MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA. Oleh: Achmad Fiqhi Ibadillah

Transkripsi

1 MODUL PRAKTIKUM ELEKTRONIKA Oleh: Achmad Fiqhi Ibadillah PROGRAM STUDI S1 TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS TRUNOJOYO MADURA

2 PERCOBAAN 1 PENYEARAH SETENGAH GELOMBANG (HALF-WAVE RECTIFIER) 1.1 Tujuan : 1) Observasi dan pengukuran bentuk gelombang output dari rangkaian penyearah setengah gelombang. 2) Pengukuran tegangan rata-rata, efektif dan faktor ripple dari penyearah setengah gelombang. 1.2 Peralatan yang digunakan : 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter ac dan dc 3) Voltmeter ac dan dc 4) Oscilloscope 1.3 Dasar Teori : Diode adalah suatu device yang melewatkan arus hanya untuk satu arah (one way). Hal ini dapat diilustrasikan seperti aliran air pada suatu valve pada gambar 1.1 berikut : Gambar 1.1: Aliran satu arah (one way) Bias adalah suatu cara untuk mengontrol arus, dengan cara memberikan supply tegangan ke suatu device semiconductor, seperti halnya diode. Apabila tegangan supply positip (+) dihubungkan ke kutub anode dan tegangan supply negatip (-) dihubungkan ke kutub katode, maka disebut dengan forward bias. Sebaliknya jika tegangan supply positip(+) dihubungkan ke kutub katode dan tegangan supply negatip (-) dihubungkan ke kutub anode, maka disebut dengan reverse bias. 1

3 Gambar 1.2: Simbol diode dengan kutub-kutubnya Gambar 1.3: Rangkaian bias diode Gambar 1.4 menggambarkan prosesterjadinya output setengah gelombang hasil dari penyearahan dioda yang diasumsikan ideal. Dari gambar tersebut terlihat bahwa ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang positip, dioda dibias forward,sehingga arus mengalir ke beban resistor (RL). Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang mempunyai bentuk sama dengan tegangan input (Vin) setengah gelombang positip. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang negatip, maka dioda dibias reverse, sehingga tidakada arus yang mengalir ke beban RLyang menyebabkan tidak ada tegangan pada RL(0 Volt). Demikian seterusnya, sehingga membentuk deretan setengah gelombang (half-wave). 2

4 Gambar 1.4: Proses penyearahan setengah gelombang (half-wave) Nilai rata-rata (average value) atau nilai dc dari HW Nilai rata-rata dari output penyearahan setengah gelombang tegangan adalah nilai yang didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan voltmeter dc. Gambar 1.5: Nilai rata-rata penyearahan setengah gelombang Nilai rata-rata dari penyearahan setengah gelombang sinus, adalah luasan dibawah kurva dibagi dengan perioda (T=2π). Persamaan untuk gelombang sinus adalah : 3

5 1.3.2 Nilai effektif (rms) dari tegangan ripple HW Bentuk gelombang yang didapat dari hasil penyearahan setengah gelombang sinus merupakan gelombang yang mempunyai komponen dc dan ac, yang dapat dituliskan sebagai berikut : Sehingga nilai effektif (rms) dari komponen ac adalah : Dimana V(rms) adalah nilai rms dari total tegangan. Untuk sinyal hasil penyearahan setengah gelombang sinus adalah : Faktor ripple (r) untuk HW Faktor ripple adalah suatu indikasi ke-efektifan suatu filter yang didefinisikan : Prosentase ripple untuk sinyal HWdapat dihitung sebagai berikut : 4

6 1.4 Pengetesan diode dengan ohmmeter Gambar 1.6: Pengetesan diode dengan ohmmeter Ohmmeter mengukur arus pada kaki-kaki probe-nya yang mengenai obyek yang disentuhnya. Kemudian ohmmeter mengestimasi besarnya resistansi obyek berdasarkan besarnya arus dan tegangan batteray internalnya. Tegangan diantara kaki-kaki probe-nya lebih besar dari 0.7 Volt. Sedangkan arus yang melalui kaki-kaki probe-nya hanya beberapa miliampere saja, sehingga tidak cukup besar untuk dapat merusakkan diode 1.5 Rangkaian Percobaan : Gambar 1.7: Rangkaian penyearah setengah gelombang (HW) 5

7 1.6 Prosedur Percobaan dan Tugas : 1) Rangkaikan seperti pada gambar 1.7 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard. 2) Dengan menggunakan Oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 3) Dari gambar yang dihasilkan oleh oscilloscope pada step ke (2) hitunglah nilai tegangan puncak input (Vp in) dan output (Vp out), dan tuliskan pada tabel ) Hitunglah tegangan barier dioda, yaitu selisih dari tegangan puncak input dan output, dan tuliskan hasilnya pada tabel ) Dengan menggunakan voltmeter dc ukurlah tegangan output (Vodc), dan tuliskan pada tabel ) Hitunglah tegangan output dc dari penyearahan setengan gelombang, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel ) Dengan menggunakan voltmeter ac yang diseri dengan kapasitor, ukurlah tegangan output efektif atau tegangan ripple rms, [Vr (rms)], dan tuliskan pada tabel ) Hitunglah tegangan ripple efektif (rms) untuk penyearahan setengah gelombang, dan tuliskan hasilnya pada tabel ) Hitunglah faktor ripple untuk penyearahan setengah gelombang dari hasil pengukuran step (7) 6

