Dasar Teori Transistor Bipolar

Pada materi tentang dioda telah dijelaskan bentuk dasar dari sebuah komponen aktif yang terbentuk dari dua jenis bahan semikonduktor berbeda. Bahan semikonduktor type P dan type N. Kedua jenis bahan berbeda tersebut digabungkan menjadi satu sehingga membentuk satu materi baru yang mempunyai satu persimpangan PN (PN junction). Materi baru tersebut mempunyai sifat dan karakteristik khusus terhadap aliran arus listrik yang diberikan kepadanya.

Bentuk paling sederhana dari penggabungan dua type bahan semikonduktor berbeda yang menciptakan satu buah persimpangan PN adalah komponen dioda. Dioda memiliki dua buah terminal yang menghubungakan masing masing sisi dari bahan semikonduktor type P dan type N.

Sekarang jika kita menggabungkan dua buah dioda secara seri, maka kita akan mendapatkan satu bentuk komponen semikonduktor baru yang mempunyai dua buah persimpangan PN dan tiga buah terminal. Komponen baru yang terbentuk dari dua buah dioda tersebut adalah transistor bipolar atau BJT (Bipolar Transistor Junction). Kita biasa memanggilnya transistor.

Karakteristik dasar dari transistor ini adalah dapat bertindak sebagai isolator dan konduktor dengan mengatur pemberian tegangan yang kecil. Karakteristik transistor yang seperti ini memungkinkan transistor dapat digunakan sebagai saklar (swicthing) maupun sebagai penguat.

Dengan metode pengaturan penerapan tegangan pada basis transistor, kita bisa mengkondisikan transistor pada tiga keadaan (wilayah) yang berbeda :

• kondisi Aktif , Transistor berfungsi sebagai penguat dengan Ic = β * Ib
• Saturasi , Transistor beroperasi secara terhubung penuh sebagai saklar tertutup dengan Ic = I
• Cutt Off , Transistor dalam keadaan Off sebagai saklar terbuka dengan Ic = 0

Prinsip dasar dari kerja transistor adalah mengendalikan laju aliran arus listrik yang mengalir melalui kaki emitor dan koleketor dengan memasukan bias tegangan kecil pada basis. Meskipun arus bias kecil namun kita bisa mengendalikan aliran arus yang besar pada kolektor dan emitor. Cara kerja transistor seperti ini layaknya sebuah kran / saklar yang mengatur aliran arus listrik.

Prinsip kerja seperti ini berlaku untuk kedua jenis transistor yang berbeda baik PNP maupun NPN. Perbedaannya terletak pada pemberian bias pada basis transistor masing masing. Dimana bias basis untuk transistor PNP adalah negatif, sementara untuk transistor NPN adalah positif.

  Simbol transistor bipolar ditunjukkan pada gambar diatas. Perbedaan simbol dari keduanya terletak pada arah panah yang menunjukkan kaki emitor. Dimana untuk transistor jenis NPN, arah panah menuju keluar yang berarti aliran arus dari kolektor menuju ke emitor. Sedangkan transistor jenis PNP ditunjukkan dengan arah panah masuk ke dalam yang berarti aliran arus dari emitor menuju kolektor.

Konfigurasi Transistor Pada Rangkaian 

Seperti kita ketahui, transistor memiliki tiga buah terminal yang berbeda. Sehingga terdapat tiga macam konfigurasi pemasangan transistor pada rangkaian elektronika. Dimana salah satu terminal transitor akan terhubung dengan ground atau dibumikan. 

Setiap jenis konfigurasi transistor pada rangkaian tersebut mempunyai karakteristik yang berbeda terhadap respon arus yang diberikan kepadanya. Ketiga jenis konfigurasi tersebut adalah :

1. Common Base 
2. Common Emitter
3. Common Collector

Common Base

Sesuai dengan namanya, jenis konfigurasi ini dilakukan dengan cara membumikan terminal basis transistor ke bumi / ground. Sinyal input akan dimasukan lewat emitor dan basis, sementara sinyal ouput di dapat dari terminal koleketor dan basis. Terminal basis bisa dibumikan ke titik tegangan 0 atau ground.

