MODUL 04 TRANSISTOR PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018

Transkripsi

1 MODUL 04 TRANSISTOR PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018 LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG

2 1 TUJUAN Memahami cara kerja transistor BJT dan FET sebagai switch Mengetahui karakterisasi penguat dengan konfigurasi Common Emiter. 2 PERSIAPAN Transistor Switch (Malvino, hal ) Bipolar Junction Transistors, Bab 6 buku Electronics Principles Oleh Albert Malvino dan David J. Bates Bab 4, bab 6, bab 8 buku Electronic devices conventional current version oleh Thomas L. Floyd Datasheet transistor 2N3904. Datasheet transistor IRF540 3 PERALATAN PRAKTIKUM Sumber tegangan DC (1 buah) Multimeter (3 buah) Osiloskop (1 buah) Signal Generator (1 buah) Resistor 220 Ω (3 buah) Resistor Variabel 10 k Ω (2 buah) Transistor 2N3904 (2 buah) Transistor IRF540 (/1N7002) (1 buah) Kabel Jumper Breadboard 4 DASAR TEORI Transistor merupakan komponen elektronika yang pada dasarnya berfungsi sebagai pengontrol arus listrik. Fungsi utama transistor adalah sebagai penguat sinyal dan switch (saklar). Dalam aplikasi nya pada divais elektronik, penguatan pada sinyal listrik dan switch banyak digunakan. Oleh karena itu, transistor menjadi salah satu komponen yang penting. Berdasarkan perkembangannya, transistor terbagi menjadi BJT (bipolar junction transistor) dan FET (field effect transistor). 1. Bipolar Jucnticon Transistor (BJT) Transistor BJT disusun oleh material semikonduktor tipe p dan tipe n. Berdasarkan konfigurasi material penyusunnya, BJT terbagi menjadi PNP dan NPN. Pada gambar 1 ditunjukkan simbol dari transistor BJT. Gambar 1. Struktur dan Simbol Transistor BJT [2] Transistor BJT memiliki tiga bagian/pin yaitu collector, emitter, dan base. Besarnya kuat arus yang mengalir dikontrol oleh besar arus yang mengalir dari basis ke emitter. Pada pemakaian standar, arus kecil yang mengalir dari basis ke emitter akan menyebabkan arus besar mengalir dari collector ke emitter. Cara kerja transistor BJT tipe npn adalah ketika kondisi antara pin base dan emitter dipanjar mundur, (V B < 0.7), tidak ada arus yang mengalir dari collector ke emitter. Kondisi ini dinamakan cut-off. Pada kondisi ini, transistor berperan sebagai saklar terbuka (open switch) dan besar tegangan V CE akan sama dengan V CC. Sementara, transistor berperan sebagai saklar tertututp (closed switch)

3 apabila pin base dan emitter dipanjar maju (V B > 0.7). Pada kondisi tersebut arus akan mengalir dari collector ke emitter. Kondisi ini disebut keadaan saturasi. Besar arus yang mengalir dari collector ke emitter dalam keadaan saturasi disebut I C (sat). I C(sat) V CC R C Sementara, besar arus minimum pada basis yang diperlukan untuk menghasilkan keadaan saturasi adalalah I B(min) I B(min) I C(sat) β DC β DC adalah gain transistor. Nilai gain terdapat di datasheet dan ditulis sebagai h fe. 2. Field Effect Transistor Gambar 2. BJT sebagai switch Field Effect Transistor (FET) adalah transistor yang menggunakan medan listrik untuk mengatur konduktivitas bahannya. FET terbagi dua, yaitu Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau dikenal juga dengan Metal Oxide FET (MOSFET). FET terdiri dari tiga kaki, yaitu Drain (D), Gate (G), dan Source (S). Besar medan listrik pada gate mempengaruhi lebar zona deplesi sehingga mempengaruhi konduktivitas listrik didalamnya. FET juga disebut sebagai voltage-controlled device karena output dari FET ditentukan oleh tegangan di gate, tidak seperti BJT yang dikendalikan oleh arus. Threshold voltage setiap FET berbeda dan tercantum di datasheet sebagai V GS threshold. Gambar 3. Simbol dan Tampilan MOSFET n-channel IRF540 [2] 3. Transistor Sebagai Penguat Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai penguat, transistor harus berada pada kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan memberikan bias pada transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus konstan pada basis atau pada collector. Terdapat tiga jenis penguat yang dapat diberikan oleh transistor, yaitu penguat emitter ditanahkan (Common Emiter, CE), penguat kolektor ditanahkan (Common Collector, CC), dan penguat basis ditanahkan, CB). Pada praktikum kali digunakan tipe penguatan emitter ditanahkan (common emitter).

4 Penguat Common Emitter Gambar 4. Rangkaian Penguat Common Emitter Pada gambar 4 diatas ditunjukkan rangkaian common emitter. Pada rangkaian common emitter tegangan input berasal dari pin basis dengan output pada pin collector. Untuk dapat menentukan besar penguatannya, kita harus terlebih dahulu menentukan tegangan input yang berasal dari sumber dan juga tegangan outputnya (Vc). Untuk menghitung tegangan output (V c) dapat digunakan langkah berikut : (1) Hitung tegangan pada basis. V BB = R 2 R 1 + R 2 V CC (1) (2) Hitung tegangan pada emitter dengan V BE = 0.7 V E = V BB V BE (2) (3) Hitung arus yang melari di emitter untuk mendapatkan arus yang mengalir di kolektor (4) Karena I C I E, maka I E = V E R 4 (3) V C = V CC I C R 3 (4) Besar penguatan pada rangkaian Common Emmiter dapat dinyatakan sebagai perbandingan antara tegangan output dan tegangan input. Keterangan : V BB : Tegangan pada pin basis transistor V E : Tegangan pada pin emitter transistor V C : Tegangan pada pin collector transistor I E : Arus yang melewati pin emitter transistor I C : Arus yang melewati pin collector transistor A : Besar penguatan A = V 0ut V in (5) 5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Jelaskan secara singkat mengenai transistor BJT dan FET serta klasifikasinya! 2. Jelaskan fungsi dari kapasitor C1, C2 dan C3 pada rangkaian common emitter pada gambar 4 di atas!

