Modul El-2205 Semester 2 2017-2018.pdf

PETUNJUK PRAKTIKUM

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA EL 2205 Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2018

Petunjuk EL2205 Praktikum Elektronika Edisi 2017-2018

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2018

Daftar Kontributor Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini Mervin T. Hutabarat Amy Hamidah Salman Esha Ganesha Rizki Ardianto Priramadhi Narpendyah Wisjnu Ariwadhani Harry Septanto Eric Agustian Muhammad Luthfi Muh. Zakiyullah R. Sandra Irawan Nina Lestari Novi Prihatiningrum Ulfah Nadiya

Daftar Kontributor

i

Daftar Isi Daftar Kontributor ................................................................................................................. i Daftar Isi ............................................................................................................................... ii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ............................................................. v Kelengkapan ...................................................................................................................... v Persiapan/Sebelum Praktikum .......................................................................................... v Selama Praktikum .............................................................................................................. v Setelah Praktikum ............................................................................................................. vi Pergantian Jadwal............................................................................................................ vi Sanksi ............................................................................................................................... vii Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ....................... viii Keselamatan ................................................................................................................... viii Sanksi ................................................................................................................................. x Tabel Sanksi Praktikum ........................................................................................................ xi Lab Dasar Teknik Elektro .................................................................................................... xi Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum ....................... xii Percobaan 1 Dioda: Karakteristik dan Aplikasi ................................................................ 13 Tujuan .............................................................................................................................. 13 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 13 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 16 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 16 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 16 Tabel Data Pengamatan .................................................................................................. 21 Percobaan 2 Karakteristik BJT .......................................................................................... 23 Tujuan .............................................................................................................................. 23 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 23 Transistor BJT ................................................................................................................. 23 Kurva Karakteristik IC - VBE ............................................................................................ 24 Kurva Karakteristik IC – VCE ........................................................................................... 25 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 25 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 25 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 26 Memulai Percobaan ........................................................................................................ 26 Karakteristik Input Transistor IC-VBE .............................................................................. 27 Karakteristik Output Transistor IC-VCE ........................................................................... 27 Early Effect ...................................................................................................................... 27 Pengaruh Bias pada Penguat Transistor ........................................................................ 28 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 29 Tabel Data Pengamatan .................................................................................................. 29 Percobaan 3 Penguat BJT .................................................................................................. 31 Tujuan .............................................................................................................................. 31 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 31 Penguat BJT .................................................................................................................... 31 Konfigurasi Common Emitter.......................................................................................... 32 Konfigurasi Common Base .............................................................................................. 33 Konfigurasi Common Collector ...................................................................................... 34 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 35 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 35 ii

Daftar Isi

Langkah Percobaan ......................................................................................................... 37 Common Emitter .............................................................................................................. 37 Common Base .................................................................................................................. 41 Common Collector........................................................................................................... 43 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 44 Analisis dan Kesimpulan ................................................................................................. 44 Percobaan 4 Desain Penguat ............................................................................................. 45 Tujuan .............................................................................................................................. 45 Persiapan ......................................................................................................................... 45 Kriteria Rancangan ......................................................................................................... 45 Waktu Pengerjaan ........................................................................................................... 45 Percobaan 5 Karakteristik Dan Penguat FET ................................................................... 47 Tujuan .............................................................................................................................. 47 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 47 Transistor FET ................................................................................................................ 47 Penguat FET .................................................................................................................... 48 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 49 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 49 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 49 Memulai Percobaan ........................................................................................................ 49 Penghitungan Nilai Parameter ........................................................................................ 50 RANGKAIAN PENGUAT ................................................................................................ 52 Penguat Common Source ................................................................................................ 52 Penguat Common Gate.................................................................................................... 55 Penguat Common Drain .................................................................................................. 56 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 56 Percobaan 6 Tahap Output Penguat Daya ........................................................................ 57 Tujuan .............................................................................................................................. 57 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 57 Tahap Output Penguat Kelas A ....................................................................................... 57 Penguat Kelas B Push-Pull ............................................................................................. 58 Penguat Kelas AB Push-Pull ........................................................................................... 60 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 61 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 61 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 61 Penguat Kelas A .............................................................................................................. 61 Penguat pushpull kelas B................................................................................................. 63 Penguat pushpull kelas AB .............................................................................................. 64 Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional) ......................................... 65 ANALISIS DAN DISKUSI ................................................................................................ 66 Percobaan 7 Transistor sebagai Switch ............................................................................. 67 Tujuan .............................................................................................................................. 67 Pengetahuan Pendukung ................................................................................................. 67 Switch Ideal ..................................................................................................................... 67 Transistor BJT sebagai Switch ........................................................................................ 67 MOSFET sebagai Switch ................................................................................................. 68 Rangkaian CMOS ............................................................................................................ 68 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 69 Tugas Pendahuluan ......................................................................................................... 69 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 69 Daftar Isi

iii

Transistor BJT sebagai Switch ........................................................................................ 69 MOSFET sebagai Switch ................................................................................................. 70 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 73 Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE ................................................................. 75 Pendahuluan .................................................................................................................... 75 Struktur Bahasa(sintaks) SPICE ..................................................................................... 75 Deskripsi Sintaks Library di SPICE ................................................................................ 76 Contoh Deskripsi Rangkaian SPICE ............................................................................... 76 Hasil Analisis SPICE ....................................................................................................... 78 Analisis Waktu SPICE3 ................................................................................................... 78 Lampiran B Pengenalan EAGLE ........................................................................................ 79 Membuat Skematik ........................................................................................................... 79 Membuat Layout PCB ..................................................................................................... 82 Membuat PCB ................................................................................................................. 83

iv

Daftar Isi

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro Kelengkapan Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/ rok, kemeja dan mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan berikut: •

Modul praktikum

•

Buku Catatan Laboratorium (BCL)

•

Alat tulis dan kalkulator

•

Kartu Nama (Name tag)

•

Kartu Praktikum.

Persiapan/Sebelum Praktikum Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut: •

Membaca dan memahami isi modul praktikum,

•

Mengerjakan hal-hal yang dapat dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan, misalnya mengerjakan perhitungan-perhitungan, menyalin source code, mengisi Kartu Praktikum dlsb.,

•

Mengisi daftar hadir di komputer Tata Usaha Laboratorium,

•

Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker dengan meninggalkan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP).

Selama Praktikum Setelah dipersilakan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah: •

Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu sebaik-baiknya, diawali dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu,

•

Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten,

•

Melakukan pengecekan terhadap peralatan praktikum (termasuk kabel di dalam boks kabel) sebelum memulai praktikum dan melaporkan jika terdapat kekurangan atau kerusakan alat,

•

Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

v

Setelah Praktikum Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus •

Memastikan BCL dan Kartu Praktikum telah ditandatangani oleh asisten,

•

Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali),

•

Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan Laporan di laman http://labdasar.ee.itb.ac.id ),

•

Mengumpulkan file laporan dengan cara mengunggah di laman http://praktikum.ee.itb.ac.id. Waktu pengiriman paling lambat jam 11.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/atau Asisten.

Pergantian Jadwal Kasus Biasa Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut: •

Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman Panduan

•

Salah satu praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke [email protected]. Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, satu hari kerja sebelum praktikum yang dipertukarkan.

•

Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar

Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak pribadi. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui email. Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi.

vi

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Kasus ”kepentingan massal” ”Kepentingan massal” terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait kegiatan akademis, misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Jadwal praktikum pengganti satu hari itu akan ditentukan kemudian oleh laboratorium.

Sanksi Pengabaian aturan-aturan di atas dapat dikenakan sanksi pengguguran nilai praktikum terkait.

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

vii

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium Keselamatan Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman.

Bahaya Listrik Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten. •

Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll.

•

Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri atau orang lain.

•

Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu.

•

Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum.

Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi: •

Jangan panik,

•

Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan di meja praktikan yang tersengat arus listrik,

•

Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik,

•

Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik.

Bahaya Api atau Panas berlebih Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum.

viii

•

Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan.

•

Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain.

•

Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum. Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas berlebih: •

Jangan panik,

•

Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih,

•

Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing,

•

Menjauh dari ruang praktikum.

Bahaya Lain Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan perhatikan juga hal-hal berikut: •

Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan.

•

Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll.

•

Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai

•

Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum

Lain-lain Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum.

Penggunaan Peralatan Praktikum Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum: •

Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk penggunaan alat itu. Petunjuk penggunaan beberapa alat dapat didownload di http://labdasar.ee.itb.ac.id.

•

Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasa tertera pada badan alat.

•

Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.

•

Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.

•

Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam, api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat tersebut.

•

Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan.

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

ix

•

Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut.

Sanksi Pengabaian uraian panduan di atas dapat dikenakan sanksi tidak lulus mata kuliah praktikum yang bersangkutan

x

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

Tabel Sanksi Praktikum Lab Dasar Teknik Elektro Kasus

Level Akademik

Saat dan setelah praktikum

Semua kegiatan plagiasi (mencontek): tugas pendahuluan, test dalam praktikum, laporan praktikum

Sanksi

Pengurangan nilai per modul

Gugur praktikum

Sengaja tidak mengikuti praktikum Terlambat hadir praktikum

Berat

Saat praktikum

Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu Tugas pendahuluan tidak dikerjakan/hilang/tertinggal Tidak mempelajari modul sebelum praktikum/tidak mengerti isi modul Pertukaran jadwal tidak sesuai ketentuan

Saat Praktikum

-25 nilai akhir -100% nilai BCL

Name Tag tertinggal/hilang

-10 nilai akhir

Kartu praktikum tertinggal/hilang

-25 nilai akhir

Loker tidak dikunci/kunci tertinggal Tidak minta paraf asisten di BCL/kartu praktikum Terlambat mengumpulkan laporan Setelah Praktikum

Dikeluarkan dari praktikum

BCL tertinggal/hilang

Kartu praktikum tidak lengkap data dan foto

Ringan

Gugur modul

-10 nilai akhir -10 nilai akhir -25 nilai akhir

Terlambat mengumpulkan BCL

-1/min nilai akhir, maks -50 -1/min nilai BCL, maks -50

Tidak bawa kartu praktikum saat pengumpulan BCL

-50 nilai BCL

Tidak minta paraf admin saat pengumpulan BCL

-50 nilai BCL

Catatan: 1. Pelanggaran akademik menyebabkan gugur praktikum, nilai praktikum E 2. Dalam satu praktikum, praktikan maksimal boleh melakukan a. 1 pelanggaran berat dan 1 pelanggaran ringan; atau b. 3 pelanggaran ringan 3. Jika jumlah pelanggaran melewati point 2, praktikan dianggap gugur praktikum. 4. Praktikan yang terkena sanksi gugur modul wajib mengganti praktikum pada hari lain dengan nilai modul tetap 0. Waktu pengganti praktikum ditetapkan bersama asisten. Jika praktikan tidak mengikuti ketentuan praktikum (pengganti) dengan baik, akan dikenakan sanksi gugur praktikum. 5. Setiap pelanggaran berat dan ringan dicatat/diberikan tanda di kartu praktikum 6. Waktu acuan adalah waktu sinkron dengan NIST 7. Sanksi yang tercantum di tabel adalah sanksi minimum. 8. Sanksi yang belum tercantum akan ditentukan kemudian.