8 dengan hasil pengukuran step (5), kemudian tuliskan hasilnya pada tabel ) Dari hasil pengukuran dan perhitungan pada tabel 1.1 dan 1.2, berikan kesimpulan yang didapat dari percobaan ini. Untuk R L = 470R Tabel 1.1: Data pengukuran tegangan input, output dan barier Tegangan puncak (peak) input, Vp in Tegangan puncak (peak) output, Vp out Tegangan barier dioda, VF.... V.... V.... Vrms Tabel 1.2: Data pengukuran dan perhitungan tegangan output & faktor ripple Pengukuran Perhitungan Tegangan output dc, Vo dc.... V.... V Tegangan ripple HW, Vr (rms).... Vrms.... Vrms Faktor ripple, r.... % 121 % Untuk R L = 10K Tabel 1.1: Data pengukuran tegangan input, output dan barier Tegangan puncak (peak) input, Vp in Tegangan puncak (peak) output, Vp out Tegangan barier dioda, VF.... V.... V.... Vrms Tabel 1.2: Data pengukuran dan perhitungan tegangan output & faktor ripple Pengukuran Perhitungan Tegangan output dc, Vo dc.... V.... V Tegangan ripple HW, Vr (rms).... Vrms.... Vrms Faktor ripple, r.... % 121 % 7

9 PERCOBAAN 2 FULL-WAVE RECTIFIER DENGAN FILTER KAPASITOR 2.1 Tujuan : 1) Observasi dan pengukuran bentuk gelombang output full wave dari rangkaian filter kapasitor. 2) Pengukuran tegangan rata-rata, efektif dan faktor ripple dari filter kapasitor. 2.2 Dasar Teori : Penyearah gelombang penuh dengan trafo CT Gambar 2.1: Proses penyearahan gelombang penuh dengan trafo CT Gambar 2.1 menggambarkan prosesterjadinya output gelombang penuh hasil dari penyearahan dioda yang diasumsikan ideal dengan menggunakan trafo center-tapped (CT). Dari gambar tersebut terlihat bahwa ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang positip, dioda D1 dibias forward, dan dioda D2 dibias reverse, sehingga arus mengalir dari CT trafo melalui D1 ke beban RL, sedangkan D2 open. Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang mempunyai bentuk sama dengan tegangan input (Vin) setengah gelombang positip. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang negatip, maka dioda D2 dibias forward, dan dioda D1 dibias reverse, sehingga arus mengalir dari CT trafo melalui D2 ke beban RL, sedangkan D1 open. Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang mempunyai bentuk setengah gelombang positip. Demikian seterusnya, sehingga membentuk deretan gelombang penuh (full-wave). 1

10 2.2.2 Penyearah gelombang penuh metoda bridge Gambar 2.2: Proses penyearahan gelombang penuh metoda bridge Gambar 2.2 menggambarkan prosesterjadinya output gelombang penuh hasil dari penyearahan dioda yang diasumsikan ideal dengan metode bridge. Dari gambar tersebut terlihat bahwa ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang positip, dioda D1dan D2 dibias forward, sedangkan dioda D3 dan D4 dibias reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL melalui D1 dan D2. Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang mempunyai bentuk sama dengan tegangan input (Vin) setengah gelombang positip. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang negatip, maka dioda D3 dan D4 dibias forward, sedangkan dioda D1dan D2 dibias reverse, sehingga arus mengalir ke beban RL melalui D3 dan D4. Arus ini akan menghasilkan tegangan pada beban RL yang mempunyai bentuk setengah gelombang positip. Demikian seterusnya, sehingga membentuk deretan gelombang penuh (full-wave) Nilai rata-rata (average value) atau nilai dc dari FW Nilai rata-rata dari output penyearahan tegangan gelombang penuh adalah nilai yang didapat dari hasil pengukuran dengan menggunakan voltmeter dc. Nilai rata-rata dari penyearahan gelombang penuh 2

11 (FW) sama dengan dua kali nilai rata-rata dari penyearahan setengah gelombang (HW) Nilai effektif (rms) dari tegangan ripple FW Bentuk gelombang yang didapat dari hasil penyearahan gelombang penuh sinusoida merupakan gelombang yang mempunyai komponen dc dan ac, yang dapat dituliskan sebagai berikut : Sehingga nilai effektif (rms) dari komponen ac adalah : Dimana V(rms) adalah nilai rms dari total tegangan. Untuk sinyal hasil penyearahan gelombang penuh sinusoida adalah : Faktor ripple (r) untuk FW Faktor ripple adalah suatu indikasi keefektifan suatu filter yang didefinisikan : Prosentase ripple untuk sinyal FW dapat dihitung sebagai berikut : Filter kapasitor untuk half wave (HW) 3

12 Gambar 2.3 : Proses penyearahan HW dengan filter kapasitor Gambar 2.3 menggambarkan proses terjadinya output HW dengan filter kapasitor. Dari gambar 2.3(a) terlihat bahwa ketika tegangan input sinusoida (Vin) seperempat gelombang positip, dioda dibias forward, sehingga kapasitor terisi muatan (charge) sebesar Vp(in) - 0,7 Volt. Ketika tegangan input mulai menurun, maka kapasitor membuang muatan (discharge) ke beban, seperti ditunjukkan padagambar 2.3(b). Pembuangan muatan kapasitorini terjadi selama diode terbias reverse. Sedangkan laju pembuangan muatan ini ditentukan oleh konstanta waktu Ketika besarnya tegangan input kembali lebih besar 0,7 Volt dari tegangan muatan kapasitor, maka dioda dibias forward dan terjadi proses pengisian kembali, seperti ditunjukkan pada gambar 2.3(c). Demikian seterusnya, sehingga membentuk tegangan ripple half wave. 4

13 2.2.4 Tegangan ripple Variasi tegangan output yang disebabkan oleh proses pengisian dan pembuangan muatan kapasitor (charge dan discharge) disebut dengan tegangan ripple. Secara umum, ripple adalah tidak diinginkan, sehingga, proses filtering adalah upaya untuk menghasilkan ripple yang lebih kecil. Gambar 2.4: Perbandingan tegangan ripple untuk HW dan FW Faktor ripple (r) untuk filter kapasitor Faktor ripple adalah suatu indikasi ke-efektifan suatu filter yang didefinisikan : Gambar 2.5: Tegangan ripple untuk FW (Vr(p-p) dan VDC) Untuk menyederhanakan perhitungan, tegangan ripple pada gambar 2.5 dapat didekati dengan bentuk gelombang segitiga (triangular ripple waveform). Sehingga nilai rms untuk gelombang tegangan segitiga adalah : Tegangan ripple dapat dievaluasi dengan menggunakan rumusan kapasitansi 5

