PRAKTIKUM ELEKTRONIKA

PETUNJUK PRAKTIKUM

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA EL 2205

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2017

Petunjuk EL2205 Praktikum Elektronika Edisi 2016-2017

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2017

Kata Pengantar

Kata Pengantar Puji syukur ke hadirat Tuhan YME, sejak tanggal 1 Oktober 2012 yang lalu Program Studi Teknik Elektro telah mendapat akreditasi ABET. Perbaikan-perbaikan praktikum yang sebelumnya merupakan salah satu titik lemah prodi ini ternyata mendapat apresiasi yang baik dari para asesor ABET. Perbaikan yang telah dilakukan harus menjadi satu sistem perbaikan yang berkelanjutan. Oleh karena itu, Petunjuk Praktikum Elektronika ini pun disusun dalam pola pikir tersebut. Perubahan yang dilakukan dalam penyusunan materi Petunjuk Praktikum ini dari Petunjuk Praktikum tahun lalu terdapat pada modul karakteristik dan penguat BJT yang dijadikan satu modul. Hal ini dilakukan karena adanya peralatan yang membuat proses karakterisasi transistor menjadi lebih cepat. Selain itu modul tahap output penguat yang sebelumnya berada di praktikum Elektronika II, dimasukkan pada praktikum Elektronika. Hal ini untuk menyesuaikan dengan materi kuliah. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang besar-besarnya pada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan petunjuk praktikum ini. Akhir kata, semoga semua usaha yang telah dilakukan berkontribusi pada dihasilkannya lulusan Program Studi Teknik Elektro sebagai engineer dengan standar internasional.

Bandung, Januari 2017 Koordinator Tim Penyusun,

Ir. Mervin T. Hutabarat, M.Sc., Ph.D.

i

Daftar Kontributor

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

ii

Daftar Isi

Daftar Isi Kata Pengantar ...................................................................................................................... i Daftar Kontributor ................................................................................................................ ii Daftar Isi .............................................................................................................................. iii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ........................................................... vi Kelengkapan ..................................................................................................................... vi Persiapan/ Sebelum Praktikum ........................................................................................ vi Selama Praktikum ............................................................................................................. vi Setelah Praktikum ............................................................................................................ vii Pergantian Jadwal........................................................................................................... vii Sanksi .............................................................................................................................. viii Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium................. Error! Bookmark not defined. Keselamatan ...................................................................................................................... x Sanksi ............................................................................................................................... xii Percobaan 1 Dioda : Karakteristik dan Aplikasi ................................................................. 1 Tujuan ................................................................................................................................ 1 Persiapan ........................................................................................................................... 1 Alat dan Komponen yang Digunakan ................................................................................ 4 Langkah Percobaan ........................................................................................................... 4 Tabel Data Pengamatan .................................................................................................... 9 Percobaan 2 Karakteristik dan Penguat BJT ..................................................................... 12 Tujuan .............................................................................................................................. 12 Persiapan ......................................................................................................................... 12 Transistor BJT ................................................................................................................. 12 Kurva Karakteristik IC - VBE ............................................................................................ 14 Kurva Karakteristik IC – VCE ........................................................................................... 15 Penguat BJT .................................................................................................................... 15 Konfigurasi Common Emitter.......................................................................................... 16 Konfigurasi Common Base .............................................................................................. 17 Konfigurasi Common Collector ...................................................................................... 18 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 19 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 19 Memulai Percobaan ........................................................................................................ 19 Karakteristik Input Transistor IC-VBE .............................................................................. 20 Karakteristik Output Transistor IC-VCE ........................................................................... 20 Early Effect ...................................................................................................................... 20 Pengaruh Bias pada Penguat Transistor ........................................................................ 21 Tegangan Bias dan Parameter Penguat .......................................................................... 22 Common Emitter .............................................................................................................. 24 Common Base .................................................................................................................. 28 Common Collector........................................................................................................... 30 Analisis dan Kesimpulan ................................................................................................. 31 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 31 Percobaan 3 Karakteristik Dan Penguat FET ................................................................... 34 Tujuan .............................................................................................................................. 34 Persiapan ......................................................................................................................... 34 Transistor FET ................................................................................................................ 34 iii