Tabel Sanksi Praktikum

xi

Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum Tugas Pendahuluan Simulasi a. Simulasi dilakukan secara individu. b. Simulasi dibuat menggunakan software LTSpice/Multisim/WinSpice atau software sejenis lainnya. c. Pada seluruh lembar kerja skematik rangkaian cantumkan Nama dan NIM. d. Pada hasil simulasi diberi keterangan nilai input dan output rangkaian (tidak hanya gambar grafik) e. Simulasi dikumpulkan pada kertas HVS berupa tangkapan layar gambar skematik rangkaian dan grafik hasil simulasi. Grafik dan rangkaian tidak digambar manual. f. Praktikan diharapkan untuk mengerti hasil simulasi. Segala bentuk kecurangan termasuk copy-paste akan dikenakan sanksi.

xii

Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum

Percobaan 1

Percobaan 1 Dioda: Karakteristik dan Aplikasi Tujuan •

Memahami karakteristik dioda biasa dan dioda zener

•

Memahami penggunaan dioda dalam rangkaian penyearah

•

Mempelajari pengaruh filter sederhana pada suatu sumber DC

•

Memahami penggunaan dioda untuk rangkaian Clipper dan Clamper

Pengetahuan Pendukung Karakteristik Dioda Dalam percobaan ini akan diamati karakteristik i=f (v) tiga jenis dioda yaitu: •

Dioda Ge

•

Dioda Si

•

Dioda Zener

Dengan menggunakan rangkaian pada kit praktikum yang tersedia, akan diamati dan dipahami: •

Tegangan cut-in

•

Tegangan breakdown

•

Kemiringan kurva yang berarti besarnya resistansi dinamis pada titik tersebut

•

Beberapa kemungkinan penggunaan dioda berdasarkan karakteristiknya

Penyearah Dalam percobaan ini akan diamati 3 jenis penyearah gelombang sinyal, yaitu: •

Penyearah gelombang setengah

•

Penyearah gelombang penuh (dengan trafo center tapped)

•

Penyearah gelombang penuh tipe jembatan

Dengan menggunakan rangkaian pada kit praktikum yang tersedia, amati dan pahami: •

Perbedaan penyearah gelombang setengah dan gelombang penuh

•

Pengaruh tegangan cut-in dan bentuk karakteristik dioda pada output

•

Beban yang ditanggung trafo untuk masing-masing jenis penyearah

Penggunaan dioda yang paling dasar adalah sebagai penyearah arus bolak-balik jala-jala menjadi arus searah pada suatu sumber tegangan DC, seperti catu daya. Suatu analisa pendekatan untuk suatu penyearah dengan filter C dapat dilihat pada buku teks kuliah bagian 4.5.4. Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

13

Percobaan 1 Tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh diperoleh sebesar 1 VO  V p  Vr 2

dimana Vp adalah magnituda tegangan puncak sinyal AC yang disearahkan dan tegangan ripple Vr sebesar

Vr 

Vp 2 fCR

dengan f frekuensi sinyal AC jala-jala yang digunakan, C kapasitansi filter dan R beban pada rangkaian penyearah dan filter. Untuk catu daya tegangan ideal (DC murni), tegangan ripple harus bernilai nol. Keadaan ini dapat diperoleh bila (i) nilai resistansi R beban adalah tak hingga dan (ii) nilai kapasitansi C sangat besar (tak hingga). Nilai resistansi resistansi beban tak hingga berarti rangkaian tanpa beban (beban terbuka). Dengan demikian untuk keadaan praktis hal yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan kapasitansi C yang besar. Nilai kapasitansi C yang besar akan memberikan tegangan ripple yang kecil. Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan pengaruh nilai kapasitansi dan resistansi beban terhadap tegangan ripple. Sebuah catu tegangan ideal juga seharusnya tidak mengalami degradasi tegangan outputnya bila mendapat beban, yang berarti catu tegangan ideal dapat dimodelkan dengan sumber tegangan. Pada kenyataannya catu tegangan seperti ini selalu mengalami degradari dengan naiknya arus beban. Perilaku seperti ini dapat dimodelkan dengan Rangkaian Thevenin berupa hubungan seri sumber tegangan dan resistansi output. Besaran resistansi output ini menentukan berapa degradasi tegangan yang diperoleh. Untuk rangkaian penyearah gelombang penuh, besar resistansi output efektif dapat dihitung RO 

1 4 fC

Besaran lain yang dapat digunakan untuk menunjukkan perilaku yang sama adalah faktor regulasi tegangan VR. Besaran ini tidak bersatuan dan didefinisikan sebagai VR 

Vnl  V fl V fl

 100%

dimana Vnl adalah tegangan tanpa beban dan Vfl adalah tegangan beban penuh. Nilai regulasii tegangan VR yang kecil menunjukkan sumber tegangan yang lebih baik.

Filter Dalam percobaan ini hanya akan diamati filter RC orde 1 dengan beberapa nilai resistansi dan kapasitansi.

Rangkaian Clipper dan Clamper Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian Clipper dan Clamper. 14

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Percobaan 1 Rangkaian clipper adalah rangkaian yang digunakan untuk membatasi tegangan agar tidak melebihi dari suatu nilai tegangan tertentu. Rangkaian ini dapat dibuat dari dioda dan sumber tegangan DC yang ditunjukkan oleh gambar berikut.

Gambar 1 Rangkaian clipper dengan dioda Rangkaian alternatif dapat juga dibuat dengan menggunakan dioda zener seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 2 Rangkaian clipper dengan dioda zener

Rangkaian Clamper adalah rangkaian yang digunakan untuk memberikan offset tegangan DC, dengan demikian, tegangan yang dihasilkan adalah tegangan input ditambahkan dengan tegangan DC. Rangkaian ini ditunjukkan oleh berikut ini.

C

R

Gambar 3 Rangkaian clamper

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

15

Percobaan 1

Alat dan Komponen yang Digunakan •

Kit Praktikum Karakteristik Dioda & Rangkaian Penyearah

•

Sumber tegangan DC

(2 buah)

•

Osiloskop

(1 buah)

•

Multimeter

(2 buah)

•

Dioda 1N4001 /1N4002

(3 buah)

•

Dioda Zener 5V1

(2 buah)

•

Resistor Variabel

(1 buah)

•

Resistor 150 KΩ

(1 buah)

•

Kapasitor 10 uF

(1 buah)

•

Breadboard

(1 buah)

•

Kabel - kabel

(2 buah kabel Banana-BNC, 1 buah kabel BNC-BNC)

Tugas Pendahuluan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Lakukan kalibrasi osiloskop

Karakteristik Dioda 2. Dengan menggunakan generator sinyal dan kit praktikum susun rangkaian seperti Gambar 4. Lalu hubungkan osiloskop untuk pengamatan rangkaian dengan menggunakan coupling DC. Sinyal yang digunakan adalah sawtooth atau sinusoidal. Untuk mengawali, gunakan DC offset nol untuk sinyal dari generator sinyal.

16

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Percobaan 1

Gambar 4 Pengukuran karakteristik dioda 3. Gunakan mode X-Y untuk mengamati sinyal 4. Tekan tombol invert untuk channel B 5. Amati dan catat tegangan cut-in, tegangan break-down, dan gambarkan bentuk karakteristik arus-tegangan dioda silikon (perhatikan detail gambar pada saat menggambar). 6. Ulangi langkah 2 untuk jenis dioda lainnya: Dioda Germanium dan Dioda Silikon Zener. 7. Catat semua pengamatan pada buku log praktikum.

Penyearah dan Filter 8. Dengan menggunakan rangkaian yang tersedia pada kit praktikum, susunlah rangkaian penyearah gelombang setengah seperti ditunjukkan pada Gambar di bawah ini. Gunakan jala-jala untuk memberikan tegangan 220V/50Hz ke transformator pada kit praktikum. Gunakan osiloskop untuk mengamati tegangan output. Pilihlah kopling input osiloskop yang sesuai, DC untuk pengukuran tegangan DC, dan AC untuk pengukuran tegangan ripple. Sinkronisasi menggunakan line. 9. Amati bentuk gelombang, frekuensi gelombang, dan pengaruh pemasangan C (minimum 2 nilai kapasitansi) pada tegangan ripple. Catat nilai resistansi (beban), kapasitansi (filter) dan tegangan DC dan tegangan ripple yang diperoleh.

Gambar 5 Rangkaian filter

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

17

Percobaan 1 10. Ulangi langkah 10 untuk suatu nilai C konstan, ubah-ubahlah besarnya beban (minimum 2 nilai resitansi). 11. Ulangi langkah 10 dan 11 untuk kondisi berikut ini: • •

•

Lepaskan hubungan CT trafo dengan Ground. Hubungkan resistor Rm dari CT trafo ke Ground seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. (Catatan: Nilai Rm harus sekecil mungkin agar tidak terlalu mempengaruhi rangkaian). Gunakan osiloskop untuk melihat arus pada resistor ini, gambarkan bentuk arusnya, ukur arus masksimum dan frekuensi arus yang diamati.

