M04_s01_10216043_nadilliasahputra.pdf

MODUL 04

TRANSISTOR Nadillia Sahputra, Vanessa Gabriela, Gian Axel Tunggaldinata, Joshua Hendri 10216043, 10216004, 10216018, 10216063 Program Studi Fisika, Institut Teknologi Bandung [email protected] Tanggal Praktikum: (09-10-2017) Asisten: Bintang P./10214094; Rangga T/10214021; Joshua D.P./10214059; Sabiq F./10214082; Ahmad Zaky F./ 10215005; Natasha F./102115032; Hasan Al-Asyari/10215043; Hamidan Irham/ 10215049 Abstrak Percobaan modul empat adalah percobaan yang bertujuan untuk memahami kerja transistor dengan mencari kurva hubungan tegangan input dan output pada transistor MOSFET, mencari garis beban transistor penguat Common Emmiter dan mencari sinyal output transistor tengangan common emmiter. Dari percobaan yang telah dilakukan diketahui bahwa agar transistor dapat bekerja sebagai saklar on dan off tegangan input harus memenuhui suatu nilai tertentu. Transistor common emitter yang bekerja sebagai penguat juga terdiri dari komponen komponen yang besarnya dapat secara langsung atau tidak langsung mempengaruhi hasil output. Transistor juga memiliki kondisi kerja tertentu agar hasil kerja seuai dengan keinginan dan baik. Kata kunci: Common Emitter, MOSFET, Penguat, Saklar,Transistor

1. TUJUAN a. Mendapatkan kurva hubungan Vds dan Vgs pada rangkaian transistor MOSFET sebagai saklar b. Mendapakan kurva garis beban pada transistor BJT sebagai penguat Common Emitter c. Mendapatkan sinyal output transistor BJT sebagai penguat Common Emitter

Pada transistor BJT tipe NPN, jika pin base dan emitter berada pada kondisi panjar mundur (Vb<0.7) maka tidak ada arus yang mengalir dari collector ke emitter. Kondisi ini bernama cut-off. Pada kondisi Vb>0.7 atau pada saat basis dan emitter berada pada kondisi panjar maju, maka transistor dapat mengalirkan arus dari collector ke emitter[2].

2. DASAR TEORI Transistor adalah komponen semikonduktor yang memiliki berbagai macam fungsi seperti sebagai penguat, pengendali, penyearah, osilator, modulator dan lain sebagainya. Secara umum, Transistor dapat digolongkan menjadi dua keluarga besar yaitu Transistor Bipolar dan Transistor Efek Medan (Field Effect Transistor)[1]. Transistor Bipolar Junction Transistor (BJT) adalah Transistor yang struktur dan prinsip kerjanya memerlukan perpindahan muatan pembawanya yaitu electron di kutup negatif untuk mengisi kekurangan electon atau hole di kutub positif. Transistor Bipolar terdiri dari dua jenis yaitu Transistor NPN dan Transistor PNP. Tiga Terminal Transistor ini diantaranya adalah terminal Basis, Kolektor dan Emitor[2].

Transistor Efek Medan atau Field Effect Transistor yang disingkat menjadi FET ini adalah jenis Transistor yang menggunakan medan listrik untuk mengendalikan konduktifitasnya. Yang dimaksud dengan Medan listrik disini adalah Tegangan listrik yang diberikan pada terminal Gate (G) untuk mengendalikan aliran arus dan tegangan pada terminal Drain (D) ke terminal Source (S) [3]. MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) merupakan salah satu jenis transistor yang memiliki impedansi mauskan (gate) sangat tinggi Pada daerah Cut-Off MOSFET tidak mendapatkan tegangan input (Vin = 0V) sehingga tidak ada arus drain Id yang mengalir. Kondisi ini akan membuat tegangan Vds = Vdd. Dengan beberapa kondisi diatas maka pada daerah cutoff ini MOSFET dikatakan OFF (Full-Off).

