kurva karakteristik transistor bipolar?
TEORI SINGKAT
Transistor adalah suatu komponen aktif yang terbuat dari bahan semikonduktor. Ada dua macam transistor, yaitu transistor dwikutub (bipolar) dan transistor efek medan (Field Effect Transistor-FET). Transistor dwikutub dibuat dengan menggunakan semikonduktor ekstrinsik jenis p dan jenis n, yang disusun seperti pada gambar 1 berikut:
Gambar 1. Susunan Transistor Dwikutub. (a) Transistor PNP, (b) Transistor NPN
Ketiga bagian transistor ini disebut emitter, base, dan kolektor. Dari kata bahasa Inggris ’emmiter’ yang berarti pengeluar. Basis berasal dari kata Inggris ’base’ yang berarti tumpuan atau landasan, dan kolektor berasal dari kata’kolektor’ yang berarti pengumpul (Sutrisno, 1986).
Dengan notasi atau simbol, skema dasar bias transistor bipolar ditunjukkan pada Gambar 2 berikut.
Pada dasarnya ada tiga jenis rangkaian dasar (yang disebut konfigurasi) untuk mengoperasikan transistor;
a. Basis ditanahkan (Common Base – CB)
b. Emiter ditanahkan (Common Emitter – CE)
c. Kolektor ditanahkan (Common Kolektor - CC)
Karakteristik dari transistor biasanya disebut juga karakteristik statik, yang digambarkan dalam suatu kurva yang menghubungkan antara selisih arus dc dan tegangan pada transistor. Kurva karakteristik statik tersebut sangat membantu dalam mempelajari operasi dari suatu transistor ketika diterapkan dalam suatu rangkaian. Ada tiga karakteristik yang sangat penting dari suatu transistor, yaitu :
a. Karakteristik input.
b. Karakteristik output.
c. Karakteristik transfer arus konstan.
Analisis setiap konfigurasi BJT selalu mengacu pada hubungan-hubungan dasar berikut :
. . . . . . . . . . . . . . . . . (1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . (2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (3)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .[4]
di mana nilai IB dan IC ditentukan dari titik operasi pada kurva karakteristik. Untuk penggunaan praktis, nilai BETA untuk berbagai jenis transistor berkisar dari 50 sampai 400. Untuk transistor dengan nilai BETA sebesar 200, arus kolektor sebesar 200 kali dari pada arus basis berdasarkan Pers. [3]. Untuk mode ac, beta didefinisikan sebagai :
. . . . . . . . . (5)
Penamaan formal untuk BETAac adalah emitter ditanahkan (common – emitter), arus arah maju (forward – current), faktor penguatan. Pada lembar data spesifikasi transistor, BETAdc biasanya dinyatakan dengan hFE dan BETAac dengan hfe. Gambar.3 menunjukkan salah satu contoh kurva karakteristik keluaran (Output) transistor bipolar konfigurasi kolektor ditanahkan (Malvino, 2003).
Gambar 3. Penentuan dari karakteristik BETAdc dan BETAac output
Selanjutnya akan dibahas bagaimana parameter-parameter rangkaian yang telah dibahas dapat digunakan untuk menentukan rentang paling mungkin dari titik kerja Q (Quiscent) sebuah rangkaian transistor emitter ditanahkan.
Rangkaian dasar pada gambar 2 dapat disederhanakan dengan sebuah sumber tegangan seperti gambar berikut:
Gambar 4. Rangkaian lengkap BJT emitter ditanahkan
Rangkaian pada gambar 4 menghasilkan persamaan output yang menghubungkan antara IC dengan VCE sebagai berikut:
VCE = VCC – IC RC . . . . . . . . . . . .(6)
Hubungan antara IC dan VCE, yang tidak lain adalah karakteristik output rangkaian BJT emitter ditanahkan, sebagaimana dinyatakan dalam Pers. [6] selanjutnya akan digunakan untuk menentukan titik kerja terbaik dai rangkaian BJT dengan terlebih dahulu menentukan sebuah garis lurus pada kurva karakteristik. Metode paling mudah adalah dengan mengambil masing-masing satu titik pada sumbu IC dan VCE pada kurva karakteristik.
