Electrical Engineering: 4.12 Bias Stabilization

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

1. Tujuan [Kembali]

Mempelajari dan mengetahui berbagai macam stabilisasi bias, prinsip kerja, dan simulasi rangkaiannya.

2. Komponen [Kembali]

2.1 Baterai

Baterai menyimpan energi potensi listrik dalam bentuk sel elektrokimia (sel volta). Ketika kutub posittif dan negatif baterai di hubungkan, potensi listrik kedua kutub akan menyebabkan arus listrik mengalir.

2.2 Resistor

Resistor atau hambatan adalah salah satu komponen elektronika yang memiliki nilai hambatan tertentu, dimana hambatan ini akan menghambat arus listrik yang mengalir melaluinya.

Cara menghitung nilai resistansi resistor:

2.3 Transistor 2N1711

2N1711 berfungsi sebagai switch (saklar) elektronik.

2.4 Ground

Ground atau pertanahan adalah sistem pengamanan pada instalasi listrik dimana jika terjadi kebocoran listrik maka listrik akan langsung mengalir ke tanah sehingga tidak melukai pengguna.

3. Dasar Teori [Kembali]

Stabilisasi Bias

Stabilitas sistem adalah ukuran sensitivitas jaringan terhadap variasi dalam parameternya. Dalam setiap penguat yang menggunakan transistor IC arus kolektor sensitif terhadap masing-masing parameter berikut:

𝛽: meningkat dengan meningkatnya suhu

| Vbe |: menurun sekitar 7,5 mV per derajat Celcius (° C) peningkatan suhu

Ico (arus jenuh terbalik): dua kali lipat nilai untuk setiap kenaikan suhu 10 ° C

Salah satu atau semua faktor tersebut dapat menyebabkan titik bias melayang dari titik operasi yang dirancang. Tabel 4.1 menunjukkan bagaimana tingkat Ico dan Vbe berubah dengan peningkatan suhu untuk transistor tertentu. Pada suhu kamar (sekitar 25 ° C) Ico= 0,1 nA, sedangkan pada 100 ° C (titik didih air) Ico sekitar 200 kali lebih besar pada 20 nA. Untuk variasi suhu yang sama, 𝛽 meningkat dari 50 menjadi 80 dan Vbe turun dari 0,65 menjadi 0,48 V. Ingat bahwa Ib cukup sensitif terhadap level Vbe, terutama untuk level di luar nilai ambang batas.

Efek perubahan arus bocor (Ico) dan penguatan arus (𝛽) pada titik bias dc ditunjukkan oleh karakteristik kolektor emitor bersama pada Gambar 4.65a dan b. Gambar 4.65 menunjukkan bagaimana karakteristik pengumpul transistor berubah dari suhu 25 ° C ke suhu 100 ° C. Perhatikan bahwa peningkatan signifikan dalam arus bocor tidak hanya menyebabkan kurva naik tetapi juga peningkatan beta, seperti yang diungkapkan oleh jarak antar kurva yang lebih besar.

3.1 Faktor Stabilitas, S(Ico), S(Vbe), dan S(𝛽)

Faktor stabilitas, S, didefinisikan untuk masing-masing parameter yang mempengaruhi stabilitas bias seperti yang tercantum di bawah ini:

Dalam setiap kasus, simbol delta (Δ) menandakan perubahan dalam kuantitas tersebut. Pembilang dari setiap persamaan adalah perubahan arus kolektor sebagaimana ditentukan oleh perubahan kuantitas dalam penyebut. Untuk konfigurasi tertentu, jika perubahan Ico gagal menghasilkan perubahan signifikan dalam Ic, faktor stabilitas yang ditentukan oleh S (Ico)= ΔIc / ΔIco akan sangat kecil. Dengan kata lain:
Jaringan yang cukup stabil dan relatif tidak sensitif terhadap variasi suhu memiliki faktor stabilitas rendah.

