Karakteristik BJT common Emitter

Bipolar Transistor Junction (BJT) merupakan piranti semikonduktor dengan tiga terminal yaitu Base (B) , Collector (C) dan Emitter (E) yang terdiri dari tiga daerah doping yang terbentuk dari dua P-N junction yang saling bersambungan. Ada dua tipe pada BJT ini yaitu NPN dan PNP dengan struktur dan simbol yang ditunjukkan pada Gambar 1.

                                           (a) Tipe NPN                         (b) Tipe PNP

Gambar 1. Bipolar transistor Junction 

Arus Bias

Ada tiga cara yang umum untuk memberi arus bias pada transistor, yaitu rangkaian CB (Common Base), CC (Common Collector) dan CE (Common Emitter). Dengan menganalisa rangkaian CE akan dapat diketahui beberapa parameter penting dan berguna terutama untuk memilih transistor yang tepat untuk aplikasi tertentu. 

Arus Emiter

Dari hukum Kirchhoff diketahui bahwa jumlah arus yang masuk kesatu titik akan sama jumlahnya dengan arus yang keluar. Teori tersebut dapat diaplikasikan pada transistor dan dapat menjelaskan hubungan teori berikut:

IE =  IB + IC.........................................................................................................................................(1)

Gambar 1. Arus emiter

Dari persamanaan (1) tersebut dapat diketahui bahwa arus emiter IE adalah jumlah dari arus base IB dan arus kolektor IC. Karena arus IB sangat kecil sekali atau disebutkan IB << IC, maka dapat di nyatakan:

IE = IC ................................................................................................................................................(2) 

Common Emitter (CE)

Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter. 

Rangkaian transistor dengan konfigurasi Common Emitter dengan BJT tipe NPN ditunjukkan pada Gambar 2. Dalam konfigurasi ini, terminal Emitter menjadi ground. Pada Konfigurasi ini memiliki dua macam karakteristik, yaitu karakteristik input dan karakteristik output.

Gambar 2. Konfigurasi Common Emitter BJT tipe NPN

Karakteristik input merupakan karakteristik dari tegangan base dan emitter (VBE) sebagai fungsi arus base (IB) dengan VCE dalam keadaan konstan. Karakteristik ini merupakan karakteristik dari junction emitter-base dengan forward bias atau sama dengan karakteristik diode pada forward bias. Pada BJT seluruh pembawa muatan akan melewati junction Base-Emittor menuju Collector maka arus pada basis menjadi jauh lebih kecil dari diode P-N dengan adanya faktor hfe. Penambahan nilai VCE megakibatkan arus IB akan berkurang. Arus IB akan mengalir jika tegangan VBE > 0,7 V seperti ditunjukkan oleh karakteristik pada Gambar 3.

Karakteristik output merupakan karakteristik dengan tegangan emitter (VCE) sebagai fungsi arus kolektor (IC) terhadap arus base (IB) yang tetap seperti ditunjukkan pada Gambar 4. Pada saat IB=0, arus IC yang mengalir adalah arus bocor ICB0 (pada umumnya diabaikan), sedangkan pada saat IB ≠ 0 untuk VCE kecil (<< 0,2 V), pembawa muatan di basis tidak efisien dan transistor dikatakan dalam keadaan saturasi dengan IB > IC / hfe . Pada saat VCE diperbesar IC pun naik hingga melewati level tegangan VCE saturasi (0,2 -1 V) hingga transistor bekerja dalam daerah aktif dengan IB = IC / hfe. Pada saat ini kondisi arus IC relatif konstan terhadap variasi tegangan VCE.

Gambar 3. Karakteristik Input

Daerah Operasi BJT

Daerah operasi	IB atau VCE  Char.	BC dan BE  Junctions	Mode
Cutoff	IB = sangat kecil	Reverse & Reverse	Saklar terbuka
Saturation	VCE = kecil	Forward & Forward	Saklar tertutup
Forward active	VCE = Menyesuaikan	Reverse & Forward	Amplifier yang baik
Reverse active	VCE = besar	Forward & Reverse	Amplifier yang buruk

Daerah Aktif Forward

• Di daerah ini transistor menunjukkan penguatan tegangan dan arus yang besar, sehingga berguna untuk penguatan analog. 
• Junction E-B di bias tegangan maju. Elektron-elektron dari emitor tipe n diinjeksikan ke basis tipe p.
• Sejumlah konsentrasi elektron tercipta di daerah basis dan menghasilkan arus difusi melewati basis.
• Karena basis sangat sempit (<1μm) dan adanya tegangan positif yang besar di kolektor, hampir semua elektron yang berdifusi melewati basis menuju kolektor, dan hanya beberapa yang mencapai terminal basis.
• IE = IB+IC and IC = αIE dimana α berharga mendekati 1 (biasanya 0.99)
• IC = βIB dimana β = α/(1- α)
• Arus emitor adalah IE ≈ IS(eq^VBE/nkT - 1) ≈ IC dimana q/nkT=26 mV pada 300°K 

Daerah Aktif Reverse 

• Struktur BJT terlihat simetri, tetapi doping campuran dari emitor dan kolektor sangat simetri
• Hal ini menyebabkan arus basis pada mode forward dan reverse menjadi sangat berbeda, menghasilkan βR yang jauh lebih kecil dibandingkan βF. 

Daerah Cut Off 

                                           Transistor npn         Model arus        Model rangkaian

                                                                         bocor konstan             terbuka 

• Pada daerah cut off, kedua junction dibias reverse
• BJT berlaku seperti saklar terbuka 

Daerah Saturasi 

• Kedua junction dibias forward, sehingga arus kolektor menjadi saturasi dan tegangan kolektor mencapai nilai minimum yang disebut sebagai VCE sat.
• Pada saat saturasi, IC < βFIB. Rasio IC/βF menunjukkan arus basis yang diperlukan untuk menjaga operasi transistor pada daerah forward-active. Jika arus basis melebihi harga yang diperlukan untuk operasi daerah forward-active, transistor menjadi saturasi. 

Share this post