Operasi Mode Aktif (BJT)

Sweeping collector voltage 0 sampai 50 V (.dc v1 0 50 2) dengan arus basis konstan pada 75 A menghasilkan arus kolektor 7,5 mA yang konstan. Kurva lain dihasilkan oleh sapuan arus (i1 15u 75u 15u) dalam pernyataan analisis DC (.dc v1 0 50 2 i1 15u 75u 15u).

Tidak mengherankan, SPICE memberi kita plot serupa:garis datar, kali ini stabil pada 7,5 mA—tepatnya 100 kali arus basis—pada kisaran tegangan baterai dari tepat di atas 0 volt hingga 50 volt. Tampaknya arus basis adalah faktor penentu arus kolektor, tegangan baterai V1 menjadi tidak relevan selama berada di atas tingkat minimum tertentu.

Hubungan tegangan/arus ini sama sekali berbeda dari apa yang biasa kita lihat pada resistor. Dengan resistor, arus meningkat secara linier dengan meningkatnya tegangan. Di sini, dengan transistor, arus dari emitor ke kolektor tetap terbatas pada nilai maksimum yang tetap, tidak peduli seberapa tinggi tegangan melintasi emitor dan kolektor meningkat.

Seringkali berguna untuk menempatkan beberapa grafik arus/tegangan kolektor untuk arus basis yang berbeda pada grafik yang sama seperti pada gambar di bawah ini. Kumpulan kurva seperti ini—satu kurva yang diplot untuk setiap tingkat arus basis yang berbeda—untuk transistor tertentu disebut kurva karakteristik transistor :

Arus kolektor versus tegangan kolektor-emitor untuk berbagai arus basis.

Setiap kurva pada grafik mencerminkan arus kolektor transistor, diplot pada rentang tegangan kolektor-ke-emitor, untuk sejumlah arus basis tertentu. Karena transistor cenderung bertindak sebagai pengatur arus, membatasi arus kolektor ke proporsi yang ditentukan oleh arus basis, akan berguna untuk menyatakan proporsi ini sebagai ukuran kinerja transistor standar. Secara khusus, rasio arus kolektor terhadap arus basis dikenal sebagai Beta rasio (dilambangkan dengan huruf Yunani ):

Terkadang rasio β ditetapkan sebagai “h fe ,” label yang digunakan dalam cabang analisis semikonduktor matematis yang dikenal sebagai “parameter hybrid ” yang berusaha untuk mencapai prediksi yang tepat dari kinerja transistor dengan persamaan rinci. Variabel parameter hibrida banyak, tetapi masing-masing diberi label dengan huruf umum "h" dan subskrip tertentu. Variabel "hfe" hanyalah cara lain (standar) untuk menyatakan rasio arus kolektor terhadap arus basis, dan dapat dipertukarkan dengan "β." Rasio tidak memiliki unit.

β untuk setiap transistor ditentukan oleh desainnya:tidak dapat diubah setelah pembuatan. Sangat jarang memiliki dua transistor dengan desain yang sama persis sama karena variabel fisik mempengaruhi . Jika desain sirkuit bergantung pada rasio yang sama antara beberapa transistor, "set yang cocok" dari transistor dapat dibeli dengan biaya tambahan. Namun, umumnya dianggap sebagai praktik desain yang buruk untuk merekayasa sirkuit dengan ketergantungan seperti itu.

transistor tidak tetap stabil untuk semua kondisi operasi . Untuk transistor yang sebenarnya, rasio dapat bervariasi dengan faktor lebih dari 3 dalam batas arus operasinya. Misalnya, transistor dengan 50 yang diiklankan dapat menguji dengan rasio Ic/Ib serendah 30 dan setinggi 100, tergantung pada jumlah arus kolektor, suhu transistor, dan frekuensi sinyal yang diperkuat, di antara faktor lainnya. Untuk tujuan tutorial, cukup untuk mengasumsikan konstanta untuk setiap transistor yang diberikan; Sadarilah bahwa kehidupan nyata tidak sesederhana itu!

Terkadang pemahaman untuk "memodelkan" komponen elektronik yang kompleks dengan kumpulan komponen yang lebih sederhana dan lebih dipahami sangat membantu. Model pada gambar di bawah ini digunakan dalam banyak teks pengantar elektronik.

Model transistor dioda-resistor dasar.

Model ini menggunakan transistor sebagai kombinasi dioda dan rheostat (resistor variabel). Arus melalui dioda basis-emitor mengontrol resistansi rheostat kolektor-emitor (seperti yang tersirat oleh garis putus-putus yang menghubungkan dua komponen), sehingga mengendalikan arus kolektor. Transistor NPN dimodelkan pada gambar yang ditunjukkan, tetapi transistor PNP hanya akan sedikit berbeda (hanya dioda basis-emitor yang akan dibalik).

Model ini berhasil mengilustrasikan konsep dasar amplifikasi transistor:bagaimana sinyal arus basis dapat mengontrol arus kolektor. Namun, model tersebut salah mengomunikasikan gagasan tentang sejumlah resistansi kolektor-emitor yang ditetapkan untuk sejumlah arus basis tertentu. Jika ini benar, transistor tidak akan mengatur arus kolektor sama sekali seperti yang ditunjukkan oleh kurva karakteristik. Alih-alih kurva arus kolektor mendatar setelah kenaikan singkatnya saat tegangan kolektor-emitor meningkat, arus kolektor akan berbanding lurus dengan tegangan kolektor-emitor, naik terus dalam garis lurus pada grafik.

Model transistor yang lebih baik, sering terlihat di buku teks yang lebih canggih, ditunjukkan pada gambar di bawah.

Model sumber transistor saat ini.

Ini melemparkan transistor sebagai kombinasi dari dioda dan sumber arus, output dari sumber arus diatur pada kelipatan (rasio ) dari arus basis. Model ini jauh lebih akurat dalam menggambarkan karakteristik input/output transistor yang sebenarnya:arus basis membentuk sejumlah arus kolektor tertentu. , daripada sejumlah resistensi kolektor-emitor tertentu sebagai model pertama menyiratkan. Juga, model ini disukai ketika melakukan analisis jaringan pada sirkuit transistor, sumber arus menjadi komponen teoretis yang dipahami dengan baik. Sayangnya, menggunakan sumber arus untuk memodelkan perilaku pengontrol arus transistor dapat menyesatkan:transistor tidak akan pernah bertindak sebagai sumber dari energi listrik. Sumber arus tidak memodelkan fakta bahwa sumber energinya adalah catu daya eksternal, mirip dengan amplifier.

TINJAUAN:

• Transistor dikatakan dalam keadaan aktif mode jika beroperasi di suatu tempat antara sepenuhnya aktif (jenuh) dan sepenuhnya mati (cutoff).
• Arus basis mengatur arus kolektor. Oleh mengatur , yang kami maksud adalah bahwa tidak ada arus kolektor yang lebih banyak dari yang diizinkan oleh arus basis.
• Perbandingan antara arus kolektor dan arus basis disebut “Beta” (β) atau “hfe”.
• rasio berbeda untuk setiap transistor, dan
• β perubahan untuk kondisi pengoperasian yang berbeda.

LEMBAR KERJA TERKAIT:

• Transistor Sambungan Bipolar dalam Lembar Kerja Mode Aktif