PENGUAT AWAL MENGGUNAKAN TABUNG HAMPA PADA ARAS TEGANGAN RENDAH. Disusun Oleh Demas Sabatino NIM :

Transkripsi

1 PENGUAT AWAL MENGGUNAKAN TABUNG HAMPA PADA ARAS TEGANGAN RENDAH Disusun Oleh Demas Sabatino NIM : Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga September 2013

2

3

4

5

6 PENGUAT AWAL MENGGUNAKAN TABUNG HAMPA PADA ARAS TEGANGAN RENDAH Demas Sabatino Nim : Fakultas Teknik Program Studi Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga 2014 Pembimbing : Dr. Matias H.W.Budhiantho Gunawan Dewantoro, M.Sc.Eng INTISARI Dalam tugas akhir ini dibuat penguat awal dengan menggunakan tabung hampa pada tegangan kerja 12V DC. Untuk merancang untai tabung hampa pada aras tegangan rendah maka telah dilakukan pengukuran untuk mendapatkan grafik karakteristik trioda 12AT7. Untai tabung hampa direalisasikan dengan topologi katoda bersama yang dikaskade dengan anoda bersama. Dari hasil pengukuran didapatkan spesifikasi penguat awal yaitu impedansi masukan sebesar 1.11MΩ, impedansi keluaran 3.5KΩ pada kanal kanan dan 3.2KΩ pada kanal kiri, THD maksimal terjadi pada frekuensi 4KHz di kanal kanan yaitu sebesar 1.7%, bati tegangan 20.08dB pada kanal kanan dan 20dB pada kanal kiri, sensitivitas 212mVrms, aras keluaran maksimal 2Vrms, tanggapan frekuensi 60Hz 20KHz ± 0.5dB. Penguat awal ini dapat digunakan secara bergantian dalam dua mode, yaitu mode linier dan mode distorsi berupa efek flanger. Pada mode distorsi tanggapan frekuensi yang dihasilkan berupa tapis sisir (comb filter). Spesifikasi tersebut telah mendekati spesifikasi awal yang telah ditetapkan pada tugas akhir ini. i

7 KATA PENGANTAR Untuk Tuhan, dan untuk setiap penyertaannya, dengan segala keterbatasan kosa kata manusia, terimakasih. Dan biarlah ucapan syukur ini akan selalu ada untuknya, karena semua yang terjadi ini adalah kehendaknya. Terimakasih juga terkirim untuk bapak dan ibuk, untuk setiap doa, kasih sayang, kepercayaan, dan semua yang telah kalian beri atau bahkan korbankan. Semoga semua yang baik ini dapat terbalaskan dan tersalur melalui anak-anaknya, kepadanya ataupun cucu-cucunya. Kalaupun kami tidak dapat membalas semuanya itu, kiranya Tuhan yang melakukannya. Ketika penulis berstatus sebagai mahasiswa baru, terdapat beberapa kakak angkatan yang bersinar di masanya. Tersebutlah Susetyadi dan Rea, dua orang yang memiliki level yang ingin, namun hingga akhir kuliah tak dapat, disamai penulis. Kemudian ketika penulis duduk di bangku kuliah, teman menjadi suatu hal yang tak akan terlupakan. Di titik ini mereka adalah orang-orang yang memindahmu dari tidur di lapangan basket ke studio XT ketika kamu mabuk berat, kotor bersama saat panjat pinang, menikmati sunrise bersama di suatu puncak atau sunset di suatu pantai. Dung, Cristo, Dhika, Jembling, Caesar, Pantek, Dhani, Yahya, Riyo, Bambut, Face, Mey, Catur adalah beberapa diataranya. Gading juga termasuk di dalamnya, bahkan dia menjadi teman seperjuangan dalam kubangan lab skripsi. Aldo, Penda, Tolgung, Wedha, Ari, DK dan Ivan Gondrong juga telah jadi bagian dalam keseharian penulis. Untuk semuanya terimakasih. Perjalanan perkuliahan juga tidak akan lepas dari teman antar angkatan yang selalu ada setiap waktu. Duduk-duduk di rindang sambil menyambut matahari terbenam, bermain kartu hingga larut sore, atau minum sambil bernyanyi bersama adalah salah satu dari sekian banyak kesenangan yang sering kita lakukan. Untuk itu semua terimakasih Astu, Ivan, Wawa, Dancuk, Yona, Anton, Tris, Rino, Tepe, Galang, Kumis, Andikatan, Robot dan teman teman lainnya. Untuk teman teman yang belum disebutkan namanya jangan berkecil hati, kali ini ii

