Perancangan Penguat BJT

CE dengan Bias Diskrit

R₁ R₂ C₁ V_CC V_in RL C₂ V_out Q₁ R_C BB i r R R = _π // C o R R = L C m v g R A = − _& R_BB = R₁ // R₂ L C L C R R R _& = //

CE dengan Bias Sumber Arus Kolektor

R_B C₁ V_CC V_in RL C₂ V_out Q₁ I_C B i r R R = _π // o o r R = C m v g R A = −

CE dengan Bias Sumber Arus Emitor

R_B C₁ V_CC V_in RL C₂ V_out C₃ Q₁ R_C I_E B i r R R = _π // C o R R = L C m v g R A = − _& L C L C R R R _& = //

CE dengan R

_E

dan Bias Diskrit

R₁ R₂ R_E C₁ V_CC V_in RL C₂ V_out Q₁ C₃ R_C C o R R = L C m v g R A = − _& BB i r R R = _π //

(

)

(

)

(

)(

_{e E}

)

_BB i BB E i R R r R R R r R // 1 // 1 + + = + + = β β π

(

)

E e L C v L C E m v R r R A R R r r g A + − = + + − = & & 1 α β π π 2 1 // R R R_BB = L C L C R R R _& = //

CE dengan R

_E

dan Sumber Arus Emitor

R_B C₁ V_CC V_in RL C₂ V_out C₃ Q₁ R_C I_E C o R R = L C L C R R R _& = // R_E

(

)

(

_E

)

_B i r R R R = _π + β +1 //

(

)

C L E m v R R r r g A _& 1 + + − = β π π

CC dengan Bias Diskrit

R₁ R₂ R_E R_L C₁ C₂ V_CC V_in V_out Q₁

(

_{e E L}

)(

)

_BB i r R R R = + _& β +1 // E e o r R R = // e L E L E v r R R A + = & & L B L E R R R _& = // 2 1 // R R R_BB =

CC dengan Bias Sumber Arus

R_B I_E RL C₁ C₂ V_CC V_in V_out Q₁

(

_{e L}

)(

)

_B i r R R R = + β +1 // e o r R = e L L v r R R A + =

CB dengan Bias Sumber Arus

R_B I_E C₁ V_CC V_in R_L C₂ V_out Q₁ C₃ R_C e i r R = C o R R = L C m v g R A = _&

CB dengan Bias Diskrit

R₁ R₂ R_E C₁ V_CC V_in R_L C₂ V_out Q₁ C₃ R_C E e i r R R = // C o R R = L C m v g R A = _& L C L C R R R _& = // 2 1 // R R R_BB =

Contoh 1 Desain Common Emitor 

dengan Sumber Arus Emitor

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 600Ω, R_out 300Ω,  A_v 25, dan R_L 300Ω • Transistor β 150 • Lihat hubungan  paramater penguat di  atas untuk rangkaian CE  dengan bias sumber  arus emitor  B i r R R = _π // C o R R = L C m v g R A = − _&

Contoh 1 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Dari informasi A_v dan  hasil R_C • Dari hasil g_m Ω = = _o 300 C R R V A g g R R R R A g m m L C L C v m / 167 . 0 300 300 300 300 25 = × + = + − = A I I I I A I I V g I E E C E C C T m C 00403 , 0 004 , 0 150 1 150 1 004 , 0 025 , 0 167 , 0 = + = + = = × = = β β

Contoh 1 Rancangan Awal

• Dari informasi I_C • Dari informasi r_π • Parameter Rangkaian – Sumber Arus Bias Emitor  I_E=4,03mA – Resistansi Base  R_B=1,8kΩ Ω = − × = − = k R R r r R R B i i B 8 , 1 600 900 900 600 π π Ω = = = 900 167 , 0 150 m g r_π β

Contoh 1 Simulasi SPICE 

– Hasil Titik Kerja

• Operating point Perintah op Hasil bas = ‐5.19856e‐02 emi = ‐7.29886e‐01 in = 0.000000e+00 kol = 1.079988e+01 out = 0.000000e+00 vcc = 1.200000e+01 vcc#branch = ‐4.00039e‐03 vs = 0.000000e+00 vs#branch = 0.000000e+00 • Analisis Titik Kerja – Transistor aktif  • Base‐Emitor Junction  Forward Biased V_BE≈0,7V • Collector‐Base Junction  reverse biased – Arus Kolektor 4,000mA

Contoh 1 Simulasi SPICE 

– Hasil Analisis AC Gain dan R

_in • Analisis AC Perintah ac lin 1 15k 15k let gain=out/in let rin=‐in/vs#branch print gain rin Hasil gain = ‐1.97542e+01,‐2.88754e+00 rin = 6.595787e+02,‐6.85832e+01 • Hasil Simulasi Gain ‐19,8V/V (lebih kecil) R_in 660Ω (lebih besar)