14 Substitusi kedalam persamaan tegangan rms, didapat : Faktor ripple untuk filter kapasitor dapat dituliskan : 2.3 Peralatan yang digunakan : 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter ac dan dc 3) Voltmeter ac dan dc 4) Oscilloscope 2.4 Rangkaian Percobaan : Gambar 2.6: Rangkaian filter kapasitor 2.5 Prosedur Percobaan dan Tugas : 1) Rangkaikan seperti pada gambar 2.6 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard. 2) Dengan menggunakan Oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 6

15 Gambar 2.7: Tegangan output pada oscilloscope 3) Dari gambar yang dihasilkan oleh oscilloscope pada step ke (2) hitunglah nilai tegangan puncak output (Vp out) dan tegangan ripple peak-to-peak (Vr p-p), dan tuliskan pada tabel ) Dengan menggunakan voltmeter dc ukurlah tegangan output (Vodc), dan tuliskan pada tabel ) Hitunglah tegangan output dc dari filter kapasitor, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel ) Ukurlah tegangan ripple effektif [Vr(rms)] dengan menggunakan voltmeter ac yang di seri dengan kapasitor, dan tuliskan pada tabel ) Hitunglah tegangan ripple efektif [Vr(rms)] untuk filter kapasitor, dan tuliskan hasilnya pada tabel ) Hitunglah factor ripple (dalam prosen) untuk filter kapasitor dari hasil pengukuran step (6) dan (4), dan tuliskan hasilnya pada tabel ) Hitunglah factor ripple (dalam prosen) untuk filter kapasitor dengan persamaan dibawah ini, dan tuliskan hasilnya pada tabel ) Dari hasil pengukuran dan perhitungan pada tabel 2.1 dan 2.2 berikan kesimpulan yang didapat dari percobaan ini. 7

16 Untuk C = 10uF, C = 100uF dan C = 1000uF Tabel 2.1: Data pengukuran tegangan dengan oscilloscope Tabel 2.2: Data pengukuran tegangan dan faktor ripple Tugas Modul 1. Buatlah rangkaian seperti gambar berikut ini di proteus, simulasikan dan print screen untuk capasitor 1 uf, 10 uf, 100 uf dan 1000 uf disertai analisa tiap gambarnya. 2. Berikan kesimpulan dari percobaan tersebut. 8

17 PERCOBAAN 3 DIODE ZENER DAN REGULASI TEGANGAN 3.1 Tujuan : 1) Observasi dan pengukuran karakteristik diode zener. 2) Mendemonstrasikan diode zener yang digunakan sebagai regulator tegangan sederhana. 3.2 Dasar Teori : Diode zener Sebagian besar penggunaan diode zener adalah untuk regulator tegangan pada dc power supplies. Diode zener adalah device pn junction silicon yang berbeda dengan diode rectifier,karena diode zener beroperasi pada daerah reverse. Pada gambar 3.1 ditunjukkan kurva karakteristik diode zener. Dari kurva tersebut terlihat bahwa, ketika diode mencapai tegangan breakdown, maka tegangannya hampir dapat dikatakan konstan, meskipun terjadi perubahan arus yang besar. Gambar 3.1: Karakteristik kurva V-I dari diode zener yang umum Diode zener di desain untuk ber-operasi pada reverse breakdown. Kemampuan untuk menjaga tegangan konstan pada terminalnya adalah kunci utama dari diode zener. Nilai minimum arus reverse (IZK), harus dijaga agar diode tetap pada breakdown untuk dapat menghasilkan regulasi tegangan. Begitu juga arus maksimumnya (IZM) harus dijaga agar tidak melebihi power dissipasinya, yang dapat merusakkan diode Rangkaian Equivalen Diode Zener Pada gambar 3.2(a) memperlihatkan model ideal dari dioda zener pada reverse breakdown. Pada keadaan ini tegangan konstan yang diberikan oleh dioda sama dengan tegangan nominalnya. Pada 1

18 gambar 3.2(b) ditunjukan practical model (model dalam praktek) dari dioda zener, dimana terdapat resistansi zener (RZ). Karena kurva tegangan tidak benarbenar vertikal, maka perubahan arus zener menghasilkan perubahan kecil pada tegangan zener, seperti diilustrasikan pada gambar 3.2(c). Perbandingan antara tegangan dan arus zener adalah resistansi zener. Gambar 3.2: Rangkaian equivalen dioda zener Diode zener beroperasi pada nilai daya tertentu. Besarnya daya maksimum yang diperbolehkan, dispesifikasikan dengan power dissipasi dc [PD(max)]. Sebagai contoh, dioda zener dengan seri 1N746 mempunyai nilai PD(max) = 500 mw dan seri 1N3305A mempunyai nilai PD(max) = 50 W. Power dissipasi dc ditentukan dengan persamaan : Masing-masing diode zener mempunyai tegangan nominal VZ. Sebagai contoh, dioda zener dengan seri 1N4738 mempunyai nilai tegangan nominal VZ = 8,2 Volt, dengan toleransi 10 %, sehingga nilai tegangannya 7,38 Volt sampai dengan 9,02 Volt. Sedangkan arus dc maksimum untuk diode zener (IZM) dapat didekati dengan persamaan : 2

19 3.2.3 Regulasi Zener Dengan Tegangan Input Bervariasi Gambar 3.3 menggambarkan bagaimana diode zener dapat digunakan untuk meregulasi tegangan dc yang bervariasi. Apabila tegangan input bervariasi (dengan batasan tertentu), maka diode zener menjaga tegangan output pada terminalnya mendekati konstan. Gambar 3.3: Regulasi zener dengan variasi tegangan input Sebagai contoh, diode zener dengan nomor seri 1N4740 mempunyai spesifikasi : VZ = 10 Volt, IZK = 0,25 ma, dan PD(max)= 1 W. Arus dc maksimumnya dapat dicari dari data tersebut adalah Untuk arus minimum (IZK), maka tegangan minimum pada R= 220 Ω adalah 3