Daftar Isi Penguat FET .................................................................................................................... 35 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 36 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 36 Memulai Percobaan ........................................................................................................ 36 Desain Q-point .................................................................. Error! Bookmark not defined. RANGKAIAN PENGUAT ................................................................................................ 38 Penguat Common Source ................................................................................................ 39 Penguat Common Gate.................................................................................................... 41 Penguat Common Drain .................................................................................................. 42 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 42 Percobaan 4 Transistor sebagai Switch ............................................................................. 44 Tujuan .............................................................................................................................. 44 Persiapan ......................................................................................................................... 44 Switch Ideal ..................................................................................................................... 44 Transistor BJT sebagai Switch ........................................................................................ 44 MOSFET sebagai Switch ................................................................................................. 45 Rangkaian CMOS ............................................................................................................ 45 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 46 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 46 Memulai Percobaan ........................................................................................................ 46 Transistor BJT Sebagai Switch ....................................................................................... 46 MOSFET sebagai Switch ................................................................................................. 47 Mengakhiri Percobaan .................................................................................................... 50 Percobaan 5 Tahap Output Penguat Daya ........................................................................ 52 Tujuan .............................................................................................................................. 52 Tahap Output Penguat Kelas A ....................................................................................... 52 Penguat Kelas B Push-Pull ............................................................................................. 53 Penguat Kelas AB Push-Pull ........................................................................................... 55 Bacaan Lanjut.................................................................................................................. 55 Alat dan Komponen yang Digunakan .............................................................................. 56 Langkah Percobaan ......................................................................................................... 56 Penguat Kelas A .............................................................................................................. 56 Penguat pushpull kelas B................................................................................................. 58 Penguat pushpull kelas AB .............................................................................................. 59 Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional). ........................................ 60 Percobaan 6 Proyek Akhir ................................................................................................. 62 Tujuan .............................................................................................................................. 62 Persiapan ......................................................................................................................... 62 Kriteria Rancangan ......................................................................................................... 62 Instrumentasi dan Komponen .......................................................................................... 62 Waktu Pengerjaan ........................................................................................................... 62 Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE ................................................................. 64 Pendahuluan .................................................................................................................... 64 Struktur Bahasa(sintaks) SPICE ..................................................................................... 64 Deskripsi Sintaks Library di SPICE ................................................................................ 65 Contoh Deskripsi Rangkaian SPICE ............................................................................... 66 Hasil Analisis SPICE ....................................................................................................... 67 Analisis Waktu SPICE3 ................................................................................................... 67 Lampiran B Pengenalan EAGLE ........................................................................................ 68 Membuat Skematik ........................................................................................................... 68 iv

Daftar Isi Membuat Layout PCB ..................................................................................................... 71

v

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

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 Tata Usaha Laboratorium,



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

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

vi



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



Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten,



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


Setelah Praktikum Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus 

Memastikan BCL 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),



Mengunggah file laporan melalui web 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 Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per kelompok dangan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut: 

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



Setiap praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke [email protected] . Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, sehari 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. 1. Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat

vii

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi.

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.

viii


ix

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

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.

x



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.

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium 

Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum.

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. xi

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium 

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.



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

xii

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

xiii

Tabel Sanksi Praktikum Lab Dasar Teknik Elektro Berlaku mulai: 29 Agustus 2016 Kasus

Level Akademik

Saat dan setelah praktikum

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

Sanksi Gugur praktikum

Pengurangan nilai per modul

Tidak hadir praktikum Terlambat hadir praktikum

Berat

Saat praktikum

Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu Tugas pendahuluan tidak dikerjakan/hilang/tertinggal

Gugur modul

Pertukaran jadwal tidak sesuai aturan/ketentuan Tidak mempelajari modul sebelum praktikum/tidak mengerti isi modul Saat Praktikum

