PRAKTIKUM TEKNIK BIOMEDIS 1 EB2200

Transkripsi

1 PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM TEKNIK BIOMEDIS 1 EB2200 Laboratorium Dasar Teknik Elektro Mervin T Hutabarat Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2018

2

3 PETUNJUK PRAKTIKUM EB2200 TEKNIK BIOMEDIS 1 edisi 2017/2018 Disusun oleh Mervin T. Hutabarat Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2018

4

5 DAFTAR KONTRIBUTOR Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini Mervin Hutabarat Amy Hamidah Salman Esha Ganesha Rizki Ardianto Priramadhi Narpendyah Wisjnu Ariwadhani Ardy Pratama Harry Septanto Eric Agustian Muhammad Luthfi Muh. Zakiyullah R. Sandra Irawan Nina Lestari Adji Gunhardi Novi Prihatiningrum Ulfah Nadiya Gunawan L. Gaol Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro i

6 DAFTAR ISI DAFTAR KONTRIBUTOR... i DAFTAR ISI... ii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro... iii Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium... v Tabel Sanksi Praktikum... vii Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum... viii PERCOBAAN 1 PENGENALAN INSTRUMENTASI LABORATORIUM DAN KARAKTERISTIK BJT... 1 PERCOBAAN 2 PENGUAT BJT SATU TINGKAT PERCOBAAN 3 TAHAP OUTPUT PENGUAT PERCOBAAN 4 PENGUAT DIFERENSIAL PERCOBAAN 5 PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK PERCOBAAN 6 OSILATOR LAMPIRAN A ANALISIS RANGKAIAN DENGAN SPICE LAMPIRAN B PETUNJUK PEMBUATAN RANGKAIAN ELEKTRONIK LAMPIRAN C RESISTOR, OP-AMP, DAN INVERTER ii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

7 Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro Kelengkapan Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/ rok, kemeja dan mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan berikut: Modul praktikum Buku Catatan Laboratorium (BCL) Alat tulis dan kalkulator Kartu Nama (Name tag) Kartu Praktikum. Persiapan/Sebelum Praktikum Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut: Membaca dan memahami isi modul praktikum, Mengerjakan hal-hal yang dapat dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan, misalnya mengerjakan perhitungan-perhitungan, menyalin source code, mengisi Kartu Praktikum dlsb., Mengisi daftar hadir di komputer Tata Usaha Laboratorium, Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker dengan meninggalkan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP). Selama Praktikum Setelah dipersilakan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah: Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu sebaik-baiknya, diawali dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu, Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten, Melakukan pengecekan terhadap peralatan praktikum (termasuk kabel di dalam boks kabel) sebelum memulai praktikum dan melaporkan jika terdapat kekurangan atau kerusakan alat, Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan. Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro iii

8 Setelah Praktikum Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus Memastikan BCL dan Kartu Praktikum telah ditandatangani oleh asisten, Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali), Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan Laporan di laman Mengumpulkan file laporan dengan cara mengunggah di laman Waktu pengiriman paling lambat jam WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/atau Asisten. Pergantian Jadwal Kasus Biasa Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut: Lihatlah format Pertukaran Jadwal di pada halaman Panduan Salah satu praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan ke Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, satu hari kerja sebelum praktikum yang dipertukarkan. Pertukaran diperbolehkan setelah ada konfirmasi dari Lab. Dasar Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak pribadi. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui . Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi. Kasus kepentingan massal Kepentingan massal terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait kegiatan akademis, misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Jadwal praktikum pengganti satu hari itu akan ditentukan kemudian oleh laboratorium. Sanksi Pengabaian aturan-aturan di atas dapat dikenakan sanksi pengguguran nilai praktikum terkait. iv Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

9 Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium Keselamatan Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman. Bahaya Listrik Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten. Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll. Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri atau orang lain. Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu. Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum. Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi: Jangan panik, Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan di meja praktikan yang tersengat arus listrik, Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik, Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik. Bahaya Api atau Panas berlebih Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain. Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas berlebih: Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium v

10 Jangan panik, beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih, Menjauh dari ruang praktikum. Bahaya Lain Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan perhatikan juga hal-hal berikut: Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan. Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll. Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum Lain-lain Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum. Penggunaan Peralatan Praktikum Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum: Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk penggunaan alat itu. Petunjuk penggunaan beberapa alat dapat didownload di Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasa tertera pada badan alat. Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan. Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan. Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam, api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat tersebut. Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan. Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut. Sanksi Pengabaian uraian panduan di atas dapat dikenakan sanksi tidak lulus mata kuliah praktikum yang bersangkutan vi Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

11 Tabel Sanksi Praktikum Lab Dasar Teknik Elektro Level Kasus Sanksi Akademik Berat Saat dan setelah praktikum Saat praktikum Semua kegiatan plagiasi (mencontek): tugas pendahuluan, test dalam praktikum, laporan praktikum Sengaja tidak mengikuti praktikum Terlambat hadir praktikum Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu Tugas pendahuluan tidak dikerjakan/hilang/tertinggal Gugur praktikum Gugur modul Pengurangan nilai per modul Ringan Saat Praktikum Setelah Praktikum Tidak mempelajari modul sebelum praktikum/tidak mengerti isi modul Pertukaran jadwal tidak sesuai ketentuan BCL tertinggal/hilang Name Tag tertinggal/hilang Kartu praktikum tertinggal/hilang Kartu praktikum tidak lengkap data dan foto Loker tidak dikunci/kunci tertinggal Tidak minta paraf asisten di BCL/kartu praktikum Terlambat mengumpulkan laporan Terlambat mengumpulkan BCL Tidak bawa kartu praktikum saat pengumpulan BCL Dikeluarkan dari praktikum -25 nilai akhir -100% nilai BCL -10 nilai akhir -25 nilai akhir -10 nilai akhir -10 nilai akhir -25 nilai akhir -1/min nilai akhir, maks -50-1/min nilai BCL, maks nilai BCL Tidak minta paraf admin saat pengumpulan BCL -50 nilai BCL Catatan: 1. Pelanggaran akademik menyebabkan gugur praktikum, nilai praktikum E 2. Dalam satu praktikum, praktikan maksimal boleh melakukan a. 1 pelanggaran berat dan 1 pelanggaran ringan; atau b. 3 pelanggaran ringan 3. Jika jumlah pelanggaran melewati point 2, praktikan dianggap gugur praktikum. 4. Praktikan yang terkena sanksi gugur modul wajib mengganti praktikum pada hari lain dengan nilai modul tetap 0. Waktu pengganti praktikum ditetapkan bersama asisten. Jika praktikan tidak mengikuti ketentuan praktikum (pengganti) dengan baik, akan dikenakan sanksi gugur praktikum. 5. Setiap pelanggaran berat dan ringan dicatat/diberikan tanda di kartu praktikum 6. Waktu acuan adalah waktu sinkron dengan NIST 7. Sanksi yang tercantum di tabel adalah sanksi minimum. 8. Sanksi yang belum tercantum akan ditentukan kemudian. Tabel Sanksi Praktikum vii

12 Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum Tugas Pendahuluan Simulasi a. Simulasi dilakukan secara individu. b. Simulasi dibuat menggunakan software LTSpice/Multisim/WinSpice atau software sejenis lainnya. c. Pada seluruh lembar kerja skematik rangkaian cantumkan Nama dan NIM. d. Pada hasil simulasi diberi keterangan nilai input dan output rangkaian (tidak hanya gambar grafik) e. Simulasi dikumpulkan pada kertas HVS berupa tangkapan layar gambar skematik rangkaian dan grafik hasil simulasi. Grafik dan rangkaian tidak digambar manual. f. Praktikan diharapkan untuk mengerti hasil simulasi. Segala bentuk kecurangan termasuk copy-paste akan dikenakan sanksi. viii Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum

13 PERCOBAAN 1 PENGENALAN INSTRUMENTASI LABORATORIUM DAN KARAKTERISTIK BJT Tujuan Mengenal multimeter sebagai pengukura tegangan (Voltmeter), sebagai pengukur arus (Amperemeter) dan sebagai pengukur resistansi (Ohmmeter) dan dapat menggunakan alat ukur tersebut, Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran arus DC Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan jatuh DC dan AC pada resistansi besar, Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan AC dengan frekuensi tinggi dan bentuk gelombang nonsinusoidal, Dapat menggunakan osiloskop sebagai pengukur tegangan dan sebagai pengukur frekuensi dari berbagai bentuk gelombang Memahami karakteristik transistor BJT Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan Persiapan Baca appendix berjudul Osiloskop, Generator Sinyal, dan Power Supply. Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul instrumentasi laboratorium ini. Agar mempermudah saat praktikum, praktikan disarankan untuk menyiapkan tabel-tabel hasil percobaan pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) sebelum praktikum dimulai. Kerjakan tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku. Multimeter Berikut ini beberapa Catatan tentang Penggunaan Multimeter: Perhatikan baik-baik beberapa catatan tentang penggunaan multimeter berikut ini. Kesalahan penggunaan multimeter dapat menyebabkan fuse pada multimeter putus. Putusnya fuse dapat mengakibatkan pemotongan nilai sebesar minimal 10. Dalam keadaan tidak dipakai, selektor sebaiknya pada kedudukan AC volt pada harga skala cukup besar (misalnya 250 V) atau posisi OFF. Hal ini dimaksudkan untuk menghindari kesalahan pakai yang membahayakan multimeter. Sebelum mulai mengukur suatu besaran listrik perhatikanlah lebih dahulu besaran apakah yang hendak diukur dan kira-kira berapakah besarannya, kemudian pilihlah Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 1