Titik pertama, untuk IC = 0 mA :
VCE = VCC – (0) RC
Diperoleh:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . (7)
Titik kedua, untuk VCE = 0 V :
0 = VCC – IC RC
Diperoleh
. . . . . . . . . . . . . .(8)
Dengan menghubungkan keduanya, Pers. [7] dan [8] pada kurva karakteristik output BJT, akan diperoleh sebuah garis lurus yang memotong sumbu IC dan VCE yang disebut sebagai garis beban seperti pada gambar berikut.
Gambar 5. Karakteristik output BJT emmter ditanahka dengan garis beban dan titik kerja - Q
Posisi titik kerja – Q dapat bergeser akibat perubahan nilai RB, RC atau VCC. Akan tetapi, nilai titik kerja – Q yang paling baik umumnya berada pada tengah-tengah garis beban atau ketika VCE = ½ VCC (Haris dan Saleh, 2015).
METODEOLOGI PERCOBAAN
Alat dan Bahan
a. Power Supply 12 Vdc 1 buahb. Voltmeter 0 – 10 Vdc 1 buah
c. Amperemeter 0 – 1 Adc 2 buah
d. Transistor Bipolar NPN 1 buah
e. Resistor batu 2 buah
f. Potensiometer 2 buah
g. Kabel penghubung Secukupnya
Identifikasi Variabel
Kegiatan 11) Variable manipulasi: VBE (Volt)
2) Variable respon: IB (µA)
3) Variable control: VCE (Volt)
Kegiatan 2
1) Variabel Manipulasi: VCE(Volt)
2) Variabel respon: IC (Ampere)
3) Variabel Kontrol: IB (Ampere)
Kegiatan 3
1) Variabel Manipulasi: IB (Ampere)
2) Variabel respon: IC (Ampere)
3) Variabel Kontrol: VCE(Volt)
Definisi Operasional Variabel
a. VCE ialah tegangan yang didapat dari pembacaan voltmeter yang dirangkai paralel dengan terminal colector-emitor.b. IC ialah arus yang terbaca pada amperemeter yang dirangkai seri dengan kolektor.
c. IB ialah arus yang terbaca pada amperemeter yang dirangkai seri dengan basis.
Prosedur Kerja
Pada percobaan ini yang pertama dilakukan adalah merangkai alat dan bahan yang telah disediakan sesuai gambar berikut:
Setelah itu dilakukan pengukuran terhadap karakteristik input untuk menyatakan bagaimana arus basis IB bervariasi dengan tegangan basis-emitor VBE ketika tegangan kolektor-emitor VCE dibuat konstan. Pertama, tegangan VCE dibuat konstan dengan suatu nilai tertentu lalu memvariasikan VBE dan IB akan meningkat dalam setiap rentang nilai. Kemudian mencatat setiap nilai yang ditunjukkan oleh setiap perubahan nilai arus variable respon. Selanjutnya, mengulangi langkah untuk nilai VCE yang lebih besar.
Kegiatan kedua yaitu mengukur karakteristik output untuk menunjukkan bagaimana arus kolektor IC bervariasi dengan perubahan VCE ketika IB dibuat konstan. Pertama, IB diset pada suatu nilai yang konstan lalu VCE divariasikan secara linier, IC akan menunjukkan nilai tertentu dan mencatat nilai tersebut. Selanjutnya, VCE dikembalikan ke keadaan nol dan IB diset pada nilai yang lain dan seterusnya.
Kegiatan ketiga yaitu melakukan pengukuran terhadap karakteristik ciri alih atau transfer arus konstan untuk menunjukkan bagaimana IC bervariasi dengan perubahan IB dengan VCE dibuat konstan dan mencatat hasilnya.
HASIL PENGAMATAN DAN ANALISIS DATA
Untuk hasil pengamatan dan analisis data dari laporan penyearah gelombang ini, dapat diperoleh pada link disini (PDF)
PEMBAHASAN
Percobaan ini merupakan sebuah percobaan elektronika yang dikhususkan pada prinsip kerja dan karakteristik dari transistor dwi kutub atau BJT. Dalam kegiatan ini, sedikitnya ada tiga kegiatan yang akan dilakukan berdasarkan karakteristik transistor dwi kutub itu sendiri.
