Perancangan Transistor Bipolar Secara Analitik
Spesifikasi transistor yang dirancang :
b max = 100
BandWidthmax = 10 kHz
Power Output = 1000 watt
Diinginkan transistor dengan respons frekuensi yang baik yang memiliki band width yang lebar dan kecepatan yang tinggi. Oleh karena itu digunakan transistor npn yang pembawa muatan mayoritasnya adalah elektron yang mempunyai kecepatanlebih tinggi daripada hole.
Dari Roulston : b o = [w c.Dn.NDemiter]/[w D.DP.Ndbase]
ditentukan b max = 100
(gambar 4.1)
frekuensi cutoff ; BW = 100 kHz = b
(gambar 4.2)
sehingga diperoleh : b foc = fT
fTmax = 1/(2p t bb) ; t bb = base transit time
t bb = w b2/(2Dp.b)
didapat : Dp.b/w b2 = b .p .ft OB = 3,4.107 … (2)
Konsentrasi impurity dari E,B,C diambil NeB1 = NDC = 105/cm3
Untuk hfe = 100, BVCEO = 100; diperoleh w PT = 18 m m (sumber : Rolston)
sehingga w ePP = w /2 = 9 m m
Abrupt junction untuk CB dan Bt diambil
NABase = 1017 cm-3 dan Ndemitter = 5.1019 cm-3
Grafik hubungan ketakmurnian : Dne = 2,5
Dpb = 5 } (sumber : S.M. Sze)
Dnb = 20
Kelihatan bahwa w cukup besar karena BW kecil.
Maka keseluruhan doping profile :
NDE == 5.1019 cm-3 NAB = 1015 cm-3 NDC = 1015 cm-3
Profil kedalaman material :
w c = w epi = 9 m m w b = 798 m m w c = 319 m m
Transistor ini dioperasikan pada VCC = 15 volt, VEE = -15 volt
Pmax Þ Pmax = Icmax [VCCmax - VEEmax]
1000 = 30.Icmax ® Icmax = 33,3 A
Ic = [20Dnb/w b2] . Qb = [qAC.w bnpc.exp(qVbe/VT)2DN]/w b2
= [qAC.DNb.nV2.exp(qVbe/VT)]/w b.NAb
dengan w b = 798 m m q = 1,6.10-19 ni = 1,4.1010 NAb = 1017
Dnb = 20
maka AC = 7,75 cm2 Þ luas kontak collector
luas kontak basis emitter (Ab dan Ac) :
IBmax = Icmax/b = 33,3/100 = 0.33 A
IPC = [q.Ab.Dp.Pneo.exp(Vbe/VT-1)]/w c (sumber : Roulston)
0,33 = [1,6.10-19.Ab.1,2.5,49.104(1,4.1010)2]/93,19.10-6.5.1019
Ab = 255,7 cm2
Karen Ie @ Ic maka Ae @ Ac = 7,75 cm2
Spesifikasi transistor ini tidak biasa pada pembuatan transistor dalam fabrikasi. Apalagi dengan bentuk transistor seperti itu, akan terjadi "emitter grounding" yang menyebabkan arus emitter tidak terdistribusi secara merata yang dapat mengurangi efisiensi emittor.
(gambar 4.3)
Karakteristik I - V :
IB = [q.Ib.DP.Dnbc.exp(Vbc/VT-1)]/w c
Untuk T = 300 K Vbc = 0,7 volt VT = 25 mV maka
Vbe = VT ln[Ib.w c/(qAb.DPPneo)] dengan qn = qAo.DP.Dneo/w c
IC = (q.Ac.Dn.ni2)/Nb.NAb.[exp(Vbe/VT - exp(Vbc/VT) ; Vbc =Vbe - Vce
Vbe = VT ln[(IB.w c)/(qAb.DP.Pnbo) = VT ln(IB/a11)
Maka Ic = a22[IB/a11 - IB/a11exp(-Vbe/VT)] = a22/a11 . Ib[1 - exp(-Vbe/VT)]
= Ac/Ab . DN/DP . w c/w b
a22/a11 = 100,966
IC = 100,966 IB [1 - exp(-VCE/VT)]
(gambar 4.4)
Karakteristik frekuensi tengah :
(gambar 4.5)
w COb = 2p .105 rad/s
w a = ICOb /(1 - a ) = 2012p .105 rad/s
w T = a w a = 2p .107 rad/s