PR O GRAM S TUDI F ISI KA – F MI PA ITB
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
MODUL 05
TRANSISTOR SEBAGAI PENGUAT 1 TUJUAN Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emit ter Mengetahui resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan dari konfigurasi penguat Common Emitter.
2 PERSIAPAN “Bipolar Junction Transistors”, Bab 6 pada Buku “Electronics Principles” Oleh Albert Malvino dan David J. Bates Datasheet transistor 2N3904
3 PERALATAN PRAKTIKUM Kit Komponen (toolbox)
Multimeter Osiloskop Signal Generator Kabel Jumper Catu Daya
Breadboard
4 DASAR TEORI Transistor merupakan salah satu komponen semikonduktor yang terdiri atas susunan material semikonduktor tipe-n dan tipe-p pada tiga daerah dopingnya. Transistor pada rangkaian disimbolkan seperti pada gambar 1. Secara umum ketiga bagian tersebut dibagi menjadi emit ter pada bagian bawah (yang memiliki tanda panah), base pada bagian tengah, dan collector pada bagian atas. Pada transistor bipolar, susunan material dibedakan menjadi dua, yakni transistor NPN (dalam praktikum digunakan tipe 2N3904) dan transistor PNP (2N3906). Praktikum ini akan digunakan transistor Bipolar Junction Transistor (BJT) dengan tipe NPN. Ketika transistor NPN beroperasi secara normal, bagian junction Base-Emitter dalam keadaan panjar maju (forward bias) , sedangkan pada bagian junction Base-Collector dalam keadaan panjar mundur (reverse bias).
Gambar 1 . Struktur penyusun material semikonduktor tipe NPN dan tipe PNP.
Selain digunakan sebagai saklar (telah dilaksanakan pada modul praktikum sebelumnya), transistor juga digunakan sebagai penguat. Terdapat tiga jenis tipe penguatan yang dapat diberikan oleh transistor, yaitu penguat emitter ditanahkan (common emitter, CE), penguat kolektor ditanahkan (common collector, CC), dan penguat basis ditanahkan (common base, CB). Pada praktikum kali ini akan dibahas tipe penguat emitter ditanahkan (common emitter).
Gambar 2 . Konfigurasi umum rangkaian penguat menggunakan transistor bipolar. Untuk membuat penguat CE, CB, dan CC, maka terminal X, Y, Z, dihubungkan ke sumber sinyal atau ground tergantung konfigurasi yang akan digunakan
Penguat Emitter Ditanahkan (Common Emitter)
Gambar 3 . Rangkaian penguat emitter ditanahkan (common emitter), dengan sinyal DC. Catatan VBB dan VCC menyatakan sumber tegangan, sedangkan VBE, VCE menyatakan perbedaan tegangan antara dua titik.
𝑅𝐵 = 5𝐾, 𝑅 𝐶 = 2𝐾
Pada rangkaian penguat emitter ditanahkan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 3, tegangan VBB akan menyebabkan panjar maju hubungan basis dan emitter pada transistor. Dengan mengatur VBB dan RB kita dapat mengatur arus yang masuk pada basis. Penentuan besar kecilnya nilai arus yang masuk pada basis akan mempengaruhi arus yang dihasilkan pada collector. Untuk dapat mengalirkan arus, beda potensial pada collector harus lebih positif dari pada bagian Emiter. Arus pada base dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
𝐼𝐵 =
𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 𝑅𝐵
Nilai 𝑉𝐵𝐸 bergantung pada Transistor yang digunakan (lihat datasheet). Arus pada collector ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut: 𝐼𝐶 = 𝛽𝐷𝐶 𝐼𝐵 Dimana 𝛽𝐷𝐶 merupakan penguatan pada Transistor yang digunakan (lihat datasheet). Nilai tegangan di Vcc dapat ditentukan dengan persamaan berikut, 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶
Gambar 4 . Rangkaian penguat emitter ditanahkan (common emitter), dengan sinyal AC.
