Kuripan's Expirience: Penguat Comman Emitor

Pada rangkaian BJT terdapat tiga rangkaian dasar penguat (amplifier), yaitu emitor bersama (common-emitter, CE), kolektor bersama (common-collector, CC) dan basis bersama (common-base, CB). Berikut ini akan dijabarkan penjelasan dari ketiga rangkaian dasar tersebut.

1. Emitor bersama (common-emitter)

Rangkaian emitter bersama (common-emitter) adalah rangkaian BJT yang menggunakan terminal emitor sebagai terminal bersama yang terhubung ke sinyal sasis (ground), sedangkan terminal masukan dan keluarannya terletak masing-masing pada terminal basis dan terminal kolektor.

Rangkaian penguat common-emitter adalah yang paling banyak digunakan karena memiliki sifat menguatkan tegangan puncak amplitudo dari sinyal masukan. Faktor penguatan dari transistor dilambangkan dengan simbol beta (β).

Gambar dari rangkaian dasar common-emitter adalah sebagai berikut:

Gambar 1. Rangkaian dasar common-emitter

C₁ dan C₂ adalah kapasitor kopling yang menentukan dalam analisis DC dan AC, karena berfungsi sebagai hubungan singkat (short circuit) atau hubungan terbuka (open circuit). Besarnya penguatan ditentukan oleh hambatan basis R_B dan hambatan kolektor R_C, yang akan dijelaskan kemudian.

Rangkaian common-emitter dapat dibagi menjadi rangkaian fixed bias, voltage divider bias dan emitter bias.

a. Rangkaian common-emitter fixed bias

Rangkaian fixed bias adalah rangkaian yang paling sederhana dalam rangkaian common-emitter, yang mana hanya terdiri dari hambatan basis dan hambatan kolektor saja, seperti tergambar pada Gambar 1.

Pada analisis AC, semua kapasitor kopling, Vcc, dan sumber DC lainnya dianggap sebagai suatu hubung singkat (short-circuit), sehingga rangkaian pada Gambar 1 menjadi seperti gambar berikut ini:

Gambar 2. Rangkaian yang akan dianalisis

Dari gambar di atas dapat ditentukan besarnya impedansi masukan (Z_i) dan impedansi keluaran (Z_o), dengan menggunakan suatu model yang dapat menggantikan transistor menjadi sumber-sumber dan hambatan-hambatan. Model yang umum digunakan adalah model hybrid-π, dengan mengacu kepada arus kolektor (I_C) sebagai dasar untuk menentukan transkonduktansi (g_m) dari transistor.

Dengan terlebih dahulu menerapkan analisis DC di mana semua kapasitor dianggap sebagai suatu hubung terbuka, dapat ditentukan arus basis I_B, arus emitor I_E dan arus kolektor I_C sebagai berikut:

Setelah arus basis I_B, arus emitor I_E dan arus kolektor I_C ditentukan, maka selanjutnya dapat digambarkan rangkaian pengganti untuk transistor dalam mode arus AC sebagai berikut:

Gambar 3. Model hybrid-π dari gambar 2

Model di atas menggambarkan hubungan basis dengan emitor sebagai sebuah hambatan r_π, dan hubungan antara kolektor dengan emitor digambarkan sebagai sebuah sumber arus terkendali tegangan (voltage controlled current source, VCCS) yang besarnya diatur oleh perkalian nilai transkonduktansi (g_m) dengan nilai tegangan dari hambatan basis-emitor (v_π). Pada kolektor juga terdapat suatu faktor hambatan r_o yang mempengaruhi besarnya impedansi output, yang besarnya bervariasi tergantung kepada jenis transistor.

Besarnya transkonduktansi (g_m) dapat dihitung sebagai berikut:

Nilai k adalah konstanta bahan transistor, T adalah suhu ruangan (dalam satuan kelvin, K) dan q adalah massa satu elektron (1,62.10²³_C). Pada keadaan ideal (suhuruangan), nilai kT/q adalah 25 mV.

Nilai dari hambatan basis-emitor, r_π,dapat dihitung sebagai berikut:

Setelah ditentukan faktor transkonduktansi dan besarnya hambatan dalam basis-emitor, maka dengan mengacu pada gambar 3 dapat ditentukan besarnya impedansi masukan (Z_i) dan impedansi keluaran (Z_o) sebagai berikut:

Untuk r_o sangat besar maka Z_o dapat disederhanakan menjadi:

Faktor penguatan tegangan (A_V) adalah besarnya penguatan tegangan dari terminal keluaran (V_o) terhadap tegangan dari terminal masukan (V_i) yang dirumuskan sebagai berikut: