Jika Anda seorang mahasiswa teknik atau insinyur, Anda mungkin tahu tentang transistor dan betapa pentingnya transistor dalam elektronik modern.
Tapi pernahkah Anda berhenti untuk memikirkan betapa pentingnya bias dasar terhadap seberapa baik perangkat ini bekerja? Bias basis adalah tegangan langsung yang diterapkan pada kontak pembawa mayoritas transistor.
Sangat penting untuk mengontrol aliran arus melalui perangkat.
Tanpa bias basis yang tepat, transistor tidak dapat bekerja dengan baik, yang dapat menyebabkan perilaku aneh atau bahkan kegagalan.
Dalam posting blog ini, saya akan berbicara tentang apa itu bias basis dan mengapa itu sangat penting untuk cara kerja transistor.
Apakah Anda seorang insinyur berpengalaman atau baru memulai di bidang elektronik, Anda perlu memahami bias dasar untuk melakukannya dengan baik.
Jadi, mari selami dan pelajari bersama tentang dunia bias dasar yang menarik.
Pengertian Bias Basis dan Fungsinya pada Transistor
Definisi formal:
Tegangan langsung yang diterapkan pada kontak pembawa mayoritas (basis) dari transistor.
Metode Bias Basis
Membias transistor persimpangan bipolar (BJT) dalam rangkaian transistor sederhana dan mudah dilakukan dengan bias basis.
Metode ini memastikan tegangan basis yang benar, VBB, dikirim ke basis, yang kemudian mengirimkan arus basis yang benar ke BJT sehingga dapat menyala.
Dalam "rangkaian bias basis tetap", resistor bias basis RB dihubungkan antara basis dan VBB baterai basis.
Ini memastikan bahwa arus basis transistor tetap sama untuk nilai VCC yang diberikan.
Metode untuk Mendapatkan Arus Basis Sinyal Nol
Ada beberapa cara untuk mendapatkan IB arus basis sinyal nol yang diperlukan, seperti bias dari kolektor ke basis, bias dengan resistor umpan balik kolektor, atau bias dengan pembagi tegangan.
Ketika wilayah linier sirkuit ini dilihat, ini menunjukkan bahwa DC memiliki efek langsung padanya.
Dengan menerapkan hukum tegangan Kirchhoff pada rangkaian basis, kita dapat memperoleh persamaan yang menunjukkan hubungan antara IB dan VBB.
Jika Anda mengetahui VBB dan RB, Anda dapat menggunakan persamaan ini untuk menghitung IB.
Tujuan Resistor Bias
Resistor bias menjaga arus yang cukup mengalir ke basis sehingga transistor BJT tidak kelebihan beban atau dimatikan.
Resistor bias menjaga transistor pada titik operasi tertentu atau offset DC.
Beberapa BJT memiliki resistor bias internal untuk mengurangi jumlah bagian dalam desain, tetapi resistor bias eksternal diperlukan untuk menghidupkan dan mematikan BJT.
Bias resistor built-in transistor (BRT) adalah transistor bipolar yang memiliki resistor basis dan resistor basis-emitor bawaan.
Dengan resistor yang terpasang di dalam transistor, BRT mengurangi jumlah komponen eksternal yang diperlukan dan membuatnya lebih mudah untuk mengatur sirkuit diskrit.
Bias Transistor
Bias transistor adalah proses pemberian tegangan DC pada transistor sehingga sambungan emitor-basis dipanjar maju dan sambungan kolektor-basis dibias mundur.
Ini menjaga transistor di daerah aktifnya sehingga bisa bekerja sebagai penguat.
Menggunakan kopling dan kapasitor bypass dengan cara yang benar akan membantu menghentikan arus bias masuk atau keluar dari basis transistor.
Bias transistor memungkinkannya bekerja dengan cara analog dan digital.
Tanpa bias, amplifier BJT tidak dapat mengirimkan jumlah daya yang tepat ke terminal beban.
Dampak Pembiasan pada Performa Amplifier
Bagaimana basis diatur mempengaruhi seberapa baik penguat transistor bekerja.
"Bias Kelas A" adalah proses pengaturan penguat sehingga titik operasi berada di tengah bagian lurus dari kurva karakteristik transistor.
Penguat Kelas A dibiaskan dengan menempatkan tegangan DC melintasi persimpangan basis-emitor dari transistor sehingga titik operasi tanpa sinyal (diam) berada pada bagian linier dari perilaku transistor.
Nilai terbaik untuk tegangan bias transistor adalah dua kali tegangan output AC puncak.
Jika Anda mengubah tegangan bias transistor, titik-Q juga akan bergerak.
Merevolusi Elektronik Anda: Manfaatkan Kekuatan Bias Basis
Masih sulit dimengerti? Biarkan saya mengubah sudut pandang sedikit:
Apakah Anda muak dengan transistor Anda yang selalu rusak karena bertingkah aneh dan tidak berfungsi dengan baik? Lihat saja betapa menakjubkannya kekuatan bias dasar.
Ya, menempatkan tegangan langsung pada kontak pembawa mayoritas transistor Anda dapat membuat perbedaan antara kelancaran, operasi yang andal, dan kehancuran yang membara.
Jadi mengapa tidak melepaskan kehati-hatian dan terjun ke dunia liar bias dasar?
Oke, itu hanya lelucon yang dibuat agar terlihat seperti iklan TV.
Sekarang mari kita kembali ke penjelasannya.
Faktor-faktor yang Mempengaruhi Bias Basis
Efek Temperatur pada Bias Basis
Suhu mengubah tegangan basis-emitor (VBE) dan arus balik saturasi kolektor-basis.
Ini mengubah titik-Q dari rangkaian bias dasar (ICBO).
Saat suhu naik, VBE turun dengan kecepatan 2,5 mV /, sementara ICBO naik.
Ini membuat arus basis IB naik, yang memaksa IC untuk berubah, yang menggerakkan titik-Q dari rangkaian.
Agar pelarian termal tidak terjadi, langkah-langkah harus diambil untuk memastikan bahwa bias stabil terhadap penyebaran hFE.
Bias basis dan bias kolektor-ke-basis kurang dipengaruhi oleh perubahan VBE daripada bias pembagi tegangan.
Hal ini membuat bias basis dan bias kolektor-ke-basis pilihan yang lebih baik untuk sirkuit yang harus stabil pada temperatur yang berbeda.
Ketika titik-Q dari transistor bipolar berada di dekat tengah rentang operasinya, ia tidak terlalu terpengaruh oleh perubahan suhu.
Menghitung Tegangan Resistor Basis
Hukum Ohm dan hukum tegangan Kirchhoff digunakan untuk mencari tahu berapa tegangan resistor basis dalam rangkaian dengan bias basis tetap.
Cara termudah untuk membiaskan transistor adalah dengan rangkaian bias basis tetap.
Di sirkuit ini, bias basis tetap sama saat transistor bekerja.
Untuk mengatur sirkuit ini, Anda menghubungkan resistor bias-basis antara basis dan VBB baterai dasar atau sumber tegangan konstan lainnya.
Jika kita memiliki transistor = 100 dan ingin mendapatkan arus emitor 1mA, kita dapat menggunakan hukum Ohm dan hukum tegangan Kirchhoff untuk mengetahui seberapa besar resistor basis-bias yang diperlukan.
Pertama, kita harus mencari tahu apa itu VBB.
Kita dapat menulis: VCC = IB * RB + VBE menggunakan hukum tegangan Kirchhoff.
Karena IB kira-kira sama dengan IE/, di mana IE adalah arus emitor, adalah gain DC dari transistor, dan VBE sekitar 0,7V untuk transistor silikon, kita dapat menulis: VBB = VCC - (IE/)*RB - 0,7 V .
RB = (VCC - VBB - 0.7V)/(IE/) adalah apa yang Anda dapatkan saat memecahkan RB.
Anda juga dapat menggunakan kalkulator daring, seperti Kalkulator Bias Transistor oleh Kalkulator Omni.
Kalkulator ini hanya bekerja dengan transistor persimpangan bipolar (BJT), dan menawarkan cara yang berbeda untuk mengatur bias, seperti bias bias basis tetap, bias umpan balik kolektor, bias umpan balik emitor, dan bias pembagi tegangan.
Untuk menggunakan kalkulator ini untuk metode bias basis tetap, Anda dapat memasukkan nilai yang diketahui seperti tegangan suplai (VCC), arus kolektor yang diinginkan (IC), gain DC (), dan tegangan saturasi (VCEsat).
Kalkulator akan memberi Anda hasil seperti arus emitor (IE), resistansi kolektor (RC), resistansi emitor (RE), dan resistansi basis (RB).
Metode untuk Menyediakan Bias untuk Transistor
Ada banyak cara berbeda untuk memberi transistor bias.
Diantaranya adalah:
- Bias Basis atau "Bias Arus Tetap" bukanlah metode yang sangat baik karena tegangan dan arus bias tidak tetap sama saat transistor bekerja.
- Bias Basis dengan Umpan Balik Emitor: Metode ini menjaga titik operasi dc tetap stabil meskipun resistansi berubah saat suhu berubah.
- Bias Dasar dengan Umpan Balik Kolektor: Nama metode ini berasal dari fakta bahwa karena RB didasarkan pada kolektor, ada efek umpan balik negatif yang membuatnya lebih stabil daripada bias dasar saja.
- Bias Kolektor-ke-Base: Dalam metode ini, tegangan bias diletakkan di antara kolektor dan basis transistor.
Metode ini memberikan tegangan bias yang stabil dan dapat digunakan pada rangkaian yang membutuhkan kestabilan suhu.
- Bias Pembagi Tegangan: Dalam metode ini, tegangan dasar diatur dengan jaringan pembagi tegangan yang terbuat dari dua resistor.
Teknik Lanjutan untuk Bias Basis
Bias basis adalah cara penting untuk membuat transistor bipolar bekerja di wilayah liniernya, yang diperlukan untuk amplifikasi.
Tetapi rangkaian bias basis peka terhadap perubahan suhu dan parameter transistor, yang dapat menyebabkan perubahan arus kolektor yang sulit diprediksi.
Untuk membuat bias dasar menjadi lebih baik, orang telah menemukan cara lain untuk membuatnya lebih stabil dan dapat diprediksi.
Pada artikel ini, kita akan berbicara tentang teknik lanjutan untuk bias basis, seperti bias umpan balik emitor, bias emitor, bias pembagi tegangan, dan bias basis bersama untuk mencampur dan mengalikan sinyal.
Bias Umpan Balik Emitor
Bias umpan balik emitor adalah cara untuk mengatur transistor yang menggunakan umpan balik emitor dan umpan balik basis-kolektor untuk menjaga kestabilan arus kolektor.
Dalam metode ini, resistor emitor ditambahkan ke rangkaian bias basis.
Ini membuat bias-basis lebih dapat diprediksi dengan menciptakan umpan balik negatif, yang membatalkan setiap perubahan arus kolektor yang disebabkan oleh perubahan tegangan basis.
Bias umpan balik emitor lebih baik daripada bias basis karena membuat bias basis lebih stabil dan kurang sensitif terhadap perubahan suhu dan parameter transistor.
Metode ini melakukannya dengan menggunakan umpan balik negatif dari resistor emitor, yang membuat perubahan ini kurang terlihat.
Bias emitor
Bias emitor sangat stabil bahkan ketika suhu berubah, dan menggunakan tegangan catu positif dan negatif.
Dalam transistor BJT emitor umum, emitor terhubung ke ground, sehingga tegangan input diukur pada basis terhadap ground (emitor), dan tegangan output diukur pada kolektor terhadap ground (kolektor) ( emitor).
Bias emitor dapat membuat titik-Q dari daerah aktif penguat lebih stabil dengan memastikan bahwa basis transistor selalu dibiaskan dengan benar.
Ini lebih baik daripada bias dasar karena menjaga bias tetap stabil.
Bias Pembagi Tegangan
Rangkaian bias basis kurang stabil dibandingkan dengan rangkaian bias pembagi tegangan.
Tegangan basis, yang tidak terkait dengan tegangan kolektor, diatur oleh jaringan pembagi tegangan pada rangkaian ini.
Hal ini membuat perubahan tegangan kolektor dan parameter transistor kurang berpengaruh pada titik bias.
Sebagian besar waktu, impedansi keluaran dari pembagi tegangan jauh lebih tinggi daripada rangkaian bias basis.
Ini membuat pembagi tegangan lebih stabil.
Bias Dasar
Sirkuit bias basis lebih mudah dibuat dan memiliki bagian lebih sedikit daripada sirkuit bias pembagi tegangan, tetapi kurang stabil.
Tegangan bias dasar terhubung langsung ke tegangan kolektor.
Jika tegangan kolektor atau parameter transistor berubah, tegangan bias basis juga akan berubah, membuat rangkaian menjadi tidak stabil.
Bias Basis Umum untuk Pencampuran dan Perkalian Sinyal
Untuk mencampur dan melipatgandakan sinyal dalam rangkaian basis umum, elemen nonlinier seperti dioda atau perangkat aktif seperti transistor atau FET diberi jumlah bias yang tepat.
Ini terjadi ketika dua sinyal dikirim melalui elemen nonlinier.
Pada frekuensi penjumlahan dan perbedaan dari sinyal asli, dua sinyal baru dibuat pada frekuensi baru.
Menggunakan konfigurasi bias-emitor dengan kapasitor bypass adalah salah satu cara untuk mengatur rangkaian basis umum untuk pencampuran dan perkalian.
Konfigurasi bias pembagi tegangan dengan kapasitor bypass adalah cara lain untuk melakukannya.
Singkatnya, bias dasar dibuat lebih stabil dan dapat diprediksi melalui penggunaan teknik baru.
Bahkan ketika suhu dan parameter transistor berubah, bias emitor-umpan balik dan bias emitor menjaga bias sangat stabil.
Bias basis kurang stabil daripada bias pembagi tegangan, dan bias basis digunakan untuk mencampur dan memperbanyak sinyal.
Persimpangan Basis-Kolektor dan Penurunan Tegangan Basis-Emitor
Dalam transistor sambungan bipolar, sambungan antara basis dan kolektor selalu dibias mundur.
Ini berarti bahwa tegangan bias balik yang tinggi dapat diterapkan ke sambungan sebelum putus.
Tegangan bias balik bertindak sebagai bias maju untuk pembawa minoritas di pangkalan, mempercepatnya melalui persimpangan basis-kolektor dan masuk ke wilayah kolektor.
Ketika sambungan emitor-basis dan kolektor-basis dibias maju, arus mengalir dari emitor ke kolektor.
Hal ini memungkinkan transistor melakukan tugasnya.
Dalam keadaan ini, yang disebut saturasi, kedua persimpangan dibiaskan maju, dan tegangan antara basis dan emitor setidaknya 0,7V untuk transistor silikon atau 0,3V untuk transistor germanium.
Bias Persimpangan Basis-Emitor
Penurunan tegangan bias maju melintasi sambungan basis-emitor memengaruhi cara kerja transistor dengan menurunkan penghalang di sambungan basis-emitor.
Ini memungkinkan lebih banyak pembawa sampai ke kolektor dan meningkatkan aliran arus dari emitor ke kolektor dan melalui sirkuit eksternal.
Agar transistor berfungsi sebagai penguat, setiap sambungannya harus diubah oleh tegangan yang berasal dari luar transistor.
Persimpangan PN pertama, yang berada di antara emitor dan basis, dibiaskan ke arah maju.
Persimpangan PN kedua, yaitu antara alas dan kolektor, dibiaskan ke arah yang berlawanan.
Untuk menghidupkan transistor, penurunan tegangan maju dari basis ke emitor (VBE) harus lebih besar dari nol, biasanya sekitar 0,6V.
Agar transistor berfungsi, dioda basis-emitor harus dibiaskan maju.
Ketika VBE lebih tinggi dari 0,6V, transistor bekerja dalam mode aktif dan meningkatkan sinyal.
Sebaliknya, ketika VBE kurang dari 0,6V, transistor berada dalam keadaan yang disebut "mode cutoff", di mana tidak ada arus yang mengalir melaluinya.