Pada daerah saturasi MOSFET mendapatkan bias input (Vgs) secara maksimum sehingga arus drain pada MOSFET juga akan maksimum dan membuat tegangan Vds = 0V. Pada kondisi saturasi ini MOSFET dapat dikatakan dalam kondisi ON secara penuh (Fully-ON) [3].

Gambar 1. Rangkaian MOSFET sebagai saklar[3].

Transistor dapat difungsikan sebagai penguat tegangan. Untuk dapat bekerja sebagai penguat, transistor harus berada dalam kondisi aktif. Untuk berada pada kondisi aktif, arus konstan harus diberikan ke basis atau collector. Terdapat tiga jenis penguat yaitu common emitter, common collector dan common base [4]. Penguat Common Emitor adalah penguat yang kaki emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Emitor juga mempunyai karakter sebagai penguat tegangan. Penguat Common Emitor mempunyai Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal sinyal input dan sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif, sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya[4].

Gambar 2. Rangkaian penguat Common Emiter[4].

Nilai perbesaran tegangan pada common emitter dapat diperoleh dengan persamaan sebagai berikut [4].:

𝐴𝑣 =

𝑣𝑜 𝑣𝑖

(1)

Keterangan: 𝐴𝑣 : Besar penguatan tegangan 𝑉0 : tegangan output 𝑉𝑖 : tegangan input 3. LANGKAH PERCOBAAN Percobaan pertama dilakukan dengan menyusun rangkaian sesuai dengan modul. Vcc dari sumber DC diatur untuk memberikan tegangan 5V. Potensiometer lalu diatur agar memberikan nilai Vgs 0. Nilai Vds yang telah diperoleh kemudian di catat. Potensiometer akan diputar untuk memberikan variasi nilai Vgs dari 0V hingga 4V dengan kenaikan tertentu. Nilai nilai Vds yang diperoleh kemudian di catat. Percobaan kedua dilakukan dengan menyusun rangkaian sesuai dengan modul. Vcc diatur agar memberikan nilai 5V. Potensiometer juga diatur agar memberikan

b. Berdasarkan data percobaan 2 yang dilampirkan pada lampiran 2 tabel 2 diperoleh hubungan Vds dan Vgs sebagai berikut

Hubungan Ic(A) terhadap Vce (V) 10 8

Vce (V)

nilai Vce sebesar 0.1V. Nilai Vcb divariasikan dari 0.1V hingga 5V dengan kenaikan 0.1V dengan memutar potensiometer. Nilai Ic yang didapat dari multimeter kemudian dicatat untuk diolah. Percobaan ketiga dilakukan dengan membuat rangkaian sesuai dengan modul. Nilai Vcc diatur agar memberikan tegangan sebersar 5V. Sinyal input AC diberikan dari signal generator sebesar 300mVpp dan frekuensi 500Hz. Arus yang mengalir pada pin collector kemudian diukur. Tegangan output dan input juga diukur dengan variasi R3.

6 4 2 0

4. DATA a. Data percobaan 1 dilampirkan pada lampiran 1 tabel 1 b. Data percobaan 2 dilampirkan pada lampiran 2 tabel 2 c. Data percobaan 3 dilampirkan pada lampiran 3 tabel 3 dan lampiran 4 tabel 4 5. PENGOLAHAN DATA a. Berdasarkan data percobaan 1 yang dilampirkan pada lampiran 1 tabel 1 diperoleh hubungan Vds dan Vgs sebagai berikut

Kurva Vds Terhadap Vgs 5

VGs(V)

4 3 2

0

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

Ic (A) Gambar 4. Grafik Ic terhadap Vce

c. Berdasarkan persamaan (1) di dasar teori, penguatan sebagai berikut , 𝑣𝑜 𝑣𝑖 besarnya penguatan pada percobaan ketiga dapat dicari dengan menggunakan data percobaan 3 yang dilampirkan di lampiran 3 tabel 3. Hasil penguatan diperoleh sebagai berikut : • Untuk pengulangan pertama Av = 320 mV/ 60 mV = 5.33 • Untuk pengulangan kedua Av = 100 mV/60mV = 1.667 • Untuk pengulangan ketiga Av = 150 mV/60 mV = 2.5 𝐴𝑣 =