20 Contoh tersebut memperlihatkan bahwa diode zener dapat meregulasi tegangan input yang bervariasi mulai dari 10,055 V sampai dengan 32 V menjadi tegangan output yang mendekati 10 V Regulasi Zener DenganBeban yang Bervariasi Gambar 3.4 memperlihatkan regulator tegangan zener dengan beban resistor yang bervariasi. Dari rangkaian tersebut diode zener akan menjaga tegangan output pada RL mendekati konstan, sepanjang arus zener lebih besar dari IZK dan lebih kecil dari IZM. Gambar 3.4: Regulasi zener dengan variasi beban Ketika terminal output pada regulator zener adalah open (RL= ), maka arus bebannya adalah nol, sehingga semua arus melalui zener. Keadaan seperti ini disebutdengan tanpa beban (no load). Apabila terminal output pada regulator zener dihubungkan dengan RL, maka sebagian arus akan melewati zener, dan sebagian lain akan melewati beban RL. Apabila nilai RL dikurangi, maka arus beban IL akan bertambah dan arus zener IZ akan berkurang. Apabila nilai IZ minimum, atau sama dengan IZK maka arus beban menjadi maksimum. Pada keadaan ini disebut dengan beban maksimum (full load) Prosentase Regulasi Prosentase regulasi merupakan figure of merityang digunakan untuk menspesifikasikan kinerja dari suatu regulator tegangan. Untuk regulasi zener dengan tegangan input bervariasi, maka prosentase regulasi didefinisikan : 4

21 Sedangkan untuk regulasi zener dengan beban bervariasi, maka prosentase regulasi didefinisikan : 3.3 Peralatan yang digunakan : 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter dc 3) Voltmeter dc 4) DC Power supply 3.4 Rangkaian Percobaan : Gambar 3.5: Rangkaian percobaan regulasi zener 3.5 Prosedur Percobaan dan Tugas : 1) Rangkaikan seperti pada gambar 3.5 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard. 2) Pada percobaan kurva karakteristik zener, beban RL dilepas dan tegangan dari dc power supply di set pada 0 V. Ukurlah VZ dan IZ mulai dari 0 V, kemudian dinaikkan secara perlahan dengan step 1 V sampai mencapai kurang lebih 15 V, kemudian tuliskan datanya pada tabel 3.1. Usahakan arus zener IZ jangan sampai melebihi 50 ma. 3) Dari data pada tabel 3.1, gambarkan kurva karakteristik zener untuk kondisi bias reverse. 4) Dari gambar hasil langkah ke (3), carilah tegangan knee dan resistansi zener (RZ) dan catatlah hasilnya pada tabel ) Pada percobaan regulasi tegangan, pasangkan kembali beban RL(untuk beban penuh) kemudian ukurlah arus source IT, arus zener IZ, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh VO(FL), kemudian tuliskan datanya pada tabel

22 6) Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil dari langkah (4), hitunglah arus source IT, arus zener IZ, arus beban IL, dan tegangan output beban penuh VO(FL), kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 3.3 dan bandingkan kedua hasil tersebut. 7) Untuk pengukuran tanpa beban (no load), resistansi beban RL dilepas, kemudian ukurlah arus source IT, arus zener IZ, dan tegangan output tanpa beban VO(NL), dan catatlah datanya pada tabel ) Dengan memperhitungkan tegangan zener dan resistansi zener hasil dari langkah (4), hitunglah arus source IT, arus zener IZ, dan tegangan output tanpa beban VO(NL), kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 3.4 dan bandingkan kedua hasil tersebut. 9) Dari hasil langkah (5) sampai dengan (8), tentukan prosentase regulasi dari zener, kemudian tuliskan hasilnya pada tabel 3.3 dan 3.4 kemudian bandingkan kedua hasil tersebut. Tabel 3.1: Data pengukuran karakteristik zener Tegangan input, Vin (Volt) Tegangan zener, VZ (Volt) Arus zener, IZ (μa dan ma) 6

23 15 Tabel 3.2 : Tegangan knee dan resistansi zener Tegangan knee zener Resistansi zener (RZ).... Volt.... Ω Untuk : Vin = 15 Volt Tabel 3.3: Data zener regulator beban penuh Parameter Pengukuran Perhitungan Eror (%) IT IZ IL Vo(FL) Untuk : Vin= 15 Volt Tabel 3.4: Data zener regulator tanpa beban Parameter Pengukuran Perhitungan Eror (%) IT IZ Vo (NL) VR (%) 7

24 PERCOBAAN 4 RANGKAIAN CLIPPER DAN CLAMPER DENGAN DIODE 4.1 Tujuan : 1. Mendemonstrasikan cara kerja rangkaian clipper menggunakan diode. Diode clipper adalah rangkaian pembentuk gelombang (wave shaping) yang digunakan untuk melindungi tegangan sinyal diatas atau dibawah nilai tertentu. 2. Mendemonstrasikan cara kerja rangkaian clamper menggunakan diode. Diode clamper adalah rangkaian pembentuk gelombang (waveshaping) tetapi dengan menambahkan level dc pada bentuk gelombang. 4.2 Dasar Teori Clipper : Rangkaian clipper adalah rangkaian pembentuk gelombang (waveshaping) yang berfungsi memotong bentuk gelombang pada level dc tertentu. Ada beberapa konfigurasi dari rangkaian clipper, yaitu rangkaian clipper positif, clipper negative, clipper dengan bias tegangan positif dan clipper dengan bias tegangan negative Rangkaian Clipper Positif Rangkaian clipper positif adalah rangkaian clipper yang memotong level dc positif dari suatu bentuk gelombang, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.1. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang positif, maka diodadibias forward, sehingga arus mengalir pada diode, sehingga tegangan output adalah sebesar 0,7 Volt, yaitu merupakan tegangan barier dari diode. Gambar 4.1: Rangkaian Clipper Positif 1