14 kedudukan selektor dan skala manakah yang akan dipergunakan. Perhatikan pula polaritas (tanda + dan -) bila perlu. Jangan menyambungkan multimeter pada rangkaian, baru kemudian memilih kedudukan selektor dan skala yang akan digunakan. Jika arus/tegangan melebihi batas maksimal pengukuran multimeter, fuse dapat putus. Pada waktu mulai melakukan pengukuran arus dan tegangan, bila tidak dapat dipastikan besarnya arus/ tegangan tersebut, maka mulailah dari batas ukur yang paling besar. Setelah itu selektor dapat dipindahkan ke batas ukur yang lebih rendah untuk memperoleh ketelitian yang lebih baik. Pada pengukuran tegangan dan arus, pembacaan meter akan paling teliti bila penunjukan jarum terletak di daerah dekat skala penuh, sedangkan pada pengukuran resistansi bila penunjukan jarum terletak di daerah pertengahan skala. Harus diperhatikan: pengukuran resistansi hanya boleh dilakukan pada komponen atau rangkaian yang tidak mengandung sumber tegangan dan/atau tidak tersambung ke sumber listrik apapun. Osiloskop Mengukur Tegangan Kesalahan yang mungkin timbul dalam pengukuran tegangan, dapat disebabkan oleh osiloskopnya sendiri seperti kalibrasi osiloskop yang sudah buruk dan kesalahan penggunaan-nya, misalnya pengaruh impedansi input, kabel penghubung serta gangguan parasitik. Untuk mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh impedansi input, dapat digunakan probe yang sesuai (dengan memperhitungkan maupun dengan kalibrasi dari osiloskop). Besar tegangan sinyal dapat langsung dilihat dari gambar pada layar dengan mengetahui nilai volt/div yang digunakan. Gunakan skala tegangan V/div yang terkecil yang masih memberikan gambar sinyal tidak melewati ukuran layar osiloskop. Osiloskop mempunyai impedansi input yang relative besar (1M, 10-50pF) jadi dalam mengukur rangkaian dengan impedansi rendah, maka impedansi input osiloskop dapat dianggap open circuit untuk pengukuran DC atau gelombang frekuensi rendah. Mengukur Beda Fasa Pengukuran beda fasa antar dua buah sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu: dengan osiloskop dual trace, dan dengan metoda lissajous. Pengukuran beda fasa hanya dapat dilakukan pada sinyal dengan frekuensi yang tepat sama. Dengan Osiloskop Dual Trace 2 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

15 Sinyal pertama dihubungkan pada kanal A, sedangkan sinyal kedua dihubungkan pada kanal B dari osiloskop. Pada layar osiloskop akan terlihat gambar bentuk tegangan kedua sinyal tersebut. Beda fasa dapat dihitung = t/t*360 o. Gambar 1 Pengukuran beda fasa dengan dual trace Dengan Metoda Lissajous Sinyal pertama dihubungkan pada kanal B, dan sinyal kedua dihubungkan pada kanal A osiloskop. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Pada layar akan terlihat suatu lintasan berbentuk lingkaran, garis lurus, atau elips dimana dapat langsung ditentukan beda fasa antara kedua sinyal tersebut dengan c d sin 1 c d. Mengukur Frekuensi Pengukuran frekuensi suatu sinyal listrik dengan osiloskop dapat dilakukan dengan beberapa cara, antara lain: Cara langsung, Dengan osiloskop dual trace, Metoda Lissajous, Metoda cincin modulasi. Gambar 2 Pengukuran beda fasa dengan lissajous Beberapa osilokop yang dimiliki Lab. Dasar memiliki penghitung frekuensi langsungnya. Hati-hati menggunakannya, karena frekuensi yang ditampilkan tidak selalu benar bergantung setting pengukurannya. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 3

16 Cara Langsung Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal B osiloskop. Frekuensi sinyal langsung dapat ditentukan dari gambar, dimana f = 1/T, untuk T = periode gelombang. Gambar 3 Perhitungan perioda Pengukuran langsung hanya dapat dilakukan bila kalibrasi skala waktu osilokop dalam keadaan baik. Dengan Osiloskop Dual Trace Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A. Generator dengan frekuensi yang diketahui dihubungkan pada kanal B. Bandingkan kedua gelombang tersebut dengan menampilkannya secara bersamaan. Frekuensi generator kemudian diubah sampai perioda sinyal yang diukur sama dengan perioda sinyal generator. Pada keadaan ini, frekuensi generator sama dengan frekuensi sinyal yang diukur. Pengukuran dengan cara dual trace ini dapat dilakukan pada osiloskop yang kalibrasi waktunya kurang baik, tetapi frekuensi generator sinyal harus terkalibrasi baik. Metoda Lissajous Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A, sedangkan generator dengan frekuensi yang diketahui (sebagai sinyal rujukan) dihubungkan pada kanal B. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Frekuensi generator sinyal kemudian diatur, sehingga pada layar didapat suatu lintasan seperti pada Gambar 4. Gambar 4 Contoh lissajous 1:2 Pada Gambar 4 tersebut, perbandingan f x :f y adalah 1:2. Cara ini hanya mudah dilakukan untuk perbandingan frekuensi yang mudah dan bulat (1:2, 1:3, 3:4 dan seterusnya). Mengukur Faktor Penguatan Ada beberapa cara pengukuran faktor penguatan antara lain: 4 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

17 Cara langsung, Dengan osiloskop dual trace. Cara Langsung Hubungkan keluaran Generator Sinyal pada masukan rangkaian penguat. Input rangkaian penguat ini juga dihubungkan pada kanal 1 osiloskop. Hubungkan keluaran rangkaian penguat pada kanal 2 osiloskop. Gunakan mode X-Y. osiloskop Generator Sinyal Mode x-y Konektor T Kanal A Kanal B Rangkaian Penguat GND Vin Vout GND Gambar 5 Pengukuran penguatan dengan membaca slope pada mode xy Pada layar osiloskop akan didapat suatu garis lurus dengan sudut terhadap sumbu horizontal. Besar faktor penguatan langsung dapat diketahui dari gambar, dimana penguatan merupakan gradient kemiringan. Dengan Osiloskop Dual Trace Generator sinyal dihubungkan pada input rangkaian penguat yang akan diamati penguatannya, dan pada kanal A osiloskop. Output rangkaian penguat dihubungkan pada kanal B osiloskop. Generator Sinyal osiloskop Konektor T Kanal A Kanal B Rangkaian Penguat GND Vin Vout GND Gambar 6 Pengukuran penguatan dengan membaca dan membandingkan dua amplituda Pada layar akan didapat sinyal input dan output rangkaian penguat. Dengan mengukur tegangan sinyal input dan sinyal output rangkaian penguat, maka faktor penguatan dapat ditentukan. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 5

18 Cara ini dapat juga dilakukan dengan osiloskop single trace dengan membaca input dan output bergiliran. Namun untuk ini, perlu diyakinkan pembebanan rangkaian tidak berubah pada kedua pengukuran tersebut. 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. Gambar 7 Transistor BJT NPN Gambar 8 Transistor BJT PNP 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 C C dan, sehingga I B I I E 1 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. Gambar 9 Rangkaian Common Emitter Dari Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu: Karakteristik IC - VBE Karakterinstik IC - VCE 6 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

19 Kurva Karakteristik I C - V BE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan: VBE / kt I I e. Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti ditunjukkan C ES pada gambar berikut ini. Gambar 10 Kurva Karakteristik IC - VBE Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan I C kemiringan dari kurva di atas, yaitu g m V 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 BE 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. Gambar 11 Kurva Karakteristik IC VCE Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 7

20 Alat dan Komponen yang Digunakan Multimeter Analog Multimeter Digital Genggam Multimeter Digital Benchtop Sumber tegangan DC Generator Sinyal Osiloskop Kit Multimeter Kit Penguat Transistor Kit Osiloskop & Generator Sinyal Sumber arus konstan Kabel-kabel Resistor Variabel PEAK Atlas DCA Pro Tugas Pendahuluan 1. Carilah lembar data (data sheet) yang menunjukkan spesifikasi instrumen berikut: Power Supply Rigol DP832, Sinyal Generator DG1022U, Osiloskop Rigol DS1052E. Pelajari dan tandai parameter-parameter yang perlu diperhatikan pada spesifkasi alat-alat tersebut. 2. Lakukan perhitungan tegangan dan arus yang diharapkan terukur pada langkah perobaan ini. 3. Pada pengukuran tegangan bolak-balik, apa yang disebut dengan tegangan efektif? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan osiloskop? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan multimeter? 4. Apakah yang dimaksud dengan kalibrasi? Jelaskan! 5. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. Langkah Percobaan 8 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

