BJT Common Collector

Amplifier atau penguat Common Collector atau juga sering disebut sebagai Emitter Follower merupakan penguat menggunakan BJT tipe NPN dengan terminal output diletakan pada terminal Emitter, dan input diletakan pada terminal Base. Penguat jenis ini termasuk kategori penguat kelas A.

Penguat Common Collector digunakan untuk menguatkan arus listrik sehingga banyak digunakan untuk rangkaian penguat daya. Karakteristik umum dari penguat jenis ini adalah sbb :

1. Tegangan sinyal output sedikit lebih kecil dari pada tegangan sinyal input.
2. Fasa sinyal output memiliki fasa yang sama dengan sinyal input.
3. Arus pada terminal Emitter (output) jauh lebih besar dibanding arus input pada terminal Base dimana besarnya adalah penjumlahan arus pada terminal Collector dengan arus terminal Base.

Rangkaian dasar penguat Common Collector ditunjukan pada Gambar 1. 

Gambar 1. Rangkaian dasar BJT Common Collector

Kapasitor C1 berfungsi sebagai kopling dimana memblok arus dc dari sumber tegangan agar tidak melewati C1 sehingga tidak mengganggu sumber sinyal ac. Selain itu C1 juga berfungsi sebagai rangkaian high pass filter untuk meloloskan tegangan pada frekuensi tinggi dengan nilai minimum frekuensi tertentu. Kapasitor C2 berfungsi sebagai kopling dimana memblok arus dc yang berasal dari terminal Emitter agar tidak mengalir melewati kapasitor (output hanya diambil komponen ac saja). C2 juga berfungsi sebagai high pass filter untuk meloloskan tegangan dengan frekuensi tinggi dengan nilai minimal frekuensi tertentu.

R1 dan R2 berfungsi untuk membagi tegangan pada terminal Base terhadap Vcc. Selain membagi tegangan R1 dan R2 juga membatasi besarnya arus dc yang mengalir pada terminal Base.

Dalam mendesain rangkaian Common Collector diperlukan dua analisis yaitu ac dan dc dimana analisis dc digunakan untuk menentukan titik kerja penguat agar tidak terlalu boros dan manjaga agar sinyal output tetap bisa simetris antara setengah gelombang positif dan negatif.

Analisis dc

Untuk melakukan analisis dc diperlukan rangkaian ekivalen dc dimana semua komponen yang terhubung dengan terminal kapasitor tetapi tidak terhubung langsung tegangan dc maka komponen tersebut dan kapasitor dianggap tidak ada, sehingga gambar ekivalen analisis dc Common Collector Gambar 1 menjadi seperti ditunjukan pada Gambar 2. 

Gambar 2. Rangkaian ekivalen analisis dc

Besarnya tegangan dc pada terminal Base (VB) adalah :

Besarnya hambatan pada terminal Base (RB) adalah sbb :

Arus listrik yang mengalir pada terminal Collector dapat dihitung dengan persamaan : 

Arus dc yang mengalir pada terminal Base (IBQ) dapat dicari dengan menerapkan Hukum Kirchhoff 2 (Kirchhoff Voltage Law) sebagai berikut :

Arus dc pada terminal Collector dipengaruhi oleh nilai arus dc yang mengalir pada terminal Base sehingga dapat dituliskan dengan persamaan :

Arus dc maksimum yang diijinkan mengalir pada terminal Collector adalah:

Umumnya dalam mendesain titik kerja dc Common Collector sama seperti Common Emitter yaitu dengan menyetel agar tegangan VCE berada disekitar 1/2 VCC. Hal penting lainnya adalah menyetel resistansi RB agar nilai β.IB  tidak melebihi IC max,  karena meskipun nilai IB dibesarkan hingga secara perhitungan nilai IC melampaui nilai IC max tetap saja arus IC akan berada di nilai IC max karena tidak mungkin Hukum Ohm dilanggar. 

Gambar 3. Garis beban titik kerja dc

Gambar 3 menunjukan garis beban dc transistor berada pada titik Q. Transisor berada dalam keadaan off saat VCE berada pada posisi cut-off yaitu besarnya tegangan VCE sama dengan VCC.

Analisis ac

Analisis ac diperlukan untuk mengetahui besarnya penguatan serta mengetahui maksimum tegangan atau arus ac yang diijinkan seperti ditunjukan pada Gambar 6. Jika sinyal ac melebihi dari yang ditetapkan pada garis beban ac maka sinyal output akan terpotong pada ujungnya. 

Sebelum membuat garis beban ac, langkah awal yang perlu diambil adalah membuat rangkaian akivalen analisis ac dari rangkaian penguat Gambar 1 seperti ditunjukan pada Gambar 4. 

Gambar 4. Rangkaian ekivalen analisis ac Common Collector

Untuk membuat rangkaian ekivalen analisisi ac hal yang perlu diperhatikan adalah sebagai berikut :

1. Jika terdapat kapasitor maka kapasitor dianggap terhubung singkat.
2. Semua komponen resistor yang terhubung pada sumber tegangan diganti simbolnya dengan simbol pentanahan atau ground.