25 4.2.2 Rangkaian Clipper Negatif Rangkaian clipper negatif adalah rangkaian clipper yang memotong level dc negatif dari suatu bentuk gelombang, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.2. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang negatif, maka dioda dibias reverse, sehingga arus mengalir ke beban, sehingga tegangan output adalah sebesar tegangan input. Gambar 4.2: Rangkaian Clipper Negatif Rangkaian Clipper dengan Bias Positif Rangkaian clipper bias positif adalah rangkaian clipper yang memotong level dc positif pada level tertentu sesuai dengan tegangan bias positif yang diberikan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.3. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang positif, maka dioda akan dibias forward jika Vin= VBIAS + 0,7 Volt. Gambar 4.3: Rangkaian Clipper dengan Bias Positif Rangkaian Clipper dengan Bias Negatif Rangkaian clipper bias negatif adalah rangkaian clipper yang memotong level dc negatif pada level tertentu sesuai dengan tegangan bias negatif yang diberikan, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.4. Ketika tegangan input sinusoida (Vin) setengah gelombang negative, maka dioda akan dibias reverse jika Vin= -VBIAS - 0,7 Volt. 2

26 Gambar 4.4: Rangkaian Clipper dengan Bias Positif 4.3. Dasar Teori Clamper: Rangkaian clamper adalah rangkaian pembentuk gelombang (waveshaping) yang berfungsi menggeser bentuk gelombang keatas dan ke bawah. Ada beberapa konfigurasi dari rangkaian clamper, yaitu rangkaian clamper positif dan clamper negative Rangkaian Clamper Positif Rangkaian clipper positif adalah rangkaian clamper yang menaikkan level dc positif dari suatu bentuk gelombang, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.5. Gambar 4.5: Rangkaian Clamper Positif Rangkaian Clamper Negatif Rangkaian clipper positif adalah rangkaian clamper yang menurunkan level dc negatif dari suatu bentuk gelombang, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.6. Gambar 4.6 : Rangkaian Clamper Negatif 3

27 4.4 Rangkaian Percobaan : Gambar 4.7: Skematik Diagram dari Rangkaian Percobaan Clipper Keterangan gambar : R = 15 kω, 0,25 Watt Potensiometer 5 kω Diode rectifier silicon : 1N Peralatan yang digunakan : 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) DC Power Supply 3) Signal generator 4) Oscilloscope 4.6 Prosedur Percobaan : 1) Dengan menggunakan breadboard, rangkaikan clipper positif seperti pada gambar 4.7A 2) Sebelum Signal generator dinyalakan, set-lah channel 1 dan 2 dari Oscilloscope pada skala 1 Volt / division, dc coupling dan time base = 1 ms / division. 3) Sebelum Signal generator dinyalakan, nyalakan terlebih dahulu oscilloscope set-lah posisi garis sinyal channel 1 dan 2 pada level yang sama yaitu zero volts. 4

28 4) Nyalakan signal generator dan aturlah amplitudo sinyal sebesar 6 V peak-to-peak, pada frekuensi 200 Hz. 5) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertasgrafik/millimeter.seperti yang ditunjukkan oleh gambar ) Matikan signal generator dan oscilloscope, kemudian balikkan polaritas dari diode sehingga menjadi rangkaian clipper negative seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7B. 7) Nyalakan kembali oscilloscope dan signal generator kemudian aturlah amplitudo sinyal tetap sebesar 6 V peak-to-peak, pada frekuensi 200 Hz. Gambar 4.8: Tegangan input dan output rangkaian clipper positif 8) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertasgrafik/millimeter.seperti yang ditunjukkan oleh gambar

29 Gambar 4.9: Tegangan input dan output rangkaian clipper negatif 9) Matikan signal generator dan oscilloscope, kemudian rangkaikan rangkaian clipper dengan bias positif seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7C. 10) Catukan supply tegangan sebesar 5 V pada potensiometer kemudian aturlah sehinga menghasilkan tegangan dc sebesar +1,5 V, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7C. 11) Nyalakan kembali oscilloscope dan signal generator kemudian aturlah amplitudo sinyal tetap sebesar 6 V peak-to-peak, pada frekuensi 200 Hz. 12) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 13) Atur-aturlah potensiometer sampai mencapai nilai-niai yang ekstrim, kemudian amatilah display oscilloscope, apa yang tejadi? 14) Matikan signal generator, power supply dan oscilloscope, kemudian balikkan polaritas diode dan power supply sehingga menjadi rangkaian clipper dengan bias negatif seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7D. 15) Aturlah supply tegangan sebesar - 5 V pada potensiometer, kemudian aturlah sehinga menghasilkan tegangan dc sebesar -1,5 V, seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.7D. 16) Nyalakan kembali oscilloscope dan signal generator kemudian aturlah amplitudo sinyal tetap sebesar 6 V peak-to-peak, pada frekuensi 200 Hz. 17) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 18) Atur-aturlah potensiometer sampai mencapai nilai-niai yang ekstrim, kemudian amatilah display oscilloscope, apa yang tejadi? 4.7. Rangkaian Percobaan : Gambar 4.10: Skematik Diagram dari Rangkaian Percobaan Clamper 6