1

0 0

2

4

VDs (V) Gambar 3. Grafik Vds terhadap Vgs

6

6. ANALISIS a. Berdasarkan data percobaan 1, tegangan input Vgs yang berubah dari 0.1 mV hingga 2.5 V tidak merubah nilai Vds. Ketika tegangan Vgs berada diatas 2.5V tegangan output Vds mengalami penurunan. Pada tegangan Vgs tertentu, besar penurunan tegangan output Vds semakin mengecil. Dari data tersebut dapat dilihat bahwa nilai tegangan input Vgs seperti keran/ saklar yang mempengaruhi kapan tegangan output

Vds akan berubah.Transistor MOSFET dapat bersifat seperti saklar karena adanya tegangan threshold . V threshold adalah batas tegangan gate minimum agar arus dapat mengalir dari drain ke source. Setelah melewati batas threshold, electron yang menjembatani arus agar dapat mengalir dari drain ke source akan bertambah bila tegangan gate diperbesar. Dengan bertambahanya elektron, maka arus yang lewat semakin besar. Layaknya keran yang mengatur besarnya air yang lewat, tegangan gate mengatur besarnya arus yang dialirkan dalam kondisi tegangan gate lebih besar dari tegangan threshold. b. Pada saat tegangan input Vgs bernilai lebih besar dari 2.5 V, saklar berada dalam kondisi on dan dapat mengalirkan arus dari drain ke source. Hal ini dibuktikan dengan berubahanya nilai tegangan output Vds. Pada saat tegangan input Vgs lebih kecil dan sama dengan 2.5V, saklar berada dalam posisi off dan arus tidak mengalir dari source ke drain. Hal ini dibuktikan dengan nilai tegangan Vds yang konstan sama dengan tegangan dari Vcc. Transisi dari off ke on terjadi saat tegangan input lebih besar dari 2.5V dengan Vthreshold bernilai 2.5V. Saklar ideal akan membuat Vds bernilai 0 tetapi pada percobaan nilai Vds tidak bernilai 0 maka dapat disimpulkan bahwa saklar tidak ideal. c. Dari plot kurva, semakin besar nilai Vce maka nilai Ic akan semakin kecil. Garis plot kurva tersebut adalah garis beban. Berdasarkan teori, garis tersebut adalah kumpulan titik titik dimana kerja dapat terjadi. Tetapi untuk mendapat hasil output terbaik sesuai dengan keinginan, maka titik kerja harus terletak persis ditengah garis beban tersebut. Hasil output terbaik yang dimaksud adalah hasil sinyal output yang memberikan gambaran sinyal full fasa. Apaabila titik kerja tidak ditengah, maka sinyal akan terpotong dengan batas maksimal sinyal yang terbaca adalah 0V sampai Vcc