Gambar 4 merupakan rangkaian penguat emitter ditanahkan (common emitter) dengan sinyal AC. Untuk menghitung besaran-besaran pada rangkaian tersebut, digunakan persamaan berikut: 𝑅𝐵 𝑉𝐵𝐵 = 𝑉 𝑅𝑉 + 𝑅 𝐵 𝐶𝐶 𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 𝐼𝐸 =
𝑉𝐸 𝑅𝐸
𝐼𝐶 ~𝐼𝐸 𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅𝐶 𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸 Besar penguatan pada rangkaian Common Emitter dinyatakan sebagai perbandingan antara tegangan output dengan tegangan input. 𝐴=|
𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑉 |=− 𝐶 𝑉𝑖𝑛 𝑉𝐸
5 TUGAS PENDAHULUAN 1. 2. 3. 4. 5.
Gambarkan struktur transistor NPN dan transistor PNP serta jelaskan perbedaannya! [poin: 20] Jelaskan cara kerja transistor NPN! [poin: 10] Gambarkan rangkaian dari tiga jenis penguat yang menggunakan transistor! [poin: 15] Apa yang dimaksud dengan titik saturasi dan titik cutoff? [poin: 10] Gambarkan Kurva 𝐼𝐶 terhadap 𝑉𝐶𝐸 dan tentukan daerah active region, saturation region dan breakdown region! [poin: 15] 6. Lakukan simulasi pengukuran penguatan rangkaian Common Emitter menggunakan perangkat lunak ISIS Proteus dengan spesifikasi komponen yang sesuai seperti yang tertera pada langkah percobaan dengan menggunakan amplitudo sinyal input 100 mV dan frekuensi 100 Hz. Cantumkan (printscreen) rangkaian beserta hasil sinyal input dan output yang diperoleh pada osiloskop! [poin: 30]
6 LANGKAH PERCOBAAN Percobaan Base Curve Percobaan ini akan menghasilkan kurva Karakteristik antara I B dan VBE dari rangkaian penguat Common Emiter a. Atur rangkaian seperti pada gambar 2. (RB = 5kΩ, RC = 2kΩ, VBB = 0) b. Atur tegangan VCC pada keadaan konstan 3V. c. Variasikan tegangan input VBB pada tegangan 0 – 5 Volt dengan selang 0,2V. d. Hitung dan catat tegangan VBE dan arus IB dengan inputan yang berbeda. e. Ulangi langkah poin c dan d dengan mengatur nilai VCE sebesar 5V dan 12V. Percobaan Collector Curve Percobaan ini akan menghasilkan kurva Karakteristik antara IC dan VCE dari rangkaian penguat Common Emiter. Arus Collector bergantung pada tegangan Collector-Emiter. Titik kerja transistor akan terlihat pada Kurva ini. a. Atur rangkaian seperti pada gambar 2. (RB = 5kΩ, RC = 2kΩ, VCC = 0) b. Atur nilai VBB pada nilai 3 Volt. c. Variasikan tegangan VCC pada nilai 0 – 5 Volt dengan selang 0,5V. d. Hitung dan catat tegangan VCE dan arus IC. e. Ulangi step c dan d untuk nilai VBB sebesar 5V dan 12V Percobaan mengukur penguatan rangkaian common emitter a. Kit rangkaian praktikum common emitter (gambar 4) diberikan tegangan VCC sebesar 12V (RB=10k, RC=1k, RE=1k, RV =10k, kapasitor (bagian base dan emitter)=47μF, kapasitor (bagian output)=16 μF, praktikan diperbolehkan menggunakan nilai komponen yang berbeda dengan mencatatkannya). b. Atur potensiometer (RV) agar VCE bernilai 6V. c. Hitung arus IC dengan mengukur beda tegangan pada resistor RC. d. Ukur nilai tegangan VBE dan arus IB dengan menggunakan multimeter. e. Berikan sinyal input pada rangkaian berupa sinyal sinusoidal dengan amplitudo input dari 50mV sampai 250mV dengan selang 50mV. Atur besarnya tegangan dan besar frekuensi agar signal dapat teramati dengan baik pada layar osiloskop. f. Ukur dan catat besarnya tegangan output (V out) dan tegangan input (Vin). Amati sinyal input dan sinyal output, apakah terjadi perbedaan fasa atau tidak.
