PROGRAM STUDI FISIKA – FMIPA ITB
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
MODUL 04
PENGENALAN TRANSISTOR SEBAGAI SWITCH 1 TUJUAN Memahami karakteristik kerja transistor BJT dan FET sebagai saklar. Memahami perbedaan transistor BJT dan FET ketika beroperasi sebagai saklar. Memahami prinsip dasar gerbang logika menggunakan transistor
2 PERSIAPAN Pelajari perbedaan transistor BJT dan FET secara teori dari referensi yang terpercaya Pelajari Datasheet dari komponen transistor yang digunakan. Datasheet dapat ditemukan dengan mudah di internet Patuhi peraturan yang berlaku di laboratorium elektronika ini Jangan lupa berdoa
3 PERALATAN PRAKTIKUM
DC Power Supply + kabel power Breadboard Multimeter Kabel jumper Transistor BJT (tipe 2N3904) Transistor FET (tipe IRF540) Resistor 220 Ω Resistor 2,2 kΩ Resistor variable 100 kΩ Resistor lain LED
1 buah 1 buah 2 buah seperlunya 5 buah 1 buah 10 buah 1 buah 1 buah secukupnya 1 buah
4 DASAR TEORI Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Transistor adalah suatu devais yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yang berfungsi ganda sebagai penguatan dan saklar. Kedua hal ini sangat penting dalam elektronika. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar (Bipolar Junction Transistor) dan unipolar (Field-Effect Transistor)[1]. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan. 1. Transistor BJT (Bipolar) Transistor adalah kependekan dari transfer varistor. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan. Transistor BJT secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu tipe npn(negative-positivenegative) dan tipe pnp (positive-negativepositive). Transistor BJT pada dasar adalah dua diode yang disambungkan. Oleh karena itu akan ada selisih tegangan ~0.7V antara kaki Gambar 1. Struktur dan symbol transistor. MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
1
basis dan emitter. Pada pemanakaian standar, jika ada arus kecil yang mengalir antar pin basis dan emitter (BE), maka arus yang lebih besar akan mengalir di antar pin collecter dan emitter (CE). Saat kondisi antara pin basis dan emitter berada dalam posisi panjar mundur (𝑉𝐵 < 0.7V) transistor berperan sebagai saklar terbuka (open switch). Pada konsisi seperti ini transistor berada pada keadaan cut-off. Besarnya tegangan 𝑉𝐶𝐸 akan sama dengan 𝑉𝐶𝐶 . Ketika sambungan antara basis dengan emitter berada pada posisi panjar maju (𝑉𝐵 > 0.7V), transistor beperan sebagai saklar tertutup (closed switch). Konsisi seperti ini disebut sebagai keadaan saturasi. Besar arus yang melalu kolektor yaitu: 𝑉𝐶𝐶 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) ≅ 𝑅𝐿 Besarnya arus minimum pada bais untuk menghasilkan keadaan saturasi: 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) 𝐼𝐵(𝑚𝑖𝑛) ≅ 𝛽𝐷𝐶 𝛽𝐷𝐶 merupakan penguatan arus DC transistor, ini tertera pada datasheet transistor, biasa ditulis sebagai ℎ𝑓𝑒 . 2. Transistor FET (Field Effect Transistor) FET dibagi menjadi dua: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagi Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara source dan drain).
Gambar 2. Struktur dan symbol MOSFET.
3. Gerbang Logika (Logic Gate) Transistor dapar digunakan sebagai gerbang logika dengan memanfaatkan keadaan saturasi dan cut-off transistor sebagai keadaan high (1) dan low (0). a. Gerbang NOT Dalam keadaan saturasi, arus collector bernilai maksimum sehingga tegangan 𝑉𝐶𝐸 (output) mendekati nol. Keadaan ini disebut low. Sebalikanya dalam keadaan cut-off, tidak ada arus collector yang mengalir, hal ini menyebabkan tegangan 𝑉𝐶𝐸 (output) sama dengan 𝑉𝐶𝐶 . Keadaan ini disebut keadaan high. Dalam elektronika digita, keadaan high dan low dilambangkan dengan angka 1 dan 0. Keadaan high adalah keadaan di mana ada tegangan (mendekati 𝑉𝐶𝐶 ), sedangkan Gambar 3. Gerbang NOT. keadaan low adalah keadaan di mana tegangan sama dengan nol. b. Gerbang NAND NAND atau NOT AND adalah rangkaian gerbang NOT yang disusun secara seri dengan output pada collector yang atas. c. Gerbang NOR NOR atau NOT OR adalah invers dari OR adalah rangkaian transistor yang disusun secara parallel, sehingga walaupun hanya satu transistor yang diberi tegangan, arus collector dapat menghasilkan keadaan saturasi. Gambar 4. Gerbang NAND. MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
2
Gambar 5. Gerbang NOR.