Ringan

Dikeluarkan dari praktikum

-25 nilai akhir

BCL tertinggal/hilang

-100% nilai BCL

Name Tag tertinggal/hilang

-10 nilai akhir

Kartu praktikum tertinggal/hilang Kartu praktikum tidak lengkap data dan foto Loker tidak dikunci/kunci tertinggal Tidak minta paraf asisten di BCL/kartu praktikum

-25 nilai akhir

Terlambat mengumpulkan laporan Setelah Praktikum

-25 nilai akhir

Terlambat mengumpulkan BCL Tidak bawa kartu praktikum saat pengumpulan BCL Tidak minta paraf admin saat pengumpulan BCL

-10 nilai akhir -10 nilai akhir -25 nilai akhir -1/min nilai akhir, maks -50 -1/min nilai BCL, maks -50 -50 nilai 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.

xiv

Tabel Sanksi Praktikum Lab Dasar Teknik Elektro

xv

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

Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini.

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

Petunjuk Praktikum Elektronika

1

Percobaan 1 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. 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. 2

Percobaan 1

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. 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.


3

Percobaan 1

C

R

Gambar 3 Rangkaian clamper

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 )

Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. 2. Lakukan kalibrasi osiloskop

Karakteristik Dioda 3. Dengan menggunakan generator sinyal dan kit praktikum susun rangkaian seperti Gambar di bawah ini. Lalu hubungkan osiloskop untuk pengamatan rangkaian. Sinyal yang digunakan adalah sawtooth atau sinusoidal. Untuk mengawali, gunakan DC offset nol untuk sinyal dari generator sinyal.

4

Percobaan 1

Gambar 4 Pengukuran karakteristik dioda 4. Gunakan mode X-Y untuk mengamati sinyal 5. Tekan tombol invert untuk channel B 6. Amati dan catat tegangan cut-in, tegangan break-down, dan gambarkan bentuk karakteristik arus-tegangan dioda silikon (perhatikan detail gambar pada saat menggambar). 7. Ulangi langkah 2 untuk jenis dioda lainnya: Dioda Germanium dan Dioda Silikon Zener. 8. Catat semua pengamatan pada buku log praktikum.

Penyearah dan Filter 9. 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. 10. 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 Petunjuk Praktikum Elektronika

5

Percobaan 1 11. Ulangi langkah 10 untuk suatu nilai C konstan, ubah-ubahlah besarnya beban (minimum 2 nilai resitansi). 12. 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 13. 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. 14. 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. 15. 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. 16. 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.

6

Percobaan 1

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.

18. Lakukan analisis terhadap hasil yang anda peroleh.

Rangkaian Clipper D1

5V

D2

5V

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



Tegangan DC : 5 Volt dari sumber tegangan DC

20. Amati dengan menggunakan Osiloskop sinyal output yang diperoleh dan gambarkan bentuk sinyalnya. Petunjuk Praktikum Elektronika

7

Percobaan 1 21. Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. Lakukan pengamatan seperti pada langkah 19.

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

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.

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). 8

Percobaan 1 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 Catatan Breakdown [V]

Silikon Germanium Zener

Tabel Pengamatan Penyearah dan Filter Rangkaian Diamati

Resistansi [Ω]

Kapasitans i [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

Penyearah gelombang penuh 2 dioda dengan Kapasitansi C konstan


9

Percobaan 1 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.

10

Percobaan 1


11

Percobaan 2

Percobaan 2 Karakteristik dan Penguat BJT Tujuan 

Memahami karakteristik transistor BJT



Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan



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


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.

12

Transistor BJT NPN p

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.


13

Percobaan 2

Dari 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.

Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan kemiringan dari kurva di atas, yaitu gm 

14

I C VBE

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

IC

VCE

VBE

VCB

Bias B-C Bias B-E

Aktif

=VBE+VCB

~0.7V

0

Reverse

Saturasi

=.IB Max

~ 0V

~0.7V

Cut-Off

~0

=VBE+VCB

0

Forward Forward 0.7V
Forward

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

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.


15

Percobaan 2

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.

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.

16

Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah: Ri = RB // rπ 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 ≈ RC 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 ≈ RC 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.