Gambar 6 Rangkaian filter 12. Lepaskan resistor Rm dan hubungkan lagi CT trafo dan Ground secara langsung. Lepaskan hubungan resistansi beban (RL) dari rangkaian penyearah dan filter. Dengan menggunakan nilai-nilai kapasitasi pada langkah 11, ukur tegangan output DC dengan menggunakan multimeter. 13. Hubungkan resistor variabel pada output rangkaian penyearah di atas, ubahlah nilai resitansi hingga diperoleh tegangan output sebesar setengah tegangan output dalam keadaan tanpa beban (langkah 13). Perhatikan, pada saat melakukan langkah ini mulailah dari nilai resistansi terbesar. 14. Lepaskan resistor variabel dari rangkaian dan ukur resistansinya dengan menggunakan multimeter. Langkah 14 dan 15 ini dapat pula diamati dengan osiloskop, namun akan lebih mudah bila menggunakan multimeter. 15. Susunlah rangkaian penyearah gelombang penuh 2 dioda seperti ditunjukkan pada

gambar berikut ini. Lakukan hal yang sama dengan langkah 10 hingga 15 untuk rangkaian ini.

18

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Percobaan 1

Gambar 7 Rangkaian penyearah gelombang penuh 2 dioda 17. Kecuali langkah 12, ulangi langkah 10 sampai langkah 15 untuk rangkaian

penyearah gelombang penuh seperti pada gambar berikut ini. Khusus untuk langkah 13 lakukan hal berikut: Lepaskan hubungan resistansi beban (RL) dari rangkaian penyearah dan filter. Dengan menggunakan nilai-nilai kapasitasi pada langkah 10, ukur tegangan output DC dengan menggunakan multimeter.

Gambar 8 Rangkaian penyearah gelombang penuh 18. Lakukan analisis terhadap hasil yang anda peroleh.

Rangkaian Clipper D1

5V

D2

5V

Gambar 9 Rangkaian Clipper 19. Buatlah rangkaian pada breadboard seperti gambar berikut ini. Gunakan nilai komponen-komponen sebagai berikut: •

Resistor R: 150 KΩ

•

Dioda D1 dan D2: 1N4001 / 1N4002

•

Vin : Trafo CT 15 V pada kit praktikum

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

19

Percobaan 1 •

Tegangan DC : 5 Volt dari sumber tegangan DC

20. Amati dengan menggunakan Osiloskop sinyal output yang diperoleh dan gambarkan bentuk sinyalnya. 21. Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. Lakukan pengamatan seperti pada langkah 19.

Gambar 10 Rangkaian Clipper 2 22. Bandingkan hasil percobaan kedua rangkaian di atas dan Lakukan analisis terhadap hasil yang anda peroleh!

Rangkaian Clamper 23. Buatlah rangkaian pada breadboard seperti gambar di bawah ini.

C

R

Gambar 11 Rangkaian Clamper Gunakan nilai komponen-komponen sebagai berikut: • Resistor R 150 KΩ •

Dioda D: 1N4001 / 1N4002

•

Kapasitor C: 10 uF, 16-35 V

•

Vin : Trafo CT 15 V pada kit praktikum

•

Tegangan DC : 5 Volt dari sumber tegangan DC

24. Amati dengan menggunakan Osiloskop sinyal output yang diperoleh dan gambarkan bentuk sinyalnya. 25. Berilah analisis terhadap hasil yang anda peroleh. 20

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Percobaan 1

Mengakhiri Percobaan 26. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 27. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 28. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 29. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Tabel Data Pengamatan Tabel Pengamatan Karakteristik Dioda Jenis Dioda

Tegangan Cut-in [V]

Tegangan Breakdown [V]

Catatan

Silikon Germanium Zener

Tabel Pengamatan Penyearah dan Filter Rangkaian Diamati

Resistansi [Ω]

Kapasitan si [F]

Tegangan DC [V]

Tegangan Ripple Perhitungan [mV]

Tegangan Ripple Pengamatan [mV]

Frekuensi tegangan ripple

Frekuensi arus dioda (Hz)

Arus Maksimum (mA)

Resistansi Output (Ohm)

Penyearah gelombang setengah dengan Resistansi konstan

Penyearah gelombang setengah dengan Kapasitansi C konstan

Penyearah gelombang penuh 2 dioda dengan Resistansi konstan

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

21

Percobaan 1 Penyearah gelombang penuh 2 dioda dengan Kapasitansi C konstan

Penyearah gelombang penuh jembatan dioda dengan Resistansi konstan

Penyearah gelombang penuh jembatan dengan Kapasitansi C konstan

Catatan: Contoh tabel isian untuk pengamatan yang lengkap seperti ini hanya diberikan untuk percobaan 1. Pada percobaan selanjutnya tidak semua tabel isian untuk pengamatan diberikan dalam petunjuk praktikum, praktikan harus merancang sendiri bentuk tabel isian pengamatannya mengikuti langkah pada percobaan dalam petunjuk praktikum.

22

Dioda: Karakteristik dan Aplikasi

Percobaan 2

Percobaan 2 Karakteristik BJT Tujuan •

Memahami karakteristik transistor BJT

•

Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan

Pengetahuan Pendukung Transistor BJT Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan unipolar. Dalam hal ini akan kita pelajari transistor bipolar. Transistor bipolar terdiri atas dua jenis, bergantung susunan bahan yang digunakan, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditujukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 12 Transistor BJT NPN

Gambar 13 Transistor BJT PNP

Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus Basis (IB), dan arus emitor (IE), yaitu beta () = penguatan arus DC untuk common emitter, alpha ()= penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut.



IC I dan   C , IB IE

sehingga



  1



 1

Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dan tegangan pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan ground), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Karakteristik BJT

23

Percobaan 2

Gambar 14 Rangkaian Common Emitter Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu: •

Karakteristik IC - VBE

•

Karakterinstik IC - VCE

Kurva Karakteristik IC - VBE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan: I C   I ES eVBE / kT . Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Gambar 15 Kurva Karakteristik IC - VBE Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan I C kemiringan dari kurva di atas, yaitu g m  VBE

24

Karakteristik BJT

Percobaan 2

Kurva Karakteristik IC – VCE Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja) transistor dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu daerah aktif, saturasi, dan cut-off. Persyaratan kondisi ketiga mode kerja ini dapat dirangkum dalam tabel berikut ini. Mode kerja Aktif Saturasi

IC

Cut-Off

~0

VCE

VBE

=.IB =VBE+VCB ~0.7V Max ~ 0V ~0.7V =VBE+VCB 0

VCB

Bias BC Reverse Forward

0 0.7V
Bias BE Forward Forward -

Dalam kurva IC-VCE mode kerja transistor ini ditunjukkan pada area-area dalam gambar berikut ini.

Gambar 16 Kurva Karakteristik IC – VCE

Alat dan Komponen yang Digunakan •

Sumber tegangan DC

•

Generator Sinyal

•

Kit Penguat Transistor

•

Sumber arus konstan

•

Multimeter (3 buah)

•

Kabel-kabel

•

Osiloskop

•

PEAK Atlas DCA Pro

Tugas Pendahuluan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. Karakteristik BJT

25

Percobaan 2

Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1.

Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer.

2.

Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki-kaki transistor BJT yang digunakan secara bebas (warna tidak berpengaruh).

3.

Buka aplikasi DCA pro yang tersedia di komputer.

4.

Pastikan DCA Pro connected pada pojok kiri bawah layar.

5. 6.

Tekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro. Perhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki BJT yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro.

Gambar 17 Peak Atlas DCA Pro

Gambar 18 Icon DCA Pro

Gambar 19 Jendela Aplikasi DCA Pro

26

Karakteristik BJT

Percobaan 2

Karakteristik Input Transistor IC-VBE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VBE , atur pengaturan tracing VCE 0-10V dengan point 11, VBE 0-1 V dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis. 3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini.

Karakteristik Output Transistor IC-VCE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VCE , atur pengaturan tracing Vcc 0-12V dengan point 26, IB 0-10µA dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis. 3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini.

Early Effect Dengan menggunakan hasil pengamatan grafik sebelumnya 1. Pilihlah nilai arus basis (IB) dari grafik curve tracer yang kemiringan kurva-nya cukup besar 2. Pada kurva IC-VCE itu, pilihlah dua titik koordinat yang mudah dibaca, dan masih dalam garis lurus. Baca dan catat nilai IC dan VCE pada kedua titik tersebut. iC IC2 IC1 vCE -VA

0

VCE1

VCE2

Gambar 20 Early Effect 3. Hitunglah nilai tegangan Early dengan persamaan berikut : 𝑉𝐶𝐸2 𝐼𝐶1 − 𝑉𝐶𝐸1 𝐼𝐶2 𝑉𝐴 = 𝐼𝐶2 − 𝐼𝐶1 Dan catat di BCL anda. 4. Pilih nilai arus basis (IB) yang lain, dan lakukan langkah 1 s/d 3 diatas untuk mengkonfirmasi nilai tegangan Early yang sudah didapatkan.

Karakteristik BJT

27

Percobaan 2

Pengaruh Bias pada Penguat Transistor 1. Ubah setting Sinyal Generator sehingga menyambungkannya ke osiloskop) a. Gelombang Sinusoid ~1KHz.

mengeluarkan:

(pastikan

dengan

b. Amplituda sinyal 20 mVpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang kecil) c. Gunakan T konektor pada terminal output.

2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini.

10 V

Gambar 21 Rangkaian Bias Penguat Transistor 3. Hubungkan Osiloskop ke rangkaian : - Ch-1 (X) ke Generator Sinyal dengan kabel koaksial konektor BNC-BNC, - Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C, - Ground osiloskop ke titik E. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Gunakan setting osiloskop : Skala Ch-1 pada nilai 10mV/div dengan kopling AC, Skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC, Osiloskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500µS/div. Titik nol Ch-1 dan titik nol Ch-2 pada garis tengah layar. Gunakan multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari VCE dan multimeter digital pada mode Arus-DC untuk mengukur arus dari IB. 10. Atur tegangan VCE menjadi 8 volt, dengan memutar knob pada Rvar secara perlahan 11. Baca dan catat arus IB kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output. 28

Karakteristik BJT

Percobaan 2 12. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik IC-VCE yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa distorsi pada langkah-7 terjadi. 13. Ulangi langkah 6-8. Untuk nilai-nilai VCE : 2V dan 5V. 14. Dengan setting terakhir (VCE = 5V), lakukan pengukuran arus kolektor (IC), arus base (IB), dan arus emitter (IE). Catat nilai arus ini. 15. Lakukan juga pengukuran nilai resistansi bias RB. Cata nilai resistansi ini. 16. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop, naikkan amplituda input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya.

