Bipolar Junction Transistor (BJT)

Bipolar Junction Transistor (BJT) atau Transistor persambungan bipolar merupakan transistor yang tersusun atas tiga terminal semikonduktor terdoping yang dipisahkan oleh dua sambungan pn. 3 terminal tersebut adalah Base (B), Collector (C), dan Emitter (E). Daerah base merupakan semikonduktor dengan sedikit doping dan sangat tipis bila dibandingkan dengan emitter (doping paling banyak) maupun kolektor (semikonduktor berdoping sedang). Fungsi utama pembuatan transistor BJT adalah sebagai penguat (amplifier). Karena sifatnya, transistor ini juga dapat digunakan dalam keperluan lain, seperti sebagai saklar elektronis.

Jenis Bipolar Junction Transistor

BJT terbagi atas 2 jenis yaitu NPN dan PNP. Apabila daerah P berada pada himpitan antara dua daerah N maka disebut transistor NPN, dan jika daerah N berada pada himpitan antara dua daerah P maka disebut transistor PNP. Sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan emitter dikenal sebagai sambungan base-emiter (base-emitter junction), sedangkan sambungan pn yang menghubungkan daerah base dan kolektor dikenal sebagai sambungan base-kolektor (base-collector junction). 

Pada gambar berikut merupakan struktur dan symbol dari transistor persambungan bipolar tipe PNP dan NPN. Istilah bipolar digunakan karena adanya elektron dan hole sebagai muatan pembawa (carriers) didalam struktur transistor.

Gambar struktur dan symbol BJT

Prinsip Kerja Bipolar Junction Transistor

Gambar dibawah menunjukkan rangkaian kedua jenis transistor npn dan pnp dalam mode operasi aktif transistor sebagai amplifier. Pada kedua rangkaian, sambungan base-emiter (BE) dibias maju (forward-biased) sedangkan sambungan base-kolektor (BC) dibias mundur (reverse-biased).

Forward-Reverse Bias pada BJT NPN dan PNP

Sebagai gambaran dan ilustrasi kerja transistor BJT, misalkan pada transistor npn. Ketika base dihubungkan dengan catu tegangan positif dan emiter dicatu dengan tegangan negatif maka daerah depletion BE akan menyempit. Pencatuan ini akan mengurangi tegangan barrier internal sehingga muatan mayoritas (tipe n) mampu untuk melewati daerah sambungan pn yang ada. Beberapa hole dan elektron akan mengalami rekombinasi di daerah sambungan sehingga arus mengalir melalui device dibawa oleh hole pada base(daerah tipe-p) dan elektron pada emiter (daerah tipe-n ). Karena derajat doping pada emiter (daerah tipe n) lebih besar daripada base (daerah tipe p), arus maju akan dibawa lebih banyak oleh elektron. Aliran dari muatan minoritas akan mampu melewati sambungan pn sebagai kondisi reverse bias tetapi pada skala yang kecil sehingga arus yang timbul pun sangat kecil dan dapat diabaikan.

Elektron banyak mengalir dari emiter ke daerah base yang tipis. Karena daerah base berdoping sedikit, elektron pada hole tidak dapat berekombinasi seluruhnya tetapi berdifusi ke dalam daerah depletion BC. Karena base dicatu negatif dan kolektor dicatu positif (reverse bias), maka depletion BC akan melebar. Pada daerah depletion BC, elektron yang mengalir dari emiter ke base akan terpampat pada daerah depletion BC. Karena pada daerah kolektor terdapat muatan minoritas (ion positif) maka pada daerah sambungan BC akan terbentuk medan listrik oleh gaya tarik menarik antara ion positif dan ion negatif sehingga elektron tertarik kedaerah kolektor. Arus listrik kemudian akan mengalir melalui device.

Pergerakan muatan pada transistor 

Selain itu, ada juga Prinsip Transistor sebagai Penguat (amplifier), artinya transistor bekerja pada wilayah antara titik jenuh dan kondisi terbuka (cut off), tetapi tidak pada kondisi keduanya.