17

Percobaan 2

Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah: Ri  re Resistansi outputnya adalah: Ro  RC Faktor penguatan keseluruhan adalah: Av 

Ri Gm( RC // RL) Ri  Rs

dengan, 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.

Pada konfigurasi ini berlaku: 18

Resistansi input: Ri  r  (   1) RL Resistansi output: Ro  re Faktor penguatan: Av 

( Rs // RB )  1

RL RL  Ro


Sumber tegangan DC



Generator Sinyal



Kit Penguat Transistor



Sumber arus konstan



Multimeter (3 buah)



Sumber arus konstan



Kabel-kabel



Resistor Variabel



Osiloskop



PEAK Atlas DCA Pro

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.


19

Percobaan 2

Gambar PEAK Atlas DCA Pro

Gambar Icon DCA Pro

Gambar Jendela Aplikasi DCA Pro

Karakteristik Input Transistor IC-VBE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VBE , atur pengaturan tracing Vcc 0-10V dengan point 11, IB 25-100µA 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 0-10V dengan point 11, IB 25-100µA 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. 20

iC IC2 IC1 vCE 0

-VA

VCE1

VCE2

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.

Pengaruh Bias pada Penguat Transistor 1. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop) a. Gelombang Sinusoid ~1KHz. b. Amplituda sinyal 50 mVpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang kecil) c. Gunakan T konektor pada terminal output. 2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini. A

RC C

+

9Vdc 10 V

-

B Generator + Sinyal -

Sumber Arus

E

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. Gunakan setting osiloskop : -

Skala Ch-1 pada nilai 10mV/div dengan kopling AC,

-

Skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC,


21

Percobaan 2 -

Osiloskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500µS/div.

-

Titik nol Ch-1 dan titik nol Ch-2 pada garis tengah layar.

5. Gunakan multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari VCE. 6. Set IB pada 25µA (minimum sumber arus). 7. Set RC minimum (short). 8. Baca dan catat tegangan VCE kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output. 9. 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-8 terjadi. 10. Ulangi langkah 7-10. Untuk nilai-nilai IB : 200µA dan 400µA. 11. Ubah nilai RC menjadi 5KΩ. Ulangi langkah 8-10 untuk nilai RC ini. 12. Ubah nilai IB menjadi 150µA. Atur nilai RC sehingga VCE yang terbaca di multimeter sekitar 5V. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop. Dari nilai I B 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 kondisi ini terjadi. 13. Naikkan amplitude input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya. 14. Naikkan lagi amplituda input. Amati apakah amplituda gelombang output masih bisa membesar, dan catat nilai maksimum amplituda tersebut.

Tegangan Bias dan Parameter Penguat 1. Susun rangkaian seperti gambar di bawah dengan nilai-nilai komponen sebagai berikut:

22

Q  2 N 2222 RB1  150 k RB 2  20 k RL  10 k RC  10 k RE  1k C1  C 2  C 3  10 F VCC  10 V VCC

RC C2

RB1

C1

Z Q 2N222

X RB2

Y 1k

RE C3

3. Ukurlah IC , IB dan IE dan catat pada tabel di bawah ini. Kemudian dengan nilai tersebut dan nilai komponen yang digunakan hitung parameter-parameter transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini dan tuliskan pada tabel yang tersedia Besaran Ukur

Nilai

IC IB IE

Parameter

Formula

Nilai Model Ekivalen Transistor

gm 

gm 

 

IC VT

IC IB


23

Percobaan 2 r re

r  re 

 gm VT IE

Penguat CE Av

Av  

 ( RC // RL // ro ) r  RS

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 Av

Av 

Rin

Ri  r  (   1) RL

Rout

Ro  re

RL RL  Ro

( Rs // RB )  1

Common Emitter A. Faktor Penguatan 1. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp = 10-20 mV dan frekuensi 10 kHz.

24

2. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. 10V

150kΩ R 50Ω

Generator Sinyal

X

RB1

10kΩ

C2

RC

Y

C1 Q 2N222 10μF 10kΩ

10μF 20kΩ

RL

RB2

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. 10V

150kΩ R 50Ω Generator Sinyal

RB1

10kΩ

RC

C2

C1 Q 2N222 10μF 20kΩ

10μF 10kΩ

RB2 1kΩ

R

10μF

C3

7. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan mengganti nilai RC dan RL menjadi 5k seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.