Arus input yang mengalir pada emitor cukup besar karena merupakan penjumlahan dari arus yang mengalir pada basis dan kolektor. Arus yang output yang mengalir pada terminal kolektor lebih kecil dibandingkan dengan arus emitor sehingga menghasilkan faktor penguatan “1”. Karena itu karakteristik jenis konfigurasi seperti ini melemahkan sinyal yang masuk.

Susunan rangkaian transistor dengan basis yang dibumikan termasuk ke dalam jenis penguat non-inverse. Karena sinyal iput dan output masih berada dalam fasa yang sama. Artinya tidak ada proses pembalikan fasa sinyal oleh transistro selama penguatan. Sementara tingkat penguatan tegangan pada jenis konfigurasi ini terbilang sangat besar.

Pada sirkuit transistor dengan terminal emitor dibumikan atau terhubung ke ground, sinyal input dimasukan pada terminal basis dan emitor, sementara sinyal output diambil dari terminal emitor dan kolektor. Jenis konfigurasi transistor seperti ini paling banuyak digunakan pada berbagai model ragkaian elektronika. Sehingga menjadi bentuk konfigurasi transistor yang ideal dan digunakan secara umum.

Hasil penguatan yang dilakukan dengan konfigurasi ini meningkatkan arus dan daya lebih tinggi dibandingkan dengan model konfigurasi lainnya. Sementara hanya memerlukan impedansi input cukup rendah namun menghasilkan impedansi output yang tinggi. Bentuk dasar dari konfigurasi transistor emitor dibumikan ditujukkan pada gambar dibawah ini :

Pada konfigurasi transistor dengan emitor dibumikan, arus yang mengalir keluar dari transistor akan sama dengan arus yang mengalir pada transistor, sehingga didapatkan persamaan : Ie = Ic + Ib. Resistro beban RL terhubung secara seri dengan transistor pada kaki kolektor. Hasiln penguatan didapat dari perbandingan arus kolektor Ic dan arus basis Ib (Ic / Ib) dengan diberikan simbol beta (β). Sementara arus emitor yang merupakan penjumlahan antara arus koleketor Ic dan arus basis Ib dilambangkan dengan alpha (𝛂). Nilai dari alpha ini akan selalu kurang dari 1.

Di dalam sistem penguatan transistor, pengendalian aliran arus yang besar antara terminal kolektor dan emitor dapt dilakukan dengan hanya menggunakan arus kecil pada terminal basis. Kemampuan pengendalian arus oleh transistor umumnya dinyataka dalam nilai faktor antara 20 samapai 200 kali. Meskipun ada juga transistor yang memiliki kemampuan lebih dari nilai tersebut.

Artinya, jika sebuah transistor memiliki faktor penguatan β 100 kali maka berarti satu buah aliran elektorn pada basis mampu mengendalikan laju aliran elektron pada terminal emitor – kolektor sebanyak 100 elektron.

pada konfigurasi jenis ini, terminal koleketor transistor akan terhubung dengan bumi / ground. Sehingga terminal kolektor menjadi titik tempat pengambilan sinyal input dan output transistor. Sinyal input dimasukan pada terminal basis, sementara sinyal output didapat dari emitor. Jenis konfigurasi seperti ini biasa juga dikenal dengan sebutan Emitter Follower.

Konfigurasi Emitter Follower sering digunakan pada sirkuit elektronika untuk mencocokan impedansi anttara dua tingkat sirkuit berbeda. Karena konfigurasi ini memiliki impedansi sinyal input yang sukup tinggi dengan impedansi sinyal output yang rendah.

Itulah teori dasar tentan transistor bipolar yang merupakan materi pengenalan awal untuk mempelajari transistor lebih lanjut. Pada materi berikutnya akan dibahas karakteristik dari setiap jenis transistor.