Contoh 1 Simulasi SPICE 

– Hasil Analisis AC R

_out • Analisis AC Perubahan pada deskripsi vs   vs   0   0   AC   0 vout   out   0   0   AC   1 (lepaskan RL) Perintah ac lin 1 15k 15k let Rout=out/vout#branch print gain Rout Hasil • Hasil Simulasi R_out 297Ω sedik lebih kecil

Contoh 1 Analisis Hasil Simulasi

• Hubungan parameter  penguat dan nilai  komponen • Perbaikan/ Modifikasi – Meningkatkan gain • Perbesar g_m melalui arus  bias kolektor • Perbesar R_C – Menurunkan  R_in • Turunkan R_π – arus bias • Turunkan R_B – nilai EIA – Meningkatkan R_out • Perbesar R_C – Pilihan langkah • Naikkan I_C • Turunkan R_B B i r R R = _π // C o R R ≈ L C m v g R A = − _&

Contoh 1 Perbaikan Desain v 0.2

• Perubahan dilakukan – Arus I_E = 4.5mA – Resistor Base R_B = 1,6kΩ – Resistor Collector R_C =  330Ω • Hasil Perbaikan – Gain ‐22.9 V/V – R_in 596Ω – R_out 325Ω

• Lihat hubungan  paramater penguat di  atas untuk rangkaian CE  dengan bias diskrit

Contoh 2 Desain Common Emitor 

dengan Bias Diskrit

• Spesifikasi R_in 600Ω,  R_out 300Ω,  A_v 25, dan R_L 300Ω • Transistor β 150 BB i r R R = _π // C o R R = L C m v g R A = − _& 2 1 // R R R_BB = L C L C R R R _& = //

Contoh 2 Desain Awal

– Parameter Penguat

Ω = = _o 300 C R R V A g g R R R R A g m m L C L C v m / 167 . 0 300 300 300 300 25 = × + = + − = A V g I_C = _{m T} = 0,167×0,025 = 0,004 Ω = − × = − = k R r r R R i i BB 1,8 600 900 900 600 π π Ω = = = 900 167 , 0 150 m g r_π β • Dari informasi R_out • Dari informasi A_v dan  hasil R_C • Dari hasil g_m • Dari informasi r_π

Contoh 2 Desain Awal

‐ Bias Diskrit

A I_C = 0,004 A I I I B C B 27μ 150 004 , 0 = = = R₁ R₂ V_CC Q₁ I_E I_B I_C I₁ IV₂BE + ‐ 2 1 I I I_B = − 1 1 1 7 . 0 12 R R V V I = CC − BE = − 2 2 2 7 . 0 R R V I = BE = 6 27 7 . 0 3 , 11 2 1 − = − e R R

Contoh 2 Desain Awal

– Menentukan R

₁

dan R

₂ • Dari Parameter Peguat • Gunakan alat bantu Matlab, Mathematica, atau  Maple dan nilai EIA, hasil – R₁ 30kΩ – R₂ 2kΩ • Dari Rangkaian Bias Ω = + R k R R R 8 , 1 2 1 2 1 11,3 0.7 _{27 6} 2 1 − = − e R R

Contoh 2 Simulasi SPICE

• Hasil Simulasi – Gain ‐30,0V/V – Resistansi Input 473Ω – Resistansi Output 294Ω • Analisis Hasil – Gain terlalu tinggi perkecil I_C – Resistansi input terlalu  rencah perbesar R_BB • Modifikasi Desain – Memperkecil I_C • Memperbesar R₁ • Memperkecil R₂ – Memperbesar R_BB • Memperbesar R₁ • Memperbesar R₂

Contoh 2 Modifikasi Desain dan Hasil

• Perubahan yang  diberikan – R₁ 30kΩ – R₂ 2kΩ • Paramater Penguat  hasil modifikasi – Gain 23.7 V/V – R_in 591Ω – R_out 296Ω

Contoh 3 Desain Common Emitor dengan 

Bias Sumber Arus dan Resistor Emitor

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 600Ω, R_out 300Ω,  A_v 25, dan R_L 300Ω • Transistor β 150 • Lihat hubungan paramater  penguat di atas untuk  rangkaian CE dengan bias  sumber arus dan resistor   emitor C o R R =

(

)(

_{e E}

)

_B i r R R R = β +1 + // E e L C v R r R A + − = α &

Contoh 3 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Dari informasi A_v dan 

hasil R_C Ω = = _o 300 C R R

(

) (

)

Ω = = + Ω = = + ≈ + − = 6 25 150 150 // & & & e E L C L C E e L C E e L C v r R R R R R r R R r R A α