3.2 S(Ico): Emitter-Bias Configuration

Untuk konfigurasi bias emitor, analisis rangkaian akan menghasilkan:

Untuk Rb/Re ≫ (𝛽+1), maka:

Grafik hubungan S(Ico) dan Rb/Re dapat dilihat pada gambar 4.66

Untuk Rb/Re ≪ 1, maka:

Perlu diingat, bahwa kontrol bias yang baik biasanya mensyaratkan bahwa Rb lebih besar dari Re. Pada Gambar 4.66 bahwa nilai terendah S (Ico) adalah 1, mengungkapkan bahwa Ic akan selalu meningkat pada tingkat yang sama dengan atau lebih besar dari Ico.

Untuk rentang di mana Rb/Re berkisar antara 1 dan (𝛽+1), maka

Hasil penelitian menunjukkan bahwa konfigurasi bias emitor cukup stabil ketika rasio Rb/Re sekecil mungkin dan paling tidak stabil ketika rasio yang sama mendekati (𝛽+1).

3.3 Konfigurasi Bias-Tetap

Untuk konfigurasi bias tetap, jika kita mengalikan persamaan awal S(Ico) dengan Re dan Re=0Ω, maka diperoleh:

3.4 Konfigurasi Tegangan-Pembagi Bias

Pengembangan rangkaian yang setara dengan Thévenin muncul pada Gambar 4.67, untuk konfigurasi bias pembagi tegangan.

Untuk rangkaian Gambar 4.67, persamaan untuk S(Ico) adalah sebagai berikut:

Re > RTh atau RTh / Re harus sekecil mungkin. Untuk konfigurasi bias pembagi tegangan, RTh bisa jauh lebih kecil daripada Rb yang sesuai dengan konfigurasi bias emitor.

3.5 Konfigurasi Bias-Umpan Balik (Re 50 Ω)

Karena persamaan dalam format yang sama dengan yang diperoleh untuk konfigurasi bias emitor dan pembagi tegangan, kesimpulan yang sama mengenai rasio Rb / Rc dapat diterapkan juga.

3.6 Physical Impact

Untuk konfigurasi bias-tetap pada Gambar 4.68a, persamaan untuk arus basis adalah sebagai berikut:

dengan arus kolektor ditentukan oleh:

gambar 4.68

S(Vbe)

Faktor stabilitas ditentukan oleh:

Persamaan untuk konfigurasi emitor-bias:

Ganti Re=0Ω, maka:

Bagi persamaan dengan Re, maka:

Substitusi kondisi (𝛽+1) ≫ Rb/Re, maka:

Semakin besar resistansi RE, semakin rendah faktor stabilitas dan semakin stabil sistem.

S(𝛽)

Persamaan untuk konfigurasi bias-emitor:

Untuk konfigurasi umpan balik kolektor dengan Re=0Ω, maka:

Ringkasan

4. Prinsip Kerja [Kembali]

Rangakain Bias-Pembagi Tegangan

Bias tegangan pada base transistor dapat dikembangkan dengan pembagi tegangan resistor R1 dan R2, seperti terlihat pada Gambar 1. Pada gambar tersebut di titik A, terdapat dua lintasan arus yang menuju ke ground yaitu dengan melalui R2 dan melalui junction base-emitter dari transistor melalui RE.

Apabila arus base-emitter yang mengalir sangat kecil dibandingkan dengan arus yang melalui R2, maka rangkaian bias pembagi tegangan tersebut dianggap sebagai pembagi tegangan sederhana yang terdiri dari R1 dan R2, seperti pada Gambar 2(a). Apabila arus base-emitter IB tidak cukup kecil untuk diabaikan dibandingkan dengan arus I2 yang melaui R2, maka resistansi input DC, RIN(base) dari base-emitter transistor ke ground harus masduk dalam perhitungan. Kеbеrаdааn RIN(bаѕе) paralel dеngаn R2, sebagaimana tеrlіhаt раdа gаmbаr 2(b).