Mengakhiri Percobaan 27. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 28. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 29. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 30. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Tabel Data Pengamatan Pengaruh Bias pada Kerja Transistor Vin

Vout

Daerah cutoff IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V

Karakteristik BJT

29

Percobaan 2 Daerah aktif IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V Daerah saturasi IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V

30

Karakteristik BJT

Percobaan 3

Percobaan 3 Penguat BJT Tujuan •

Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat

•

Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter, Common Base, dan Common Collector

•

Mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan dari masing-masing konfigurasi penguat

Pengetahuan Pendukung Penguat BJT Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai penguat, transistor harus berada dalam kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan memberikan bias pada transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus yang konstan pada basis atau pada kolektor. Untuk kemudahan, dalam praktikum ini akan digunakan sumber arus konstan untuk “memaksa” arus kolektor agar transistor berada pada kondisi aktif. Jika pada kondisi aktif transistor diberikan sinyal (input) yang kecil, maka akan dihasilkan sinyal keluaran (output) yang lebih besar. Hasil bagi antara sinyal output dengan sinyal input inilah yang disebut faktor penguatan, yang sering diberi notasi A atau C. Ada 3 macam konfigurasi dari rangkaian penguat transistor yaitu : Common-Emitter (CE), Common-Base (CB), dan Common-Collector (CC). Konfigurasi umum transistor bipolar penguat ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 22 Rangkaian Penguat Transistor Penguat BJT

31

Percobaan 3 Untuk membuat penguat CE, CB, dan CC, maka terminal X, Y, dan Z dihubungkan ke sumber sinyal atau ground tergantung pada konfigurasi yang digunakan.

Konfigurasi Common Emitter Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang sedang, transkonduktansi yang tinggi, resistansi output yang tinggi dan memiliki penguatan arus (AI) serta penguatan tegangan (AV) yang tinggi. Secara umum, konfigurasi common emitter digambarkan oleh gambar rangkaian di bawah ini.

Gambar 23 Rangkaian Penguat Common Emitter Untuk menentukan penguatan teoritis-nya, terlebih dahulu akan kita hitung resistansi input dan outputnya. Resistansi Input (Ri) adalah nilai resistansi yang dilihat dari masukan sumber tegangan vi. Perhatikan bahwa Rs adalah resistansi dalam dari sumber tegangan. Sedangkan Resistansi Output (Ro) adalah resistansi yang dilihat dari keluaran. Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model-π, maka rangkaian dapat menjadi seperti gambar berikut ini.

Gambar 24 Rangkaian model pi untuk Common Emitter Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah: Ri = RB // rπ

32

Penguat BJT

Percobaan 3 Jika RB >> rπ maka resistansi input akan menjadi : Ri ≈ rπ Kemudian, untuk menentukan resistansi output konfigurasi CE, kita buat Vs = 0, sehingga gmvπ = 0, maka: RO = RC // ro untuk komponen diskrit yang RC << ro, persamaan tersebut menjadi RO ≈ R C Dan untuk faktor penguatan tegangan, Av merupakan perbandingan antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan:

Av  

 ( RC // RL // ro ) r  RS

Jika terdapat resistor Re yang terhubung ke emiter, maka berlaku: Ri = RB//rπ(1 + gmRe) RO ≈ R C

Av  

RC // RL re  Re

Konfigurasi Common Base Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang kecil dan menghasilkan arus kolektor yang hampir sama dengan arus input dengan impedansi yang besar. Konfigurasi ini biasanya digunakan sebagai buffer. Konfigurasi common base ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 25 Rangkaian Penguat Common Base Penguat BJT

33

Percobaan 3 Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah: Resistansi outputnya adalah:

Ro  RC

Faktor penguatan keseluruhan adalah: Av  dengan,

Ri  re

Ri Gm( RC // RL ) Ri  Rs

Rs adalah resistansi sumber sinyal input dan Gm adalah transkonduktansi.

Konfigurasi Common Collector Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik untuk digunakan pada beban dengan resistansi yang kecil. Oleh karena itu, konfigurasi ini biasanya digunakan pada tingkat akhir pada penguat bertingkat. Konfigurasi common collector ditunjukkkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 26 Rangkaian Penguat Common Collector

Pada konfigurasi ini berlaku: Resistansi input:

Ri  r  (  1) RL

Resistansi output: Ro  re

( Rs // RB )  1

Faktor penguatan: Av 

RL RL  Ro

34

Penguat BJT

Percobaan 3

Alat dan Komponen yang Digunakan •

Sumber tegangan DC

•

Generator Sinyal

•

Kit Penguat Transistor

•

Multimeter (3 buah)

•

Sumber arus konstan

•

Kabel-kabel

•

Resistor Variabel

•

Osiloskop

•

PEAK Atlas DCA Pro

Tugas Pendahuluan 1. Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. 2. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. 3. Hitung parameter-parameter transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini dengan menggunakan nilai arus (IB, IC, dan IE) dan resistansi bias (RB) yang didapatkan dari percobaan sebelumnya. Q = 2N2222; RB1 = 150 kΩ; RL = 10 kΩ; RC = 10 kΩ; RE = 1 kΩ; C1 = C2 = C3 = 10 µF; VCC = 10 V Besaran Ukur

Nilai

IC IB IE

Parameter

Formula

Nilai

Model Ekivalen Transistor gm

Penguat BJT

gm 

IC VT



IC IB

35

Percobaan 3 r

r 

 gm

re

re 

VT IE Penguat CE

 ( RC // RL // ro ) r  RS

Av

Av  

Rin

Ri  RB // r 

Rout

Ro  RC // ro  Penguat CE dengan RE

Av

Av  

RC // RL re  Re

Rin

Ri  RB //1  g m re r 

Rout

Ro  RC // ro  Penguat CB

Av

Av 

Rin

Ri  re

Rout

Ro  RC

Ri Gm( RC // RL ) Ri  Rs

Penguat CC

36

Av

Av 

Rin

Ri  r  (  1) RL

Rout

Ro  re

RL RL  Ro

( Rs // RB )  1

Penguat BJT

Percobaan 3

Langkah Percobaan Common Emitter A. Faktor Penguatan 1. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp = 10-20 mV dan frekuensi 10 kHz. 2. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Nilai RB2 diatur sehingga transistor bekerja dalam keadaan aktif. 10V

150kΩ R 50Ω Generator Sinyal

X

RB1

10kΩ

RC

C2

C1 Q 2N222 10μF 10kΩ

10μF

Y

RL

RB2

Gambar 27 Rangkaian Common Emitter 3. Amati dan gambar sinyal di titik X dan Y menggunakan osiloskop. 4. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 5. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 6. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan kapasitor by pass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Penguat BJT

37

Percobaan 3 10V

150kΩ

RB1

10kΩ

RC

C2

C1

R

10μF

Q 2N222

50Ω

10kΩ

10μF

RL

RB2

Generator Sinyal

1kΩ

R

10μF

C3

Gambar 28 Rangkaian Common Emitter dengan RE 7. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan mengganti nilai RC dan RL menjadi 5k seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 10V

R

Generator Sinyal

50 Ω

150k Ω C1 10μ F

5kΩ RB1 1

RC

C 2

Q 2N222

10μ F

5kΩ

RB2 1k Ω

R

10μ F

R L

C 3

Gambar 29 Rangkaian Common Emitter dengan RC dan RL 5KΩ 8. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang sumber arus seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

38

Penguat BJT

Percobaan 3 10V

150kΩ R 50Ω Generator Sinyal

RB1

5kΩ

RC

C2

C1 Q 2N222 10μF 5kΩ

10μF

RL

RB2

Gambar 30 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus 9. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang kapasitor bypass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 10V

150kΩ R 50Ω Generator Sinyal

RB1

5kΩ

RC

C2

C1 Q 2N222 10μF 5kΩ

10μF RB2

RL

C3 10μF

Gambar 31 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus dan kapasitor bypass

B. Resistansi Input 10. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian. 11. Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar Vpp = 10 – 20 mV dengan frekuensi 10 kHz seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Rs adalah Resistansi Internal Frekuensi Generator, kita tidak perlu menambahkan resistor apapun untuk membentuk skema ini.

Penguat BJT

39

Percobaan 3 12. Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. 10V

150kΩ

Rsig

RB1

5kΩ

C2

RC

C1

Rvar

Q 2N222 50Ω

10μF

10μF

5kΩ

vi

Generator Sinyal

RB2

RL

10 μF

C3

Ri

Gambar 32 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Emitter 13. Ubah nilai Rvar dan catat nilainya yang membuat tegangan vi menjadi ½ dari tegangan osiloskop sebelum terpasang pada rangkaian penguat. Maka Ri = Rvar + Rs (Rs=50Ω untuk generator fungsi berkonektor koaksial). 14. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

C. Resistansi Output 15. Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan rangkaian pada gambar di bawah ini dan catat hasil bacaan Vo di osiloskop. 10V

150kΩ Rsig

RB1

5kΩ

C2

RC

C1 Q 2N222

50Ω Generator Sinyal

10μF

vo

10μF

Rvar RB2

C3

10 μF

Ro

Gambar 33 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Emitter

40

Penguat BJT

Percobaan 3 16. Sambungkan rangkaian di atas dengan Rvar kemudian atur nilai Rvar yang memberikan Vo di osiloskop yang bernilai ½ dari nilai tegangan sebelum dipasang Rvar. Maka Ro = Rvar. 17. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

Common Base A. Faktor Penguatan 18. Lakukan langkah 1 sampai langkah 2. 19. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut ini.

10V

150kΩ

RB1

5kΩ

RC

C2

Q 2N222

C1 10μF

C3

RB2 R 1kΩ

10μF

5kΩ

RL

Rsig

10μF 50Ω

Generator Sinyal

Gambar 34 Rangkaian Common Base 20. Amati dan gambar gelombang di titik kolektor dan emiter menggunakan osiloskop. 21. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 22. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 23. Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti nilai RL menjadi 10 KΩ. 24. Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti resistor 1k menjadi sumber arus dengan arus 0.5 mA. Amati untuk nilai RC dan RL masing-masing 10 k dan 5 k.