30 Keterangan gambar : R = 10 kω, 0,25 Watt C= 10 µf kapasitor elektrolit, 25 Volt Diode rectifier silicon : 1N Peralatan yang digunakan : 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) DC Power Supply 3) Signal generator 4) Oscilloscope 4.9. Prosedur Percobaan : 1) Dengan menggunakan breadboard, rangkaikan rangkaian clamper positif seperti pada gambar ) Sebelum Signal generator dinyalakan, set-lah channel 1 dan 2 dari Oscilloscope pada skala 2 Volt division, dc coupling dan time base = 0,2 ms / division 3) Sebelum Signal generator dinyalakan, nyalakan terlebih dahulu oscilloscope set-lah posisi garis sinyal channel 1 dan 2 pada level yang sama yaitu zero volts. 4) Nyalakan signal generator dan aturlah amplitudo sinyal sebesar 5 V peak-to-peak, pada frekuensi 1 khz. 5) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 6) Tambahkan tegangan input peak-to-peak. Amati apa yang terjadi? 7) Matikan signal generator dan oscilloscope, kemudian balikkan polaritas dari diode sehingga menjadi rangkaian clipper negative. 8) Sebelum Signal generator dinyalakan kembali, nyalakan terlebih dahulu oscilloscope dan setlah posisi garis sinyal channel 1 dan 2 pada level yang sama yaitu zero volts. 9) Kemudian nyalakan kembali signal generator dan aturlah amplitudo sinyal sebesar 5 V peak-topeak, pada frekuensi 1 khz. 10) Dari display oscilloscope, gambarkan tegangan input dan output (input CH1 dan output CH2) pada kertas grafik/millimeter. 11) Tambahkan tegangan input peak-to-peak. Amati apa yang terjadi? 7

31 PERCOBAAN 5 TRANSISTOR BASE BIASING AND VOLTAGE DIVIDER BIASING (RANGKAIAN BIAS TETAP / FIXED BIAS DAN BIAS PEMBAGI TEGANGAN) 5.1. Tujuan : 1. Pembuktian tegangan dan arus pada rangkaian bias base sebagaimana perencanaannya dengan garis beban untuk menentukan titik kerja rangkaian (Q). Karena kesederhanaan rangkaian bias base ini sehingga kestabilan titik kerja transistornya menjadi tidak efektif. Kestabilan titik kerja rangkaian ini dipengaruhi oleh penguatan arus transistor (β). 2. Pembuktian tegangan dan arus pada rangkaian bias pembagi tegangan sebagaimana perencanaannya dengan garis beban untuk menentukan titik kerja rangkaian (Q). Rangkaian bias pembagi tegangan seringkali digunakan karena arus base dibuat kecil dibanding dengan arus yang melalui resistansi pada sisi base (voltage divider). Sebagai hasilnya, arus pada kolektor relatif stabil terhadap perubahan nilai β dari transistor Dasar Teori Bias Tetap : Suatu transistor harus diberi bias dc untuk dapat dioperasikan sebagai penguat. Titik kerja dc harus di set agar variasi sinyal pada terminal input dapat dikuatkan (amplify) dan secara akurat direproduksi pada terminal output Garis Beban DC Apabila arus base (IB) bertambah, maka arus collector (IC) juga bertambah, sedangkan tegangan collector-emitter (VCE) berkurang. Sebaliknya apabila arus base (IB) berkurang, maka arus collector (IC) juga berkurang, sedangkan tegangan collector-emitter (VCE) bertambah. Sehingga perubahan pada (VBB) akan mengakibatkan perubahan titik kerja transistor di sepanjang garis lurus, yang disebut dengan garis beban dc. Sebagai contoh, pergeseran titik Q yang disebabkan perubahan arus base (IB), arus collector (IC), dan tegangan collector-emitter (VCE), di-ilustrasikan oleh gambar 5.1. Titik perpotongan garis beban dengan sumbu mendatar adalah VCE = VCC = 10 V. Titik ini adalah titik cut-off, karena secara ideal IB dan IC sama dengan nol. Titik perpotongan garis beban dengan sumbu vertikal secara ideal adalah IC= 45,5 ma. Titik ini adalah titik saturasi, karena IC adalah maksimum 1

32 pada titik dimana nilai VCE= 0, dan IC = VCC/RC. Dengan menggunakan hukum Kirchhoff tegangan pada loop collector akan memberikan Hasilnya adalah persamaan garis lurus untuk garis beban dengan bentuk umum : y = mx + b sebagai berikut dimana -1/RC adalah gradien (slope), sedangkan VCC/RC adalah konstanta. Gambar 5.1: Ilustrasi pengaturan titik Q 2

33 Gambar 5.2: Garis beban dc Rangkaian Bias Base Metode yang lebih praktis adalah menggunakan VCC sebagai sumber bias tunggal, seperti terlihat pada gambar 5.3(a). Untuk menyederhanakan skema rangkaian, simbol battery dapat dihilangkan dan diganti dengan terminal garis yang ujungnya diberi lingkaran kecil, yang menyatakan tegangan, seperti terlihat pada gambar 5.3(b). Gambar 5.3 : Rangkaian bias base (bias tetap / fixed bias) Analisa dari rangkaian gambar 5.3, untuk daerah linier dapat diuraikan sebagai berikut. Tegangan drop yang melalui RB adalah VCC - VBE. Oleh karena itu, Dengan menerapkan hukum Kirchhoff tegangan disisi rangkaian kolektor, dapat dituliskan dengan persamaan: Penyelesaian untuk VCE didapat: 3

34 Dengan mengabaikan kebocoran arus ICBO, telah kita ketahui bersama bahwa: Pada persamaan (7-3) diperlihatkan bahwa nilai IC bergantung pada β. Sehingga kerugian pada rangkaian bias ini adalah berubahnya nilai β akan menyebabkan perubahan pula pada IC dan VCE yang berakibat perubahan pada titik kerja transistor (Q) dan membuatnya menjadi rangkaian bias yang sangat bergantung pada β. Dan perlu diketahui bahwa nilai β bervariasi terhadap suhu. 5.3 Dasar Teori Bias Pembagi Tegangan: Bias tegangan pada base transistor dapat dikembangkan dengan pembagi tegangan resistor R1 dan R2, seperti terlihat pada gambar 5.4. Pada titik A, ada dua lintasan arus yang menuju ke ground, yang satu melalui R2, sedangkan yang satunya melalui junction base-emitter dari transistor. Gambar 5.4: Rangkaian bias pembagi tegangan Apabila arus base sangat kecil dibandingkan dengan arus yang melalui R2, maka rangkaian bias dapatdipandang sebagai pembagi tegangan sederhana yang terdiri dari R1 dan R2, seperti yang diperlihatkan pada gambar 5.5(a). Apabila arus base tidak cukup kecil untuk diabaikan dibandingkan dengan I2, maka resistansi input dc, RIN(base), dari base transistor ke ground harus ikut diperhitungkan. Keberadaan RIN(base) paralel dengan R2, sebagaimana terlihat pada gambar 5.5(b). 4