Contoh 3 Rancangan Awal

• Dari informasi R_{i • Dari hasil} 

_R

e

+r

e pilih I_E 5mA, maka Ω = Ω = = = 1 5 005 , 0 025 , 0 E E T e R I V r

(

)(

)

(

)(

)

(

)(

)

Ω = − × × × = − + + + + = + + = 1776 600 6 151 600 6 151 1 1 // 1 B i E e i E e B B E e i R R R r R R r R R R r R β β β

Contoh 3 Simulasi SPICE

• Hasil Simulasi – Gain ‐21,7V/V – Resistansi Input 608Ω – Resistansi Output 296Ω • Analisis Hasil – Gain masih rendah • Modifikasi Desain – Memperbesar A_v • Perkecil r_e atau I_E • Perkecil R_E – Memperkecil R_in • Perkecil r_e atau I_E • Perkecil R_E • Perkecil R_B

– Gunakan I_E dan R_E untuk  mengatur Gain dan R_B untuk R_in

Contoh 3 Modifikasi Desain dan Hasil

• Perubahan yang  diberikan – I_E 7mA – R_E 1,1Ω – R_B 2,4kΩ (menggunakan E96 atau  toleransi 1%) • Paramater Penguat  hasil modifikasi – Gain 25.4 V/V – R_in 596Ω – R_out 296Ω

Contoh 4 Desain Common Emitor dengan 

Bias Diskrit dan Resistor Emitor

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 600Ω, R_out 300Ω,  A_v 25, dan R_L 300Ω • Transistor β 150 • Lihat hubungan paramater  penguat di atas untuk  rangkaian CE dengan bias  diskrit dan resistor  emitor C o R R =

(

)

(

)

(

)(

_{e E}

)

_BB i BB E i R R r R R R r R // 1 // 1 + + = + + = β β π

(

)

E e L C v L C E m v R r R A R R r r g A + − = + + − = & & 1 α β π π

Contoh 4 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Dari informasi A_v dan 

hasil R_C Ω = = _o 300 C R R

(

) (

)

Ω = = = + Ω = = + ≈ + − = 6 25 150 150 // & & & & V L C e E L C L C E e L C E e L C v A R r R R R R R r R R r R A α

Contoh 4 Rancangan Awal

• Dari informasi R_{i • Dari hasil} 

_R

e

+r

e pilih I_E 5mA, maka Ω = Ω = = = 1 5 005 , 0 025 , 0 E E T e R I V r

(

)(

)

(

)(

)

(

)(

)

Ω = − × × × = − + + + + = + + = 1776 600 6 151 600 6 151 1 1 // 1 BB i E e i E e BB BB E e i R R R r R R r R R R r R β β β

Contoh 4 Rancangan Awal

‐ Bias Arus

• Arus DC Transistor mA I I mA I I mA I E B E C E 0331 , 0 151 1 5 1 1 97 , 4 151 150 5 1 5 = = + = = = + = = β β β R₁ R₂ R_E V_CC Q₁ I_E I_B I_C I₁ IV₂BE + ‐ V R I R I R I V R I V_{CC BE E E} 295 , 11 1 005 , 0 7 , 0 12 1 1 1 1 1 1 = × + + = + + = V R I R I R I V R I _{BE E E} 705 , 0 1 005 , 0 7 , 0 2 2 2 2 2 2 = × + = + = mA I I I I₁ = ₂ + _B = ₂ + 0,0331

Contoh 4 Rancangan Awal

‐ Bias Arus

• Persamaan Rangkaian Bias • Solusi R₁≈28kΩ dan R₂≈2kΩ R₁ R₂ R_E V_CC Q₁ I_E I_B I_C I₁ IV₂BE + ‐ Ω = + ₂ 1776 1 2 1 R R R R V R I_{1 1} =11,295 V R I_{2 2} = 0,705 mA I I₁ = ₂ +0,0331

Contoh 4 Simulasi SPICE

• Hasil Simulasi – Gain ‐23,8V/V – Resistansi Input 645Ω – Resistansi Output 296Ω • Analisis Hasil – Gain rendah – Resistansi input tinggi • Modifikasi Desain – Memperbesar I_C • Memperkecil R₁ • Memperbesar R₂ – Memperkecil R_BB • Memperkecil R₁ • Memperkecil R₂ • Perhatikan perbandingan  nilainya, bila  perbandingan besar  penentu adalah resistansi  yang kecil

Contoh 4 Modifikasi Desain dan Hasil

• Perubahan yang  diberikan – R_E 0.82Ω • Paramater Penguat  hasil modifikasi – Gain ‐24.8 V/V – R_in 639Ω – R_out 296Ω

Contoh 5 Desain Common Collector 

dengan Bias Sumber Arus

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 1kΩ, R_out 32Ω,  A_v ≈1, dan R_L 32Ω • Transistor β 150 • Lihat hubungan paramater  penguat di atas untuk  rangkaian CE dengan bias  diskrit dan resistor  emitor