21 Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang diberikan oleh asisten ketika praktikum dimulai. Catat juga nomor meja dan Kit Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium. 2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas. Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik Multimeter Perhatikan spesifikasi alat ukur yang diperoleh dari lembar data. Bila ada besaran yang juga ditampilkan pada instrumen, catatlah pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) spesifikasi, batas ukur, batas aman, dll seperti tabel berikut. No. Spesifikasi Keterangan 1 Sensitivitas 20 k /V DC, 9 Nilai sensitivitas multimeter bergantung k /V DC250V UP, 9 k /V AC pada skala pembacaan tegangan 2 Batas tegangan Cat V Batas tegangan aman pada terminal input alat ukur 3 dst Mengukur Arus Searah 1. Gunakan Kit Multimeter. Buatlah rangkaian seri dengan Vs=6 V dan R 1 = R2 = 120. R 1 6V R2 I Gambar 12 Rangkaian Percobaan Pengukuran Arus A Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 9

22 2. Dengan harga-harga V S dan R tersebut, hitunglah I (tidak menggunakan Amperemeter!) dan cantumkan hasil perhitungan tersebut pada tabel. 3. Lakukan kembali pengukuran arus searah I (dengan tiga harga R yang berbeda) menggunakan multimeter digital. R1 = R2 = 1,5 k R1 = R2 = 1,5 M 4. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran arus I dalam Buku Catatan Laboratorium. Nilai R1 dan R2 ( 120 ) Hitungan DMM 2 I (ma ) I(p) (ma) 1.5k 1,5M 5. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan. Mengukur Tegangan Searah Gambar 13 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan 10 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

23 1. Buatlah rangkaian tersebut dengan V S = 6 V dan R 1 = R 2 = Dengan harga-harga V S dan R tersebut, hitunglah tegangan V ab (tidak menggunakan Voltmeter!), cantumkan hasil perhitungan tersebut pada tabel. 3. Lakukan kembali pengukuran tegangan searah V ab tersebut (dengan tiga harga R yang berbeda) menggunakan multimeter digital. R1 = R2 = 1,5 k R1 = R2 = 1,5 M 4. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran tegangan Vab tersebut dalam Buku Catatan Laboratorium. 5. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan. Mengukur Tegangan AC 1. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 14. Pada rangkaian ini G (Generator Sinyal) digunakan sebagai sumber tegangan bolak-balik. 2. Atur frekuensi generator sinyal pada 50 Hz dan amplituda generator 6 Vrms (menggunakan multimeter). Gunakan resistor R1 = R2 = 1,5 k. Gambar 14 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan AC 3. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur frekuensi generator pada 500 Hz, 5 khz, 50 khz, 500 khz, dan 5 MHz. 4. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur bentuk gelombang segi tiga dan segi empat. Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 2 1. Catatlah dalam Buku Catatan Laboratorium, spesifikasi-teknik yang tampak pada osiloskop yang akan dipergunakan! Mengecek Kalibrasi 2. Hubungkan output kalibrator dengan input X osiloskop. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 11

24 3. Ukur tegangan serta periodanya untuk dua harga Volt/Div dan Time/Div, catat ke dalam Tabel Lakukan percobaan ini untuk kanal 1 dan kanal 2. Gambar 15 Port Osiloskop Harga Kalibrator Skala Pembacaan Hasil Pengukuran Kanal gangan (V) ekuensi (Hz) Vert. (V/div) Hors. (s/div) gangan (V) rioda (s) ekuensi (Hz) Bandingkan hasil pengukuran dengan harga kalibrator sebenarnya. Diskusikan dan masukkan dalam laporan. Mengukur TeganganSearah 6. Atur tegangan output dari power supply DC sebesar 2 V diukur dengan multimeter digital. 7. Kemudian ukur besar tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi source coupling pada DC. 8. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel. Tegangan terukur (V) Multimeter Osiloskop Ch1 Osiloskop Ch2 Mengukur Tegangan Bolak-balik 9. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 khz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vrms diukur dengan multimeter digital. 10. Kemudian ukur tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi Source Coupling pada AC. 11. Lakukan lagi untuk frekuensi 100 Hz dan 10 khz. 12. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel. 12 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

25 Mengukur Beda Fasa 13. Gunakan kit Osiloskop dan Generator Sinyal. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 khz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vpp. 14. Hubungkan generator sinyal ini dengan input rangkaian penggeser fasa pada kit praktikum (rangkaian RC). Gambar 16 Rangkaian Penggeser Fasa 15. Ukur beda fasa antar sinyal input dan output rangkaian penggeser fasa dengan menggunakan cara membaca dual trace dan Lissajous. Pada pengukuran beda fasa dengan dual trace, yakinkan Source Trigger bukan vertical. 16. Amatilah untuk sekurangnya 2 (dua) kedudukan potensio R! 17. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel. Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya dalam laporan. Posisi Tombol ± % maks Dual Trace Lissajous Sketsa Tampilan θ ( o ) Sketsa Tampilan θ ( o ) Mengukur Faktor Penguatan 1. Gunakan bagian Penguat (pada kit Osiloskop dan Generator Sinyal, jangan lupa menghubungkan catu dayanya ke jala-jala). Sebagai inputnya, gunakan gelombang sinus 1 khz 2 Vpp dari Generator Fungsi. 2. Ukur penguatan (Vo/Vi) dari sinyal di input ke output menggunakan cara langsung (mode xy) dan dengan dual trace. 3. Tuliskan hasil pengukuran pada Buku Catatan Laboratorium. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 13

26 Karakteristik BJT 1. Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer 2. Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki-kaki transistor BJT yang digunakan secara bebas (warna tidak berpengaruh). 3. Buka aplikasi DCA pro yang tersedia di komputer 4. Pastikan DCA Pro connected pada pojok kiri bawah layar 5. Tekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro. 6. Perhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki BJT yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro. Gambar 17 Peak Atlas DCA Pro Gambar 18 Icon DCA Pro Gambar 19 Jendela Aplikasi DCA Pro Karakteristik Input Transistor I C -V BE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VBE, atur pengaturan tracing VCE 0-10V dengan point 11, VBE 0-1 V dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis. 14 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

27 3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file.txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini. Karakteristik Output Transistor I C -V CE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VCE, atur pengaturan tracing Vcc 0-12V dengan point 26, IB 0-10µA dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis. 3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file.txt yang terbentuk dan copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini. Early Effect Dengan menggunakan hasil pengamatan grafik sebelumnya 1. Pilihlah nilai arus basis (IB) dari grafik curve tracer 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. i C I C2 I C1 -V A 0 V CP 1 V CE2 v CE Gambar 20 Early Effect 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) a. Gelombang Sinusoid ~1KHz. b. Amplituda sinyal 20 mvpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang kecil) c. Gunakan T konektor pada terminal output. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 15

28 2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini. Gambar 21 Rangkaian Bias Penguat Transistor 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 dan multimeter digital pada mode Arus-DC untuk mengukur arus dari IB. 6. Atur tegangan VCE menjadi 8 volt, dengan memutar knob pada Rvar secara perlahan 7. Baca dan catat arus IB kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output. 8. 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-7 terjadi. 9. Ulangi langkah 6-8. Untuk nilai-nilai VCE : 2V dan 5V. 10. Dengan setting terakhir (VCE = 5V), lakukan pengukuran arus kolektor (IC), arus base (IB), dan arus emitter (IE). Catat nilai arus ini. 11. Lakukan juga pengukuran nilai resistansi bias RB. Cata nilai resistansi ini. 16 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

29 12. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop, naikkan amplituda input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya. 13. 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. Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 17

30 18

31 PERCOBAAN 2 PENGUAT BJT SATU TINGKAT Tujuan Memahami karakteristik transistor BJT Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter, Common Base, dan 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. Penguat BJT Satu Tingkat 19

32 Gambar 22 Rangkaian Penguat Transistor 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. Gambar 23 Rangkaian Penguat Common Emitter 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. 20 Penguat BJT Satu Tingkat

33 Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model-π, maka rangkaian dapat menjadi seperti gambar berikut ini. Gambar 24 Rangkaian Model Pi untuk Commen Emitter 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. Penguat BJT Satu Tingkat 21

34 Gambar 25 Rangkaian Penguat Common Base 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 dengan, R s adalah resistansi sumber sinyal input dan Gm i s 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. Gambar 26 Rangkaian Penguat Common Collector 22 Penguat BJT Satu Tingkat

35 Pada konfigurasi ini berlaku: Resistansi input: Resistansi output: R r ( 1) R i R o r e ( R s 1 L // RB) Faktor penguatan: Av RL R R L o Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC Generator Sinyal Kit Penguat Transistor Sumber arus konstan Multimeter (3 buah) Sumber arus konstan Kabel-kabel Resistor Variabel Osiloskop PEAK Atlas DCA Pro Tugas Pendahuluan 1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. 2. Hitung parameter-parameter transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini dengan menggunakan nilai arus (IB, IC, dan IE) dan resistansi bias (RB) yang didapatkan dari percobaan sebelumnya. Q = 2N2222; RB1 = 150 kω; RL = 10 kω; RC = 10 kω; RE = 1 kω; C1 = C2 = C3 = 10 µf; VCC = 10 V Besaran Ukur Nilai I C I B I E Penguat BJT Satu Tingkat 23