Penguat BJT

41

Percobaan 3 10V

150kΩ

RB1

5kΩ

RC

C2 10μF

Q 2N222 C3

RB2

C1 10μF

RL

5kΩ Rsig

10μF 50Ω

Generator Sinyal

Gambar 35 Rangkaian Common Base dengan Sumber Arus

B. Resistansi Input 25. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter pada rangkaian di percobaan A.

10V

150k RB

5kΩ

RC

C 10μ

Q C 1 10μ

C

RB

R 1k

Rsi

10μF

5kΩ

RL

50

vi

Ri

Gambar 36 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Base

C. Resistansi Output 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di bawah ini.

42

Penguat BJT

Percobaan 3 10V

150kΩ

RB1

5kΩ

RC

C2 10μF

Q 2N222

C1

C3

RB2

10μF

Rvar Rsig

10μF 50Ω

R

vo

1kΩ

R Generator Sinyal

Gambar 37 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Base

Common Collector A. Faktor Penguatan 31. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut. 10V

150kΩ

RB1

C1

R

Q 2N222 50Ω

Rvar vi

Generator Sinyal

10μF

C2 RB2

10μF 1kΩ

RE1

1kΩ

RE2

Ri

Gambar 38 Rangkaian Common Collector 32. Amati dan gambar gelombang di titik base dan emiter menggunakan osiloskop. 33. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 34. Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo mulai terdistorsi. Catat tegangan vi. 35. Ulangi dengan mengganti resistor 1 k dengan sumber arus. Penguat BJT

43

Percobaan 3

B. Resistansi Input 36. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter pada rangkaian berikut ini. 10V

150kΩ

RB1

C1

R

Q 2N222 50Ω

10μF

Rvar vi

Generator Sinyal

C2 RB2

10μF 1kΩ

RE1

1kΩ

RE2

Ri

Gambar 39 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Collector

C. Resistansi Output 37. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di percobaan A.

Mengakhiri Percobaan 38. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 39. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 40. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 41. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Analisis dan Kesimpulan Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda.

44

Penguat BJT

Percobaan 4

Percobaan 4 Desain Penguat Tujuan Merancang sebuah penguat berdasarkan pengetahuan komprehensif yang telah didapatkan pada percobaan sebelumnya.

Persiapan Pelajari bahan kuliah/praktikum anda tentang penguat.

Kriteria Rancangan Setiap kelompok akan mendapatkan tugas perancangan penguat dengan karakteristik resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan yang akan ditentukan oleh dosen dan koordinator asisten praktikum. Keterangan lebih lengkap akan disampaikan melalui mailing-list civitas dan web labdasar.ee.itb.ac.id

Waktu Pengerjaan Penguat yang telah anda rancang dapat diuji di laboratorium pada waktu yang ditentukan oleh koordinator asisten praktikum dan dikumpulkan serta dipresentasikan pada waktu yang ditentukan.

Desain Penguat

45

46

Percobaan 5

Percobaan 5 Karakteristik Dan Penguat FET Tujuan •

Mengetahui dan mempelajari karakteristik transistor FET

•

Memahami penggunaan FET sebagai penguat untuk konfigurasi Common Source, Common Gate, dan Common Drain

•

Memahami resistansi input dan output untuk ketiga konfigurasi tersebut

Pengetahuan Pendukung Transistor FET Transistor FET adalah transistor yang bekerja berdasarkan efek medan elektrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada kedua ujung terminalnya. Mekanisme kerja transistor ini berbeda dengan transistor BJT. Pada transistor ini, arus yang dihasilkan/dikontrol dari Drain (analogi dengan kolektor pada BJT), dilakukan oleh tegangan antara Gate dan Source (analogi dengan Base dan Emiter pada BJT). Bandingkan dengan arus pada Base yang digunkan untuk menghasilkan arus kolektor pada transistor BJT. Jadi, dapat dikatakan bahwa FET adalah transistor yang berfungsi sebagai “konverter” tegangan ke arus.Transistor FET memiliki beberapa keluarga, yaitu JFET dan MOSFET. Pada praktikum ini akan digunakan transistor MOSFET walaupun sebenarnya karakteristik umum dari JFET dan MOSFET adalah serupa. Karakteristik umum dari transistor MOSFET dapat digambarkan pada kurva yang dibagi menjadi dua, yaitu kurva karakteristik ID vs VGS dan kurva karakteristik ID vs VDS. Kurva karakteristik ID vs VGS diperlihatkan pada gambar berikut. Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif.

Gambar 40 Kurva ID - VGS

Karakteristik dan Penguat FET

47

Percobaan 5 Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif. Kurva karakteristik ID vs. VDS ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Pada gambar tersebut terdapat beberapa kurva untuk setiap VGS yang berbeda-beda. Gambar ini digunakan untuk melakukan desain peletakan titik operasi/titik kerja transistor. Pada gambar ini juga ditunjukkan daerah saturasi dan Trioda.

Gambar 41 Kurva ID – VDS

Penguat FET Untuk menggunakan transistor MOSFET sebagai penguat, maka transistor harus berada dalam daerah saturasinya. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan arus ID dan tegangan VDS tertentu. Cara yang biasa digunakan dalam mendesain penguat adalah dengan menggambarkan garis beban pada kurva ID vs VDS. Setelah itu ditentukan Q point-nya yang akan menentukan ID dan VGS yang harus dihasilkan pada rangkaian. Setelah Q point dicapai, maka transistor telah dapat digunakan sebagai penguat, dalam hal ini, sinyal yang diperkuat adalah sinyal kecil (sekitar 40-50 mVp-p dengan frekuensi 1-10 kHz). Terdapat 4 konfigurasi penguat pada transistor MOSFET, yaitu Common Source, Common Source dengan resistansi source, Common Gate, dan Common Drain. Pada praktikum ini, digunakan konfigurasi Common Source dengan resistansi source dan Common Gate. Formula parameter penguat untuk dua konfigurasi yang digunakan dijelaskan dalam tabel berikut.

48

Karakteristik dan Penguat FET

Percobaan 5 Common Source

Common Gate

−𝑔𝑚 (𝑅𝐿 ∥ 𝑅𝐷 ∥ 𝑟𝑜 )

−𝑔𝑚 (𝑅𝐿 ∥ 𝑅𝐷 ∥ 𝑟𝑜 )

𝑅𝐺

1 𝑔𝑚

𝑅𝐷 ∥ 𝑟𝑜

𝑅𝐷 ∥ 𝑟𝑜

Rangkaian

Penguat AV Resistansi Input Rin Resistansi Output Rout

Alat dan Komponen yang Digunakan •

Sumber tegangan DC

(2buah)

•

Generator Sinyal

(1 buah)

•

Osiloskop

(1 buah)

•

Multimeter

(3 buah)

•

Kabel-kabel

•

Kit Penguat Transistor

•

Peak Atlas DCA Pro

(1buah)

Tugas Pendahuluan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer. 2. Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki MOSFET secara bebas (warna tidak berpengaruh). 3. Buka aplikasi DCA Pro yang tersedia di komputer. 4. Pastikan DCA Pro Connected pada pojok kiri bawah layar. 5. Tekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro. 6. Perhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki MOSFET yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro.

Karakteristik dan Penguat FET

49

Percobaan 5

B. Kurva ID vs. VGS 7. Buka tab MOSFET Id/Vgs pada jendela aplikasi DCA Pro 8. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. Vgs From 0V Vds From 0V To

10 V

To

5V

Points

11

Traces

11

Gambar 42 Pengaturan pembuat grafik 𝑰𝑫 𝒗𝒔 𝑽𝑮𝑺 9. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis. 10. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini. 11. Tentukan tegangan threshold 𝑉𝑡 transistor MOSFET yang digunakan 12. Buka tab MOSFET Id/Vds pada jendela aplikasi DCA Pro

C. Kurva ID vs. VDS 13. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. Vdd From 0V Vds From 1V To

12 V

To

3V

Points

16

Traces

22

Gambar 43 Pengaturan pembuat grafik 𝑰𝑫 𝒗𝒔 𝑽𝑫𝑺 14. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis. 15. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini.

Penghitungan Nilai Parameter 1. Nilai 𝑅𝐷 yang akan digunakan pada rangkaian penguat adalah 5k dan 10k. 2. Dengan menggunakan kurva 𝐼𝐷 𝑣𝑠 𝑉𝐷𝑆 dan 𝑉𝐷𝐷 = 10 𝑉, buatlah garis beban (load line) pada grafik 𝐼𝐷 𝑣𝑠 𝑉𝐷𝑆 dan tempatkan titik Q. 3. Catat nilai DC 𝑣𝐺𝑆 , 𝑣𝐷𝑆 , dan 𝑖𝐷 pada titik Q. 4. Hitung 𝑔𝑚 dengan terlebih dahulu mencari nilai K berdasarkan formula 𝑖𝐷 = 𝐾(𝑣𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 )2 𝑔𝑚 = 2𝐾(𝑣𝐺𝑆 − 𝑉𝑡 ) 5. Tentukan nilai 𝑔𝑚 dengan melihat kemiringan kurva titik Q point pada kurva karakteristik 𝐼𝐷 𝑣𝑠 𝑉𝐺𝑆 . Bandingkanlah kedua nilai 𝑔𝑚 yang anda peroleh. 50

Karakteristik dan Penguat FET

Percobaan 5

Gambar 44 Penentuan Titik Kerja Q.

Gambar 45 Penentuan nilai 𝒈𝒎 dengan metoda kurva 𝑰𝑫 𝒗𝒔 𝑽𝑮𝑺 Persamaan load line 𝑖𝐷,𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑙𝑖𝑛𝑒 =

Karakteristik dan Penguat FET

𝑉𝐷𝐷 1 − 𝑣 𝑅𝐷 𝑅𝐷 𝐷𝑆

51

Percobaan 5 Sehingga garis akan memotong sumbu 𝑖𝐷 pada nilai 𝑖𝐷 =

𝑉𝐷𝐷 𝑅𝐷

.

RANGKAIAN PENGUAT A. Rangkaian Bias 1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini.

Gambar 46 Rangkaian DC (biasing) Common Source 2. Aturlah 𝑉𝐷𝐷 , potensiometer 𝑅𝐺 , 𝑅𝐷 , dan 𝑅𝑆 agar transistor berada pada titik operasi yang diinginkan, memperhatikan 𝑉𝐷𝐷 . 3. Buatlah sinyal input sinusoidal sebesar 60 mVpp dengan frekuensi 10 kHz.

Penguat Common Source A. Faktor Penguatan 1.