25

RL

Percobaan 2 10

150k R 50

RB

R

C 10μ

Q

5kΩ

10μ 20k

Generator Sinyal

5kΩ

C R

RB 1k

R

10μ

C

8. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang sumber arus seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 10V

150kΩ R

50Ω Generator Sinyal

RB1

5kΩ

RC

C2

C1 Q 2N222 10μF 5kΩ

10μF 100kΩ

RL

RB2

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

C1 Q 2N222 10μF 5kΩ

10μF 100kΩ

RB2

C3 10μF

26

C2

RL

B. Resistansi Input 10. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian. 11. Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar V pp = 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.

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 Rsi g 50Ω

Rvar

v

Generator Sinyal

i R

RB1

C 1

5kΩ

C2

RC

Q 2N222

10μF 100kΩ

10μF 5kΩ

RB2

C3

RL

10 μF

i

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.


27

Percobaan 2 10V

150kΩ

RB1

5kΩ

C2

RC

C1

Rsig

Q 2N222 50Ω

10μF

vo

10μF

Generator Sinyal

Rvar

100kΩ

RB2

C3

10 μF

Ro

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

33kΩ

C3

RB2 R 1kΩ

10μF 5kΩ

RL

Rsig

10μF 50Ω

Generator Sinyal

20. Amati dan gambar gelombang di titik kolektor dan emiter menggunakan osiloskop. 28

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 RC dan RL menjadi 5k. 24. Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti resistor 1k menjadi sumber arus dengan arus 0.5 mA. Amati untuk nilai RC dan RL 10 k dan 5 k. 10V

150kΩ

RB1

5kΩ

RC

C2 10μF

Q 2N222

33kΩ

C1

C3

RB2

10μF

RL

5kΩ Rsig

10μF 50Ω

Generator Sinyal

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

33k

C

RB R 1k

Rsi

10μF

5kΩ

RL

50

vi

Ri


29

Percobaan 2

C. Resistansi Output 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di bawah ini. 10V

150kΩ

RB1

5kΩ

RC

C2 10μF

Q 2N222

C1

33kΩ

C3

RB2

10μF

Rvar Rsig

10μF 50Ω

R

vo

1kΩ

R Generator Sinyal

Common Collector A. Faktor Penguatan 27. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut. 10V

150kΩ

RB1

C1

R

Q 2N222 50Ω

Rvar vi

Generator Sinyal

10μF 20kΩ

C2 RB2

10μF 1kΩ

RE1

1kΩ

RE2

Ri

28. Amati dan gambar gelombang di titik base dan emiter menggunakan osiloskop. 29. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum.

30

30. Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo mulai terdistorsi. Catat tegangan vi. 31. Ulangi dengan mengganti resistor 1 k dengan sumber arus seperti gambar berikut.

B. Resistansi Input 32. 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

20kΩ

C2 RB2

10μF 1kΩ

RE1

1kΩ

RE2

Ri

C. Resistansi Output 33. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di percobaan A.

Analisis dan Kesimpulan 34. Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda.

Mengakhiri Percobaan 35. 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). 36. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.


31

Percobaan 2 37. 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. 38. 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 Daerah cutoff IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V Daerah aktif IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V Daerah saturasi IB =………… mA IC =…….. mA VCE =……..V VBE = …….. V

32

Vout


33

Percobaan 3

Percobaan 3 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


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.

34

Percobaan 3

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.

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. Petunjuk Praktikum Elektronika

35

Percobaan 3 Formula parameter penguat untuk dua konfigurasi yang digunakan dijelaskan dalam tabel berikut. 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


Sumber tegangan DC

(2buah)



Generator Sinyal

(1 buah)



Osiloskop

(1 buah)



Multimeter

(3 buah)



Kabel-kabel



Kit Penguat Transistor



Peak Atlas DCA Pro

(1buah)

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).