36 Parameter Formula Nilai Model Ekivalen Transistor gm g m I V C T r r I I C B g m re V re I T E Av A v Penguat CE ( RC // RL // ro ) r R S Rin Ri R // B 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 24 Penguat BJT Satu Tingkat

37 Rout R o r e ( R s // RB) 1 Langkah Percobaan Common Emitter A. Faktor Penguatan 1. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp = mv dan frekuensi 10 khz. 2. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Gambar 27 Rangkaian Common Emitter 3. Amati dan gambar sinyal di titik X dan Y menggunakan osiloskop. 4. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 5. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 6. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan kapasitor by pass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Penguat BJT Satu Tingkat 25

38 Gambar 28 Rangkaian Common Emitter dengan RE 7. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan mengganti nilai RL menjadi 10k. 8. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang sumber arus seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Gambar 29 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus 9. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang kapasitor bypass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 26 Penguat BJT Satu Tingkat

39 Gambar 30 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus dan kapasitor bypass B. Resistansi Input 10. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian. 11. 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. 12. Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. Gambar 31 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Emitter Penguat BJT Satu Tingkat 27

40 13. 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). 14. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A. C. Resistansi Output 15. Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan rangkaian pada gambar di bawah ini dan catat hasil bacaan Vo di osiloskop. Gambar 32 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Emitter 16. 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. 17. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A. Common Base A. Faktor Penguatan 18. Lakukan langkah 1 sampai langkah Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut ini. 28 Penguat BJT Satu Tingkat

41 Gambar 33 Rangkaian Common Base 20. Amati dan gambar gelombang di titik kolektor dan emiter menggunakan osiloskop. 21. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 22. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 23. Ulangi langkah dengan mengganti nilai RL menjadi 10k. 24. Ulangi langkah dengan mengganti resistor 1k menjadi sumber arus dengan arus 0.5 ma. Amati untuk nilai RL 10 k dan 5 k. Gambar 34 Rangkaian Common Base dengan Sumber Arus Penguat BJT Satu Tingkat 29

42 B. Resistansi Input 25. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter pada rangkaian di percobaan A. Gambar 35 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Base C. Resistansi Output 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di bawah ini. Gambar 36 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Base 30 Penguat BJT Satu Tingkat

43 Common Collector A. Faktor Penguatan 1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut. Rvar Gambar 37 Rangkaian Common Collector 2. Amati dan gambar gelombang di titik base dan emiter menggunakan osiloskop. 3. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 4. Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo mulai terdistorsi. Catat tegangan vi. 5. Ulangi dengan mengganti resistor 1 k dengan sumber arus seperti gambar berikut. B. Resistansi Input 6. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter pada rangkaian berikut ini. Penguat BJT Satu Tingkat 31

44 Rvar Gambar 38 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Collector C. Resistansi Output 7. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter pada rangkaian di percobaan A. 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. 32 Penguat BJT Satu Tingkat

45 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 Analisis dan Kesimpulan Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda. Penguat BJT Satu Tingkat 33

46 34 Penguat BJT Satu Tingkat

47 PERCOBAAN 3 TAHAP OUTPUT PENGUAT TUJUAN Mengamati dan mengenali klasifikasi penguat berdasarkan bagian fungsi sinusoidal saat transistor konduksi Mengukur dan menganalisa distorsi pada tahap output penguat pada kelas A, B, dan AB. Mengukur dan menganalisa daya dan efisiensi penguat kelas A, B, dan AB. Mengamati, mengukur, dan menganalisa rangkaian termal sederhana untuk transistor daya (opsional). PENGETAHUAN PENDUKUNG Tahap Output Penguat Kelas A Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Emitor Bersama (Common Emitter) tampak pada Gambar 1 di bawah ini. Gambar 39 Rangkaian Tahap Output Penguat Kelas A Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus IBias menarik arus dari transistor Q1 dan beban RL. Saat tegangan input sekitar nol, arus yang ditarik sumber IBias akan diberikan oleh transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan tegangan mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A menghantarkan arus sebesar arus biasnya. Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban RL sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif Ibias RL. Saat tegangan input tertinggi maka transistor Q1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi hubungan sebagai berikut. Tahap Output Penguat 35

48 Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisar dari 0 hingga 2xIBias. Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini terjadi ketika isinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor mencapai nilai tegangan saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu dayanya. Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasikan dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan ini digunakan rangkaian sumber arus dengan seperti digambarkan pada Gambar 55. Gambar 40 Rangkaian Sumber Arus Bias untuk Penguat Tahap Output Kelas A Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan berikut. Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati VCC IBIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari VCC IBIAS saat amplituda tegangan input nol hingga VCC IBIAS/2 saat amplituda input maksimum (mendekati VCC). Penguat Kelas B Push-Pull Penguat kelas B pushpull menggunakan pasangan transistor NPN dan PNP (juga nmos dan pmos) yang seimbang dengan konfigurasi emitor bersama. Rangkaian dasar untuk tahap ouput penguat kelas B pushpull tampak pada Gambar 3. Gambar 41 Penguat Pushpull Kelas B 36 Tahap Output Penguat

49 Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus tegangan input positif maka junction base-emitter transistor QN akan mendapat tegangan maju sehingga transistor QN konduksi sedangkan junction base-emitter transistor QP akan mendapat tegangan mundur sehingga transistor QP dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat siklus tegangan input negatif junction base-emitter transistor QP yang akan mendapat tegangan maju dan transistor QP konduksi dan QN dalam keadaan cut-off. Adanya tegangan cut-in pada perilaku junction menyebabkan proses transisi transistor yang konduksi dari QN ke QP dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan cut- off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal output terdistorsi. Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu daya dapat didekati sebagai half wave rectifed sinusoidal wave untuk masing-masing transistor. Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati. Daya yang disampaikan pada beban Dengan demikian daya terdisipasi pada masing-masing transistor akan bergantung pada amplituda tegangan output atau tegangan inputnya. Ouput pada penguat kelas B pushpull mengalami distorsi cross over saat pergantian transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaian umpan balik dengan penguat operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti ini tampak pada Gambar 4. Umpan balik dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan distorsi cross over tetapi juga menekan distorsi akibat ketidakseimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP. Penguat operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Selisih tegangan input dan output akan membuat penguat operasional memmberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata lebih rendah dari input dan begitu pula sebaliknya. Gambar 42 Rangkaian Penguat Pushpull Kelas B dengan Umpan Balik dengan Op Amp Tahap Output Penguat 37

50 Penguat Kelas AB Push-Pull Cara lain untuk memekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan bias yang cukup pada junction base-emitor. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB. Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan dioda seperti ditunjukkan pada Gambar 5. Gambar 43 Penguat Pushpull Kelas AB dengan Dioda untuk Pemberi Tegangan Bias KOMPONEN DAN PERALATAN a. Kit Praktikum Penguat Daya b. Generator Sinyal c. Osiloskop Digital dengan fungsi FFT d. Multimeter (minimum 2 bh) e. Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) f. Kabel dan asesori pengukuran g. Termometer Infra Merah Tugas Pendahuluan 1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. PERCOBAAN Penguat Kelas A Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada Gambar 1. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1 = 38 Tahap Output Penguat

51 5,6k, R2 = 1,2k, R3 = 1,2, RL = 56 W, Q1 = Q2 =BD139, dan VCC = 6V. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp 1KHz. Gambar 44 Rangkaian Pengamatan Penguat Kelas A Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3. Gunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X), dan gambarkan bentuk sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya. 4. Gunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati. Gambar dan catat batas saturasinya. 5. Amati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode dual trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya. 6. Ubah nilai resistansi beban R L menjadi 33 1W dan amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya dan perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya. Pengamatan Linieritas Kuantitatif 7. Kembalikan beban ke nilai semula RL = 56Ω dan osiloskop pada mode dual trace, serta turunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan saturasinya (pada kisaran 9-10 Vpp, bergantung pengamatan pada langkah 4). 8. Gunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa fungsi MATH dilakukan untuk sumbersinyal dari kanal 2 (sinyal output). Atur tampilan display sehingga dapat diperoleh pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Untuk memudahkan pembacaaan nonaktifkan tampilan trace sinyal kanal 1 dan kanal 2 pada tampilan osiloskop dengan menekan tombol ch1 dan ch2 cukup lama hingga lampu indikator mati. Amati spektrum sinyal output ini untuk amplituda sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik ketiga. 9. Lakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input Tahap Output Penguat 39

52 fungsi MATH. 10. Aktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Lakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi batas saturasi (pada kisaran Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya. Perhatikan apa yang menentukan munculnya distorsi yang diamati dengan meningkatnya amplituda sinyal harmonik. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 11. Kembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT dengan menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban). Hitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal input. 12. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Penguat pushpull kelas B Menyusun Rangkaian 1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 41. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan distori bentuk sinyal dan penyebabnya. 4. Ubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat kuva VTC yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini. Pengamatan Linieritas Kuantitatif 5. Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, gunakan fungsi FFT pada osilokop. Amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. 6. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan input yang lebih besar dari batas saturasi (pada kisaran Vpp). Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 7. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. 8. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Pengamatan Tahap Output Kelas B dengan Umpan Balik Penguat Operasional 9. Ubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 42. Komponen yang digunakan transistor Q1 BD139 dan Q2 BD 140, resistansi beban RL 33 1W, penguat operasional LM741, dan tegangan catu VCC 6V. Gunakan juga ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu 40 Tahap Output Penguat

