Elektronika

4.3 FIXED-BIAS CIRCUIT

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

1. Tujuan [Kembali]

1. Fixed bias circuit digunakan untuk mengisolasi tegangan dc dari transistor ke tingkat sebeum dan sesudahnya, namun tetap menyalurkan sinyal ac-nya

2. Mampu mensimulasikan dengan proteus

2. Alat dan bahan [Kembali]

a. Resistor

Resistor atau hambatan yaitu salah satu komponen elektronika yang punya nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya. Sebuah resistor biasanya terbuat dari bahan campuran Carbon. Tapi, gak sedikit juga resistor yang terbuat dari kawat nikrom, sebuah kawat yang punya resistansi yang cukup tinggi dan tahan pada arus kuat. Contohnya, penggunaan kawat nikrom bisa dilihat pada elemen pemanas setrika. Kalo elemen pemanas tersebut dibuka, maka ada seutas kawat spiral yang biasa disebut dengan kawat nikrom. Satuan Resistor yaiti Ohm (Ω) yang merupakan satuan SI buat Resistansi listrik.

Ada beberapa fungsi dari Resistor, yaitu:

Fungsi resistor yaitu buat membatasi arus listrik yang mengalir.
Fungsi resistor buat aplikasi DC yang membutuhkan keakuratan yang sangat tinggi. Contoh, aplikasi penggunaan resistor ini yaitu DC Measuring equipment, dan reference gulators buat voltage regulator dan decoding Network.
Fungsi resistor sebagai standart didalam verifikasi keakuratan dari suatu alat ukur resistive.
Fungsi resistor buat pengatur tegangan output pada power supplay.
Fungsi resistor buat aplikasi power, karena membutuhkan frekuensi respon yang baik, daya yang tinggi dan nilai yang lebih besar dari pada power wirewound resistor.
Fungsi resistor pembagi tegangan.

Ada beberapa karakteristik utama pada sebuah resistor, yaitu sebagai berikut

Resistanti terhadap daya listrik yang dapat boros
Koefisien suhu, desah listrik, dan induktansi.
Resistor bersifat resistif.
Terbuat dari bahan karbon.

b. Voltmeter

Voltmeter terdiri dari dua macam diantaranya ada volmeter Analog dan Digital. Pada sebuah voltmeter terpasang secara parallel, dan untuk suatu rangkaian dapat dijadikan patokan sebagai cara untuk mengetahui tegangan pada listrik tersebut. Kutub alat ukur ini pun harus searah dengan arus baik kutub positif maupun kutub negatif.

Volt meter DC merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial tegangan DC antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika. Konsep yang digunakan dalam sebuah volt meter DC hampir sama dengan konsep pada ampere meter. Pada volt meter arus searah atau DC volt meter tahanan shunt atau shunt resistor dipasang seri dengan kumparan putar magnet permanen (permanent magnet moving coil) PMMC yang berfungsi sebagai pengali (multiplier).

Tahanan Pengali (Multiplier Resistor) Penambahan sebuah tahanan seri atau pengali (multiplier), mengubah gerakan d’arsonval menjadi sebuah voltmeter arus searah. Tahanan pengali membatasi arus kealat ukur agar tidak melebihi arus sakala penuh (Idp). Sebuah voltmeter arus searah mengukur beda potensial antara dua titik dalam sebuah rangkaian arus searah dan dengan demikian dihubungkan paralel terhadap sebuah sumber tegangan atau komponen rangkaian. Biasanya terminal-termianal alat ukur ini diberi tanda positif dan negatif karena polaritas harus ditetapkan.

Nilai tahanan pengali yang diperlukan untuk memperbesar batas ukur tegangan ditentukan dari gambar berikut, dimana :

V = Im (Rs + Rm)

Dengan :

Im = arus defleksi dari alat ukur

Rm = tahanan dalam alat ukur

Rs = tahanan pengali

V = tegangan rangkuman maksimum dari instrumen

Gambar Rangkaian Dasar Voltmeter Arus Searah

Biasanya untuk batas ukur sampai 500 V pengali dipasang didalam kotak voltmeter. Untuk tegangan yang lebih tinggi, pengali tersebut dipasang pada sepasang probe kutub diluar kotak yakni untuk mencegah kelebihan panas dibagian dalam voltmeter.

Voltmeter Rangkuman Ganda

Penambahan sejumlah pengali beserta sebuah saklar rangkuman membuat instrumen mampu digunakan bagi sejumlah rangkuman tegangan. Sebuah voltmeter rangkuman ganda yang menggunakan sebuah sakelar empat posisi (V1, V2, V3, dan V4 ) dan empat pengali (R1, R2, R3, dan R4). Nilai dari pada tahanan-tahanan pengali dapat ditentukan dengan metoda sebelumnya, atau dengan metoda sensitivitas.

Sensitivitas voltmeter

Sensitivitas (S), adalah kebalikan dari defleksi skala penuh alat ukur yaitu:

S = 1 / Idp

Sensitivitas (S) dapat digunakan pada metode sensitivitas untuk menentukan tahanan pengali voltmeter arus searah.

R = (S x V) – Rm

Dimana :

S = sensitivitas voltmeter,ohm/volt

V = rangkuman tegangan yang ditentukan oleh posisi sakelar

Rm = tahanan-dalam alat ukur (ditambah tahanan seri)

Rs = tahanan pengali

Efek pembebanan

Bila sebuah voltmeter dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah rangkaian tahanan tinggi, dia bertindak sebagai shunt bagi bagian rangkaian sehinga memperkecil tahanan ekivalen dalam bagian rangkaian tersebut. Berarti voltmeter akan menghasilkan penunjukan tegangan yang lebih rendah dari yang sebenarnya sebelum dihubungkan. Efek ini disebut efek pembebanan instrumen yang terutama disebabkan oleh sensitivitas rendah.