52

Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

Karakteristik dan Penguat FET

Percobaan 5 10 V

1.2MΩ

RB1

5kΩ

RD

C2

C1

Rsig

Vo o 10kΩ

10μF

50Ω

Vi

10μF

RL

RB2

Generator Sinyal

1kΩ

R

10μF

C3

Gambar 47 Rangkaian Penguat Common Source 2.

Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor.

3.

Tentukan penguatannya (Av = Vo/Vi).

4.

Naikkan amplitudo generator sinyal dan perhatikan sinyal output ketika sinyal mulai terdistorsi. Catatlah tegangan input ini.

5.

Bandingkan nilai penguatan yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

6.

Ganti resistor pada source dengan sumber arus seperti gambar di bawah ini. VDD

100kΩ Rsig 50Ω

RB1

5kΩ

RD

C2

C1 10μF 10kΩ

10μF

Generator Sinyal

RL

RB2 10μF

C3

Gambar 48 Rangkaian Penguat Common Source dengan Sumber Arus 7.

Ulangi langkah 2-5.

8. Ulangi langkah 1-6 dengan mengganti nilai RL menjadi 5kΩ. Karakteristik dan Penguat FET

53

Percobaan 5

B. Resistansi Input 1.

Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada inputnya seperti pada gambar di bawah ini. VDD

1.2MΩ Rvar

Rsig

RB1

10kΩ

RD

C2

C1 10μF

50Ω

10kΩ

vi 10μF

RL

RB2

Generator Sinyal

1kΩ Ri

R

10μF

C3

Gambar 49 Pengukuran Resistansi Input Penguat Common Source 2. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor. 3. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable. 4. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rin = Rvar. 5. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

C. Resistansi output 1. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini.

54

Karakteristik dan Penguat FET

Percobaan 5 VDD

1.2MΩ

RB1

10kΩ

RD

C2

C1

Rsig

10μF

50Ω

vo

10μF

Rvar RB2

Generator Sinyal

Ro

1kΩ

R

10μF

C3

Gambar 50 Pengukuran Resistansi Output Penguat Common Source

2. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor. 3. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. 4. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rout = Rvar. 5. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

Penguat Common Gate 1. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. VDD

1.2M RB

10k

RD

C 10μ

10μ

C

10μ

Rsi

C

50

RB 1k

R

10k

RL

Gambar 51 Rangkaian Penguat Common Gate Karakteristik dan Penguat FET

55

Percobaan 5

Penguat Common Drain 1. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. VDD

1.2MΩ

Rsig 50Ω

RB1

C1 C2

10μF RB2

Generator Sinyal

10μF 1kΩ

RS1

10kΩ

RL

Gambar 52 Rangkaian Penguat Common Source

Mengakhiri Percobaan 1. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 2. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 3. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 4. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

56

Karakteristik dan Penguat FET

Percobaan 6

Percobaan 6 Tahap Output Penguat Daya Tujuan •

Mengamati dan mengenali klasifikasi penguat berdasarkan bagian fungsi sinusoidal saat transistor konduksi

•

Mengukur dan menganalisa distorsi pada tahap output penguat pada kelas A, B, dan AB.

•

Mengukur dan menganalisa daya dan efisiensi penguat kelas A, B, dan AB.

•

Mengamati, mengukur, dan menganalisa rangkaian termal sederhana untuk transistor daya (opsional).

Pengetahuan Pendukung Tahap Output Penguat Kelas A Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Emitor Bersama (Common Emitter) tampak pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 53 Rangkaian tahap output penguat kelas A Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus IBias menarik arus dari transistor Q1 dan beban RL. Saat tegangan input sekitar nol, arus yang ditarik sumber IBias akan diberikan oleh transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan tegangan mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A menghantarkan arus sebesar arus biasnya. Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban RL sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif –Ibias RL. Saat tegangan input tertinggi maka transistor Q1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh Tahap Output Penguat Daya

57

Percobaan 6 ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi hubungan sebagai berikut.

Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisar dari 0 hingga 2xIBias. Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini terjadi ketika isinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor mencapai nilai tegangan saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu dayanya. Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasikan dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan ini digunakan rangkaian sumber arus dengan seperti digambarkan pada Gambar 55.

Gambar 54 Rangkaian sumber arus untuk bias tahap output penguat kelas A Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan berikut.

Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati VCC IBIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari VCC IBIAS saat amplituda tegangan input nol hingga VCC IBIAS/2 saat amplituda input maksimum (mendekati VCC).

Penguat Kelas B Push-Pull Penguat kelas B pushpull menggunakan pasangan transistor NPN dan PNP (juga nMOS dan pMOS) yang seimbang dengan konfigurasi emitor bersama. Rangkaian dasar untuk tahap ouput penguat kelas B pushpull tampak pada Gambar 3.

58

Tahap Output Penguat Daya

Percobaan 6

Gambar 55 Penguat pushpull kelas B Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus tegangan input positif maka junction base-emitter transistor QN akan mendapat tegangan maju sehingga transistor QN konduksi sedangkan junction base-emitter transistor QP akan mendapat tegangan mundur sehingga transistor QP dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat siklus tegangan input negatif junction base-emitter transistor QP yang akan mendapat tegangan maju dan transistor QP konduksi dan QN dalam keadaan cut-off. Adanya tegangan cut-in pada perilaku junction menyebabkan proses transisi transistor yang konduksi dari QN ke QP dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan cut- off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal output terdistorsi. Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu daya dapat didekati sebagai half wave rectifed sinusoidal wave untuk masing-masing transistor. Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati.

Daya yang disampaikan pada beban

Dengan demikian daya terdisipasi pada masing-masing transistor akan bergantung pada amplituda tegangan output atau tegangan inputnya.

Ouput pada penguat kelas B pushpull mengalami distorsi cross over saat pergantian transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaian umpan balik dengan penguat operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti ini tampak pada Gambar 4. Umpan balik dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan distorsi cross over tetapi juga menekan distorsi akibat ketidakseimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP. Penguat operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan Tahap Output Penguat Daya

59

Percobaan 6 inputnya. Selisih tegangan input dan output akan membuat penguat operasional memmberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata lebih rendah dari input dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 56 Rangkaian penguat pushpull kelas B dengan umpanbalik dengan opamp

Penguat Kelas AB Push-Pull Cara lain untuk memekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan bias yang cukup pada junction base-emitor. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB. Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan dioda seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 57 Penguat pushpull kelas AB dengan dioda untuk pemberi tegangan bias

60

Tahap Output Penguat Daya

Percobaan 6

Alat dan Komponen yang Digunakan • • • • • • •

Kit Praktikum Penguat Daya Generator Sinyal Osiloskop Digital dengan fungsi FFT Multimeter (minimum 2 bh) Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) Kabel dan asesori pengukuran Termometer Infra Merah

Tugas Pendahuluan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

Langkah Percobaan Penguat Kelas A Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak

pada Gambar 59 dan 55. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1 = 5,6kΩ, R2 = 1,2kΩ, R3 = 1,2Ω, RL = 56Ω, Q1 = Q2 =BD139, dan VCC = 6V. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp 1KHz.

Gambar 58 Rangkaian pengamatan penguat kelas A Tahap Output Penguat Daya

61

Percobaan 6

Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3.

4.

5. 6.

Gunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X), dan gambarkan bentuk sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya. Gunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati. Gambar dan catat batas saturasinya. Amati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode dual trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya. Ubah nilai resistansi beban RL menjadi 33 1W dan amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya dan perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

Pengamatan Linieritas Kuantitatif 7. Kembalikan beban ke nilai semula RL = 56Ω dan osiloskop pada mode dual trace,

serta turunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan saturasinya (pada kisaran 9-10 Vpp, bergantung pengamatan pada langkah 4). 8. Gunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa fungsi MATH dilakukan untuk sumbersinyal dari kanal 2 (sinyal output). Atur tampilan display sehingga dapat diperoleh pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Untuk memudahkan pembacaaan nonaktifkan tampilan trace sinyal kanal 1 dan kanal 2 pada tampilan osiloskop dengan menekan tombol ch1 dan ch2 cukup lama hingga lampu indikator mati. Amati spektrum sinyal output ini untuk amplituda sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik ketiga. 9. Lakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input fungsi MATH. 10. Aktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Lakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya. Perhatikan apa yang menentukan munculnya distorsi yang diamati dengan meningkatnya amplituda sinyal harmonik.

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 11. Kembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT

dengan menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban). Hitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal input. 62

Tahap Output Penguat Daya

Percobaan 6 12. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp.

Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Penguat pushpull kelas B Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 56. Gunakan ampere meter untuk mengukur

arus dari kedua catu daya. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan distori bentuk sinyal dan penyebabnya. 4. Ubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat kuva VTC yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini.

Pengamatan Linieritas Kuantitatif 5. Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, gunakan fungsi FFT

pada osilokop. Amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. 6. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan input yang lebih besar dari batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp). Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya.

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 7. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan

tegangan pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. 8. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Pengamatan Tahap Output Kelas B dengan Umpan Balik Penguat Operasional 9. Ubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 57. Komponen yang digunakan

transistor Q1 BD139 dan Q2 BD 140, resistansi beban RL 33 1W, penguat operasional LM741, dan tegangan catu VCC 6V. Gunakan juga ampere meter untuk Tahap Output Penguat Daya

63

Percobaan 6 mengukur arus dari kedua catu daya. 10. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Amati dan catat bentuk gelombang outputnya. Bandingkan dengan hasil dengan hasil pengamatan sebelumnya tanpa umpan balik. 11. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Bandingkan dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. 12. Pindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional. Amati dan catat juga bentuk kurva VTC ini. Perhatikan fungsi transfer rangkaian umpan baliknya. 13. Kembalikan titik pengamatan output ke beban. Atur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Bandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. 14. Gunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10Vpp. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

Penguat pushpull kelas AB 1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 58 dengan resistansi Resistor R1 dan R2

1,8k , dioda D1 dan D2 1N4001, transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140, resistansi beban RL = 33 1W dan tegangan catu daya VCC 6V. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop.

Perhatikan bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Amati dan catat arus dari catu daya. 4. Lakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ. 5. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki

saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Perhatikan secara khusus daerah tegangan input kecil atau mendekati nol. 6. Lakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ. Perhatikan juga area kurva VTC sekitar tegangan input nol. 64

Tahap Output Penguat Daya

Percobaan 6

Pengamatan Linieritas Kuantitatif 7. Kembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1kΩ atur tegangan input sehingga tegangan

output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. 8. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi dan untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya.

