Analisis Garis Beban Transistor
Sampai sekarang kita telah membahas berbagai wilayah operasi transistor. Tetapi di antara semua wilayah ini, kami telah menemukan bahwa transistor beroperasi dengan baik di wilayah aktif dan karenanya disebut juga sebagailinear region. Output dari transistor adalah arus kolektor dan tegangan kolektor.
Karakteristik Keluaran
Ketika karakteristik keluaran dari transistor dipertimbangkan, kurva terlihat seperti di bawah ini untuk nilai masukan yang berbeda.
Pada gambar di atas, karakteristik keluaran ditarik antara arus kolektor IC dan tegangan kolektor VCE untuk nilai arus basis yang berbeda IB. Ini dipertimbangkan di sini untuk nilai masukan yang berbeda guna mendapatkan kurva keluaran yang berbeda.
Garis beban
Ketika nilai untuk arus kolektor maksimum yang mungkin dipertimbangkan, titik itu akan berada pada sumbu Y, yang tidak lain adalah Saturation point. Selain itu, ketika nilai untuk tegangan emitor kolektor maksimum yang mungkin dipertimbangkan, titik itu akan ada pada sumbu X, yang merupakanCutoff point.
Ketika sebuah garis ditarik yang menghubungkan dua titik ini, garis seperti itu dapat disebut sebagai Load line. Ini disebut karena melambangkan keluaran pada beban. Garis ini, ketika digambar di atas kurva karakteristik keluaran, membuat kontak pada suatu titik yang disebut sebagaiOperating point atau quiescent point atau sederhananya Q-point.
Konsep garis beban dapat dipahami dari grafik berikut.
Garis beban ditarik dengan menggabungkan titik jenuh dan titik potong. Wilayah yang terletak di antara keduanya adalahlinear region. Transistor bertindak sebagai penguat yang baik di wilayah linier ini.
Jika garis beban ini ditarik hanya ketika bias DC diberikan ke transistor, tetapi no input sinyal diterapkan, maka garis beban seperti itu disebut sebagai DC load line. Sedangkan garis beban ditarik pada kondisi saat aninput signal bersama dengan tegangan DC diterapkan, garis seperti itu disebut sebagai AC load line.
Saluran Beban DC
Ketika transistor diberi bias dan tidak ada sinyal yang diterapkan pada inputnya, garis beban yang ditarik dalam kondisi seperti itu, dapat dipahami sebagai DCkondisi. Di sini tidak akan ada amplifikasi sebagaisignal is absent. Rangkaiannya akan seperti gambar di bawah ini.
Nilai tegangan emitor kolektor pada waktu tertentu akan menjadi
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
Karena V CC dan R C adalah nilai tetap, yang di atas adalah persamaan derajat pertama dan karenanya akan menjadi garis lurus pada karakteristik keluaran. Baris ini disebut sebagaiD.C. Load line. Gambar di bawah ini menunjukkan garis beban DC.
Untuk mendapatkan garis beban, dua titik ujung garis lurus harus ditentukan. Biarkan dua titik itu menjadi A dan B.
Untuk mendapatkan A
Ketika kolektor emitor tegangan V CE = 0, arus kolektor maksimum dan sama dengan V CC / R C . Ini memberikan nilai maksimum V CE . Ini ditampilkan sebagai
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ 0 = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ I_C = V_ {CC} / R_C $$
Ini memberikan titik A (OA = V CC / R C ) pada sumbu arus kolektor, yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Untuk mendapatkan B
Ketika arus kolektor I C = 0, maka tegangan emitor kolektor maksimum dan akan sama dengan V CC . Hal ini memberikan nilai maksimum I C . Ini ditampilkan sebagai
$$ V_ {CE} = V_ {CC} - I_C R_C $$
$$ = V_ {CC} $$
(SEBAGAI I C = 0)
Ini memberikan titik B, yang berarti (OB = V CC ) pada sumbu tegangan emitor kolektor yang ditunjukkan pada gambar di atas.
Oleh karena itu kami mendapatkan titik saturasi dan titik potong yang ditentukan dan mengetahui bahwa garis beban adalah garis lurus. Jadi, garis beban DC dapat ditarik.
Saluran Beban AC
Garis beban DC yang dibahas sebelumnya, menganalisis variasi arus dan tegangan kolektor, ketika tidak ada tegangan AC yang diterapkan. Sedangkan garis beban AC memberikan tegangan puncak-ke-puncak, atau ayunan keluaran maksimum yang mungkin untuk penguat tertentu.
Kita akan mempertimbangkan rangkaian ekivalen AC dari penguat CE untuk pemahaman kita.
Dari gambar di atas,
$$ V_ {CE} = (R_C // R_1) \ times I_C $$
$$ r_C = R_C // R_1 $$
Agar transistor dapat beroperasi sebagai penguat, ia harus tetap berada di wilayah aktif. Titik diam dipilih sedemikian rupa sehingga ekskursi sinyal input maksimum simetris pada setengah siklus negatif dan positif.
Karenanya,
$ V_ {max} = V_ {CEQ} $ dan $ V_ {min} = -V_ {CEQ} $
Di mana V CEQ adalah tegangan kolektor-emitor pada titik diam
Grafik berikut ini mewakili garis beban AC yang ditarik antara titik jenuh dan titik potong.
Dari grafik diatas, arus IC pada titik jenuhnya adalah
$$ I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + (V_ {CEQ} / r_C) $$
Tegangan V CE pada titik potong adalah
$$ V_ {CE (mati)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} r_C $$
Oleh karena itu, arus maksimum untuk V CEQ = V CEQ / (R C // R 1 ) yang sesuai adalah
$$ I_ {CQ} = I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Oleh karena itu dengan menambahkan arus diam, titik akhir garis beban AC adalah
$$ I_ {C (sat)} = I_ {CQ} + V_ {CEQ} / (R_C // R_1) $$
$$ V_ {CE (mati)} = V_ {CEQ} + I_ {CQ} * (R_C // R_1) $$
Saluran Beban AC dan DC
Ketika garis beban AC dan DC direpresentasikan dalam grafik, dapat dipahami bahwa keduanya tidak identik. Kedua garis ini berpotongan diQ-point atau quiescent point. Titik akhir dari garis beban AC adalah titik jenuh dan titik potong. Ini dipahami dari gambar di bawah ini.
Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa titik diam (titik gelap) diperoleh jika nilai IB arus basis adalah 10mA. Ini adalah titik di mana garis beban AC dan DC berpotongan.
Pada bab selanjutnya, kita akan membahas konsep quiescent point atau operating point secara terperinci.