MODUL PRAKTEK RANGKAIAN ELEKTRONIKA

Transkripsi

1 MODUL PRAKTEK RANGKAIAN ELEKTRONIKA PROGRAM STUDI D3 TEKNIK ELEKTRONIKA PROGRAM PENDIDIKAN VOKASI UNIVERSITAS HALU OLEO KENDARI

2 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

3 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 Tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh diperoleh sebesar V O V p 1 V 2 dimana Vp adalah magnituda tegangan puncak sinyal AC yang disearahkan dan tegangan ripple Vr sebesar r V r V p 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 1 R O 4 fc Besaran lain yang dapat digunakan untuk menunjukkan perilaku yang sama adalah faktor regulasi tegangan VR. Besaran ini tidak bersatuan dan didefinisikan sebagai Vnl V VR V fl 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

4 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 3

5 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

6 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

7 Percobaan 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

8 Percobaan 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 D2 5V 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

9 Percobaan Susunlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. Lakukan pengamatan seperti pada langkah 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, 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

10 Percobaan 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 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 Silikon Germanium Zener Tegangan Cut-in [V] Tegangan Breakdown [V] Catatan Kurva Karakteristik Dioda Dioda Silikon Petunjuk Praktikum Elektronika 9

11 Percobaan 1 Dioda Germanium Dioda ZENER 10

12 Percobaan 1 Tabel Pengamatan Penyearah dan Filter Rangkaian Diamati Resistansi [Ω] Kapasitan si [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 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 11

13 Percobaan 1 Tabel Pengamatan Arus Dioda 12

14 Percobaan 1 Tabel Pengamatan Rangkaian Clipper Tabel Pengamatan Rangkaian Clamper Petunjuk Praktikum Elektronika 13

15 Percobaan 1 14

16 Percobaan 2 Percobaan 2 Karakteristik BJT Tujuan Memahami karakteristik transistor BJT Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit Memahami teknik bias dengan sumber arus konstan Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. 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. Transistor BJT NPN Transistor BJT PNP Petunjuk Praktikum Elektronika 15

17 Percobaan 2 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. I I C B sehingga 1 dan I I C E 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. Dari Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu: Karakteristik IC - VBE Karakterinstik IC - VCE Kurva Karakteristik I C - V BE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan: I C I e VBE/ kt ES ditunjukkan pada gambar berikut ini.. Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti 16

18 Percobaan 2 Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan kemiringan dari kurva di atas, yaitu g m I V C BE Kurva Karakteristik I C V CE 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 =.IB =VBE+VCB ~0.7V 0 Reverse Forward Saturasi Max ~ 0V ~0.7V - 0.7V<VCE<0 Forward Forward Cut-Off ~ 0 =VBE+VCB Dalam kurva IC-VCE mode kerja transistor ini ditunjukkan pada area-area dalam gambar berikut ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 17

19 Percobaan 2 Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC Kit Percobaan Karakteristik Transisitor dan Rangkaian Bias Sumber arus konstan Multimeter (2 buah) Osiloskop Langkah Percobaan Karakteristik Input Transistor I C -V BE 1. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop ber-kopling DC) a. Gelombang Segitiga ~1KHz. b. Amplituda sinyal 0,8V c. Set Ofsett positif sehingga nilai minimum sinyal berada di titik nol (ground). 2. Susunlah rangkaian berikut ini : B A R C ( minimum) C Vdc + - Generator Sinyal E 3. Hubungkan osiloskop : a. Probe positif (+) Ch-1 (X) ke titik B, b. Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C, c. Ground osiloskop ke titik A. 4. Gunakan setting osiloskop : - Skala X pada nilai 0,1V/div dengan kopling AC, - Skala Y pada nilai 1V/div dengan kopling DC, dan tekan tombol invert nya. - Osiloskop pada mode X-Y. 18