53 daya. 10. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Amati dan catat bentuk gelombang outputnya. Bandingkan dengan hasil dengan hasil pengamatan sebelumnya tanpa umpan balik. 11. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Bandingkan dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. 12. Pindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional. Amati dan catat juga bentuk kurva VTC ini. Perhatikan fungsi transfer rangkaian umpan baliknya. 13. Kembalikan titik pengamatan output ke beban. Atur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Bandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. 14. Gunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10Vpp. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. Penguat pushpull kelas AB 1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 43 dengan resistansi Resistor R1 dan R2 1,8k, dioda D1 dan D2 1N4001, transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140, resistansi beban R L = 33 1W dan tegangan catu daya VCC 6V. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. 2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC 3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Amati dan catat arus dari catu daya. 4. Lakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ. 5. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Perhatikan secara khusus daerah tegangan input kecil atau mendekati nol. 6. Lakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ. Perhatikan juga area kurva VTC sekitar tegangan input nol. Pengamatan Linieritas Kuantitatif 7. Kembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1kΩ atur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. 8. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi dan untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya. Tahap Output Penguat 41

54 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 9. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. 10. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional). 11. Susunlah rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 40 dengan resistansi R1 5,6k, R2 1,2k, R3 1,2 dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan heatsink (pendingin). Gunakan amperemeter untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektoremitor. Catatan: Rangkaian sumber arus ini dilengkapi dengan resistor R3 yang bertindak sebagai umpan balik negatif untuk membatasi peningkatan penguatan arus karena kenaikan temperatur. Namun demikian bila arus awal terlalu tinggi disipasi panas dapat melebihi kapasitas heatsink untuk melepaskannya. Pada keadaan demikian dapat terjadi thermal runaway, yaitu pemanasan yang tidak terkendali akibat umpan balik positif antara disipasi dengan penguatan arus. Oleh karena itu, pada pengamatan ini bila arus tampak masih terus naik bersama dengan peningkatan suhu, segera putuskan hubungan ke catu daya untuk mencegah transistor rusak. 12. Hubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Berikan tegangan VCC 6V dan amati dan ukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh heatsink dan pada casing transistor. 13. Turunkan tegangan VCC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan ukur arus serta temperatur seperti di atas. 14. Ulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal. ANALISIS DAN DISKUSI Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal berikut: 1. Perilaku penguat secara kualitatif dan kuantitif dari pengamatan bentuk gelombang dan kurva karakteristik alih tegangannya termasuk bentuk sinyal tegangan pada rangkaian umpan balik. 2. Linieritas penguat dari pengamatan distorsi harmonik hasil FFT pada sinyal input dan output. 3. Daya output pada beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat untuk sinyal dengan amplituda besar dan amplituda kecil. 4. Perhitungan termal pada penguat dan penggunaan heatsink pada transistor daya. Informasi untuk resistansi termal dari junction ke casing untuk jenis casing transistor TO- 126 yang digunakan dapat dicari di dunia maya. (Opsional). 42 Tahap Output Penguat

55 PERCOBAAN 4 PENGUAT DIFERENSIAL TUJUAN a. Memahami bagaimana memperkuat lemah (kecil) sinyal di tengah interferensi dengan penguat diferensial. b. Mengevaluasi peran masing-masing komponen/ rangkaian pada penguat diferensial. c. Mengamati perilaku tahap penguatan diferensial dengan transistor bipolar dengan berbagai konfigurasi. d. Mengamati, mengukur, dan menganalisa penguatan differential-mode dan common-mode pada tahap penguat diferensial dengan berbagai konfigurasi. PENGETAHUAN PENDUKUNG Prinsip Penguat Diferensial Pengguat diferensial adalah penguat yang memiliki dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua input tersebut. Pada keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal yang sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan pada proses penguatan karena hanya selisih tegangan yang diperkuat. Namun demikian pada implementasinya penguat diferensial juga memberikan output yang berasal dari sinyal bersama tersebut. Hubungan input dan ouput pada penguat diferensial tampak pada Gambar 45. Gambar 45 Prinsip Penguatam Diferensial Pada penguat seperti ini diinginkan penguat dengan penguatan diferensial yang besar dan penguat common mode nol atau sangat kecil. Dengan demikian penguat ini dapat digunakan untuk memperkuat sinyal kecul yang mucul bersamaan dengan sinyal interferensi yang besar. Besaran perbandingan penguatan diferensial A d dan penguatan common mode A cm disebut sebagai CMMR Common Mode Rejection Ratio, sbb.: Penguat Diferensial 43

56 Rangkaian Dasar Penguat Diferensial Rangkaian dasar penguat diferensial terdiri dari rangkaian pasangan transistor dengan emitor bersama, bias arus, dan rangkaian beban seperti tampak pada Gambar 46 Rangkaian Dasar Penguatan Diferensial Penguat diferensial tersebut akan memberikan penguatan diferensial sbb.: dimana gm adalah trankondutansi transistor pada arus bias yang diberikan. Penguatan diferensial ini sebanding dengan arus bias pada transistornya. Penguatan common mode untuk pasangan diferensial ini adalah dimana REE adalah resistansi sumber arus bias yang digunakan dan re adalah parameter resistansi emitor transistor pada sinyal kecil. Penguat common mode dapat ditekan dengan menggunakan resistansi sumber arus yang besar. Untuk rangkaian dengan bias sumber arus resistor hal ini dapat dilakukan dengan memperbesar nilai resistansi biasnya. Namun demikian untuk menjaga penguatan diferensialnya maka perlu digunakan juga tegangan bias yang lebih tinggi agar arus biasnya tetap. Penguat Diferensial dengan Resistor Degenerasi pada Emitor Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan penguatan linier yang sangat kecil (jauh di bawah VT). Untuk memperoleh penguat diferensal dengan jangkauan penguatan linier yang lebih besar digunakan resistansi degenerasi emitor Re. Pada rangkaian demikian diperoleh penguatan diferensial dimana adalah penguatan arus emitor ke kolektor. Penambahan resistor Re ini akan mengurangi penguatan diferensialnya. Pada penguat seperti ini penguatan common modenya adalah sbb.: Tampak dari persamaan terakhir penambahan resistansi degerasi emitor juga akan memperbaiki atau menekan penguatan common mode. 44 Penguat Diferensial

57 Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif Peningkatan resistansi rangkaian sumber arus bias dapat dilakukan dengan menggantikan resistor dengan sebuah cermin arus. Dalam keadaan demikian resistansi sumber arus adalah resistansi output transistor cermin arus ybs. Resistansi kolektor pada pasangan diferensial dapat juga digantikan dengan beban aktif berupa cermin arus. Sinyal output untuk pasangan diferensial seperti ini diambil pada salah satu terminal kolektor pasangan diferensialnya. Dimana g m adalah transkonduktasi sinyal kecil transistor pasangan diferensial dan r o adalah resistansi output transisor beban aktif. Penguatan yang diperoleh akan sangat besar mengingat umumnya resistansi output r o juga sangat besar. Penguatan common mode untuk rangkaian dengan beban aktif ini akan mendekati dimana r o4 adalah resistasi output transistor beban pada terminal ouput, 3 adalah penguatan arus transistor beban pasangannya, dan R EE resistansi output sumber arus bias. Nonidealitas pada Penguat Diferensial Penguat diferensial ideal bila pasangan diferensial yang digunakan seluruh paramter sepenuhnya sama. Namun pada kenyataannya akan sangat diperoleh komponen yang demikian. Pada kasus rangkaian diferensial dengan beban resistor akan ada ofset tegangan input V OS penguat diferensial sebesar: Demikian juga dengan transistor yang digunakan, bila arus saturasinya tidak persis sama maka akan diperoleh tegangan ofset sebesar Selain itu perbadaan penguatan arus juga akan memberikan arus ofset input I OS sebesar KOMPONEN DAN PERALATAN Kit Praktikum Penguat Diferensial Generator Sinyal Osiloskop Multimeter Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) Kabel dan asesori pengukuran Tugas Pendahuluan Penguat Diferensial 45

58 1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. PERCOBAAN Pemberian dan Pengukuran Tegangan untuk Pasangan Diferensial 1. Untuk pemberian tegangan input Common Mode pada pasangan diferensial pada percobaan ini, gunakan hubungan seperti pada Gambar 10. Besaran amplituda tegangan yang diberikan dapat diberikan hingga mendekati tegangan catu daya VCC. Dalam percobaan ini digunakan VCC 9V, maka amplituda tegangan common mode dapat diberikan hingga maksimum 9Vp. 2. Untuk Differential Mode pemberian tegangan input menggunakan hubungan seperti pada Gambar 10. Amplituda tegangan yang diberikan berada pada kisaran mv. Rangkaian pada Gambar 10 (a) memerlukan penguat operasional yang mempunyai tegangan offset dan derau rendah. Berikan amplituda yang cukup besar untuk mengatasi derau namun tidak terlalu besar untuk menghindari output lebih banyak pada keadaan saturasi. Amplituda yang digunakan dapat berada antara 10-40mVpp. Gambar 47 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Common Mode Gambar 48 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Diferensial (a) -1/2 Vd dan +1/2 Vd dan (b) 0 dan Vd Pasangan Diferensial dengan Bias Resistor 3. Susunlah rangkaian penguat dengan pasangan diferensial seperti pada Gambar 6. Nilai- nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah RC1 = RC2 = 10k, Rbias= 5k, Q1 = Q2 = 2N3094, dan VCC = 9V. Ukurlah arus bias yang mengalir pada RC1, RC2, dan Rbias. 46 Penguat Diferensial

