Penguat Common Collector (Emitter Follower)

Besarnya penguatan tegangan dari rangkaian penguat common collector adalah mendekati satu. Fungsi yang sangat berguna dari emitter follower adalah transformasi impedansi (resistansi), yaitu mempunyai resistansi input (Rin) yang tinggi dan resistansi output (Rout) yang rendah. Untuk penjelasan prinsip kerja dari rangkaian penguat common collector, dengan konfigurasi common collector, maka berikut ini diberikan suatu contoh gambar rangkaian penguat common collector. Gambar 1 memperlihatkan gambar rangkaian penguat common collector dengan bias tetap (fixed bias), kapasitor kopling input (C1 = 10 mF) dan kapasitor kopling output (C2 = 100 mF).

Gambar 1. Rangkaian penguat common collector

Analisa DC

Untuk analisa DC dari rangkaian penguat common collector pada Gambar 1, maka semua kapasitor kopling (input dan output) diasumsikan open atau tidak tersambung, karena kapasitor menjadi rangkaian terbuka untuk analisa DC. Sehingga rumus arus collector menjadi:

IC = VCC-VBE/(RB/𝛽)+RE

Sedangkan untuk rangkaian percobaan (Gambar 4), rangkaian biasingnya adalah voltage divider, maka arus collector menjadi:

IC = VTH-VBE/(RTH/𝛽)+RE

Dimana:

VTH = (R2/(R1+R2))VCC dan RTH = R1//R2

Analisa AC

Untuk analisa AC dari rangkaian common collector tersebut, maka dibuatlah rangkaian ekivalen AC, yaitu dengan asumsi bahwa semua kapasitor kopling (input dan output) menjadi short circuit atau dianggap tidak ada kapasitor (XC≅0, pada frekuensi sinyal) dan sumber DC menjadi ground. Gambar 2 dan 3 memperlihatkan rangkaian ekivalen ac dari rangkaian penguat tersebut.

Gambar 2. Rangkaian ekivalen AC

penyederhanaan rangkaian ekivalen ac common colector

Gambar 3. Rangkaian ekivalen AC setelah disederhanakan

Resistansi AC emitter (re) atau resistansi dinamis pada suhu kamar (300⁰K) adalah:

re = 26mV/IE

Penguatan Tegangan (AV)

Dari Gambar 3, maka dengan teori rangkaian listrik dapat ditentukan besar penguatan tegangannya yaitu:

AV = Vout/Vin = (RE//RC//RL)/(re+RE//RL)

Persamaan terakhir ini juga berlaku untuk rangkaian percobaan (Gambar 4).

Gambar 4. Rangkaian ekivalen AC setelah disederhanakan

Feedback collector biasing transistor

Pada Gambar 5, resistor base RB tidak dihubungkan ke VCC, seperti pada rangkaian bias sebelumnya, melainkan dihubungkan ke collector. Tegangan collector memberikan bias untuk junction base-emitter. Model feedback negatif seperti ini akan membuat titik Q menjadi stabil. Apabila arus IC bertambah, maka tegangan pada RC akan meningkat, sehingga menyebabkan tegangan collector (VC) berkurang. Ketika tegangan collector (VC) berkurang, maka tegangan yang melalui RB juga akan berkurang, sehingga arus base (IB) akan berkurang. Berkurangnya nilai arus IB ini akan mengakibatkan nilai arus IC akan berkurang.

Gambar 5. Rangkaian bias collector feedback

Analisa Collector Feedback

Dengan menggunakan hukum Ohm, arus base dapat dinyatakan degan persamaan (1) sebagai berikut:

IB = (VC - VBE) / RB

Dengan mengasumsikan bahwa IC >> IB, maka tegangan collector dapat dituliskan

VC ≌ VCC – IC.RC

Dan karena

IB = IC / β

Maka dengan mensubstitusi IB dan VC kedalam persamaan (1) , didapat

IC / β = (VCC – IC.RC – VBE) / RB

atau disusun kembali menjadi

(IC.RB / β) + IC.RC = VCC - VBE

Sehingga penyelesaian untuk IC didapatkan persamaan (2) sebagai berikut:

ICx(RC + (RB / β)) = (VCC – VBE) -> IC = (VCC – VBE) / (RC + (RB / β))

Karena emitter di ground, maka VCE = VC

VCE = VC – IC.RC

Stabilitas Over Temperature

Persamaan (2) memperlihatkan bahwa nilai arus collector bergantung kepada nilai β dan VBE. Kebergantungan ini tentunya dapat diminimisasi dengan membuat RC >> RB/ β dan VCC >> VBE.

Telah diketahui bersama bahwa variasi nilai β berbanding lurus dengan temperature, sedangkan variasi nilai VBE berbanding terbalik dengan temperature. Perhatikan Gambar 6. Rangkaian bias collector feedback mempunyai nilai awal IB, IC dan VCE, seperti ditunjukkan pada Gambar 6(a). Pada bagian (b), memperlihatkan temperature meningkat, sehingga nilai β meningkat dan nilai VBE menurun. Pertambahan nilai β menyebabkan pertambahan nilai pada IC. Sedangkan penurunan nilai VBE akan menyebabkan pertambahan pada nilai IB, yang pada gilirannya akan menyebabkan pertambahan nilai pada IC juga. Bertambahnya nilai IC ini akan berakibat meningkatnya tegangan pada RC. Hal ini membuat tegangan collector (VC) berkurang, sehingga tegangan yang melalui RB juga berkurang, yang berakibat berkurangnya arus base (IB). Berkurangnya nilai arus IB ini akan mengakibatkan nilai arus IC menjadi berkurang. Sehingga dapat disimpulkan bahwa rangkaian collector feedback menjaga kestabilan titik Q, seperti ditunjukkan pada Gambar 6(c).

Kebalikan dari peristiwa diatas, yaitu ketika terjadi penurunan temperature, diilustrasikan pada Gambar 6(d) dan (e).