20 Percobaan 2 5. Tempatkan tegangan X minimum pada garis grid paling kiri (nilai VBE = 0). Tempatkan tegangan Y terkecil (minimum) pada garis grid kedua paling bawah (nilai IC = 0). Apabila kurva tampak sebagai dua garis, naik atau turunkan frekuensi generator sinyal hingga diperoleh kurva yang lebih baik. 6. Gambarkan plot IC (ma) - VBE (Volt) di BCL anda Catatan : Skala Y osiloskop menunjukkan tegangan pada resistor Rc. Arus kolektor (Ic) adalah tegangan tersebut dibagi resistansi itu (VY / RC), dengan nilai Rc sekitar 82 Ω. Karakteristik Output Transistor I C -V CE 1. A. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop ber-kopling DC) a. Gelombang Segitiga ~1KHz. b. Amplituda sinyal 12Vpp c. Set Ofsett positif sehingga nilai minimum sinyal berada di titik nol (ground). 2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini. A R C ( minimum) C - + Generator Sinyal B Sumber Arus (25uA) E 3. Hubungkan Osiloskop ke rangkaian : - Probe positif (+) Ch-1 (X) ke titik E, - Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik A, - Ground osiloskop ke titik C. 4. Gunakan setting osiloskop : - Skala X pada nilai 1V/div dengan kopling DC, Petunjuk Praktikum Elektronika 19

21 Percobaan 2 - Skala Y pada nilai 0,5V/div dengan kopling DC, dan tekan tombol invert nya. - Osiloskop pada mode X-Y. - Titik nol X (VCE = 0) pada di garis grid ketiga dari kiri, dan titik nol Y (IC = 0) pada garis grid kedua dari bawah. 5. Apabila kurva tampak sebagai dua garis, naik atau turunkan frekuensi generator sinyal hingga diperoleh kurva yang lebih baik. 6. Amati kurva arus IC VCE yang ditunjukkan osiloskop. Gambarkan di BCL anda. 7. Ubah-ubah nilai IB untuk semua nilai keluaran sumber arus yang tersedia. Sesuaikan skala Ch-2 untuk mendapatkan pembacaan yang lebih baik. Gambarkan semua kurva itu pada grafik yang sama. Early Effect Dengan menggunakan rangkaian dan setting pada percobaan karakteristik IC - VCE sebelumnya : 1. Pilihlah nilai arus basis (IB) dari sumber arus 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. ic IC2 IC1 0 -VA VCE1 VCE2 vce 3. Hitunglah nilai tegangan Early dengan persamaan berikut : V A = V CE2I C1 V CE1 I C2 I C2 I C1 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) 20

22 Percobaan 2 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 R C C + 9Vdc 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, - 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 (sekitar 82 Ω). 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 Untuk nilai-nilai IB : 200µA dan 400µA. Petunjuk Praktikum Elektronika 21

23 Percobaan Ubah nilai RC menjadi nilai maksimum-nya (sekitar 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 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 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. Mengakhiri Percobaan 1. 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). 2. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 3. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 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. 22

24 Percobaan 2 Tabel Data Pengamatan Pengaruh Bias pada Kerja Transistor 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 Vin Vout Petunjuk Praktikum Elektronika 23

25 Percobaan 2 24

26 Percobaan 3 Percobaan 3 Penguat BJT Tujuan Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Base Mengetahui karakteristik penguat berkonfiurasi Common Collector Mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan dari masing-masing konfigurasi penguat Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 25

27 Percobaan 3 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. 26

28 Percobaan 3 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: A v ( RC // RL // ro ) r R S Jika terdapat resistor Re yang terhubung ke emiter, maka berlaku: Ri = RB//rπ(1 + gmre) RO RC A v RC // RL r R e e 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 27

29 Percobaan 3 Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah: Resistansi outputnya adalah: R o RC Ri r e Ri Faktor penguatan keseluruhan adalah: Av Gm( RC // RL) R R i s dengan, R s 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: 28

30 Percobaan 3 Resistansi input: R r ( 1) R i L Resistansi output: R o r e ( R s // RB) 1 Faktor penguatan: Av RL R R L o Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC (1 buah) Generator Sinyal (1 buah) Osiloskop (1 buah) Multimeter (3 buah) Breadboard (1 buah) Sumber arus konstan (1 buah) Transistor 2N3904 (1 buah) Kabel-kabel Resistor Variable (1 buah) Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Tegangan Bias dan Parameter Penguat 2. Susun rangkaian seperti gambar di bawah dengan nilai-nilai komponen sebagai berikut: Q 2N3904 RB 27 k C1 C2 C3 100 F VCC 10 V RC 1 k Re 10 Petunjuk Praktikum Elektronika 29

31 Percobaan 3 3. Pasanglah resistor set pada modul current source untuk menghasilkan arus Ic yang diinginkan dengan menggunakan formula 67.7mV Rset Asumsi I C = I E Ic (Catatan: Arus yang dihasilkan harus kurang atau sama dengan 10 ma). 4. 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 I g m V C T I I C B 30