Agar transistor berada dalam mode aktif terbalik, tegangan pada emitor harus lebih tinggi dari tegangan pada basis, yang harus lebih tinggi dari tegangan pada kolektor.
Teknik Bias Dasar
Metode bias basis yang berbeda, seperti bias umpan balik emitor dan bias pembagi tegangan, dapat digunakan untuk menstabilkan arus kolektor dan membuatnya lebih mudah untuk diprediksi.
Arus kolektor dijaga stabil dengan bias umpan balik emitor dengan menggunakan umpan balik emitor dan basis-kolektor.
Ketika resistor emitor ditambahkan ke rangkaian bias-basis, efek perubahan suhu dan parameter transistor berkurang.
Ini membuat bias umpan balik emitor lebih stabil daripada bias basis saja.
Bias pembagi tegangan menggunakan jaringan pembagi tegangan untuk mengatur tegangan basis, yang tidak bergantung pada tegangan kolektor dan memberikan stabilitas bias yang tinggi.
Penyiapan ini lebih stabil daripada pembiasaan dasar karena tidak menggunakan catu daya kedua, yang dapat menimbulkan masalah.
Gain arus, e, dari transistor sama dengan arus kolektor dibagi dengan arus basis.
Ini berarti bahwa sejumlah kecil arus basis dapat mengontrol arus kolektor yang jauh lebih besar, yang merupakan dasar dari cara kerja transistor.
Agar arus kolektor mengalir, ketiga bagian transistor harus dibias maju.
Ini berarti bahwa arus harus digerakkan ke dasar agar konduksi dapat terjadi.
Arus kolektor transistor naik ketika tegangan bias maju naik.
Batasan Tegangan Basis-Kolektor
Seberapa tinggi tegangan basis-kolektor sebelum bias emitor berhenti bekerja tergantung pada transistor yang digunakan dan spesifikasinya.
Sebagian besar waktu, pabrikan akan mencantumkan peringkat tegangan basis-kolektor (Vbc) maksimum untuk transistor.
Peringkat ini bisa berkisar dari beberapa volt hingga beberapa ratus volt.
Ketika tegangan antara basis dan kolektor melampaui nilai maksimum, transistor dapat rusak dan mungkin rusak untuk selamanya.
Tetapi bias emitor masih dapat bekerja dalam jangkauan operasi transistor yang aman bahkan jika tegangan basis-kolektor lebih tinggi dari nilai maksimum.
Perhitungan dan Analisis Bias Basis
Menghitung Resistansi Beban dalam Bias Dasar
Dalam rangkaian bias resistor basis BJT, resistansi beban dapat dihitung dengan menggunakan rumus RL = (V CC - V BE) / IE, di mana V CC adalah tegangan dari catu daya, V BE adalah tegangan melintasi basis-emitor persimpangan, dan IE adalah arus emitor.
Rumus ini membantu mengetahui berapa banyak resistor bias yang diperlukan untuk sejumlah arus emitor.
Konfigurasi Bias Pembagi Tegangan
Menggunakan Teorema Thevenin, Anda dapat menemukan konfigurasi bias untuk pembagi tegangan.
Dalam metode ini, dua resistor dihubungkan secara seri antara sumber listrik dan ground, dan satu resistor dihubungkan ke basis transistor.
Dalam pengaturan ini, resistansi beban biasanya merupakan bagian selanjutnya dari rangkaian atau sumber arus.
Resistor bias dapat dihitung dengan menggunakan rumus R1 = (V CC - V BE) * R2 / V BE, di mana R1 adalah resistor antara basis dan pembagi tegangan, R2 adalah resistor lain dalam pembagi tegangan, dan V BE adalah tegangan melintasi sambungan basis-emitor (biasanya sekitar 0,6-0,7V untuk transistor silikon).
Konfigurasi Bias Umpan Balik Kolektor
Dalam konfigurasi bias umpan balik kolektor, arus emitor diatur dengan meletakkan resistor antara kolektor dan basis transistor.
Cara ini memberikan umpan balik dan menjaga titik bias tetap stabil.