(

_{e L}

)(

)

_B i r R R R = + β +1 // e o r R = e L L v r R R A + =

Contoh 5 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Dari informasi R_i dan 

hasil r_e mA r V I R r e T C o e 78 , 0 32 25 32 = = = Ω = =

(

)(

)

(

)(

)

Ω = − × = + + = + + = 1115 1000 9664 1000 9664 // 1 150 32 32 1000 // 1 B B B L e i R R R R r R β

Contoh 5 Simulasi SPICE

• Hasil Simulasi – Gain 0,915V/V – Resistansi Input 459Ω – Resistansi Output 45Ω • Analisis Hasil – Resistansi input terlalu  rendah – Resistansi output terlalu  tinggi • Modifikasi Desain – Memperbesar R_in – Memperkecil R_out • Memperkecil r_e • R_in dapat ikut berubah

Contoh 5 Modifikasi Desain dan Hasil

• Perubahan yang  diberikan – I_E  0.8mA • Paramater Penguat  hasil modifikasi – Gain 0,998 V/V – R_in 1020Ω – R_out 33,7Ω

Contoh 6 Desain Common Collector 

dengan Bias Diskrit

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 300Ω, R_out 32Ω,  A_v ≈1, dan R_L 32Ω • Transistor β 150 • Lihat hubungan paramater  penguat di atas untuk  rangkaian CE dengan bias  diskrit dan resistor  emitor

(

_{e E L}

)(

)

_BB i r R R R = + _& β +1 // E e o r R R = // e L E L E v r R R A + = & &

Contoh 6 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Bila dipilih R_E=68Ω • Dari informasi R_i dan  hasil r_e 32 32 // = + Ω = = E e E e o E e R r R r R R r

(

)(

)

Ω = − × = ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ + × + = + + = 307 300 12345 300 12345 // 151 32 68 32 68 60 300 // 1 & BB BB BB L E e i R R R R r R β Ω = − × = − = 60 32 68 32 68 o E o E e R R R R r mA r V I e T E 0,42 6025 = = =

Contoh 6 Rancangan Awal

‐ Bias Arus

• Arus DC Transistor mA I I mA I I mA I E B E C E 0028 , 0 151 1 5 1 1 417 , 0 151 150 42 , 0 1 42 , 0 = = + = = = + = = β β β R₁ R₂ R_E V_CC Q₁ I_E I_B I_C I₁ IV₂BE + ‐ V R I R I R I V R I V_{CC BE E E} 27 , 11 68 00042 , 0 7 , 0 12 1 1 1 1 1 1 = × + + = + + = V R I R I R I V R I _{BE E E} 729 , 0 68 00042 , 0 7 , 0 2 2 2 2 2 2 = × + = + = mA I I I I₁ = ₂ + _B = ₂ + 0,0028

Contoh 64 Rancangan Awal

‐ Bias Arus

• Persamaan Rangkaian Bias • Solusi R₁≈787Ω dan  R₂≈510Ω R₁ R₂ R_E V_CC Q₁ I_E I_B I_C I₁ IV₂BE + ‐ Ω = + ₂ 307 1 2 1 R R R R V R I_{1 1} =11,27 V R I_{2 2} = 0,729 mA I I₁ = ₂ + 0,0028

Contoh 6 Simulasi SPICE

• Hasil Simulasi – Gain 0,932V/V – Resistansi Input 273Ω – Resistansi Output 2,25Ω • Analisis Hasil – Resistansi input rendah – Resistansi output sangat  rendah • Modifikasi Desain – Memperbesar R_BB • Memperbesar R₁ • Memperbesar R₂  – Memperbesar r_e – Memperbesar R_E – R_o akan ikut berubah

Contoh 6 Modifikasi Desain dan Hasil

• Perubahan yang  diberikan – R₁ ?Ω • Paramater Penguat  hasil modifikasi – Gain ? V/V – R_in ?Ω – R_out ?Ω

Contoh 7 Desain Common Base dengan 

Bias Sumber Arus

Rancanglah sebuah  penguat dengan  spesifikasi • R_in 50Ω, R_out 1kΩ,  A_v =10, dan R_L 1kΩ • Transistor β 150 • Lihat hubungan paramater  penguat di atas untuk  rangkaian CE dengan bias  diskrit dan resistor  emitor e i r R = C o R R = L C m v g R A = _&

Contoh 7 Rancangan Awal

• Dari informasi R_out • Dari informasi R_in • Penguatan Ω = = R k R_{C o} 1 Ω = = _i 50 e R r 10 500 02 , 0 & = × = = _{m C L} v g R A mA r V I e T E 0,5 50 25 = = = mmho V I g T C m 0,02 25 5 , 0 = ≈ =