32 Percobaan 3 r r g m re V re I T E Av A v Penguat CE ( RC // RL // ro ) r R S Rin Ri RB // r Rout R R // r Av A o v C e o RC // RL r R Rin R R // 1 g r Rout R R // r i o B C Penguat CE dengan RE o e m e r Penguat CB Av Av R i R i R s Gm( RC // RL) Rin Rout R r i e R o RC Penguat CC Av Av RL R R L o Rin R r ( 1) R i L Rout R o r e ( R s // RB) 1 Common Emitter A. Faktor Penguatan Petunjuk Praktikum Elektronika 31

33 Percobaan 3 5. Hubungkan ujung kaki RE ke pin input current source. Lakukan pengecekan arus Ic tersebut dengan menggunakan amperemeter dan pastikan semua ground terhubung. 6. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp = mv dan frekuensi 10 khz. 7. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. 8. Amati dan gambar sinyal di titik Z dan X menggunakan osiloskop. 9. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 10. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 11. Ulangi langkah 8 dan 9 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan capasitor bypass C3 seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 32

34 Percobaan 3 B. Resistansi Input 12. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian. 13. Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar Vpp = 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. 14. Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini (Re dihubung singkat). Petunjuk Praktikum Elektronika 33

35 Percobaan 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). 16. Ulangi percobaan ini dengan memasang resistor Re. C. Resistansi Output 17. Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan rangkaian pada gambar di bawah ini dan catat hasil bacaan Vo di osiloskop (Re dihubung singkatkan). 18. 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. 19. Ulangi percobaan ini dengan memasang Re. Common Base A. Faktor Penguatan 20. Lakukan langkah 2 sampai langkah Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut ini. 34

36 Percobaan Amati dan gambar gelombang di titik Z dan Y menggunakan osiloskop. 23. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 24. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. B. Resistansi Input 25. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter (kecuali langkah 15) pada rangkaian berikut ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 35

37 Percobaan 3 C. Resistansi Output 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter (kecuali langkah 18) pada rangkaian di bawah ini. Common Collector A. Faktor Penguatan 27. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar Amati dan gambar gelombang di titik X dan Y menggunakan osiloskop. 29. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 36

38 Percobaan Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo mulai terdistorsi. Catat tegangan vi. B. Resistansi Input 31. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter (kecuali langkah 15) pada rangkaian berikut ini. C. Resistansi Output 32. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter (kecuali langkah 18) pada rangkaian di bawah ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 37

39 Percobaan 3 Analisis dan Kesimpulan 33. Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda. Mengakhiri Percobaan 34. 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). 35. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 36. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 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. 38

40 Percobaan 3 Kurva karakteristik IC vs VCE 2N3904 IC VCE Petunjuk Praktikum Elektronika 39

41 Percobaan 4 Percobaan 4 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 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. 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. 40

42 Percobaan 4 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 mvp-p dengan frekuensi 1-10 khz). Terdapat 3 konfigurasi penguat pada transistor MOSFET, yaitu Petunjuk Praktikum Elektronika 41

43 Percobaan 4 Common Source Common Gate Common Drain Ketiganya memiliki karakteristik yang berbeda-beda dari faktor penguatan, resistansi input, dan resistansi output. Tabel berikut ini merangkum karakteristik dari ketiga konfigurasi tersebut. Alat dan Komponen yang Digunakan 42 Sumber tegangan DC (2buah) Generator Sinyal (1 buah) Osiloskop (1 buah) Multimeter (3 buah) Kit Transistor sebagai switch Breadbord (1 buah) RG = Potensiometer 1 MΩ (1 buah) RD = Potensiometer 10 kω (1 buah) RS = Potensiometer 1 kω (2 buah) Resistor 1 MΩ (1 buah) Kapasitor 100 uf (3 buah) Kabel-kabel Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Kurva Karakteristik Transistor MOSFET

44 Percobaan 4 A. Kurva ID vs. VGS 2. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini. 3. Aturlah tegangan VGS, lalu catat ID yang dihasilkan sesuai dengan tabel berikut ini. VGS (V) ID (ma) 4. Buatlah plot kurva karakteristik ID vs. VGS dalam buku catatan laboratorium anda. 5. Tentukan tegangan threshold, Vt. B. Kurva ID vs. VDS 6. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. Gunakan dua sumber tegangan DC. 7. Aturlah tegangan VDS lalu catat ID yang dihasilkan untuk setiap VGS sesuai dengan tabel berikut ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 43