8 mungkin penulis lupa menuliskan nama kalian, namun jasa kalian tidak akan dilupakan. Masa skripsi adalah salah satu masa tak terlupakan saat kuliah. Masa dimana waktu berjalan lebih cepat mungkin jatuh cinta akan membuatnya berjalan normal kembali. Dalam perjalanannya, akan terdapat satu saat dimana makanan favorit menjadi tak enak walaupun tetap habis. Atau suatu saat ketika tidur adalah satu-satunya jalan keluar suatu masalah. Masa-masa inilah dosen dengan status pembimbing akan menjadi lebih dekat, dibanding ketika berstatus pengajar. Terimakasih Pak Matias dan Pak Gunawan untuk ide-ide dan bimbingannya dalam menjalani masa ini, juga kepada jajaran dosen untuk kontribusinya hingga penulis mencapai kesempurnaan mahasiswa, sarjana. Dan inilah dia, perjalanan penulis sebagai mahasiswa akan segera berakhir. Detik-detik ujian akhir semakin dekat, dimulai dari titik terakhir dalam rangkaian kata di tugas akhir ini. Salatiga, Agustus 2014 Penulis iii

9 DAFTAR ISI INTISARI... i KATA PENGANTAR... ii DAFTAR ISI... iv DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR SIMBOL... ix BAB I. PENDAHULUAN Latar Belakang Gambaran Tugas dan Spesifikasi Alat Sistematika Penulisan... 5 BAB II. LANDASAN TEORI Tabung Hampa Trioda Grafik Karakteristik Trioda Analisa Untai Trioda Melalui Grafik Karakteristiknya Analisa Sinyal Kecil (Small Signal Analysis) Topologi Untai Trioda Penguat Katoda Bersama Penguat Anoda Bersama Penguat Kisi Bersama Prategangan Kisi Untai Ragam Cacat BAB III. PERANCANGAN Pemilihan Topologi Untai Tabung Hampa Grafik Karakteristik Tabung Hampa Pada Aras Tegangan Rendah iv

10 v Pengukuran Grafik Karakteristik Alih Pengukuran Grafik Karakteristik Anoda Hasil Pengukuran Grafik Karakteristik Perancangan Tegangan Prasikap (Bias) Penguat Perancangan Untai Katoda Bersama Perancangan Untai Anoda Bersama Perancangan Untai Prategangan Kisi Untai Penentu Tanggapan Frekuensi Tapis Lolos Atas Tapis Lolos Bawah Untai Ragam Cacat Untai Penunda Osilator Terkendali Tegangan Osilator Frekuensi Rendah Pencampur BAB IV. PENGUJIAN PENGUAT AWAL Pengukuran Prategangan Penguat Awal Pengukuran Bati Tegangan Penguat Awal Pengujian Kepekaan Penguat Awal Pengukuran Hambatan Masukan Penguat Awal Pengukuran Hambatan Keluaran Penguat Awal Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat Awal Pengujian THD Penguat Awal BAB V. PENUTUP Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN A Tabel Hasil Pengukuran Grafik Karakteristik Anoda (12AT7) 65

11 vi LAMPIRAN B Tabel Hasil Pengukuran Grafik Karakteristik Alih (12AT7) LAMPIRAN C Gambar Rangkaian Efek Flanger LAMPIRAN D Lembar Data HEF

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 (a) Aliran elektron dalam tabung hampa pada dioda (b) Lambang dioda 7 Gambar 2.2 Tampilan bagian trioda... 8 Gambar 2.3 Grafik Karakteristik Alih ECC Gambar 2.4 Grafik Karakteristik Anoda ECC Gambar 2.5 Untai penguat sederhana trioda Gambar 2.6 Grafik karakteristik trioda ECC83, garis beban, dan titik kerjanya Gambar 2.7 Isyarat masukan dan isyarat keluaran yang dihasilkan Gambar 2.8 (a) Trioda. (b) Trioda dimodelkan sebagai sumber tegangan trioda. (c) Trioda dimodelkan sebagai sumber arus trioda Gambar 2.9 Mencari nilai r a dari grafik karakteristik anoda Gambar 2.10 Mencari nilai g m dari grafik karakteristik anoda Gambar 2.11 Mencari nilai µ dari grafik karakteristik anoda Gambar 2.12 (a) Untai penguat katoda bersama. (b) Untai setara penguat katoda bersama Gambar 2.13 (a) Untai penguat anoda bersama. (b) Untai setara penguat anoda bersama Gambar 2.14 Untai impedansi keluaran anoda bersama Gambar 2.15 (a) Untai penguat kisi bersama. (b) Untai setara penguat kisi bersama 22 Gambar 2.16 Untai prategangan kisi dengan untai pembagi tegangan Gambar 2.17 Untai prategangan kisi dengan resistor pull down Gambar 2.18 Tanggapan frekuensi tapis sisir Gambar 2.19 Sistem flanger sederhana Gambar 3.1 Untai penguat awal tabung hampa Gambar 3.2 (a) Grafik karakteristik alih trioda 6F6. (b) Grafik karakteristik anoda disertai dengan garis beban dan titik kerja (Q) Gambar 3.3 Untai pengukuran karakteristik alih vii

