Pada pertengahan tahun 1960-an, Motorola Semiconductor meluncurkan transistor PNP 2N3906 dan transistor NPN 2N3904 dalam kemasan plastik TO-92. Karena transistor-transistor tersebut mudah didapatkan dengan harga terjangkau dan memiliki ketahanan yang baik, transistor-transistor ini tersedia dalam jumlah besar bagi para pemula dan peneliti. Dalam artikel ini, kami akan memperkenalkan spesifikasi transistor 2N3904, prinsip kerjanya, contoh rangkaian terapan, transistor setara, dan aplikasinya.
Deskripsi Transistor 2N3904
Transistor 2N3904 adalah transistor sambungan bipolar (BJT) tipe NPN yang terbuat dari bahan silikon. Transistor ini umumnya digunakan dalam aplikasi rangkaian elektronik sebagai sakelar atau penguat.
Spesifikasi 2N3904
- Arus – Kolektor (Ic) (Maks.): 200 mA
- Gain arus DC atau hFE (Maks): 300
- Gain arus DC atau hFE (Min): 100 @ 150mA, 10V
- Tegangan kolektor ke emitor (Vce): 40V
- Tegangan basis ke emitor (Vbe): 6 V
- Tegangan kolektor ke basis (Vcb): 60V
- Saturasi Vce (maksimum) pada kondisi Ib, Ic: 500mV @ 50mA, 500mA
- Daya – Maks: 800mW
- Konversi frekuensi: 100 MHz
- Kemasan/Casing: TO-39-3, TO-205AD
Konfigurasi Pin 2N3904
Transistor 2N3904 memiliki tiga pin:
- Pin 1 (Emitter): Arus akan mengalir melalui terminal ini.
- Pin 2 (Basis): Pin ini mengontrol bias transistor.
- Pin 3 (Kolektor): Sumber arus untuk seluruh terminal.
Prinsip Kerja Transistor 2N3904
Pada transistor 2N3904, sebagian besar pembawa muatan adalah elektron, sehingga mereka selalu bermuatan negatif. Keadaan transistor ini dapat berubah dari kondisi bias balik menjadi bias maju hingga konduktif, tergantung pada tegangan kecil pada terminal basis (seperti 0,7 V).
Kondisi operasi normal:
- Tegangan basis (Vb) > tegangan emitor (Ve).
- Tegangan kolektor (Vc) > Tegangan basis (Vb).
Jika pin basis dihubungkan ke terminal GND, maka terminal emitor dan kolektor akan mengalami bias balik atau dibiarkan terbuka. Demikian pula, begitu sinyal diberikan ke pin basis, pin tersebut akan mengalami bias maju.
Nilai gain tinggi transistor 2N3904 adalah 300, yang menentukan kemampuan amplifikasinya. Pasokan arus maksimum pada terminal kolektor adalah 200mA, sehingga beban yang mengonsumsi lebih dari 200mA tidak dapat dihubungkan melalui transistor ini. Setelah pasokan arus diberikan ke terminal basis, transistor dapat dibiaskan. Arus IB ini harus dibatasi hingga 5mA.
Ketika transistor NPN 2N3904 sepenuhnya terbias, ia memungkinkan arus maksimum 200mA mengalir melalui dua terminal tertentu, yaitu emitor dan kolektor. Tahap ini disebut sebagai daerah saturasi. Selain itu, terminal kolektor-emitor dan kolektor-basis mampu menangani tegangan tipikal masing-masing sebesar 40V dan 60V.
Setelah arus basis terputus, transistor akan mati, sehingga fase ini disebut daerah cutoff, dan VBE mungkin sekitar 600 mV.
Contoh Rangkaian 2n3904
Rangkaian lampu LED berkedip yang menggunakan transistor 2N3904 ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Rangkaian ini dapat dibuat menggunakan komponen-komponen dasar seperti papan percobaan, kabel penghubung, baterai 9V, kapasitor, LED 5 mm, lampu LED berkedip, serta resistor 1K, 10K, dan 4,7K.
Rangkaian ini menggunakan baterai DC 6 V sebagai sumber dayanya. Karena terdapat transistor NPN dalam rangkaian ini, ketika pin basis transistor tersebut dihubungkan ke GND, terminal-terminal seperti emitor dan kolektor akan mengalami bias terbalik. Selain itu, ketika sinyal diberikan ke pin basis transistor tersebut, maka transistor tersebut akan mengalami bias maju. Rangkaian LED berkedip sederhana ini digunakan pada berbagai perangkat seperti bel pintu, sistem alarm, atau lampu strobo.
