Common-Emitter Configuration(re Model)

Rangkaian ekivalen pada konfigurasi common-emitter disusun menggunakan karakteristik perangkat dan beberapa pendekatan. Dimulai dari sisi input, dapat dilihat bahwa tegangan yang diterapkan V_i sama dengan tegangan V_be dengan arus input adalah arus basis Ib seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.8.

Karena arus yang melalui junction transistor yang forward-biased adalah I_E maka karakteristik pada sisi input muncul seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.9a untuk berbagai nilai V_CB. Dengan mengambil nilai rata-rata pada kurva-kurva Gambar 5.9a maka akan menghasilkan kurva tunggal pada Gambar 5.9b, yang hanya merupakan dioda forward-biased.

Oleh karena itu, sisi input pada rangkaian ekivalen merupakan sebuah dioda tunggal dengan arus Ie, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.10. Namun, kita harus menambahkan komponen pada rangkaian yang dapat menghasilkan arus Ie dari Gambar 5.10 menggunakan karakteristik output.

Jika kita menggambar ulang karakteristik kolektor dengan nilai beta yang konstan seperti pada Gambar 5.11 (sebuah pendekatan lain) maka seluruh karakteristik pada bagian output dapat digantikan oleh sebuah sumber terkontrol dengan magnitudo = beta dikali arus basis seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.11. Karena semua parameter input dan output pada rangkaian asli sudah ada maka rangkaian ekivalen pada konfigurasi common-emitter terdapat pada Gambar 5.12.

Model ekivalen pada Gambar 5.12 sulit dianalisis karena terdapat hubungan langsung antara rangkaian input dan output. Hal ini dapat dipermudah dengan cara mengganti dioda dengan resistansi ekivalennya (re) sebagaimana ditentukan oleh nilai I_E, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.13. Resistansi dioda ditentukan oleh r_D = 26 mV/I_D. Menggunakan subskrip e karena arus penentu adalah arus emitor yang menghasilkan persamaan r_e = 26 mV/I_E.

Hasilnya adalah bahwa impedansi yang masuk ke basis merupakan resistor yang sama dengan beta dikali re, seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.14. Arus output kolektor I_c memiliki hubungan dengan arus input basis Ib (βI_b) seperti yang ditunjukkan pada gambar yang sama.

Dengan demikian, rangkaian ekivalen untuk karakteristik ideal dari Gambar 5.11 telah ditentukan, tetapi saat ini rangkaian input dan output terpisah dan hanya terhubung oleh sumber yang terkontrol. Gambar 5.14 merupakan bentuk yang jauh lebih mudah untuk dikerjakan saat menganalisis rangkaian.

Early Voltage (Tegangan Early) --> Determining Zo

Saat ini kita memiliki representasi yang baik pada rangkaian input, tetapi pada rangkaian output kita hanya memiliki arus keluaran kolektor yang ditentukan oleh nilai beta dan Ib, kita tidak memiliki representasi yang baik untuk impedansi keluaran pada transistor. Dalam praktiknya, karakteristik BJT tidak memiliki tampilan ideal seperti pada Gambar 5.11. Sebaliknya, karakteristik BJT memiliki kemiringan seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 5.15 yang dapat menentukan impedansi keluaran dari transistor. Semakin curam kemiringannya, semakin rendah impedansi keluaran dan semakin tidak ideal transistor tersebut.

Secara umum, nilai impedansi keluaran yang besar merupakan hal yang diinginkan untuk menghindari penurunan kinerja/penurunan kualitas sinyal pada tahap berikutnya dari suatu desain. Jika kemiringan kurva-kurva pada Gambar 5.15  diperpanjang ke kiri hingga mencapai sumbu horizontal maka semua kurva akan berpotongan pada satu titik tegangan yang disebut Early voltage. Perpotongan ini pertama kali ditemukan oleh James M. Early pada tahun 1952. Saat arus basis naik maka kemiringan garis juga naik, yang mengakibatkan penurunan impedansi keluaran karena peningkatan arus basis dan kolektor. Untuk nilai arus kolektor dan basis tertentu seperti yang ditunjukkan pada Gambar 5.15, impedansi keluaran dapat dihitung menggunakan persamaan berikut:

Biasanya tegangan Early (Early voltage) cukup besar dibandingkan dengan tegangan kolektor-emitter yang diterapkan, sehingga memungkinkan untuk menggunakan pendekatan berikut:

Karena V_A bernilai tetap maka semakin besar arus kolektor, semakin kecil impedansi keluaran. Untuk kondisi di mana tegangan Early tidak tersedia, impedansi keluaran dapat ditentukan dari karakteristik pada arus basis atau kolektor menggunakan persamaan berikut:

Untuk perubahan yang sama pada tegangan (∆V_CE) Gambar 5.15 maka perubahan yang dihasilkan pada arus (∆I_C) jauh lebih kecil untuk r_o2 daripada untuk r_o1, sehingga r_o2 jauh lebih besar daripada r_o1. Saat datasheet transistor tidak mencantumkan tegangan Early atau karakteristik keluaran maka impedansi keluaran dapat ditentukan dari parameter hybrid hoe yang biasanya dicantumkan pada datasheet. Saat ini, impedansi keluaran dapat digambar sebagai resistor yang terhubung paralel dengan keluaran seperti yang ditunjukkan dalam rangkaian ekivalen pada Gambar 5.16.

Rangkaian ekivalen pada Gambar 5.16 akan digunakan dalam analisis konfigurasi common-emitter. Nilai umum beta berkisar antara 50 - 200, dengan nilai 𝛽r_e biasanya berkisar dari beberapa ratus ohm hingga maksimum 6 kΩ hingga 7 kΩ. Resistansi keluaran r biasanya memiliki rentang 40 kΩ hingga 50 kΩ.

Video Tutorial:

.