7 TUGAS LAPORAN 1. Percobaan Base Curve a. Masukkan data IB dan VBE yang dihasilkan pada tabel percobaan Base Curve (tabel terdapat pada bagian lampiran) untuk percobaan VCC = 3 V, 5 V, dan 12 V. b. Gambarkan grafik IB vs VBE pada hasil percobaan tersebut untuk VCC = 3 V, VCC = 5 V, dan VCC= 12 V. c. Bandingkan ketiga grafik hasil percobaan dengan grafik referensi. Sertakan gambar grafik IB vs VBE referensi pada laporan. Analisis bila terdapat perbedaan. Jelaskan grafik hasil percobaan yang didapatkan! 2. Percobaan Collector Curve a. Masukkan data IC dan VCE yang dihasilkan pada tabel percobaan Collector Curve (tabel terdapat pada bagian lampiran) untuk percobaan VBB = 3 V, 5 V, dan 12 V. b. Gambarkan grafik IC vs VCE pada hasil percobaan tersebut (grafik untuk percobaan VBB = 3 V, 5 V, dan 12 V) c. Bandingkan grafik hasil percobaan dengan grafik referensi. Sertakan gambar grafik IC vs VCE referensi pada laporan. Analisis bila terdapat perbedaan. Jelaskan grafik hasil percobaan yang didapatkan! 3. Percobaan Penguat Common Emitter a. Lengkapi data-data yang terdapat pada tabel di bagian lampiran. b. Berdasarkan data yang didapat, carilah besarnya penguatan rangkaian tersebut! Apakah terjadi perbedaan fasa atau tidak pada sinyal yang teramati pada osiloskop? Jelaskan! c. Foto sinyal input dan sinyal output pada percobaan ini dan tampilkan pada laporan. 4. Jelaskan faktor apa saja yang mungkin membuat perbedaan antara hasil penghitungan secara teoretik (referensi) dengan hasil percobaan! 5. Apa keunggulan dan kelemahan dari penguat Common Emitter (minimal 2)?
LOG AKTIVITAS Nama NIM Shift
: : : Tabel 2. Percobaan Base Curve dengan VCC = 5 V
Percobaan Base Curve Tabel 1. Percobaan Base Curve dengan VCC = 3 V VCC = 3 V VBB (V)
IB (mA)
VCC = 5 V VBB (V)
VBE (V)
0
0
0.2
0.2
0.4
0.4
0.6
0.6
0.8
0.8
1
1
1.2
1.2
1.4
1.4
1.6
1.6
1.8
1.8
2
2
2.2
2.2
2.4
2.4
2.6
2.6
2.8
2.8
3
3
3.2
3.2
3.4
3.4
3.6
3.6
3.8
3.8
4
4
4.2
4.2
4.4
4.4
4.6
4.6
4.8
4.8
5
5
IB (mA)
VBE (V)
Tabel 3. Percobaan Base Curve dengan VCC = 12 V
Tabel 4. Percobaan Collector Curve dengan VBB = 3V
VCC = 12 V VBB (V) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2
IB (mA)
Percobaan Collector Curve
VBE (V)
VBB = 3 V VCC (V)
IC (mA)
VCE (V)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
2.4 2.6
Tabel 5. Percobaan Collector Curve dengan VBB = 5V
2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 4.2 4.4 4.6 4.8 5
VBB = 5 V VCC (V) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
IC (mA)
VCE (V)
Tabel 6. Percobaan Collector Curve dengan VBB = 12 V
Gambar sinyal input dan sinyal output (osiloskop)
VBB = 12 V VCC (V)
IC (mA)
VCE (V)
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5
Percobaan Penguat Common Emitter Tabel 7. Percobaan Penguat Common Emitter
Nilai (sertakan satuan) VCC VCE VBE IB IC VIn Vout Spesifikasi Komponen yang digunakan:
Hasil penguatan yang diperoleh (V out/Vin):
8
REFERENSI [1] Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan Penerapannya. Bandung: Penerbit ITB. [2] Malvino, Albert. 2007. Electronic Principles Seventh Edition. New York: McGraw Hill.
MODUL PRAKTIKUM ELE KTR O NIK A DAS AR –
8