59 Gambar 49 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 5kΩ 4. Amati penguatan mode diferensial untuk penguat tersebut dengan membaca tegangan output single ended (hanya pada salah satu vo+ atau vo- terhadap ground), mau pun diferensial (selisih vo+ dan vo-). Saat mengamati tegangan diferensial, jangan hubungkan terminal output dengan ground karena cara tersebut akan mengubah rangkaian percobaan. Catatlah hasil pengamatan vo+, vo- dan vo+ - votersebut. 5. Gunakan mode xy untuk melihat kurva karakteristik transfer tegangan VTC tegangan output vo (satusatu secara terpisah) terhadap input diferensial vid. 6. Lanjutkan pengamatan untuk penguatan mode bersama pada output yang sama vo+, vo- dan vo+ - vo-. Catat hasil pengamatan tersebut. 7. Ulangi pengamatan arus DC, penguatan mode diferensial, dan penguatan mode bersama ini untuk rangkaian dengan resistansi bias dan tegangan bias negatif yang lebih tinggi seperti pada Gambar V Gambar 50 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 8,6k 8. Lakukan juga pengamatan yang sama untuk rangkaian diferensial dengan bias resistor dan dan degenerasi emitor seperti pada Gambar 51. Penguat Diferensial 47

60 +9V 39Ω 5kΩ 39Ω Gambar 51 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor dan Emitor Degeneratif Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus 9. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 14 di bawah ini. Gunakan transistor 2N3904 untuk Q3 dan Q4. Ukurlah arus DC yang mengalir pada RC1, RC2, dan RRef serta arus pada kolektor Q4 IC4. +9V Gambar 52 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus 10. Lakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama. Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif 3. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 14 di bawah ini. Gunakan transistor 2N3904 untuk Q5 dan Q6. Ukurlah arus DC yang mengalir antara kolektor Q1 dan Q5, antara kolektor Q2 dan Q6, dan arus kolektor Q4. 48 Penguat Diferensial

61 Gambar 53 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif 4. Lakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama. Perhatikan bentuk output yang diperoleh. 5. Ubahlah rangkaian dengan memberikan beban pada output seperti pada Gambar 16 berikut ini. Amati penguatan diferensial dan penguatan bersama pada terminal output vo (pada beban RL). +9V Gambar 54 Rangkaian Penguat Diferensial Cermin Arus Beban Aktif ANALISIS DAN DISKUSI Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal berikut: 1. Apa yang menentukan penguatan diferensial pada pasangan penguat diferensial. 2. Apa yang menentukan penguatan bersama pada pasangan diferensial. 3. Apa keuntungan penggunaan cermin arus sebagai sumber arus bias. 4. Apa keuntungan penggunaan cermin arus sebagai beban aktif Penguat Diferensial 49

62 50 Penguat Diferensial

63 PERCOBAAN 5 PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK TUJUAN Mengamati dan mengenali prinsip umpan balik pada rangkaian Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik pada frekuensi pole rangkaian orde satu filter frekuensi rendah dan filter frekuensi tinggi Mengamati dan menganalisa efek umpan balik pada rangkaian dengan distorsi saturasi Mengamati dan mengenali cara memberikan umpan balik pada penguat satu transistor Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik pada karakteristik penguat: resistansi input, resistansi output, dan penguatan PENGETAHUAN PENDUKUNG Sistem dengan Umpan Balik Sistem dengan loop terbuka sangat rentan terhadap gangguan dari luar. Berapa pun besarnya ketelitian sistem tersebut akan menghasilkan keluaran yang buruk saat gangguan misalnya derau masuk pada sistem, misalnya bercampur dengan input. Untuk memperoleh sistem yang lebih baik digunakan umpan balik. Pada seperti ini output dikembalikan ke input untuk melihat perbedaan ouput dengan rujukan yang diharapkan. Sistem dengan umpan balik ini tampak pada Gambar 55 berikut. Gambar 55 Diagram Blok Umum Sistem dengan Umpan Balik TUGAS PENDAHULUAN 1. Untuk rangkaian opamp pada Gambar 56 dan Gambar 57, i. hitunglah besar penguatan loop terbuka (Av) dari input ke output dan hitung juga penguatan rangkaian umpan baliknya (β) melalui masing-masing resistor yang tersedia RA 110kΩ, RB 220kΩ, dan RC 440kΩ. ii. Hitung resistansi input dan frekuensi sudutnya untuk keadaan loop terbuka dan loop tertutup di atas. 2. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. Penguat dengan Umpan Balik 51

64 KOMPONEN DAN PERALATAN Kit Praktikum Umpan Balik Generator Sinyal Osiloskop Multimeter Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) Kabel dan asesori pengukuran PERCOBAAN Respons Umum Rangkaian Opamp dengan Umpan Balik 1. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian LPF orde 1 seperti tampak pada Gambar 18. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. 2. Dengan memanfaatkan selektor S1 untuk memilih RA, RB, atau RC guna menentukan nilai skala umpan balik output ke inputnya, a. Amati perilaku rangkaian untuk penguatan pada frekuensi passband (rendah, sekitar 1kHz atau kurang). Pilih amplituda output sekitar b. Naikkan frekuensi sehingga mencapaicapai frekuensi sudut (cut-off 3dB) c. Lakukan untuk rangkaian loop terbuka dan loop tertutup. Catat nilai-nilai tersebut. 3. Dengan menggunakan resistor tambahan pada input rangkaian, amati dan ukurlah resistansi input rangkaian untuk rangkaian loop terbuka dan rangkaian upan balik untuk semua nilai skala umpan balik yang tersedia. Catat nilai-nilai tersebut dalam tabel yang sama dengan data sebelumnya. Gambar 56 Rangkaian LPF orde 1 dengan Op Amp 4. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian HPF orde 1 seperti tampak pada Gambar 19. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. 52 Penguat Diferensial

65 5. Lakukan pengamatan perilaku rangkaian untuk penguatan pada frekuensi passband (tinggi, sekitar khz) dan turunkan frekuensi sehingga mencapai frekuensi sudut (cut-off 3dB) untuk rangkaian loop terbuka dan loop tertutup dan rangkaian dengan umpan balik. Catat nilai-nilai tersebut. Bandingkan hasilnya denganhasil pada langkah no. 2 di atas. Gambar 57 Rangkaian HPF orde 1 dengan Op Amp Linierisasi Rangkaian Opamp dengan Umpan Balik 6. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian nonlinier seperti tampak pada Gambar 58. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Gambar 58 Rangkaian Penguat LPF orde 1 Nonlinier 7. Gunakan osiloskop dalam mode dual trace. Dalam keadaan loop terbuka, berikan amplituda sinyal input yang cukup besar sehingga pada sinyal output tampak saturasi pada puncak dan lembah sinyalnya. Amati juga kurva alih tegangan (VTC) dalam xy. Catat kedua hasilnya. Penguat dengan Umpan Balik 53

66 8. Dengan memanfaatkan selektor S1 untuk memilih RA 15kΩ, RB 22kΩ, atau RC 110kΩ guna menentukan nilai skala umpan balik output ke inputnya, dalam mode xy amati VTC untuk rangkaian dengan umpan balik. Amati juga sinyal keluarannya dalam mode dual trace. Catat hasil keduanya. ANALISIS DAN DISKUSI Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal berikut: 1. Resistansi input, output dan penguatan pada rangkaian dengan umpan balik. 2. Frekuensi pole pada LPF dan HPF orde 1 dengan adanya umpan balik. 54 Penguat Diferensial

67 PERCOBAAN 6 OSILATOR TUJUAN Mengamati dan mengenali prinsip pembangkitan sinyal sinusoidal dengan rangkaian umpan balik Mengamati dan menganalisa rangkaian-rangkaian osilator umpan balik resistor dan kapasitor (RC) Mengamati dan menganalisa keadaan untuk menjamin terjadinya osilasi Mengamati dan menganalisa pengaturan amplituda output osilator KOMPONEN DAN PERALATAN Kit Praktikum Osilator Sinusoidal Generator Sinyal Osiloskop Multimeter Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) Kabel dan asesori pengukuran Aerosol udara terkompresi Breadboard Komponen aktif Opamp 741 Komponen pasif Resistor, dan kapasitor Kabel AWG 22 Kabel dan asesori pengukuran TUGAS PENDAHULUAN 1. Bacalah Data Sheet LM741. Perhatikan dan pelajari batas saturasi tegangan outputnya. Pada percobaan ini gunakan tegangan catu VCC 15Volt. 2. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum. PENGETAHUAN PENDUKUNG Osilator dan Umpan Balik Positif Osilator 55