Kegiatan pertama yakni mengukur karakteristik input dari transistor dwi kutub dengan aturan bahwa arus base bervariasi dengan tegangan base-emiter ketika tegangan collector-emiter dibuat konstan. Selanjutnya menentukan setiap kenaikan dari tegangan base-emiter sebesar 0,05 Volt. Kemudian memutar potensiometer yang ada pada tegangan collector-emiter sehingga terjadi perubahan arus pada base sampai potensiometer mencapai titik maksimum.
Data yang diperoleh berdasarkan grafik bahwa pada karakteristik input ini, seiring dengan kenaikan VBE sebesar 0,05 Volt dan juga VCE sebesar rentang 2V maka arus pada basis akan naik saat VBE mencapai 0,30. Jika kita melihat tabel yang ada, maka kita bisa melihat bahwa nilai VBE dibawah 0,30V, arus basisnya masih 0,00 mA. Artinya, transistor yang digunakan adalah transistor yang terdiri dari dioda semikonduktor dari bahan germanium yang mempunyai tegangan kaki sebesar 0,3V.
Pada kegiatan kedua yakni mengukur karakteristik output dengan aturan bahwa arus collector bervariasi dengan tegangan collector-emiter ketika tegangan arus base dibuat konstan. Diperoleh data yang menunjukkan bahwa semakin tinggi tegangan VCE maka kuat arus IC juga semakin besar, untuk nilai IB yang konstan. Grafik yang dihasilkan berdasarkan data tersebut kemudian dianalisis untuk menghasilkan nilai faktor penguatan arus (β).
Pada kegiatan ketiga yaitu karakteristik transfer dilakukan dengan menghubungkan kuat arus basis IB dengan kuat arus collector IC dengan nilai VCE konstan yaitu sebesar 10,00 V. Dari data yang diperoleh, dibuat sebuah grafik hubungan antara IB dan IC yang secara umum menunjukkan bahwa semakin besar nilai IB maka semakin besar pula nilai IC. Meskipun pada grafik terjadi fluktuasi nilai IC namun hal tersebut tidak berpengaruh secara signifikan, sebab hal tersebut terjadi karena sensitivitas alat yang begitu tinggi sehingga sulit untuk memperoleh nilai yang stabil. Dari hasil analisis kurva, diperoleh nilai faktor penguatan arus β sebesar 93. Tampak bahwa terdapat selidih yang cukup jauh antara nilai β yang diperoleh dari analisis data kedua dan analisis data ketiga. Hal ini terjadi karena pada saat pengambilan data, praktikan sulit untuk menyimpulkan nilai yang stabil dari alat ukur karena sensitivitas alat yang cukup tinggi. Sehingga terjadi perubahan nilai yang cukup jauh, sebagaimana dapat diamati pada tabel pengamatan.
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil percobaan yang telah dilakukan dapat disimpulkan bahwa:
1. Karakteristik input, semakin besar nilai tegangan yang diberikan pada kaki emitor_basis dan kaki emitor_kolektor maka arus yang mengalir pada basis juga semakin besar karena lapisan deplesi terdorong hingga menyempit akibat penberian bias maju dari sumber.
2. Karakteristik output, besar arus yang mengalir pada kolektor berbanding lurus dengan nilai arus pada basis begitupun dengan faktor penguatnya.
3. Karakteristik transfer arus konstan, besar arus yang mengalir di kolektor berbanding lurus dengan arus yang diberikan pada basis.
4. Metode pemberian bias tegangan pada transistor merupakan perpaduan bias pada dua jenis dioda yang berbeda tipe. Apabila transistor yang digunakan adalah tipe NPN maka pada sunber positif dan negatifnya masing-masing akan terhubung dengan tipe P dan N dioda yang sama tipe sehingga akan terjadi bias maju yang mengakibatkan daerah deplesi menyempit sehingga arus pada basis bisa mengalir dan terkumpul pada collector.
DAFTAR PUSTAKA
Bakri, A.H, dan Muh. Saleh. 2015. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar 2. Makassar: Laboratorium Fisika FMIPA UNM Unit Elektronika & Instrumentasi
Sutrisno. 1986. Elektronika, Teori dan Penerapannya. Jakarta: Salemba Teknika.
Malvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika, Buku 1. Jakarta: Salemba Teknika