5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Bagaimana karakteristik suatu Switch Ideal? (10) 2. Gambarkan struktur dari jenis-jenis transistor (BJT dan FET), jelaskan masing-masing fungsi kakinya? (10) 3. Jelaskan perbedaan transistor BJT dengan transistor FET! (20) 4. Jelaskan cara kerja transistor sebagai switch untuk jenis transistor BJT dan FET! (20) 5. Buatlah tabel kebenaran dari gerbang logika NOT, NAND, NOR, AND dan OR (10) 6. Buat simulasi rangkaian AND dan OR dengan menggunakan software Proteus dnegan menggunakan baik transistor FET maupun BJT! (Print screen gambar rangkaian, sinya Vin, dan sinyal Vout) (30)
6 LANGKAH PERCOBAAN Transistor BJT Sebagai Saklar VCC 5V R1 0.8Ω Vo Vi
R2 0.97Ω
2N3904
B
A Gambar 6. Transistor BJT sebagai Saklar
Gunakan kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor BJT sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc = 5 Vdc PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri (gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B). Posisikan Rvar dengan nilai minimum sehingga (VBE = 0). Catat nilai VCE awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan – lahan. V dengan kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V – 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 – 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Base-Emitter dan Collector-Emitter. MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
3
Transistor FET Sebagai Saklar VCC 5V R1 0.8Ω Vo Vi
Q11 IRF540
R2 0.97Ω
A
B
Gambar 7. Transistor FET sebagai Saklar
Buat rangkaian transistor FET sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc = 5 Vdc PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri (gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B). Posisikan Rvar dengan nilai minimum sehingga (VBE = 0). Catat nilai VDS awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan – lahan. V dengan kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V – 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 – 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Gate-Source dan Drain-Source.
Transistor Sebagai Gerbang Logika Percobaan I (Gerbang Logika NOT) o Gunakan komponen pada kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor sebagai gerbang NOT seperti gambar 3. o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input, ukur tegangan output o Beri tegangan input sebesar 5 V, ukur tegangan output
Percobaan II (Gerbang Logika NAND) o Gunakan komponen kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor sebagai gerbang NAND seperti gambar 4. o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input a dan b, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input a saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input b saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada kedua input a dan b, ukur tegangan keluaran
Percobaan III (Gerbang Logika NOR) o Ulangi langkah kerja percobaan II dengan menggunakan rangkaian gerbang NOR pada gambar 7.
Percobaan IV (Gerbang Logika AND) o Hubungkan output rangkaian gerbang NAND dengan input gerbang NOT o Ulangi percobaan II dengan mengukur output akhir pada rangkaian
Percobaan V (Gerbang Logika OR) o Hubungkan output rangkaian gerbang NOR dengan inputgerbang NOT o Ulangi percobaan iii dengan mengukur output pada gerbang NOT MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
4
7 TUGAS LAPORAN 1. Berdasarkan data yang didapat, apakah tegangan keluaran berbanding lurus atau berbanding terbalik dengan tegangan masukan? Jelaskan! 2. Pada tegangan berapa rangkaian bekerja sebagai saklar? Apakah saklar pada rangkaian tersebut termasuk saklar ideal? Jelaskan kondisi dimana Transistor menjadi saklar on dan saklar off! 3. Jelaskan hasil yang didapat ketika menggunakan transistor FET dan BJT sebagai saklar! 4. Berdasarkan data yang diperoleh, apakah hasilnya sesuai dengan tabel kebenaran gerbang logika? Mengapa demikian? Jelaskan! 5. [Opsional] Apa manfaat penggunaan transistor sebagai saklar
8 REFERENSI [1] Diodes and Transistors, URL : https://inst.eecs.berkeley.edu/~ee100/su07/handouts/ DiodeTransistorNotes.pdf [2] Malvino, Albert., David J. Bates. Electronic Principles 7ed.
MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
5
LOG AKTIVITAS Nama NIM Shift
: : :
Transistor BJT Sebagai Saklar VBE (V) VCE (V)
5 4.5 4
VCE (output)
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
1
2
3
4
5
4
5
VBE (input)
Transistor FET Sebagai Saklar VGS (V) VDS (V)
5 4.5 4
VDS (output)
3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0
1
2
3
VGS (input)
MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
6
Transistor Sebagai Gerbang Logika NOT
Vin (V) Vout (V) 0 5 NAND, NOR, AND, OR
Vin (V) Va 0 5 0 5
Vb 0 0 5 5
NAND
NOR
AND
OR
Vout (V) Vout (V) Vout (V) Vout (V)
MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR –
7