35 Gambar 5.5: Penyederhanaan rangkaian pembagi tegangan Untuk mengembangkan formula resistansi input dc pada base transistor, digunakan diagram pada gambar 5.6. Seperti ditunjukkan pada gambar 5.6, VIN dicatukan diantara base dan ground, dan IIN adalah arus yang masuk ke base. Dengan menggunakan hukuk Ohm, Dengan menerapkan hukum Kirchhoff tegangan disekitar rangkaian base emitter didapat Dengan asumsi bahwa VBE << IE RE, maka persamaan diatas menjadi Karena IC IE dan IC= β IB, maka Arus input adalah juga arus base: Dengan substitusi IB ke persamaan VIN didapat Sehingga, 5

36 Gambar 5.6 : Resistansi input dc adalah VIN/IIN Transistor npn yang di bias pembagi tegangan (voltage divider) ditunjukkan oleh gambar 5.7. Untuk menentukan tegangan pada base dengan menggunakan formula pembagian tegangan adalah sebagai berikut. Resistansi total dari base ke ground adalah Pembagian tegangan dibentuk oleh R1 dan R2 paralel dengan resistansi dari base ke ground, seperti terlihat pada gambar 5.7(b). Dengan menerapkan rumusan pembagian tegangan didapat Apabila β RE>> R2, maka penyederhanaan rumusan menjadi Tegangan base dapat ditentukan dengan tegangan emitter, yaitu Arus emitter dapat dicari dengan dengan menggunakan hukum Ohm, Karena IC IE maka dapat dituliskan : 6

37 Pernyataan VCE sebagai fungsi IC dapat dicari dengan menggunakan hukum Kirchhoff tegangan sebagai berikut Karena IC IE maka, Gambar 5.7: Transistor npn dengan bias pembagi tegangan Cara lain untuk menganalisa rangkaian bias transistor pembagi tegangan adalah dengan mengaplikasikan teorema Thevenin. Metode ini digunakan untuk mengevaluasi stabilitas rangkaian. Pertama, dapatkan rangkaian ekivalen base-emitter untuk gambar 5.7 dengan menggunakan teorema Thevenin. Dengan sudut pandang dari terminal base, maka rangkaian bias dapat digambar kembali, seperti ditunjukkan pada gambar 5.7(a). Dengan mengaplikasikan teorema Thevenin kedalam rangkaian disebelah kiri titik A, didapat penyelesaian sebagai berikut Rangkaian pengganti Thevenin diperlihatkan pada gambar 5.7(b). Dengan mengaplikasikan hukum Kirchhoff tegangan disekitar loop pengganti base emitter memberikan 7

38 Substitusi IE/β untuk IB, didapat Apabila RE >> RTH/β, maka Persamaan terakhir memperlihatkan bahwa IE independen terhadap β. Hal ini dapat dicapai dalam praktek, dengan memilih nilai untuk RE minimal sepuluh kali lipat dari nilai RTH/β. Rangkaian bias pembagi tegangan sangat populer karena sangat stabil dan dapat dicapai dengan supply tegangan tunggal Peralatan yang digunakan Bias Tetap: 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter dc 3) Voltmeter dc 4) DC Power Supply 5.4. Rangkaian Percobaan Bias Tetap: Gambar 5.8: Rangkaian bias base (bias tetap / fixed bias) 8

39 5.5. Prosedur Percobaan dan Tugas Bias Tetap: 1) Rangkaikan seperti pada gambar 5.8 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard. 2) Dengan menggunakan voltmeter dc ukurlah tegangan pada RB dan RC. Dari hasil pengukuran tersebut, dengan menggunakan hukum Ohm, hitunglah IBQ dan ICQ, kemudian catatlah hasilnya pada tabel ) Dari hasil langkah (2) tentukan penguatan arus dc transistor (β) dan catatlah hasilnya pada tabel ) Dengan menggunakan voltmeter dc ukurlah tegangan pada VB dan VC (VCEQ) secara individual, dan catatlah hasilnya pada tabel ) Bandingkan nilai yang didapat dari langkah (4) dengan nilai yang didapat secara teori dengan nilai β yang didapat dari langkah (3) dan untuk nilai VBE= 0,7 V, dan catatlah hasilnya pada tabel ) Hitunglah titik saturasi [IC(sat)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan Dan catatlah hasilnya pada tabel ) Hitunglah titik cut-off [VCE(off)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan 9

40 Dan catatlah hasilnya pada tabel ) Dari hasil pada langkah (6) dan (7), gambarkan garis beban dc pada kertas grafik (millimeter), kemudian letakkan titik kerja transistor (Q) yang didapat dengan pengukuran dan perhitungan. 9) Dengan menggunakan transistor nomor seri yang berbeda, ulangi langkah (2) sampai dengan (8). 10) Dari hasil pengukuran dan perhitungan pada tabel 5.1 dan 5.2, berikan kesimpulan yang didapat dari percobaan ini. Tabel 5.1: Data pengukuran dan perhitungan parameter transistor Tabel 5.2: Data untuk kondisi saturasi dan cut-off 5.6 Peralatan yang digunakan Bias Pembagi Tegangan: 1) Modul praktikum, breadboard dan komponennya 2) Mikro dan Mili-Ammeter dc 3) Voltmeter dc 4) DC Power Supply 10