68 Sistem dengan umpan balik secara umum dapat digambarkan dengan diagram blok pada Gambar 59 berikut. vi vo Gambar 59 Diagram Blok Sistem dengan Umpan Balik Blok A merupakan fungsi transfer maju dan blok merupakan fungsi transfer umpan baliknya. Pada sistem dengan umpan balik ini dapat diturunkan penguatan tegangannya: Secara umum persamaan di atas menunjukkan adanya tiga keadaan yang ditentukan oleh denominatornya. Salah satu keadaan tersebut adalah saat denominator menjadi nol. Saat itu nilai Af menjadi tak hingga. Secara matematis pada keadaan ini bila diberikan sinyal input nol atau v i=0 ini, akan menjadikan tegangan v o dapat bernilai berapa saja. Keadaan seperti inilah yang menjadi prinsip pembangkitan sinyal atau osilator sinusoidal dengan umpan balik yang disebut sebagai Kriteria Barkhausen. Dalam rangkaian kriteria tersebut dilihat dari total penguatan loop terbuka L sbb.: (jω) = (jω)(jω) = 1 Osilator dengan Opamp, Resistor dan Kapasitor (RC Oscillator) 1. Implementasi Kriteria Osilasi Ada banyak cara untuk mencapai kriteria terjadinya osilasi di atas, namun untuk kemudahannya dalam perancangan sering kali dipilih keadaan-keadaan berikut: Contoh implementasi untuk ketiga keadaan tersebut di atas, secara berurutan adalah Osilator Jembatan Wien, Osilator Penggeser Fasa, dan Osilator Kuadratur yang rangkaian umumnya tampak pada Gambar Osilator

69 Gambar 60 Contoh Implementasi Kriteria Osilasi (a) Jembatan Wien (b) Penggeser Fasa (c) Kuadratur Osilator Jembatan Wien secara umum mempunyai frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan untuk terjadinya osilasi sebagai berikut: Dalam realisasinya, dalam merancang Osilator Jembatan Wien sering kali dipilih R1=R2=R dan C1=C2=C sehingga frekuensi osilasinya menjadi =1/CR dan penguatan yang diperlukan Am=3. Nilai lain yang juga sering digunakan adalah R1=R, R2=10R, C1=C/10, dan C2=10C dengan frekuensi osilasi yang sama yaitu =1/CR namun penguatan hanya Am=1,2. Untuk Osilator Penggeser Fasa frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan adalah Sedangkan untuk osilator kuadratur frekuensi osilasinya adalah dan untuk masing-masing integrator (inverting dan noninverting) penguatannya adalah Osilator 57

70 Dalam perancangannya bila dipilih R1=R2=R, R3=R4 dan C3=C4 maka diperoleh penguatan pada masing-masing opamp 1 (satu) dan penguatan loop terbuka juga 1 (satu). 2. Pengendalian Amplituda Kriteria osilasi sangat ketat, bila L > 1 maka maka rangkaian umpan balik menjadi tidak stabil dan bila L < 1 osilasi tidak akan terjadi. Oleh karena itu, penguat pada osilator menjamin L > 1 saat mulai dioperasikan dan kemudian dibatasi pada nilai L = 1 saat beroperasi. Cara yang umum digunakan untuk kendali tersebut adalah dengan rangkaian pembatas amplituda (clipper) atau pengendali penguatan otomatis (automatic gain control, AGC). Prinsip kerja rangkaian pembatas amplituda adalah memanfaatkan dioda pada resistor penentu penguatan rangkaian penguat operasional. Dioda akan konduksi dan mempertahankan nilai tegangannya bila memperoleh tegangan lebih dari tegangan cut-in. Prinsip kerja pengendali penguatan otomatis adalah dengan menggantikan resistor penentu penguatan rangkaian penguat operasional dengan transistor (FET). Tegangan output disearahkan dan digunakan untuk mengendalikan resistansi transistor. Cara lain adalah dengan menggunakan Piece Wise Linear Limiter. Prinsip cara ini adalah menjadikan penguat memberikan penguatan pada amplituda yang berbeda yang ditentukan dengan dioda dan resistor. PERCOBAAN Osilator RC 1. Susunlah rangkaian osilator jembatan Wien pada resistansi R = 1,8 kω, kapasitansi C = 18 nf, resistansi Ri = 10 kω, dan resistansi Rf sedikit di atas 20 kω. Tegangan catu daya penguat operasional V CC = 15 V dan -V CC = 15 V. Susunlah rangkaian osilator jembatan Wien pada Gambar 59 berikut dengan nilai Gambar 61 Osilator Jembatan Wien dengan Penguat Operasional 2. Hubungkan terminal output vo dengan kanal 2 osiloskop. Atur resistansi Rf sehingga diperoleh rangkaian yang berosilasi dengan output sinyal sinusoid yang baik. Amati dan 58 Osilator

71 catat ampitudo dan frekuensi sinyal keluarannya, serta ukur resistansi Rf. 3. Putuskan rangkaian pada simpul P dan hubungkan simpul input rangkaian umpan balik dengan generator sinyal dengan frekuensi sesuai pengamatan atau perhitungan (Gambar 35). Hubungkan juga sinyal dari generator sinyal ini ke input kanal 1 osiloskop. Amati dan catat amplituda dan fasa penguatan total loop. Gambar 62 Pengukuran Penguatan Open Loop Osilator Jembatan Wien 4. Pindahkan input kanal 2 osiloskop vx. Amati dan catat amplituda dan fasa peredaman pada rangkaian umpan balik. Gambar 63 Osilator Penggeser Fasa (a) dan Pengukuran Penguatan Open Loopnya (b) 5. Susun rangkaian osilator penggeser fasa seperti pada Gambar 36. Gunakan nilai resistansi R=1,8k, kapasitansi C=18nF, dan resistansi Rf sedikit di atas 52,2k. Tegangan catu daya penguat operasional VCC=15V dan VCC=-15V. 6. Ulangi langkah 2-4 di atas untuk rangkaian osilator penggeser fasa ini. 2. Pengendalian Amplituda Osilator 59

72 7. Gunakan rangkaian osilator penggeser fasa dan atur resistansi Rf sehingga ouput osilator diperoleh 18Vpp (atau nilai lain yang lebih rendah yang dapat diperoleh dengan mudah). 8. Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang terjadi pada amplituda output osilator. Gambar 64 Osilator Penggeser Fasa dengan Pembatas Ampltiuda 9. Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang terjadi pada amplituda output osilator. 60 Osilator

73 LAMPIRAN A ANALISIS RANGKAIAN DENGAN SPICE 1. 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. 2. 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 Gunakan rujukan tegangan dan arah arus untuk rujukan tegangan positif dan negatif Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE 65

74 3. 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 e Voltage-Controlled Source Source Voltag Current E. sv+ sv- sc+ sc- nilai G sv+ sv- sc+ sc- nilai sumber variabel DC sebagai analisis Current-Controlled H s+ s- V nilai Voltag e Current-Controlled Source Current F s+ s- V nilai Source Sedangkan untuk perintah analisis rangkaian, terdapat beberapa perintah yang umum dipakai : Jenis Analisa Perintah yan Titik kerja DC tunggal g OP digunakan Variabel Nilai DC DC Variabel Frekuensi (linierisasi) AC Variabel Waktu (transien) TRAN 4. CONTOH DESKRIPSI RANGKAIAN SPICE Misalkan terdapat rangkaian pada gambar 1 dibawah yang akan dianalisa menggunakan SPICE 66 Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE

75 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).endc.end v(2) v(3) v120#branch 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. Baris ke-8 adalah definisi sumber tegangan independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan nilai tegangannya dalam satuan volt. Baris ke-9 adalah definisi sumber arus independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kaki-positif, 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). 5. HASIL ANALISIS SPICE Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE 67

76 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. 6. ANALISIS WAKTU SPICE3 Pada blok kontrol berikan perintah: TRAN tstep tstop [tstart tmax] Gambar 3. Nilai tegangan di titik-titik yang dianalisa SPICE. 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 68 Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE

77 LAMPIRAN B PETUNJUK PEMBUATAN RANGKAIAN ELEKTRONIK PADA BREADBOARD 1. BREADBOARD Gambar B-1 Implementasi rangkaian joystick motor driver untuk Robot pada breadboard [1] Breadboard adalah suatu perangkat yang seringkali digunakan untuk melakukan implementasi suatu rancangan rangkaian elektronik secara tidak disolder (solderless, Gambar B-1). Implementasi rancangan yang demikian bertujuan untuk menguji-coba rancangan tersebut yang biasanya melibatkan pasangbongkar komponen. Bentuk implementasi lainnya adalah implementasi dengan melakukan penyolderan komponen yang dikerjakan pada PCB (Printed Circuit Board). Tampak pada Gambar B-1 bahwa breadboard memiliki lubang-lubang tempat terpasangnya kaki-kaki komponen dan kawat kabel. Lubang-lubang tersebut adalah sesungguhnya soket-soket dari bahan logam (konduktor) yang tersusun sedemikian sehingga ada bagian lubang-lubang yang terhubung secara horizontal dan ada yang terhubung secara vertikal. Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik 69