Transistor 2N3904 vs. 2N2222A
Berikut ini adalah perbandingan antara transistor 2N3904 dan 2N2222A:
| Specification | 2N3904 | 2N2222A |
|---|---|---|
| Transistors Type | NPN | NPN |
| Maximum Collector Current | 200 mA | 800 mA |
| Maximum Collector-Emitter Voltage | 40V | 40V |
| Maximum Collector-Base Voltage | 50V | 50V |
| Maximum Emitter-Base Voltage | 5V | 6V |
| Maximum Frequency | 300 MHz | 500 MHz |
| Package Type | TO-92 | TO-18, TO-92 |
Transistor yang Setara dengan 2N3904
Beberapa transistor yang setara dengan 2N3904 adalah:
BC636, BC547, BC549, BC639, 2N2222 TO-18, 2N2222 TO-92, 2N2369, 2N3906, 2N3055, 2SC5200, dll.
2N3904 Aplikasi
- Penguat
- Modul penggerak (penggerak LED, motor, atau relai)
- Sakelar
- Regulator Tegangan
- Konverter
- Pengatur Waktu
- Modulator Frekuensi
- PWM (Modulasi Lebar Pulsa)
- Sirkuit Pengolahan Sinyal
- Sirkuit Audio
- Sirkuit Pengatur Daya
- Komparator
Pengujian Frekuensi Karakteristik Transistor 2N3904
Peralatan yang diperlukan:
- Osiloskop Tektronix MSO34-BW500
- Tektronix AFG31251 generator sinyal
- Multimeter digital
- Alat ukur sumber digital *2
- Papan eksperimen komprehensif parameter DC/AC transistor
Frekuensi karakteristik transistor 2N3904 dapat diukur dengan menggunakan osiloskop Tektronix, generator sinyal, dan produk Keithley source meter untuk pengujian parameter arus bolak-balik (AC) pada perangkat transistor. Karena frekuensi operasi aktual transistor jauh lebih tinggi daripada frekuensi potong penguatan arus frekuensi rendah fβ, penguatan arus AC berbanding terbalik dengan frekuensi operasi, dan “produk penguatan-lebar pita” transistor konstan, kira-kira sama dengan frekuensi kerja ketika modulus penguatan arus emitor umum adalah 1.
Pengukuran frekuensi karakteristik transistor bipolar dilakukan dengan menghubungkan sinyal masukan AC berfrekuensi tinggi dan kecil dengan frekuensi tertentu ke basis melalui kapasitor, mengubah kondisi bias DC pada transistor konfigurasi emitor umum, dan dengan demikian mengubah gain arus AC untuk mempelajari hubungan antara frekuensi karakteristik transistor dan titik operasi DC.
Menentukan dan Menguji Titik Operasi Statis
Rentang kerja 2N3904 ditunjukkan pada gambar berikut:
Untuk memastikan transistor beroperasi pada daerah penguatan, titik kerja DC transistor diatur pada IC=1 mA. Ketika tidak ada sinyal AC yang terhubung, diagram rangkaian kerja statis transistor ditunjukkan pada gambar berikut:
Sesuaikan arus basis-emitor (IB) pada SMU1 dan perhatikan bahwa nilai arus kolektor-emitor (IC) pada SMU2 sekitar 1 mA untuk memastikan transistor beroperasi pada daerah penguatan. Arus basis-emitor (IB) sekitar 2,8 µA, dan tegangan basis-emitor (VBE) sebesar 0,636 V sebagaimana diukur dengan multimeter.
Pengujian Parameter H Transistor 2N3904: HIE dan HFE
Dengan pengaturan titik kerja statis yang wajar dan masukan sinyal kecil AC, transistor dapat dianggap setara dengan rangkaian dua-port linier, yang direpresentasikan oleh komponen arus dan tegangan AC. Di mana Ib dan Vbe merupakan variabel masukan transistor, sedangkan Ic dan Vce merupakan variabel keluaran. Parameter h transistor mencerminkan karakteristik sinyal kecil AC transistor pada kondisi statis tertentu yang tetap.
Hubungkan output generator sinyal ke antarmuka BNC di sisi kiri AC IN papan eksperimen, dan hubungkan Saluran 1 osiloskop ke antarmuka BNC di sisi kanan AC OUT papan eksperimen.