d. Pada rangkaian transistor sebagai penguat, R1 dan R2 berfungsi sebagai pengontrol arus yang akan melewati transistor. Untuk dapat tetap bekerja, transistor memiliki batasan nilai arus yang dapat mengalir. Bila terlebih, transistor dapat rusak. Oleh karena itu, jumlah arus yang mengalir di atur oleh R1 dan R2 untuk menjaga agar arus tidak overload. R1 dan R2 juga berfungsi sebagai pembagi tegangan DC dari VCC. Besarnya tegangan DC yang dialirkan ke basis dapat diatur dengan merubah nilai resistansi dan juga untuk memberikan stabilitas tegangan yang masuk ke basis. Selain untuk menjaga agar tidak overload arus, R1 dan R2 menjaga arus yang masuk ke basis agar sinyal output sesuai dengan keinginan. Sinyal tegangan output bergantung pada arus collector. Arus collector bergantung pada arus basis dengan hubungan Ic = Ib*β. e. Pada percobaan ketiga bentuk sinyal output memiliki amplitudo lebih besar dari sinyal input dan terdapat perubahan fasa 180 derajat. Perubahan fasa berarti saat Vin menaik maka Vout menurun. Hal ini terjadi karena saat nilai Vin naik, maka arus basis akan menaik. Arus basis yang menaik menyebabkan arus dari collector ke emitter juga menaik. Dengan resistansi tetap, maka Vout akan menurun. Oleh karena itu kenaikan Vin akan diikuti penurunan Vout yang menyebabkan adanya perbedaan fasa. 7. KESIMPULAN a. Kurva hubungan Vds terhadap Vgs dapat dilihat di bagian pengolahan data gambar 3 b. Kurva hubungan Ic terhadap Vce dapat dilihat di bagian pengolahan data gambar 4 c. Gambar sinyal tegangan ouput dapat dilihat pada lampiran 4 tabel 4 8. REFERENSI [1] Discrete Semiconductor Kit. (n.d.), https://learn.sparkfun.com/tutorials/trans istors (diakses 11 oktober 2017)

[2] Bipolar Junction Transistor. (n.d.), https://www.allaboutcircuits.com/textbo ok/semiconductors/chpt-4/bipolarjunction-transistors-bjt/ (diakses 11 oktober 2017) [3] MOSFET Transistor. (n.d.), http://www.electronicstutorials.ws/transistor/tran_7.html (diakses 11 oktober 2017) [4] Argawal, T. (2016, October 13). Common Emitter Amplifier Circuit Working and Characteristics, https://www.elprocus.com/commonemitter-amplifier-circuit-working/ (diakses 11 oktober 2017)

Lampiran Lampiran 1. Tabel Vds dan Vgs Tabel 1.Data Vds terhadap Vgs VDS(V) VGS(V) 4.94 0.1 4.94 0.5 4.94 1 4.94 1.5 4.94 2 4.94 2.5 4.93 2.6 4.92 2.7 4.88 2.8 4.78 2.9 4.37 3 3.72 3.1 1.938 3.2 4.68E02 3.3 2.06E02 3.4 1.25E02 3.5 1.01E02 3.6 9.40E03 3.7 9.10E03 3.8 9.00E03 3.9 9.70E03 4

Lampiran 2. Tabel Ic terhadap Vce Tabel 2. Data Ic terhadap Vce Ic (A) Vce (V) 0.00481 0.099 0.00472 0.204 0.00462 0.3015 0.00454 0.402 0.00445 0.489 0.00433 0.606 0.00424 0.701 0.00414 0.805 0.00405 0.902 0.00395 1.001 0.00385 1.098 0.00373 1.212 0.00359 1.304 0.00338 1.502 0.00305 1.896 0.00275 2.204 0.00245 2.509 0.00215 2.813 0.00156 3.094

0.00155 0.00126 0.00092

3.408 3.696 9.04

Lampiran 3. Tabel penguat Common Emitter Tabel 3. Data penguat Common Emitter Besaran

Nilai

R1 (Ohm)

1000

R2 (Ohm)

330

R4 (Ohm)

220

C1(uF)

47

Vcc(V)

5

f(Hz)

500

Lampiran 4. Tabel sinyal common emitter Tabel 4. Data sinyal common emitter Keterangan

R3 = 1330 Ohm Vce= 0.024 V Vbe= 0.7 V Vo = 320 mV Vi = 60 mV Av = 5.33

R3 = 330 Ohm Vce= 0.106 V Vbe= 0.7 V Vo = 100mV Vi = 60mV Av = 1.67

R3 = 550 Ohm Vce= 0.144 V Vbe= 0.7 V Vo = 150mV Vi = 60mV Av = 2.5

Gambar