Hukum Ohm dapat digunakan untuk mengetahui resistansi beban, dan penurunan tegangan pada resistor kolektor dapat digunakan untuk mengetahui tegangan kolektor.
Perlu diingat bahwa ada cara lain untuk membiaskan sirkuit BJT, dan metode yang Anda pilih akan bergantung pada apa yang dibutuhkan sirkuit.
Sirkuit Bias Umpan Balik Kolektor
Tip: Nyalakan tombol keterangan jika Anda membutuhkannya. Pilih "terjemahan otomatis" di tombol pengaturan, jika Anda tidak terbiasa dengan bahasa lisan. Anda mungkin perlu mengeklik bahasa video terlebih dahulu sebelum bahasa favorit Anda tersedia untuk diterjemahkan.
Kasus penggunaan
| Digunakan dalam: | Keterangan: |
|---|---|
| Amplifier: | Dalam rangkaian penguat, bias basis digunakan untuk mengatur titik-Q, yang merupakan level di mana transistor bekerja. Dengan mengubah tegangan bias, para insinyur dapat mengontrol faktor amplifikasi dan memastikan sinyal yang keluar tetap berada dalam kisaran yang mereka inginkan. |
| Menghidupkan dan mematikan: | Dalam rangkaian switching, di mana transistor digunakan untuk menghidupkan dan mematikan sinyal listrik, bias basis juga sangat penting. Dalam hal ini, tegangan bias mengontrol tegangan ambang yang diperlukan untuk menghidupkan transistor. Ini memungkinkan sirkuit beralih antara hidup dan mati. |
| Sumber kekuatan: | Dalam rangkaian catu daya, bias dasar digunakan untuk memastikan bahwa tegangan keluaran tetap stabil dan dalam kisaran yang tepat. Dengan mengatur tegangan bias ke tingkat tertentu, para insinyur dapat mengontrol berapa banyak arus yang mengalir melalui perangkat dan menghentikan tegangan naik dan turun. |
| Osilator: | Di rangkaian osilator, bias basis digunakan untuk menjaga frekuensi perangkat pada level yang tepat. Insinyur dapat memastikan bahwa osilator membuat bentuk gelombang yang stabil dengan mengubah tegangan bias. |
| Sirkuit sensor: | Dalam rangkaian sensor, di mana transistor digunakan untuk mendeteksi perubahan tegangan atau arus, bias basis juga dapat digunakan. Insinyur dapat mengontrol seberapa sensitif dan akurat sensor dengan mengatur tegangan bias ke tingkat tertentu. Ini memungkinkan sensor menangkap bahkan perubahan kecil pada sinyal input. |
Kesimpulan
Pada akhirnya, bias basis adalah bagian penting dari cara kerja transistor yang tidak dapat diabaikan.
Bias basis yang tepat penting untuk kinerja yang andal karena mengontrol aliran arus dan menjaga perangkat tetap stabil.
Tetapi penting juga untuk memikirkan apa arti bias basis untuk elektronik secara umum.
Saat dunia kita semakin bergantung pada teknologi, kita perlu memikirkan dengan hati-hati tentang cara kita merancang dan menggunakan perangkat ini untuk meminimalkan pengaruhnya terhadap lingkungan dan komunitas kita.
Dengan menggunakan ide bias dasar dalam desain dan proses produksi kami, kami dapat membuat elektronik yang tidak hanya berguna tetapi juga ramah lingkungan dan baik untuk masyarakat.
Sebagai insinyur dan teknolog, adalah tugas kami untuk memikirkan bagaimana pekerjaan kami memengaruhi semua orang, dan bias dasar hanyalah sebagian kecil dari itu.
Jadi mari kita terus mendorong batas dari apa yang mungkin sambil mengingat gambaran besarnya.
Tautan dan referensi
Bias Transistor dan Tegangan Bias Keluaran:
https://resources.pcb.cadence.com/blog/2020-transistor-biasing-and-output-bias-voltages
Bias transistor bipolar:
https://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_transistor_biasing
Kuliah Solid State Devices 18:
https://engineering.purdue.edu/~ee606/downloads/ECE606_f12_Lecture18.pdf
Bagikan pada…