78 Gambar B-2 Jenis-jenis breadboard Gambar B-2 adalah gambar jenis-jenis breadboard yang dimiliki oleh Lab Dasar Teknik Elektro STEI ITB. Setidaknya ada empat bagian penting yang harus diperhatikan sebelum menggunakan breadboard: Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara vertikal. Tiap set lubang pada bagian ini terdiri dari lima lubang yang saling terhubung. Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara horizontal. Tiap set lubang pada bagian ini terdiri dari 25 lubang yang saling terhubung. Perhatikan bahwa pada tiap set lubang tersebut terdapat jarak pemisah antar lubang yang lebih besar setiap lima lubang. Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling terhubung secara vertikal di sebelah atas tidak terhubung dengan bagian lubang-lubang breadboard di sebelah bawah. Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling terhubung secara horizontal di sebelah kiri tidak terhubung dengan bagian lubang-lubang breadboard di sebelah kanan. Pada banyak jenis breadboard, pemisah ini ditandai dengan jarak pemisah yang lebih besar daripada jarak pemisah antar set lubang pada bagian b. Breadboard dapat bekerja dengan baik untuk rangkaian ber-frekuensi rendah. Pada frekuensi tinggi, kapasitansi besar antara set lubang yang bersebelahan akan saling berinterferensi. 70 Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik

79 2. MERANGKAI KABEL, KOMPONEN DAN INSTRUMEN KABEL Kabel yang digunakan untuk membuat rangkaian pada breadboard adalah kabel dengan isi kawat tunggal (biasanya) berdiameter #22 atau #24 AWG. Untuk menghasilkan pemasangkan yang baik pada breadboard, kupas kedua ujung kabel sehingga diperoleh panjang kawat (yang sudah terkupas) sekitar 12 mm. Kemudian pastikan seluruh bagian kawat yang sudah terkupas tadi masuk ke dalam lubang breadboard. Biasakan memasang kabel pada breadboard dengan rapih sejak awal. Hal ini akan mempermudah penelusuran sebab terjadinya kesalahan akibat salah pasang kabel, misalnya. Berikut ini adalah berbagai petunjuk penting lainnnya yang harus diperhatikan dalam membuat rangkaian pada breadboard: 1. Pastikan Power Supply dalam keadaan mati atau tidak terpasang para breadboard ketika merangkai komponen dan kabel pada breadboard 2. Pahami (jika belum ada, buat) terlebih dahulu skema rangkaian elektronik yang akan diimplementasikan pada breadboard. Dengan demikian, kemungkinan terjadinya kesalahan akan lebih kecil. 3. Tandai setiap kabel atau komponen yang telah terpasang dengan benar, misalnya dengan spidol. 4. Gunakan kabel sependek mungkin. Kabel yang terlalu panjang berpotensi membuat rangkaian pada breadboard menjadi tidak rapih. Selain itu, kabel yang terpasang terlalu panjang dan berantakan dapat menghasilkan interferensi berupa sifat kapasitif, induktif dan elektromanetik yang tidak diharapkan. 5. Usahakan kabel dipasang pada breadboard dengan rapih dan, jika memungkinkan, tubuh kabelnya mendatar pada breadboard. 6. Rangkai komponen (hubungkan suatu komponen dengan komponen-komponen lainnya) secara langsung tanpa menggunakan tambahan kabel jika itu memungkinkan 7. Usahakan tidak menumpuk komponen atau kabel (komponen/ kabel yang akan dipasang tidak melangkahi komponen/ kabel lain yang telah terpasang). Hal ini akan menyulitkan pengecekan rangkain yang telah diimplementasikan pada breadboard. Selain itu, akan menyulitkan bongkar-pasang komponen ketika diperlukan. 8. Usahakan menggunakan warna kabel berbeda untuk membuat koneksi yang berbeda. Misalnya mengunakan kabel warna merah untuk koneksi ke Power Supply dan menggunakan kabel warna hitam untuk koneksi ke ground. Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik 71

80 3. KOMPONEN Gambar B-3 Pemasangan IC pada breadboard Pada prinsipnya, komponen-komponen elektronik seperti resistor, kapasitor atau Integrated Circuit (IC) dapat dipasang secara langsung pada lubang breadboard. Khusus untuk resistor, kaki resistor dengan rating daya lebih dari 0.5 W tidak cocok untuk digunakan pada breadboard karena ukuran kakinya yang terlalu besar. Namun ini tidak menjadi masalah karena praktikan hanya menggunakan resistor dengan rating daya 0.25 W di dalam praktikum ini. Di bawah ini adalah beberapa hal penting lainnya yang berkaitan dengan komponen secara khusus : 1. Ingatlah bahwa IC (terutama MOS) dapat rusak akibat listrik statik, termasuk listrik statik di dalam tubuh kita. Di negara subtropis, karena kelembaban sangat rendah, gesekan- gesekan pakaian dengan material lain dapat membangkitkan listrik statik pada tubuh. Listrik statik ini dapat membentuk tegangan tinggi sesaat bila kita menyentuk kaki-kaki komponen dan menyebabkan kerusakan. Tapi, karena kita berada di negara tropis yang berkelembaban tinggi, pengumpulan listrik statik tadi tidak signifikan. 2. Sebelum mencoba dipasang pada breadboard, pastikan kaki-kaki IC lurus. Bila tidak lurus, gunakan tang untuk meluruskan/ memperbaiki kaki-kaki IC tersebut. Demikian juga ketika akan mencopot IC dari breadboard; gunakan pinset dengan cara mencungkil kedua ujung IC tersebut. Usahakan tidak terjadi sudut (antara badan IC dan breadboard) lebih besar dari 10 sehingga dapat meminimalisasi kemungkinan bengkoknya (bahkan patahnya) kaki-kaki IC. 3. Pastikan ikuti Gambar B-5 untuk pemasangan IC pada breadboard. Dengan demikian, kakikaki IC tidak saling terhubung. 4. Perhatikan rating tegangan kapasitor. Jika menggunakan kapasitor elektrolit, perhatikan polaritasnya. Pemasangan polaritas yang terbalik akan menyebakan rusaknya kapasitor. 5. Pastikan kapasitor dalam keadaan discharge sebelum dipasang. Jika ragu, hubungkan kedua kaki kapasitornya. Lakukan dua kali untuk kapasitor yang sama karena ada kalanya kapasitor masih memiliki muatan sisa setelah discharging yang pertama. 72 Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik

81 4. INSTRUMEN Di bawah ini adalah hal-hal penting yang harus diperhatikan ketika menggunakan/ menghubungkan instrumen laboratorium ke rangkaian di breadboard: 1. Gunakan kabel yang tepat untuk menghubungkan suatu instrumen ke breadboard (lihat Kabel Aksesoris). Pegang badan konektor (bukan badan kabelnya) saat memasang dan mencabut kabel. 2. Untuk percobaan yang menggunakan Generator Signal dan Power Supply: nyalakan Power Supply terlebih dahulu, lalu nyalakan Generator Signal. Jika dilakukan dengan cara sebaliknya, akan menyebabkan kerusakan pada IC. Demikian juga ketika mengakhiri: matikan Generator Signal terlebih dahulu, kemudian matikan Power Supply. 5. DAFTAR PUSTAKA [1] [2] Y. Tsividis, A First Lab in Circuits and Electronics, Jons Wiley and Sons, 2001 Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik 73

82 LAMPIRAN C RESISTOR, OP-AMP, DAN INVERTER 1. RESISTO R Gambar C-1 Resistor Resistor yang biasa kita jumpai memiliki nilai resistansi yang direpresentasikan oleh kode warna pada badan resistor. Resistor tersebut adalah seperti yang ditunjukan pada Gambar D-1. Warna Hitam Coklat Merah Jingga Kuning Hijau Biru Ungu Abuabu Putih Warna emas Warna perak Tanpa warna A Angka pertam a B Angka kedua C Faktor penggal 1 i D Tolerans i 1% 2% 4% 5% 10% 20% Label kode warna pada badan resistor ada yang berjumlah 4, 5 atau 6 gelang warna. Aturan pembacaan kode warna tersebut adalah sebagai berikut: 1. warna pertama: angka pertama nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna) 2. warna kedua: angka kedua nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna) 3. warna ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan (resistor dengan 4 gelang warna) atau angka ketiga nilai resistansi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 4. warna keempat: toleransi (resistor dengan 4 gelang warna) atau faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 5. warna kelima: toleransi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna) 6. warna keenam: koefisien temperatur dengan satuan PPM/0C (resistor dengan 6 gelang warna). 74 Lampiran C - Resistor, Op-Amp, dan Inverter

83 2. OP AMP 741 Gambar C-2 Konfigurasi IC Op Amp LM IC CD4007 DAN CMOS INVERTER Gambar C-3 (kiri) Konfigurasi IC CD4007 (kanan) rangkaian CMOS inverter 4. TRANSISTOR Gambar C-4 Kaki transistor 2N3904 Lampiran C - Resistor, Op-Amp, dan Inverter 75