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 9. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan

tegangan pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. 10. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 V pp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional) 1. Susunlah rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 55 dengan resistansi R1 5,6kΩ, R2 1,2kΩ, R3 1,2Ω dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan heatsink (pendingin). Gunakan amperemeter untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektor-emitor. Catatan: Rangkaian sumber arus ini dilengkapi dengan resistor R3 yang bertindak sebagai umpan balik negatif untuk membatasi peningkatan penguatan arus karena kenaikan temperatur. Namun demikian bila arus awal terlalu tinggi disipasi panas dapat melebihi kapasitas heatsink untuk melepaskannya. Pada keadaan demikian dapat terjadi thermal runaway, yaitu pemanasan yang tidak terkendali akibat umpan balik positif antara disipasi dengan penguatan arus. Oleh karena itu, pada pengamatan ini bila arus tampak masih terus naik bersama dengan peningkatan suhu, segera putuskan hubungan ke catu daya untuk mencegah transistor rusak. 2. Hubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Berikan tegangan –VCC 6V dan amati dan ukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh heatsink dan pada casing transistor. 3. Turunkan tegangan –VCC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan ukur arus serta temperatur seperti di atas. 4. Ulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal.

Tahap Output Penguat Daya

65

Percobaan 6

ANALISIS DAN DISKUSI Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal berikut: 1. Perilaku penguat secara kualitatif dan kuantitif dari pengamatan bentuk gelombang

dan kurva karakteristik alih tegangannya termasuk bentuk sinyal tegangan pada rangkaian umpan balik. 2. Linieritas penguat dari pengamatan distorsi harmonik hasil FFT pada sinyal input dan output. 3. Daya output pada beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat untuk sinyal dengan amplituda besar dan amplituda kecil. 4. Perhitungan termal pada penguat dan penggunaan heatsink pada transistor daya. Informasi untuk resistansi termal dari junction ke casing untuk jenis casing transistor TO- 126 yang digunakan dapat dicari di dunia maya. (Opsional).

66

Tahap Output Penguat Daya

Percobaan 7

Percobaan 7 Transistor sebagai Switch Tujuan •

Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai switch

•

Mengetahui dan mempelajari karakteristik kerja Bipolar Junction Transistor ketika beroperasi sebagai saklar

•

Mengetahui dan mempelajari karakteristik kerja MOS Field-Effect Transistor baik tipe n-MOS maupun CMOS ketika beroperasi sebagai saklar

Pengetahuan Pendukung Switch Ideal Sebuah switch ideal harus mempunyai karakteristik pada keadaan “off” ia tidak dapat dilalui arus sama sekali dan pada keadaan “on” ia tidak mempunyai tegangan drop.

Transistor BJT sebagai Switch Komponen transistor dapat berfungsi sebagai switch, walaupun bukan sebagai switch ideal. Untuk dapat berfungsi sebagai switch, maka titik kerja transistor harus dapat berpindahpindah dari daerah saturasi (switch dalam keadaan “on”) ke daerah cut-off (switch dalam keadaan “off”). Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 59 Kurva IC – VCE BJT

Dalam percobaan ini perpindahan titik kerja dilakukan dengan mengubah-ubah prategangan (bias) dari emitter-base.

Transistor sebagai Switch

67

Percobaan 7

MOSFET sebagai Switch Selain BJT, MOSFET juga dapat berfungsi sebagai switch. Dibandingkan dengan BJT, sifat switch dari MOSFET juga lebih unggul karena membutuhkan arus yang sangat kecil untuk operasinya. Ada dua tipe MOSFET menurut tegangan kerjanya yaitu n-Channel MOSFET (n-MOS) dan p-Channel MOSFET (p-MOS). Dimana n-MOS bekerja dengan memberikan tegangan positif pada gate, dan sebaliknya, p-MOS bekerja dengan memberikan tegangan negatif di gate. n-MOS berlaku sebagai switch dengan membuatnya bekerja di sekitar daerah saturasinya. Daerah kerja dari n-MOS dapat dilihat pada gambar berikut ini.

Gambar 60 Kurva ID – VDS MOSFET

Rangkaian CMOS Jika n-MOS dan p-MOS digabungkan, akan dihasilkan rangkaian CMOS (Complementary MOS) yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Untuk memperlakukan CMOS supaya bekerja sebagai switch, kita harus mengubah-ubah daerah kerjanya antara cut-off dan saturasi.

Gambar 61 Rangkaian CMOS

68

Transistor sebagai Switch

Percobaan 7

Alat dan Komponen yang Digunakan •

Sumber tegangan DC

(1 buah)

•

Osiloskop

(1 buah)

•

Kit Transistor sebagai Switch

(1 buah)

•

Multimeter Analog dan Digital

(2 buah)

•

Kabel-kabel

(2 buah)

Tugas Pendahuluan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

Langkah Percobaan Transistor BJT sebagai Switch Vcc

Vcc

Rc IC

Relay

A

Lampu 12 V VCE

Rvar 100 k

IB

V

A

V

VBE

Gambar 62 Rangkaian BJT sebagai Switch 1. Susun rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VCC = 12 Vdc. 2. Posisikan Rvar pada nilai minimum (VBE=0). Catat harga VCE awal. 3. Naikan tegangan di Base (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala (relay bekerja). 4. Tepat pada saat lampu menyala, catat harga: IB, IC, VBE dan VCE. 5. Naikkan tegangan di Base (dengan memutar Rvar), catat IB dan IC. Tentukan tiga nilai pengukuran antara saat lampu menyala sampai potensiometer Rvar maksimum. Transistor sebagai Switch

69

Percobaan 7 6. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga IB, IC, VBE dan VCE yang menyebabkan lampu padam. 7. Ulangi langkah 3 sampai 7 dengan beberapa VCC lain (11, 10, 9 VDC, dll). 8. Gambarkan kurva yang menunjukkan VBE minimum yang menyebabkan Saturasi, VBE maksimum yang menyebabkan Cut-Off, dan beberapa nilai VCC & VCE yang berbedabeda dalam satu grafik.

MOSFET sebagai Switch A. N-MOS 1. Cara Multimeter Vdd

Rd 2,2K Id D

Rvar

Vds

G

100K

Vgs s

Gambar 63 Rangkaian NMOS sebagai Switch Cara Multimeter 10. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 Vdc. 11. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Va=0). Catat harga VDS dan ID awal. 12. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat ada arus di Drain (ID). 13. Tepat pada saat ada arus di Drain (ID), catat harga: IG, ID, VGS dan VDS 14. Ulangi langkah 11 sampai 13 dengan beberapa VDD lain: 6, 7.5, 9, VDC (jangan melebihi 12V). 15. Gambarkan kurva hubungan VGS – ID.

70

Transistor sebagai Switch

Percobaan 7

2. Cara Osiloskop 16. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 VDC.

Vdd

Rd

+

D G

+

Vout

Vin s

-

-

Gambar 64 Rangkaian NMOS sebagai Switch Cara Osiloskop 17. Gunakan generator sinyal sebagai Vin 18. Atur bentuk gelombang fungsi generator segitiga dengan amplitude 0 – 5 V (atur offset fungsi generator) dan kemudian hubungkan ke osiloskop channel 1. 19. Hubungkan keluaran (Vout) channel 2, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin – Vout. 20. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. 21. Tentukan tegangan Threshold (Vth).

B. Inverter CMOS 1. Cara Multimeter 22.

Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VCC = 5 VDC. Vdd

Id D

Rvar

a

G

100K

Vout Vgs

S

Gambar 65 Rangkaian CMOS sebagai Switch Cara Multimeter Transistor sebagai Switch

71

Percobaan 7 23. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Va=0). Catat harga Vout, IS dan ID awal. 24. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat ada arus di Drain (ID). 25. Tepat pada saat ada arus di Drain (ID), catat harga: IG, IS, ID, VGS dan VDS. 26. Naikkan terus Va (=VGS) untuk beberapa nilai, kemudian catat IG, IS, ID, VGS dan VDS dan gambarkan kurva Va-Vout. 27. Ulangi langkah 23 sampai 26 untuk VCC = 10 VDC.

2. Cara Osiloskop 28. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 VDC.

Gambar 66 Rangkaian CMOS sebagai Switch Cara Osiloskop 29. Gunakan generator sinyal sebagai Vin. 30. Atur bentuk gelombang fungsi generator segitiga dengan amplitude 0 – 5 V (atur offset fungsi generator) dan kemudian hubungkan ke osiloskop channel 1. 31. Hubungkan Vout1 ke channel 2 osiloskop, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin – Vout1. 32. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. 33. Tentukan tegangan Threshold (Vth). 34. Lepaskan hubungan Vout1 dari osiloskop, kemudian hubungkan Vout2 ke channel 2 osiloskop, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin – Vout2. 35. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum.

72

Transistor sebagai Switch

Percobaan 7

Mengakhiri Percobaan 36. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 37. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 38. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 39. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Transistor sebagai Switch

73

74

Lampiran A

Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE Pendahuluan SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasys) adalah program yang digunakan untuk melakukan simulasi dan analisa rangkaian elektronik. SPICE didasari oleh analisa simpul (node) rangkaian. Pada awalnya, SPICE dikembangkan untuk keperluan akademis, dan tersedia sebagai perankat lunak gratis di UC Berkeley. Pada perkembangannya, tersedia berbagai macam versi SPICE baik yang komersil ataupun yang gratis. Untuk kuliah di Teknik Elektro, sebaiknya menggunakan Winspice atau Pspice, dengan perbedaan :  Winspice: dilengkapi kemampuan script matematis  Pspice: GUI yang lebih baik Namun pada tutorial ini, hanya akan dibahas mengenai Winspice.

