transistor - lanjutan

Jika transistor diberikan tegangan bias dari luar maka ada beberapa cara untuk mem – bias sebuah transistor, antara lain :
1. Bias forward – forward
2. Bias reverse – reverse
3. Bias forward – reverse

Bias forward – forward

Gambar 1.a menggambarkan bias forward – forward (FF). Dinamakan demikian karena dioda emiter dan dioda kolektor dibias forward. Rangkaian yang mengemudikan dioda emitter dan kolektor boleh digumpalkan seperti yang ditunjukkan atau boleh diwakili rangkaian thevenin. Pembawa melewati junction dan mengalir ke bawah melalui basis ke kawat basis luar. 

Gambar 1.b menunjukkan rangkaian ekivalen untuk bias FF. Tegangan emiter - basis VEB membias forward dioda emitter dan menghasilkan arus konvensional IE. Sama halnya, tegangan kolektor-basis VCB membias forward dioda kolektor, menyebabkan aliran arus konvensional.

 


Bias reverse – reverse

Kemungkinan lain adalah membias transistor reverse – reverse (RR) seperti ditunjukkan gambar 2.a Sekarang kedua dioda dibias reverse. Untuk keadaan ini, hanya arus kecil yang mengalir yang terdiri dari arus saturasi yang dihasilkan secara thermal dan arus bocor permukaan. Komponen yang dihasilkan secara thermal bergantung pada suhu dan kira – kira berlipat dua kali lipat setiap kenaikan 0o . komponen bocor permukaan, sebaliknya bertambah dengan bertambahnya tegangan. Arus reverse ini biasanya diabaikan.

Gambar 2.b adalah rangkaian ekivalen untuk bias RR. Kedua dioda terbuka, kecuali jikaa VEB dan VCB melampaui tegangan breakdown dioda.

 



Bias forward – reverse

Dioda emitter dibias forward, dioda kolektor dibias reverse dan terjadi yang tak diharapkan. Gambar 3.a menunjukkan bias forward – reverse (FR). Kita mengharapkan arus emitter yang besar karena dioda emitter dibias forward. Tetapi kita tidak mengharapkan arus kolektor yang besar karena dioda dibias reverse.

Penjelasan pendahuluan

Inilah penjelasan singkat mengapa kita peroleh arus kolektor yang besar pada gambar 3.a. pada saat bias forward diberikan pada dioda emitter, elektron – elektron dalam emitter belum memasuki daerah basis (lihat gambar 3.b). jika VEB lebih besar dari pada poteensial barrier, banyak elektron emitter memasuki daerah seperti ditunjukkan gambar 3.c. elektron – elektron ini dalam basis dapat mengalir ke dua arah yaitu ke bawah basis yang tipis menuju kawat basis atau melewati junction kolektor menuju ke dalam daerah kolektor.

Agar elektron mengalir ke bawah melalui daerah basis, mereka harus terlebih dahulu jatuh ke dalam hole yaitu rekomendasi dengan hole basis. Kemudian, sebagai elektron valensi mereka dapat mengalir ke bawah melalui hole basis yang berdekatan dan ke dalam kawat baasis luar. Komponen ke bawah dari arus basis ini disebut arus rekomendasi. Arus ini kecil karena basis didop sedikit sehingga mempunyai hole sedikit.

Dalam gambar 3.c basis sedang penuh dengan elektron pita konduksi yang dimasukkan dan menyebabkan difusi ke dalam lapisan pengosongan kolektor. Sekali memasuki pelapisan ini, mereka didorong oleh medan lapisan pengosongan ke dalam daerah kolektor (lihat gambar 3.d). elektron – elektron ini kemudian dapat mengalir ke dalam kawat kolektor luar.

Pada gambar 3.d kita bayangkan aliran mantap elektron meninggalkan terminal negatif sumber dan memasuki daerah emiter. Bias forward memaksa elektron emiter ini maasuk ke daerah basis. Basis yang tipis dan didop sedikit memberi hampir semua elektron ini waktu hidup yang cukup untuk berdifusi ke dalam lapisan pengosongan kolektor. Medan lapisan pengosongan kemudian mendorong arus mantap elektron ke dalam daerah kolektor. Elektron ini meninggalkan kolektor, memasuki kawat kolektor dan mengalir ke dalam terminal postif sumber tegangan kolektor. Hampir semua transistor, lebih dari 95% elektron yang diinjeksikan emiter mengalir ke kolektor dan kurang dari 5% jatuh ke dalam hole basis dan mengalir ke luar ke kawat basis.

Diagram potensial pada transistor pada bias forward reverse

Tegangan bias maju yang diberikan pada dioda emiter – basis (VEB) akan mengurangi potensial penghalang VO , sehingga pembawa muatan mayoritas pada emiter akan mudah untuk berekomendasi ke basis. Namun karena konduktivitas basis yang rendah dan tipisnya basis, maka sebagian besar pembawa muatan akan tertarik ke kolektor. Disamping itu juga dikuatkan oleh adanya beda potensial pada basis kolektor yang semakin tinggi sebagai akibat penerapan bias reverse VCB.

Alpha dc

Jika kita berkata bahwa lebih dari 95% dari elektron yang diinjeksikan mencapai kolektor, sama saja bahwa arus kolektor hampir sama dengan arus emiter. Alpha dc suatu transistor menunjukkan bagaimana dekatnya harga kedua arus tersebut.

Makin tipis dan makin sedikit basis didop, makin besar αdc. Secara ideal, jika semua elektron yang diinjeksikan pergi ke kolektor, αdc sama dengan 1.

Tegangan breakdown

Karena dua dari setengah transistor adalah dioda, tegangan reverse yang terlalu besar pada kedua dioda dapat menyebabkan breakdown. Jika VCB terlalu besar, dioda kolektor breakdown dikarenakan longsor atau karena reach – through effect (juga dikenal sebagai punch – through).
Reach – through berarti lapisan pengosongan kolektor sangat lebar sampai mencapai lapisan pengosongan emiter. Jika ini terjadi, elektron emiter diinjeksikan langsung ke dalam lapisan pengosongan kolektor. Bahkan dengan sedikit saja lapisan pengosongan overlap, arus kolektor dapat menjadi cukup besar untuk merusak transistor. 

Longsor (avalanche) dan reach – through tidak disukai pada transistor biasa. Untuk menghindari kedua hal tersebut dapat dilakukan dengan menjaga tegangan kolektor selalu lebih kecil daripada tegangan breakdown. 

Cara kerja Transistor

Transistor bipolar umumnya terbentuk dari sambungan PNP atau NPN dengan bahan silikon (Si) atau germanium (Ge). Sambungan tersebut dihasilkan dari sebuah dari irisan silikon yang dicampurkan ddengan bahan pengotor melalui proses masking yang tereduksi secara fotografis. Transistor – transistor silikon lebih unggul dibandingkan dengan germanium.
untuk menggunakan sebuah transistor, maka kita harus menyambungkannya sedemikian rupa sehingga :
1) Terminal emiter adalah terminal dengan polaritas paling negatif
2) Terminal kolektor beberapa volt lebih positif dibandingkan terminal emiternya
3) Terminal basis lebih positif 0,7 V daripada terminal emiter