Nilai hambatan dalam transistor dapat dicari dengan rumus :

ºC adalah suhu transistor .

Untuk asumsi suhu dapat menggunakan suhu kamar sehingga re dapat ditulis sebagai berikut:

Untuk asumsi nilai re agar lebih mudah maka perhitungan besarnya arus mengalir pada terminal Emitter IE diambil dari perhitungan analisis dc.

Impedansi Zac mempengaruhi besarnya arus ac yang mengalir pada terminal Collector (IC-ac) dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Besarnya impedansi output rangkaian penguat dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Nilai impedansi input Zin rangkaian penguat dapat dicari menggunakan persamaan sebagai berikut :

Perbandingan tegangan output dan tegangan input ac (VAC) merupakan nilai penguatan tegangan Common Collector yang dituliskan dalam persamaan sebagai berikut :

Karena transistor memiliki tegangan barrier sebesar 0,7 Volt dan komponen hambatan dalam re yang nilainya umumnya kecil, maka tegangan output Common Collector sedikit lebih kecil dibandingkan dengan tegangan input, sehingga umumnya penguatan tegangan Common Collector ditullis sebagai berikut:

Untuk menggambarkan garis beban ac perlu mencari batas maksimum arus ac pada terminal Collector (IC-ac max) yang dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Selain mencari IC-ac perlu juga mencari maksimum nilai tegangan VCE-ac agar dapat menggambar garis beban ac. Nilai maksimum VCE-ac (VCE-ac max) dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Dari nilai VCE-ac max dan IC-ac max dapat digambarkan garis beban ac dimana garis beban ac harus memotong titik kerja dc (Q) seperti ditunjukan pada Gambar 5.

Gambar 5a. Garis beban ac

Gambar 5.b. Sinyal pada garis beban ac

Common Collector menggunakan rangkaian sedikit berbeda dari Gambar 1 seperti ditunjukan pada Gambar 6.a dan 6.b.

Gambar 6.a dan 6.b. Bentuk lain Common Collector

Dari Gambar di atas dapat dibuat gambar rangaian ekivalen analisis dc Gambar 6.a yang  ditunjukan oleh Gambar 7.b dan rangkaian ekivalen analisis dc Gambar 6.b yang ditunjukan oleh gambar 7.b.

Gambar 7.a. Analisis dc Common Collector lanjut

Analisis dc pada Gambar 7.a :

Besarnya tegangan dc pada terminal Base transistor adalah :

Besarnya hambatan pada terminal Base (RB) adalah nilai paralel R1 dan R2:

Arus dc maksimum pada terminal Collector (IC max) dapat dicari dengan persamaan :

Besarnya arus dc pada terminal Base (IBQ) :

Analisis dc pada Gambar 7.b :

Analisis dc Gambar 7.b mirip dengan gambar 7a hanya saja tanpa rangkaian voltage divider.

Dengan menggunakan KVL, besarnya arus dc pada terminal Base (IBQ) dapat dicari sebagai berikut:

Berlaku untuk semua rangkaian penguat bahwa besarnya arus dc yang mengalir pada terminal Collector (ICQ) adalah sebagai berikut :

Analisis ac pada Gambar 7.a :

Gambar 8 menunjukan rangkaian ekivalen analisis ac Gambar 7.a 

Gambar 8. Analisis ac Common Collector tanpa RC

Impedansi yang mempengaruhi besarnya arus ac pada terminal Collector-Emitter (Zac) :

Impedansi output Common Collector  (Zout) Gambar 8 dapat dicari dengan persamaan :

Impedansi input rangkaian penguat (Zin) dapat dicari dengan persamaan sebagai berikut :

Besarnya penguatan tegangan sinyal ac adalah :

Karena pembagi sedikit lebih besar maka penguatan tegangan kurang dari satu.

Besarnya tegangan output dapat dicari dengan persamaan:

Besarnya arus listrik yang mengalir pada beban dapat dicari dengan persamaan :

Analisis ac pada Gambar 7.b :

Analisis ac Gambar 7.b sama seperti 7.a. Hal yang membedakan adalah tanpa menggunakan resistor R2. Gambar 9 menunjukan rangkaian ekivalen analisis ac Gambar 7.b

Gambar 9. Analisisi ac Common Collector tanpa voltage divider dan RC

Impedansi yang mempengaruhi besarnya arus ac pada terminal Collector-Emitter (Zac) dapat dicari dengan persamaan :

Impedansi output rangkaian penguat (Zout) mempengaruhi besarnya arus pada terminal Emitter transistor. Besarnya impedansi output dapat dicari dengan persamaan :

Impedansi input (Zin) mempengaruhi besarnya arus pada terminal Base transistor. Besarnya impedansi input rangkaian penguat dapat dicari dengan persamaan :

Besarnya penguatan tegangan sinyal ac sama persis seperti pada analisis ac Gambar 7.a :

Karena nilai re sangat kecil membuat angka pembagi sedikit lebih besar sehingga besarnya penguatan tegangan kurang dari satu :

Besarnya tegangan output rangkaian penguat adalah :

Besarnya arus listrik yang mengalir pada beban adalah :

EoF