5 3. Pada rangkaian transistor sebagai switch (gambar 5), jelaskan kondisi ketika transistor dalam keadaan on dan off! 4. Apa yang dimaksud dengan garis beban, dan titik kerja pada rangkaian penguat? Apa yang terjadi jika titik kerja lebih besar dari garis beban? Gambarkan garis beban dari rangkaian common emiter. 5. Gambarkan rangkaian setara AC dari rangkaian common emitter pada gambar Turunkan persamaan penguatan dari common emitter berdasarkan rangakaian setara AC pada soal no. 5 6 LANGKAH PERCOBAAN 5.1 MOSFET Sebagai Saklar Gambar 5. Rangkaian MOSFET sebagai saklar 1. Susun rangkaian pada breadboard seperti gambar Gunakan Vcc dari sumber DC sebesar 5V. 3. Atur Potensiometer agar benilai minimum sehingga nilai V GS = Catat nilai awal V DS. 5. Naikkan tegangan V GS perlahan-lahan dengan memutar potensiometer. 6. Atur kenaikkan V GS dengan besar 0,5 V untuk rentang 0 V 2.5 V dan kenaikan 0,1 V untuk rentang 2.5 V 4 V. 7. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki gate-source dan drain-source 8. Buat Kurva V DS terhadap V GS (sumbu y terhadap sumbu x) 5.2 Karakterisasi BJT

6 Gambar 6. Rangkaian untuk karakterisasi BJT 1. Susun rangkaian seperti pada gambar schematic di atas. 2. Gunakan Vcc sebesar 5V. 3. Atur potensiometer sehingga menunjukkan nilai V CE sebesar 0.1 V. 4. Variasikan nilai V CE dari 0.1 V sampai dengan 5 V dengan kenaikan 0.1 V dengan cara memutar potensiometer 5. Catat nilai I C untuk setiap nilai V CE yang diambil. 6. Plot pada kurva data I C terhadap V CE 5.3 Transistor Sebagai Penguat (Common Emitter) Gambar 7. Rangkaian Common Emitter 1. Susunlah rangkaian Common Emitter seperti gambar 5 di atas. 2. Berikan nilai Vcc sebesar 5 V. 3. Spesifikasi resistor pada gambar xx adalah R 1 = 1 kω, R 2 = 330 Ω, R 3 = 720 (rangkai seri 330 Ω dan 390 Ω ) Ω, 1.3kΩ, 330 (rangkai seri 1kΩ dan 330 Ω), R 4 = 220 Ω, kapasitor C 1 = 47 μf, transistor NPN 2N Berikan input AC dari signal generator sebesar 300 mv pp dan frekuensi 500 Hz 5. Hitung arus yang mengalir pada pin collector I C. 6. Ukur dan catat besar tegangan output (V out ) dan tegangan input (V in ) AC. Amati sinyal input dan output yang terbaca. 7 ANALISIS LAPORAN 1. Berdasarkan kurva yang didapat dari percobaan 1, bagaimana hubungan tegangan input (V GS) terhadap tegangan output (V DS)? Jelaskan mengapa demikian! 2. Berdasarkan data yang diperoleh, pada tegangan berapa rangkaian bekerja sebagai saklar (transisi kondisi on dan off)? Apakah saklar pada rangkaian tersebut termasuk saklar ideal? Jelaskan! 3. Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan 2, jelaskan hasil plot kurva I C VS V CE? Jelaskan hubungan nya dengan penentuan titik kerja! Bagaimana seharusnya menempatkan daerah kerja transistor agar sinyal keluaran sesuai dengan yang diinginkan? 4. Jelaskan fungsi dari resistor R1 dan R2 pada rangkaian transistor sebagai penguat! 5. Bagaimana bentuk sinyal yang dihasilkan dari rangkaian pada percobaan 3? Apakah terjadi beda fasa atau tidak pada sinyal yang teramati oleh osiloskop? Jelaskan!

7 8 REFERENSI [1] Malvino, Albert Paul. Electronics Principles, 8th edition. McGraw-Hill Education. United states: Chapter 6: Bipolar Junction Transistors [2] Floyd, Thomas L. Electronic devices conventional current version, 9 th edition. Prentice Hall. United States: 2012.

8 LOG AKTIVITAS Nama : NIM : Shift : Percobaan 1. MOSFET seagai saklar Data V DS terhadap V GS V DS ( ) V GS ( ) Percobaan 2. Penguat Common Emitter Data V DS terhadap V GS I C ( ) V CE ( ) Kurva V DS terhadap V GS Kurva I C terhadap V BE Percobaan 1. MOSFET seagai saklar Percobaan 2. Karakterisasi BJT

9 Percobaan 3. Penguat Common Emitter Percobaan Penguat Common Emitter Besaran Nilai Besaran Nilai R 1 R 2 V CC f R 4 C1 Tabel foto sinyal penguat common emitter Tegangan (V) Gambar R 3 = V CE V BE V o = V i = A v = R 3 = V CE V BE V o = V i = A v = R 3 = V CE V BE V o = V i = A v =