41 5.7 Rangkaian Percobaan Bias Pembagi Tegangan: Gambar 5.9: Rangkaian bias pembagi tegangan 5.8 Prosedur Percobaan dan Tugas Bias Pembagi Tegangan: 1) Rangkaikan seperti pada gambar 5.9 yang bersesuaian dengan modul praktikum atau dengan menggunakan breadboard. 2) Dengan menggunakan nilai VBEyang umum untuk transistor silikon (0,7 V), hitunglah nilai tegangan dc base (VB), emitter (VBE), collector (VC), dan collector-emitter (VCE) untuk rangkaian percobaan voltage divider biasing, gambar 5.9, kemudian catatlah hasilnya pada tabel ) Dengan menggunakan voltmeter dc, secara bergantian ukurlah tegangan base (VB), emitter (V BE), collector (VC), dan collector-emitter (VCE) untuk rangkaian percobaan gambar 5.9, kemudian catatlah hasilnya pada tabel ) Bandingkan hasil yang didapat dari langkah (2) dan (3). Error yang terjadi tidak lebih dari 10%. 5) Dengan menggunakan voltmeter dc ukurlah tegangan pada RC, untuk mendapatkan nilai ICQ, kemudian catatlah hasilnya pada tabel ) Hitunglah arus collector IC, dengan rumusan pendekatan kemudian catatlah hasilnya pada tabel ) Hitunglah titik saturasi [IC(sat)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan 11

42 Dan catatlah hasilnya pada tabel ) Hitunglah titik cut-off [VCE(off)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan Dan catatlah hasilnya pada tabel ) Dari hasil pada langkah (7) dan (8), gambarkan garis beban dc pada kertas grafik (millimeter), kemudian letakkan titik kerja transistor (Q) yang didapat dengan pengukuran dan perhitungan. 10) Dengan menggunakan transistor nomor seri yang berbeda, ulangi langkah (2) sampai dengan (9). 11) Dari hasil pengukuran dan perhitungan pada tabel 5.3 dan 5.4, berikan kesimpulan yang didapat dari percobaan ini. Tabel 5.3: Data pengukuran dan perhitungan parameter transistor Tabel 5.4: Data untuk kondisi saturasi dan cut-off 12

43 RANGKAIAN KOMPARATOR 6.1. Tujuan 1. Mahasiswa mengetahui karakteristik rangkaian komparator sebagai aplikasi dari rangkaian OP AMP. 2. Mahasiswa dapat merangkai rangkaian komparator sebagai aplikasi dari rangkaian OP AMP. 3. Mahasiswa dapat menganalisis karakteristik rangkaian komparator sebagai aplikasi dari rangkaian OP AMP Dasar Teori Operational Amplifier atau disingkat op-amp merupakan salah satu komponen analog yang populer digunakan dalam berbagai aplikasi rangkaian elektronika. Aplikasi op-am populer yang paling sering dibuat antara lain adalah rangkaianinverter, non-inverter, integrator dan differensiator. Pada pokok bahasan kali ini akan dijelaskan aplikasi op-amp yang paling dasar, yaitu sebagai pembanding tegangan (komparator). Komparator digunakan sebagai pembanding dua buah tegangan. Pada perancangan ini, tegangan yang dibandingkan adalah tegangan dari sensor dengan tegangan referensi. Tegangan referensinya dilakukan dengan mengatur variabel resistor sebagai pembanding. Rangkaian dasar komparator dengan catu tegangan tungggal ditunjukkan pada Gambar 6.1. Gambar 6.1 Rangkaian Dasar Komparator Prinsip kerja rangkaian adalah membandingkan amplitudo dua buah sinyal, jika +Vin dan Vin masing-masing menyatakan amplitudo sinyal input tak membalik dan input membalik, Vo dan Vsat masing-masing menyatakan tegangan output dan tegangan saturasi, maka prinsip dasar dari komparator adalah +Vin Vin maka Vo = Vsat+ +Vin < Vin maka Vo = Vsat

44 Keterangan: +Vin = Amplitudo sinyal input tak membalik (V) Vin = Amplitudo sinyal input membalik (V) Vsat+ = Tegangan saturasi + (V) Vsat = Tegangan saturasi - (V) Vo = Tegangan output (V) Bentuk fisik IC LM 324 sebagai komparator seperti Gambar 6.2. Gambar 6.2 Bentuk Fisik IC LM324 Sebagai Komparator Fungsi Pin IC: Pin 1 = output 1 Pin 2 = input 1 negatif Pin 3 = input 1 positif Pin 4 = VCC Pin 5 = input 2 positif Pin 6 = input 2 negatif Pin 7 = output 2 Pin 8 = output 3 Pin 9 = input 3 negatif Pin 10 = input 3 positif Pin 11 = GND Pin 12 = input 4 positif Pin 13 = input 4 negatif Pin 14 = output Peralatan yang digunakan: 1. IC LM Potensiometer 50Kohm 3. Power Supply 4. AVO meter

45 5. Pinset 6. Jumper 6.4. Rangkaian Percobaan Gambar 6.3 Rangkaian Dasar Komparator 5.5. Prosedur Percobaan dan Tugas 1) Hubungkan konektor VCC 12 Volt pada tegangan sumber 12 Volt 2) Hubungkan konektor GND pada ground. 3) Sambunglah masukan V in + pada tegangan 5 Volt 4) Atur tegangan potensio lalu ukur tegangan sebesar 1V pada V in - 5) Amati IND OUT dan ukur tegangan pada Vout 6) Catat hasil pada tabel hasil yang telah disediakan 7) Kemudian atur lagi tegangan pada potensio sesuai tabel percobaan lalu catat tegangan V out 8) Kemudian analisis lalu beri kesimpulan hasil praktikum yang telah dilakukan.

46 Tabel 6.1 Hasil Percobaan Tabel 6.2 Analisis Hasil Percobaan

47 5.6. Latihan 1) Bagaimanakah prinsip rangkaian komparator! 2) Sebutkan karakteristik dari IC LM324 sesuai dengan datasheet! 3) Buatlah aplikasi yang menggunakan rangkaian Op-Amp dengan komparator!