Tindakan pencegahan yang umum bila menggunakan sebuah voltmeter adalah:

Periksa polaritas yang benar. Polaritas yang salah (terbalik) menyebabkan voltmeter menyimpang kesumbat mekanis dan ini dapat merusak jarum.
Hubungkan voltmeter paralel terhadap rangkaian atau komponen yang akan diukur tegangannya.
Bila menggunakan rangkuman ganda, gunakan selalu rangkuman tertinggi dan kemudian turunkan sampai diperoleh pembacaan naik yang baik.
Selalu hati-hati terhadap efek pembebanan. Efek ini dapat diperkecil dengan menggunakan rangkuman setinggi mungkin (dan sensitivitas paling tinggi).
Ketepatan pengukuran berkurang bila penunjukan berada pada skala yang lebih rendah.

c. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

3. Dasar teori [Kembali]

Fixed Bias

Fixed bias merupakan jenis bias dimana arus basis dipertahankan konstan untuk Vcc yang diberikan dengan menggunakan resistor tetap.

Gambar 1 : Fixed bias circuit

Gambar 2 : Bagian dari gambar 1

Arus bias I_{B didapat dari Vcc yang dihubungkan ke kaki B melewati tahanan R seperti pada gambar diatas.}

Foward Bias of Base-Emiter

Menurut persamaan tegangan Kirchoff dalam arah searah jarum jam untuk lopp, didapat persamaan sebagai berikut:

Gambar 3 : Foward bias emitter

Dari polaritas tegangan Vcc melintasi RB seperti pada gambar , didapat persamaan untuk hasil IB sebagai berikut:

Colecctor Emitter Loop

Jaringan Collector Emitter dengan arah yang ditunjukkan dari Ic saat ini pada polaritas melewati Rc. besarnya Ic dapat ditulis dengan :

Gambar 4 : Collector emitter

Transistor Sanuration

Istilah saturasi diterapkan ke sistem mana pun di mana level telah mencapai nilai maksimumnya. Spons jenuh adalah spons yang tidak bisa menahan setetes cairan lagi. Untuk transistor yang beroperasi di daerah saturasi, arus adalah nilai maksimum untuk desain tertentu. Ubah desain dan tingkat saturasi yang sesuai dapat naik atau turun. Tentu saja, tingkat saturasi tertinggi ditentukan oleh arus kolektor maksimum seperti yang disediakan oleh lembar spesifikasi.

Kondisi saturasi biasanya dihindari karena sambungan basis-kolektor tidak lagi bias terbalik dan sinyal yang diperkuat keluaran akan terdistorsi. Titik operasi di wilayah saturasi digambarkan pada Gambar 4.8a. Perhatikan bahwa ini berada di wilayah di mana kurva karakteristik bergabung dan tegangan kolektor-ke-emitor berada pada atau di bawah VCEsat. Selain itu, arus kolektor relatif tinggi pada karakteristik.
Jika kita memperkirakan kurva Gambar 4.8a dengan yang muncul pada Gambar 4.8b, metode langsung dan cepat untuk menentukan tingkat saturasi menjadi jelas. Pada Gambar 4.8b, arus relatif tinggi dan tegangan VCE diasumsikan nol volt. Menerapkan hukum Ohm resistensi antara terminal kolektor dan emitor dapat ditentukan sebagai berikut:

Menerapkan hasil ke skema jaringan akan menghasilkan konfigurasi Gambar 4.9. Karena itu, untuk masa depan, jika ada kebutuhan mendesak untuk mengetahui perkiraan arus kolektor maksimum (tingkat saturasi) untuk desain tertentu, cukup masukkan ekivalensi hubung singkat antara kolektor dan emitor transistor dan hitung arus kolektor yang dihasilkan. Singkatnya, atur VCE 0 V. Untuk konfigurasi bias-tetap pada Gambar 4.10, hubung singkat telah diterapkan, menyebabkan tegangan pada RC menjadi tegangan VCC yang diterapkan. Arus saturasi yang dihasilkan untuk konfigurasi bias tetap adalah :

Gambar 5 : Transistor Sanuration

Load-Line Analysis

Analisis sejauh ini telah dilakukan dengan menggunakan level sesuai dengan Q-point yang dihasilkan. Kami sekarang akan menyelidiki bagaimana parameter jaringan menentukan berbagai kemungkinan titik-Q dan bagaimana titik-Q yang sebenarnya ditentukan. Jaringan Gambar 4.11a menetapkan persamaan output yang menghubungkan variabel IC dan VCE dengan cara berikut:

Gambar 6 : Load line-analysis

4. Percobaan [Kembali]

Pada rangkaian fixed bias circuit digunakan transistor yang prinsip kerjanya yaituArus akan mengalir dari colector menuju Emitor apabila kaki basis diberikan arus atau tegangan. Sedikit saja arus atau tegangan kita berikan ke kaki basis, maka arus yang besar akan mengalir dari Colector ke Emitor. Perbandingan arus colektor yang mengalir ke Emitor dan arus basis yang diberikan dinamakan penguatan atau Gain.

Variasi arus basis yang diberikan juga akan mengakibatkan variasi besarnya arus yang mengalir di colector ke Emitor. Ketika kaki basis diberi tegangan tertentu maka terjadi koneksi dari dari Colector ke emitor ( dengan kata lain Collector dan Emitor short circuit). Ketika tegangan basis kita putus atau diambil, atau tidak diberi tegangan maka kaki Collector dan Emitor akan terputus.

Gambar Rangkaian