Prinsip Transistor sebagai penghubung (saklar) yaitu, transistor akan mengalami Cutoff apabila arus yang melalaui basis sangat kecil sekali sehinga kolektor dan emitor akan seperti kawat yang terbuka, dan Transistor akan mengalami jenuh apabila arus yang melalui basis terlalu besar sehingga antara kolektor dan emitor bagaikan kawat terhubung dengan begitu tegangan antara kolektor dan emitor Vce adalah 0 Volt dari cara kerja diataslah kenapa transistor dapat difungsikan sebagai saklar.

Karakteristik Transistor (BJT)

1. Kurva Kolektor 

Karakteristik kolektor yang terlihat dari pengamatan kurva kolektor dibawah ini merelasikan antara IC , VBE, dan IB sebagai sumber parameter. Dari kurva kolektor tersebut, tampak disana ada 4 daerah yaitu daerah aktif, daerah saturation (jenuh), daerah cuf-off (putus), dan daerah breakdown (dadal). 

Kurva kolektor

Daerah aktif 

Daerah antara tegangan lutut (knee), VK dan tegangan dadal (breakdown), VBR serta diatas IB = ICO. Daerah aktif terjadi bila sambungan emitor diberi bias maju dan sambungan kolektor diberi bias balik. Pada daerah aktif arus kolektor sebanding dengan arus basis ( IC = IB). 

Daerah saturation (jenuh) 

Daerah dengan VCE lebih kecil dari tegangan lutut (VK). Daerah saturasi terjadi bila sambungan emitor dan basis sama-sama diberi bias maju. Pada daerah saturasi, arus kolektor (IC) tidak tergantung pada arus basis (IB). 

• Nilai VCE (sat) transistor silikon = 0,2 volt
• Nilai VCE (sat) transistor germanium = 0,1 volt

Daerah cut-off (putus) 

Daerah yang terletak di bawah IB = ICO. Daerah cut-off terjadi bila sambungan kolektor dan emitor sama-sama diberi bias balik. Pada daerah cut-off, IE = 0 ; IC =ICO = IB. 

Daerah breakdown (dadal) 

Daerah yang terletak di atas batas tegangan maksimum kolektor-emitor (VCE) suatu transistor. VCE maksimum pada beberapa jeni transistor adalah berbeda-beda. Pada kurva kolektor diatas terlihat, daerah breakdown terjadi setelah VCE transistor mencapai diatas ± 10 volt. Transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena transistor dapat menjadi rusak. 

Keterangan: 
VK = tegangan lutut (knee) 
IB = Arus basis 
ICO = Arus cut-off 
VCE = Tegangan kolektor-emitor 
VCE(sat) = Tegangan kolektor-emitor pada daerah saturasi 

2. Kurva Basis 

Kurva karakteristik basis merelasikan antara arus basis (IB) dan tegangan basis-emitor (VBE) dengan tegangan kolektor-emitor (VCE) sebagai parameternya. 

Kurva karakteristik basis

Kurva basis diatas dapat terlihat pada alat ukur yang bernama osiloskop dengan cara menghubung singkatkan kolektor-emitor (VCE = 0) dan emitor diberi bias maju. 

Dengan bertambahnya VCE pada VBE yang konstan (tetap), maka lebar daerah deplesi di sambungan kolektor bertambah dan mengakibatkan lebar basis efektif berkurang. Dengan berkurangnya lebar basis, maka arus basis (IB) rekombinasi juga berkurang. 

Catatan :

• VK (tegangan lutut) atau tegangan ambang/threshold.
  Untuk transistor silikon = 0.5 sampai 0,6 volt
  Untuk transistor germanium = 0,1 sampai 0,2 volt
• VBE (tegangan basis-emitor) di daerah aktif.
  Untuk transistor silikon = 0.7 volt
  Untuk transistor germanium = 0,2 volt
• VBE transistor ideal.
  VBE = 0 volt

3. Kurva Beta

Kurva beta menunjukkan bahwa nilai β akan berubah dengan dipengaruhi oleh suhu (T) dan arus kolektor (IC). Berikut karakteristiknya: 

• Nilai β bertambah jika suhu (T) naik.
• Nilai β bertambah jika arus kolektor (IC) naik.
• Nilai β turun jika arus kolektor (IC) naik di luar nilai tertentu.

 

Kurva beta (β) pada BJT