36

Percobaan 3

Gambar 7: PEAK Atlas DCA Pro

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 kakikaki MOSFET yang terbaca oleh alat Atlas DCA Gambar 8: Icon Gambar 9: Jendela aplikasi DCA Pro. DCA Pro Pro

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.

Gambar 10: 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.

Gambar 11: Pengaturan pembuat grafik ID vs VDS


37

Percobaan 3 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. Persamaan load line 𝑖𝐷,𝑙𝑜𝑎𝑑 𝑙𝑖𝑛𝑒 𝑉𝐷𝐷 1 = − 𝑣 𝑅𝐷 𝑅𝐷 𝐷𝑆 Sehingga garis akan memotong sumbu 𝑖𝐷 pada nilai 𝑖𝐷 = Gambar 13: Penentuan nilai Gambar 12: Penentuan Titk Kerja 𝐠 𝐦 dengan metoda kurva Q. 𝐈𝐃 𝐯𝐬 𝐕𝐆𝐒

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

38

𝑉𝐷𝐷 𝑅𝐷

.

Percobaan 3

Gambar 14: 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.

Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. 10 V

1.2MΩ Rsig

50Ω Generator Sinyal

RB1

10kΩ

RD

C2

C1 Vo o 10kΩ

10μF

10μF 330kΩ

Vi RB2 1kΩ

R

10μF

C3

2.

Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor.

3.

Tentukan penguatannya (Av = Vo/Vi).


RL

39

Percobaan 3 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

RB1

10kΩ

RD

C2

C1

Rsig

10μF

50Ω

10μF 100kΩ

Generator Sinyal

10kΩ RB2 10μF

C3

7. Ulangi langkah 2-5. 8. Ulangi langkah 1-6 dengan mengganti nilai RC dan RL sebesar 5k.

B. Resistansi Input 7. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada inputnya seperti pada gambar di bawah ini. VDD

1.2MΩ Rvar

Rsig

10kΩ

RD

C2

C1 10μF

50Ω

vi 10μF 330kΩ

Generator Sinyal

10kΩ RB2 1kΩ

Ri

40

RB1

R

10μF

C3

RL

RL

Percobaan 3 8. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor. 9. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable. 10. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rin = Rvar. 11. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

C. Resistansi output 12. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini. VDD

1.2MΩ Rsig 50Ω Generator Sinyal

RB1

10kΩ

RD

C2

C1 10μF

vo

10μF 330kΩ

Rvar RB2

Ro 1kΩ

R

10μF

C3

13. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor. 14. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. 15. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rout = Rvar. 16. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

Penguat Common Gate 17. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini.


41

Percobaan 3 VDD

1.2M RB

10k

RD

C 10μ

10μ

C

330k

10μ

Rsi

C

50

RB 1k

R

10k

RL

Penguat Common Drain 18. 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 Generator Sinyal

RB1

C1 10μF 330kΩ

Vi

C2

RB2

10μF 1kΩ

RS1

Vo

10kΩ RL

Mengakhiri Percobaan 33. 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). 34. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 35. 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. 42

Percobaan 3 36. 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.


43

Percobaan 5

Percobaan 4 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


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 berpindah-pindah dari daerah saturasi (switch dalam keadaan “on”) ke daerah cut-off (switch dalam keadaan “off”). Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.

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

44

Percobaan 5

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.

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.


45

Percobaan 5


Sumber tegangan DC

(1 buah)



Osiloskop

(1 buah)



Kit Transistor sebagai Switch

(1 buah)



Multimeter Analog dan Digital

(2 buah)



Kabel-kabel

(2 buah)

Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum.