Atur keluaran sumber sinyal menjadi gelombang sinus 1 kHz, sesuaikan amplitudo sinyal keluaran sumber sinyal, dan gunakan saluran 2 osiloskop untuk menguji bentuk gelombang tegangan antara dua terminal R1 (hubungkan antarmuka kepala pisang yang ditandai sebagai Input). Hitung nilai efektif arus Ib sehingga Ib kira-kira sama dengan 0,5 uA.
Atur keluaran sumber sinyal menjadi gelombang sinus 1 kHz dan ubah amplitudo keluaran. Ketika nilai efektif tegangan antara kedua terminal R1 yang diukur oleh osiloskop adalah 50 mVrms, dan karena R1 = 100 kohm, maka Ib kira-kira sama dengan 0,5 uA.
Dia
“hie” adalah resistansi masukan ketika keluaran mengalami korsleting dan mencerminkan kemampuan tegangan basis untuk mengendalikan arus basis dengan tegangan keluaran Vce tetap.
ℎ𝑖𝑒 = 𝑣𝑏𝑒/𝑖𝑏 = 𝑣𝑏𝑒/𝑣𝑖𝑛𝑝𝑢𝑡∗ 𝑅1
Dengan syarat kondisi pengujian di atas tetap tidak berubah, nilai efektif Vbe yang diukur oleh 2 saluran osiloskop adalah 5,7 mVrms.
hie = Vbe/ib = Vbe/Vib * R1 = 5,7/50 * 100K = 11400, di mana Vbe adalah nilai efektif Vbe dan Vib adalah nilai efektif tegangan masukan pada kondisi pengujian di atas.
Hemokromatosis
HFE adalah istilah yang umum digunakan untuk merujuk pada "perbesaran arus DC" dari transistor sambungan bipolar (BJT). Istilah ini mencerminkan kemampuan arus basis ib untuk mengendalikan arus kolektor ic. Berikut adalah rumus HFE:
ℎ𝑓𝑒 = 𝑖𝑐/𝑖𝑏
𝑖𝑐 = voutput / R2
di mana "𝑖𝑐" mewakili arus kolektor, dan "𝑖𝑏" mewakili arus basis, "voutput" adalah nilai efektif tegangan keluaran, dan "R2" adalah resistansi beban yang terhubung antara kolektor dan sumber daya.
Hasil:
𝑖𝑐 = voutput / R2 = 17,3 mV / 100 ohm = 0,173 mA
Menghitung Frekuensi Karakteristik (fT)
Ukur frekuensi cut-off transistor fβ dan hitung frekuensi karakteristiknya fT menggunakan metode “produk gain-bandwidth”.
Tingkatkan frekuensi keluaran sumber sinyal secara bertahap mulai dari 1 kHz, dan amati amplitudo sinyal AC OUT di sisi kanan papan eksperimen menggunakan osiloskop. Ketika amplitudo sinyal keluaran turun sebesar 3 dB (nilai puncak-ke-puncak turun setengahnya), catat frekuensi keluaran fβ dari sumber sinyal, yang menunjukkan frekuensi cut-off transistor pada titik kerja saat ini.
Pada 1 kHz, nilai puncak-ke-puncak keluaran AC OUT sekitar 38 mV, dan pada 1,4 MHz, nilai puncak-ke-puncak keluaran AC OUT sekitar 19,2 mV.
Hitung frekuensi karakteristik fT transistor menggunakan rumus produk gain-bandwidth:
fT = hfe × fβ
fT = 228 * 1,4 = 319,2 MHz
di mana fβ kira-kira sama dengan 1,4 MHz.
Verifikasi frekuensi karakteristik fT transistor menggunakan sumber sinyal frekuensi tinggi dan osiloskop dengan bandwidth 500 MHz. Jika bandwidth osiloskop dan sumber sinyal lebih besar dari 200 MHz, Anda dapat menggunakan sumber sinyal untuk memindai sinyal masukan dalam rentang frekuensi di atas DC-200 MHz, dan menguji karakteristik amplitudo-frekuensi sinyal keluaran (AC OUT) pada osiloskop, serta menghitung perbesaran arus hingga 1 untuk secara manual menemukan titik frekuensi karakteristik fT. Verifikasi bahwa nilai frekuensi eigen yang dihitung dengan metode produk gain-bandwidth akurat.