Struktur Bahasa(sintaks) SPICE Secara umum, definisi rangkaian di SPICE menggunakan deskripsi/sintaks khusus, yang terdiri atas beberapa bagian, yaitu : 1. Baris pertama Judul 2. Blok Uraian Rangkaian a. NamaDevais Simpul Nilai b. Bila dimulai dengan * dianggap komentar c. Bila dimulai dengan + lanjutan baris sebelumnya 3. Blok Perintah Analisis 4. Penutup. Deskripsi rangkaian SPICE harus diakhiri dengan perintah .END Selain itu, ada beberapa kaidah yang sebaiknya diketahui dalam menyusun rangkaian menggunakan SPICE, yaitu : 1. SPICE menggunakan prinsip analisis simpul ◦ Nama/nomor simpul bebas, nomor 0 untuk rujukan GND ◦ Arus dapat dibaca bila ada sumber tegangan, gunakan sumber tegangan nol untuk mencari arus pada cabang tanpa sumber tegangan 2. Elemen selalu dihubungkan pada simpul ◦ Urutan nama devais, simpul-simpul sambungan, dan nilai ◦ Gunakan rujukan tegangan dan arah arus untuk rujukan tegangan positif dan negatif

Analisis Rangkaian dengan SPICE

75

Lampiran A

Deskripsi Sintaks Library di SPICE Komponen-komponen yang umum digunakan di SPICE telah memiliki definisi-nya yang ada dalam library SPICE. Bentuk Umum 2 terminal : NamaDevais simpul+ simpul- nilai Jenis Komponen

NamaDevais simpul+

simpul- Keterangan

nilai V….

Sumber tegangan

s+

s-

(DC) nilai

tanda DC untuk sumber

sebagai

variabel analisis DC Sumber Arus

I….

s+

s-

nilai

Resistor

R….

s+

s-

nilai

Voltage-Controlled Voltage E….

sv+

sv-

sc+

sc-

Source

nilai

Voltage-Controlled Current G…

sv+

sv-

sc+

sc-

Source

nilai

Current-Controlled Voltage H…

s+

s-

V…

nilai

s+

s-

V…

nilai

Source Current-Controlled

Current F…

Source Sedangkan untuk perintah analisis rangkaian, terdapat beberapa perintah yang umum dipakai : Jenis Analisa

Perintah

yang

digunakan Titik kerja DC tunggal

OP

Variabel Nilai DC

DC

Variabel

Frekuensi AC

(linierisasi) Variabel Waktu (transien)

TRAN

Contoh Deskripsi Rangkaian SPICE Misalkan terdapat rangkaian pada gambar 1 dibawah yang akan dianalisa menggunakan SPICE 76

Analisis Rangkaian dengan SPICE

Lampiran A

. Gambar 1. Contoh rangkaian yang akan dianalisa SPICE. Langkah pertama yang perlu kita lakukan adalah memberi nama simpul dan nama devais, seperti yang digambarkan pada gambar 2 dibawah. R1 2

V120

R2 3

R A

R 3

I B

Gambar 1. Pemberian nama node dan komponen di rangkaian. Sehingga dari rangkaian gambar 2 itu, dapat dibuat deskripsi rangkaiannya di SPICE sebagai berikut : RANGKAIAN CONTOH * Komponen Pasif R12 1 2 R23 2 3 RA 2 0 R3 3 0 * Sumber V120 1 0 IB 3 0 .control OP print v(1) v(2) .endc .end

20 10 30 40 120 3

v(3)

v120#branch

Baris ke-1 adalah Judul dari rangkaian itu. Baris ke-2 adalah komentar untuk menjelaskan bahwa beberapa baris dibawahnya adalah deskripsi rangkaian pasif yang ada di rangkaian. Baris ke-3 sampai ke-6 adalah deskripsi komponen resistor, yang diawali dengan nama resistor, nama node yang terhubung dengan kaki-1 resistor, nama node yang terhubung dengan kaki-2, dan nilai resistor itu dalam satuan ohm. Baris ke-8 adalah definisi sumber tegangan independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kakinegatif, dan nilai tegangannya dalam satuan volt. Baris ke-9 adalah definisi sumber arus independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan nilai tegangannya dalam satuan ampere.

Analisis Rangkaian dengan SPICE

77

Lampiran A Baris ke-10 adalah sintaks yang menyatakan bahwa setelah ini adalah sintaks-sintaks kontrol. Baris ke-11 adalah sintaks perintah analisa titik kerja DC (Operating Point) dari rangkaian. Dan baris ke-12 adalah perintah untuk mencetak nilai tegangan di node-1 (v(1)), node-2 (v(2)), node-3 (v(3)), dan nilai arus di cabang V120 (v120#branch).

Hasil Analisis SPICE Setelah di-RUN, SPICE akan menampilkan hasil analisanya berupa tulisan: v(1) = 1.200000e+02 v(2) = 3.483871e+01 v(3) = 3.870968e+00 v120#branch = -4.25806e+00 yang artinya dapat dijelaskan melalui gambar 3 dibawah.

Gambar 3. Nilai tegangan di titik-titik yang dianalisa SPICE.

Analisis Waktu SPICE3 Pada blok kontrol berikan perintah: TRAN tstep tstop [tstart tmax]  Perhitungan pada analisis dengan variabel waktu dimulai dari t=0 dengan langkah tstep dan berakhir pada tstop.  Bila hanya diingin data pada selang waktu tertentu saja dalam selang 0-stop berikan tstart dan tmax.  Akan dibahas lebih lanjut setelah Kuliah Bab 8 tentang gejala transien

78

Analisis Rangkaian dengan SPICE

Lampiran B

Lampiran B Pengenalan EAGLE Eagle (Easily Applicable Graphical Layout Editor) adalah aplikasi untuk membuat Layout PCB dan skematiknya. EAGLE tersedia sebagai FreeWare di www.cadsoft.de dengan beberapa batasan. Untuk membuat PCB menggunakan EAGLE, ada beberapa tahap yang perlu dilakukan : 1. Membuat Skematik Rangkaian 2. Membuat Layout PCB dari rangkaian 3. Membuat PCB nya Pada tutorial ini, akan dijelaskan langkah-langkah pembuatan PCB menggunakan EAGLE v6.2

Membuat Skematik Misalkan ada rangkaian penguat seperti pada gambar 1 dibawah, yang perlu kita buat PCBnya. Power Supply

10K

1K 2n2222 Osiloskop Function Generator

Gambar 1. Rangkaian yang ingin dibuat Langkah pertama, kita buka EAGLE. Lalu akan terbuka layar seperti pada gambar 2 dibawah.

Pengenalan EAGLE

79

Lampiran B Kemudian kita masuk ke Schematic Editor dengan memilih menu : File >> New >> Schematic Setelah masuk ke Schematic Editor, langkah berikutnya adalah mengambil komponen dari library. Caranya adalah : Edit >> Add maka akan muncul jendela seperti pada gambar 3 dibawah. Kita ingin menambahkan/mengambil RESISTOR untuk dimasukkan ke rangkaian. Ketikkan resistor pada menu Search , dan kemudian pilih resistor di library rcl  R-EU_  REU_0207/7, kemudian klik OK. Masukkan resistor sebanyak yang diperlukan di rangkaian.

Gambar 3. Menambahkan resistor dari Library Dengan cara yang sama, masukkan transistor 2n2222 ke rangkaian. Seperti pada gambar 4.

Gambar 4. Menambahkan transistor dari Library 80

Pengenalan EAGLE

Lampiran B Klik kanan pada mouse untuk memutar komponen ketika baru dimasukkan dari library. Dengan cara yang sama, masukkan jumper dengan kode JP1E dan GND ke rangkaian, sehingga Schematic Editor jadi seperti pada gambar 5 dibawah

Gambar 5. Seluruh komponen yang digunakan sudah berada di Schematic Editor Perhatian : kita menambahkan Power-Supply, Function-Generator dan Osilator dalam bentuk jumper/header yang nantinya akan dihubungkan ke peralatan-peralatan tersebut menggunakan kabel. Berikutnya, kita perlu menambahkan/mengubah informasi mengenai komponen yang digunakan. Ubahlah Info/tulisan tentang komponen dengan meng-klik : View >> Info , lalu klik pada komponen yang ingin dilihat/ubah informasinya. Seperti pada gambar 6.

Untuk menghubungkan kaku antar komponen, klik Draw >> Wire , lalu klik di salah satu kaki yang ingin disambungkan, dan klik lagi di kaki yang lain. Untuk melepas wire, gunakan tombol ‘ESC’ di keyboard PC.

Pengenalan EAGLE

81

Lampiran B Lengkapi atau ubah info pada komponen, lalu hubungkan kaki antar komponen sehingga rangkaian menjadi seperti pada gambar 7 dibawah ini.

Gambar 7. Gambar lengkap rangkaian penguat yang ingin dibuat. Simpanlah skematik ini sebagai file penguat_1.sch.

Membuat Layout PCB Untuk membuat layout PCB, dari layar Schematic Editor, klik : File >> Switch to board. Jika ada pertanyaan, jawab saja dengan YES. Maka akan terbuka layar Board Editor, dengan beberapa komponen ada disana. Pindah komponen ke dalam kotak yang ada di Board Editor dan atur-aturlah sehingga menjadi seperti pada gambar 8 dibawah.

Gambar 8. Komponen-komponen setelah diatur di dalam kotak di Board Editor. Langkah berikutnya adalah Routing atau membuat Track. Kali ini kita akan menggunakan fasilitas AutoRouter yang ada di EAGLE. Untuk mengaktifkan autorouter, klik : Tools >> Auto.. , maka akan muncul jendela seperti pada gambar 9 dibawah.

82

Pengenalan EAGLE

Lampiran B Karena kita hanya menggunakan 1 layer PCB saja, dan itu adalah “Bottom Layer”, maka di menu autorouter setup pada bagian “1 Top” kita pilih N/A (Not Available), dan di bagian “16 Bottom” anda terserah memilih kode apa (asalkan bukan N/A), kemudian klik OK

Gambar 9. Menu AutoRouter Setup Maka pada Board Editor akan tergambarkan Track PCB antar komponen seperti pada gambar 10. Dan jadilah PCB kita. Kadang kita perlu menambahkan tulisan-tulisan tertentu untuk memudahkan pembuatan PCB.

Simpanlah file layout PCB anda tersebut sebagai file penguat_1.brd

Membuat PCB File layout PCB anda (*.brd) dapat dijadikan PCB di tempat-tempat pembuatan PCB di Bandung : Pengenalan EAGLE

83

Lampiran B 1. Multikarya, di Terusan Jalan Jakarta 2. SELC, di Jalan Jakarta 3. Spectra, di jalan Ahmad Yani Dengan harga dan spesifikasi masing-masing.

84

Pengenalan EAGLE