Transistor BJT Sebagai Switch Vcc

Vcc

Rc IC

Relay

A

Lampu 12 V VCE

Rvar 100 k

IB

V

A

V

VBE

2. Susun rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VCC = 12 Vdc. 3. Posisikan Rvar pada nilai minimum (VBE=0). Catat harga VCE awal. 4. Naikan tegangan di Base (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala (relay bekerja). 5. Tepat pada saat lampu menyala, catat harga: IB, IC, VBE dan VCE. 6. Naikkan tegangan di Base (dengan memutar Rvar), catat IB dan IC. Tentukan tiga nilai pengukuran antara saat lampu menyala sampai potensiometer Rvar maksimum. 7. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga IB, IC, VBE dan VCE yang menyebabkan lampu padam. 46

Percobaan 5 8. Ulangi langkah 3 sampai 7 dengan beberapa VCC lain (11, 10, 9 VDC, dll). 9. Gambarkan kurva yang menunjukkan VBE minimum yang menyebabkan Saturasi, VBE maksimum yang menyebabkan Cut-Off, dan beberapa nilai VCC & VCE yang berbeda-beda dalam satu grafik.

MOSFET sebagai Switch A. N-MOS 1. Cara Multimeter 10. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 Vdc. Vdd

Rd 2,2K Id D

Rvar

Vds

G

100K

Vgs s

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.

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


47

Percobaan 5 Vdd

Rd

+

D G

+

Vout

Vin s

-

-

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

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). 48

Percobaan 5 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.

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.


49

Percobaan 5

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.

50

Percobaan 5


51

Percobaan 5

Percobaan 5 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).

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

Gambar 1 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

52

Percobaan 5 memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh 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 2.

Gambar 2 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.

Percobaan 5

Gambar 3 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 54

Percobaan 5 output sama dengan tegangan 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 4 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 5 Penguat pushpull kelas AB dengan dioda untuk pemberi tegangan bias

Bacaan Lanjut Sedra, A dan Smith, K. Microelectronic Circuits, International 6th Edition, Oxford University Press, 2011 Bab 4 Transistor BJT dan Bab 13 Tahap Output dan Penguat Daya.

Percobaan 5

Alat dan Komponen yang Digunakan a. b. c. d. e. f. g.

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

Langkah Percobaan

Penguat Kelas A Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada Gambar 1. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1 = 5,6k, R2 = 1,2k, R3 = 1,2, RL = 56 W, Q1 = Q2 =BD139, dan VCC = 6V. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp 1KHz.

Gambar 6 Rangkaian pengamatan penguat kelas A

56

Percobaan 5 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. 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.

Percobaan 5

Penguat pushpull kelas B Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 3. Komponen yang digunakan transistor Q1

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 4. 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 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.

58

Percobaan 5 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 5 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. 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.

Percobaan 5 10. 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.

Disipasi pada (Opsional).

Transistor

dan

Rangkaian

Termal

Susunlah rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 2 dengan resistansi R1 5,6k, R2 1,2k, R3 1,2 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. 11. 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. 12. Turunkan tegangan –VCC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan ukur arus serta temperatur seperti di atas. 13. Ulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal.

5.

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).

60

Percobaan 5

Percobaan 6

Percobaan 6 Proyek Akhir Tujuan 

Merancang sebuah penguat berdasarkan pengetahuan komprehensif yang telah didapatkan pada percobaan-percobaan sebelumnya

Persiapan Pelajari lagi 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 telah ditentukan oleh kordinator laboratorium/asisten. Keterangan lebih lengkapnya tersedia di http://labdasar.ee.itb.ac.id

Instrumentasi dan Komponen Instrumentasi dan komponen akan disediakan oleh laboratorium dasar sesuai dengan tugas perancangan yang didapatkan.

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

62

Percobaan 6


63

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

64

Lampiran A ◦

Gunakan rujukan tegangan dan arah arus untuk rujukan tegangan positif dan negatif

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

65

Lampiran A

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

. 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.

66

Lampiran A 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 kakipositif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan nilai tegangannya dalam satuan ampere. 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

67

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.

68

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.

69

Lampiran B Gambar 4. Menambahkan transistor dari Library 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. 70

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. 71

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

72

Lampiran B

Membuat PCB File layout PCB anda (*.brd) dapat dijadikan PCB di tempat-tempat pembuatan PCB di Bandung : 1. Multikarya, di Terusan Jalan Jakarta 2. SELC, di Jalan Jakarta 3. Spectra, di jalan Ahmad Yani Dengan harga dan spesifikasi masing-masing.

73

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA

Recommend Documents