45 Percobaan 4 VDS(V) ID(mA) VGS = 2 VGS = 2.5 VGS= 3 VGS= 4 VGS= 5 VGS= 7 VGS= 9 8. Buatlah plot kurva karakteristik ID vs. VDS untuk setiap VGS dalam satu gambar di buku catatan laboratorium anda. 9. Tentukanlah daerah saturasi, dan daerah triode. Desain Q-point 10. Pada kurva karakteristik ID vs. VDS, rancanglah Load line (garis beban) dengan menentukan VDD terlebih dahulu dan menentukan RD. Tempatkanlah titik Q point pada garis beban tersebut. Berikut ini adalah contoh gambar penempatan Q point pada kurva karakteristik ID vs VDS. 44

46 Percobaan Hitunglah gm dengan terlebih dahulu mencari nilai K berdasarkan formula i 2 D K( vgs Vt ) dan m 2K( vgs Vt ) g. 12. Tentukan nilai gm dengan melihat kemiringan kurva titik Q point pada kurva karakteristik ID vs VGS. Bandingkanlah kedua nilai gm yang anda peroleh. Penguat Common Source A. Faktor Penguatan 13. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. 14. Aturlah VDD, potensiometer RG, RD, dan RS agar transistor berada pada titik operasi yang diinginkan. 15. Buatlah sinyal input sinusoidal sebesar 50 mvpp dengan frekuensi 10 khz. 16. Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 45

47 Percobaan Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor. 18. Tentukan penguatannya (Av = Vo/Vi). 19. Naikkan amplitudo generator sinyal dan perhatikan sinyal output ketika sinyal mulai terdistorsi. Catatlah tegangan input ini. 20. Bandingkan nilai penguatan yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. B. Resistansi Input 21. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada inputnya seperti pada gambar di bawah ini. 22. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor. 23. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable. 24. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rin = Rvar. 25. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. 46

48 Percobaan 4 C. Resistansi output 26. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini. 27. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor. 28. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. 29. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rout = Rvar. 30. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. Penguat Common Gate 31. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. Petunjuk Praktikum Elektronika 47

49 Percobaan 4 Penguat Common Drain 32. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. 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 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. 48

50 Percobaan 4 ID(mA) 500 Kurva disipasi daya maksimum CD VDS(V) Petunjuk Praktikum Elektronika 49

51 Percobaan 5 Percobaan 5 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 Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. 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. 50

52 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 51

53 Percobaan 5 Alat dan Komponen yang Digunakan 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 V cc V cc R c Relay R var 100 k A I B I C A V V CE Lampu 12 V V V BE 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. 52

54 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. V dd R d 2,2K I d D R var 100K G V ds V gs 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 53

55 Percobaan 5 V dd R d D + + G V out V in - s 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 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. V dd I d D R var 100K a G V out V gs 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). 54

56 Percobaan 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 Hubungkan Vout1 ke channel 2 osiloskop, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin Vout 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 Vout Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. Petunjuk Praktikum Elektronika 55

57 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 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. 56

58 Percobaan 5 Petunjuk Praktikum Elektronika 57

59 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 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. 58

60 Percobaan 6 Petunjuk Praktikum Elektronika 59

61 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 60

62 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- nilai Keterangan Sumber tegangan V. s+ s- (DC) nilai tanda DC untuk Sumber Arus I. s+ s- nilai Resistor R. s+ s- nilai Voltage-Controlled Voltage Source Voltage-Controlled Current Source Current-Controlled Voltage Source Current-Controlled Current Source E. sv+ sv- sc+ scnilai G sv+ sv- sc+ scnilai H s+ s- V nilai F s+ s- V nilai sumber sebagai variabel analisis DC 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 61

63 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 R2 V120 R R I 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 R R RA R * Sumber V IB control OP print v(1) v(2) v(3) v120#branch.endc.end 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. 62

64 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) = e+02 v(2) = e+01 v(3) = e+00 v120#branch = e+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 63

65

66 Lampiran A Lampiran B Pengenalan EAGLE Eagle (Easily Applicable Graphical Layout Editor) adalah aplikasi untuk membuat Layout PCB dan skematiknya. EAGLE tersedia sebagai FreeWare di 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 PCB-nya. Power Supply 10K 1K Function Generator 2n2222 Osiloskop Gambar 1. Rangkaian yang ingin dibuat Langkah pertama, kita buka EAGLE. Lalu akan terbuka layar seperti pada gambar 2 dibawah. 63

67 Lampiran G 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_ R- EU_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. 64

68 Lampiran A 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. 65

69 Lampiran G 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. 66

70 Lampiran A 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 67