13 viii Gambar 3.4 Untai pengukuran karakteristik anoda Gambar 3.5 Grafik karakteristik anoda menurut hasil pengukuran Gambar 3.6 Grafik karakteristik alih menurut hasil pengukuran Gambar 3.7 Pendekatan linieritas pada tegangan kisi V hingga 0.075V Gambar 3.8 Grafik karakteristik anoda beserta garis beban dan titik kerja Gambar 3.9 Untai prategangan kisi penguat katoda bersama Gambar 3.10 Untai prategangan kisi penguat anoda bersama Gambar 3.11 Untai penguat tabung hampa Gambar 3.12 Tanggapan frekuensi rendah untai penguat katoda bersama Gambar 3.13 Untai tapis lolos bawah dan penyangga Gambar 3.14 Untai penguat awal Gambar 3.15 Blok diagram efek flanger Gambar 3.16 Topologi dasar IC BBD Gambar 3.17 Konfigurasi pin IC HEF4046 sebagai VCO Gambar 3.18 Osilator frekuensi rendah Gambar 3.19 Untai pencampur Gambar 4.1 Untai penguat awal yang telah dirancang Gambar 4.2 Hasil pegukuran bati tegangan penguat Gambar 4.3 Isyarat keluaran maksimum penguat Gambar 4.4 Pegukuran hambatan masukan untai penguat Gambar 4.5 Pegukuran hambatan keluaran untai penguat Gambar 4.6 Susunan perangkat pengujian tanggapan frekuensi penguat awal Gambar 4.7 Hasil pengujian tanggapan frekuensi penguat Gambar 4.8 Tanggapan frekuensi penguat ragam cacat Gambar 4.9 Susunan perangkat pengujian THD penguat awal Gambar 4.10 THD untai penguat awal terhadap frekuensi pada ragam linier... 60

14 DAFTAR SIMBOL µ Faktor penguatan tabung hampa Av C buf C G1 C G2 C K C LPF f H f L g m I a M R A r a R G r in r in-ca r in-cc R K R L R LPF Bati tegangan Kapasitor kopling pada untai penyangga Kapasitor kopling pada untai penguat katoda bersama Kapasitor kopling pada untai penguat anoda bersama Kapasitor pelewat (bypass) pada kaki katoda Kapasitor penentu tanggapan frekuensi atas Frekuensi batas atas Frekuensi batas bawah Transkonduktans tabung hampa Arus anoda Waktu tundaan efek flanger Hambatan anoda Hambatan dalam tabung hampa Hambatan kisi Hambatan masukan penguat awal Hambatan masukan penguat anoda bersama Hambatan masukan penguat katoda bersama Hambatan katoda Hambatan beban Hambatan penentu tanggapan frekuensi atas ix

15 x r o r osc r s R var V a V AA V ak V g V GG V gk v i v o Hambatan keluaran penguat awal Hambatan masukan osciloscope Hambatan keluaran pembangkit isyarat Hambatan variabel Tegangan total anoda Tegangan catu anoda (DC) Tegangan total antara anoda dan katoda Tegangan total kisi Tegangan catu kisi (DC) Tegangan total antara kisi dan katoda Isyarat masukan (AC) Isyarat keluaran (AC) V RA Tegangan DC hambatan anoda tabung hampa (R A ) Z in ω 0 ω l ω p ω p Impedansi masukan Frekuensi real nol (zero) Frekuensi lembah tapis sisir Frekuensi real kutub (pole) Frekuensi puncak tapis sisir