Solusi Ujian 1 EL2005 Elektronika. Sabtu, 15 Maret 2014

Transkripsi

1 Solusi Ujian 1 EL2005 Elektronika Sabtu, 15 Maret Pendahuluan: Model Penguat (nilai 15) Rangkaian penguat pada Gambar di bawah ini memiliki tegangan output v o sebesar 100 mv pada saat saklar dihubungkan. Ketika saklar dibuka tegangan output menjadi 50mV. Dalam keadaan saklar terbuka resistor beban dibuka dan tegangan output menjadi 100mV. Tentukan: a) Resistansi input penguat b) Resistansi output penguat v s 1M Penguat v o 1k Gambar 1 Gambar Soal no. 1 Jawab Untuk kondisi output terbeban diketahui : 1. Saat saklar di input terhubung, memiliki tegangan output = 100mV 2. Saat saklar di input terbuka, memiliki tegangan output = 50mV Dari sini diperoleh tegangan output penguat mengalami turun sebesar 1/2 kali tanpa perubahan di output, perubahan ini terjadi hanya di input. Tegangan input terbagi dua. Jadi resistansi inputnya adalah 1MΩ. Dalam keadaan sumber input terhubung resistansi 1. Saat output terbeban, memiliki tegangan output = 50mV 2. Saat output tak terbeban, memiliki tegangan output = 100mV Jadi tegangan output terbagi dua saat terbeban, dengan demikian resistansi output sama dengan resistansi beban 1kΩ. v I 1M + V i - R i R o A vo V i 1k 50m V - + R o v I + V i - R i A vo V i 1k mv -

2 2. Dioda: Karakteristik Arus-Tegangan (nilai 20) Perhatikan rangkaian penyearah operasional dengan superdiode di bawah ini. Penyearah ini menggunakan penguat operasional (opamp) ideal dan memiliki beban R=1k. Keluaran penguat operasional saturasi pada tegangan ±12V. Dioda memiliki tegangan jatuh (drop) 0,7V saat arus 1mA. superdiode v I v A v O Jawab Gambar 2 Gambar Soal no. 2 Berapakah tegangan keluaran penguat operasional v A dan tegangan beban v O untuk masukan v I sebesar a) 10mV b) 1V c) -1V a) Untuk Pada dioda Untuk input, maka sehingga arus yang mengalir ke R adalah sebesar karena tidak ada arus yang mengalir ke R selain dari arus diode (arus yang masuk ke input opamp nol). Maka b) Untuk Karena maka sehingga c) Untuk Dioda cut-off sehingga dan karena opamp ideal.

3 3. Transistor: Analisis DC (nilai 20) Carilah tegangan basis (V B ), kolektor (V C ), dan emitor (V E ) untuk rangkaian berikut ini. +6V V B V C V E 330 =100 V BE =0,7V aktif/sat V CE =0,2V sat V CE =0,3V EOS -6V Gambar 3 Gambar Soal no. 3 Jawab Dengan memperhatikan bias tegangan pada basis-emitor V BE, tampak transistor dapat berada dalam keadaan aktif atau saturasi. Anggapan Aktif maka V BE =0,7V dan KVL mencakup V BE : Diperoleh arus dan tegangan pada transistor Anggapan tidak benar karena V CE kurang dari V CE EOS (batas saturasi) Anggapan Saturasi maka V BE =0,7V dan V CE =0,2V KCL mencakup V BE : KCL mencakup V CE : (1)

4 (2) Dengan menjumlahkan kedua persamaan (1) dan (2) di atas maka diperoleh Dengan demikian 4. Transistor: Penguat (nilai 30) Anda diminta merancang sebuah rangkaian penguat BJT Common Emitter menggunakan transistor 2N3904 seperti dibawah ini. Tegangan catu yang digunakan, V CC = 12 V. Untuk titik operasinya dipilih I C = 0.99 ma agar didapat harga gain arus β = 100. Harga tegangan terminal yang lain di pilih sebagai berikut : V C = (3/4) x V CC, V BB = (1/3) x V CC, dan V CE = ½ V CC a) Hitung harga tegangan V E, nilai I E, R E dan juga R C. b) Hitung nilai I B. Untuk mencari nilai R 1 dan R 2, gantilah rangkaian R 1, R 2, dan V CC dengan rangkaian pengganti Thevenin terdiri dari V T dan R T dengan output terminal a-b. c) Gambarlah rangkaian pengganti sinyal kecil penguat di bawah. Hitung nilai parameter sinyal kecil : g m dan r π. Hitunglah nilai A Vo, R i, dan R o d) Jika R sig = 10 kω, hitung GV. Jika syarat batas saturasi v CB = 0.4 V, berapa nilai maksimum V sig yang masih dimungkinkan agar transistor tidak beralih ke daerah saturasi. +V CC R C R sig C 1 B R 1 C a C 3 E V sig v in R 2 b R E C 2 v out R L R i R o Gambar 4 Gambar Soal no. 4

5 Jawab a) Analisis DC pada loop output: b) Analisis DC pada loop input rangkaian bias: Gambar rangkaian pengganti Thevenin +V CC R C R T a B C V T I B b R E E I E V E V C Persamaan KVL pada loop input: dimana (1) (2)

6 Dari persamaan (2) dan (3): (3) Substitusi ke persamaan (2): c) Rangkaian pengganti sinyal kecil (tanpa memasukkan beban RL dan terminal emitor dihubungsingkatkan ke ground oleh kapasitor bypass CE) R sig B i b C v sig R 1 R 2 r v E g m v R C i o v o Nilai parameter-parameter model rangkaian sinyal kecil: Menghitung d) Perhitungan nilai penguatan total Perhitungan nilai maksimum agar transistor masih di daerah aktif Jadi amplitude tegangan input maksimum adalah 0,46V

7 5. Thyristor: Rangkaian TRIAC (nilai 15) Untuk rangkaian di bawah ini TRIAC yang digunakan mempunyai tegangan break-over V BR 25V dan arus holding I H 2mA. Tegangan TRIAC saat arus holding V H kecil dan dapat diabaikan. Rangkaian memperoleh tegangan dari sumber vs berbentuk sinusoidal v S =V s sin( t). 4,7k v S trigger Jawab Gambar 5 Gambar Soal no. 5 Gambarkan sketsa arus I bila a) V s =20Vpeak dan TRIAC tidak mendapat trigger b) V s =30Vpeak dan TRIAC tidak mendapat trigger c) V s =20Vpeak dan TRIAC mendapat trigger pulsa saat sumber tegangan v S memiliki fasa ( t) 60 o, 240 o, 420 o, 600 o dst. a) Tegangan input maksimum adalah 20V tegangan ini kurang dari tegangan breakover TRIAC dan tegangan tidak mendapat trigger. Dengan demikian TRIAC tidak pernah on (konduksi). Arus selalu nol. b) Amplituda tegangan maksimum adalah 30V tegangan ini melampaui tegangan breakdown TRIAC dengan demikian TRIAC on (konduksi) saat tegangan mencapai tegangan breakover. Arus saat konduksi (v S >V BR ): TRIAC kembali off ketika tegangan turun dan arus mencapai arus holding c) Tegangan input maksimum adalah 20V tegangan ini kurang dari tegangan breakover TRIAC. Namun TRIAC mendapat trigger pada fasa 240 o, 420 o, 600 o dst. sehingga setelah trigger tersebut TRIAC dalam kondisi on (konduksi). Arus saat konduksi (v S >V BR ): TRIAC kembali off ketika tegangan turun dan arus mencapai arus holding

8