P R O G R A M S T U D I F I S I K A F M I P A I T B LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI MODUL 04 PENGENALAN TRANSISTOR SEBAGAI SWITCH 1 TUJUAN Memahami karakteristik kerja transistor BJT dan FET sebagai saklar. Memahami perbedaan transistor BJT dan FET ketika beroperasi sebagai saklar. Memahami prinsip dasar gerbang logika menggunakan transistor 2 PERSIAPAN Pelajari perbedaan transistor BJT dan FET secara teori dari referensi yang terpercaya Pelajari Datasheet dari komponen transistor yang digunakan. Datasheet dapat ditemukan dengan mudah di internet Patuhi peraturan yang berlaku di laboratorium elektronika ini Jangan lupa berdoa 3 PERALATAN PRAKTIKUM DC Power Supply + kabel power Breadboard Multimeter Kabel jumper Transistor BJT (tipe 2N3904) Transistor FET (tipe IRF540) Resistor 220 Ω Resistor 2,2 kω Resistor variable 100 kω Resistor lain LED 2 buah seperlunya 5 buah 10 buah secukupnya 4 DASAR TEORI Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Transistor adalah suatu devais yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yang berfungsi ganda sebagai penguatan dan saklar. Kedua hal ini sangat penting dalam elektronika. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar (Bipolar Junction Transistor) dan unipolar (Field-Effect Transistor) [1]. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan. 1. Transistor BJT (Bipolar) Transistor adalah kependekan dari transfer varistor. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan. Transistor BJT secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu tipe npn(negative-positivenegative) dan tipe pnp (positive-negativepositive). Transistor BJT pada dasar adalah dua diode yang disambungkan. Oleh karena itu akan ada selisih tegangan ~0.7V antara kaki Gambar 1. Struktur dan symbol transistor. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 1
basis dan emitter. Pada pemanakaian standar, jika ada arus kecil yang mengalir antar pin basis dan emitter (BE), maka arus yang lebih besar akan mengalir di antar pin collecter dan emitter (CE). Saat kondisi antara pin basis dan emitter berada dalam posisi panjar mundur (V B < 0.7V) transistor berperan sebagai saklar terbuka (open switch). Pada konsisi seperti ini transistor berada pada keadaan cut-off. Besarnya tegangan V CE akan sama dengan V CC. Ketika sambungan antara basis dengan emitter berada pada posisi panjar maju (V B > 0.7V), transistor beperan sebagai saklar tertutup (closed switch). Konsisi seperti ini disebut sebagai keadaan saturasi. Besar arus yang melalu kolektor yaitu: I C(sat) V CC R L Besarnya arus minimum pada bais untuk menghasilkan keadaan saturasi: I B(min) I C(sat) β DC β DC merupakan penguatan arus DC transistor, ini tertera pada datasheet transistor, biasa ditulis sebagai h fe. 2. Transistor FET (Field Effect Transistor) FET dibagi menjadi dua: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagi Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara source dan drain). Gambar 2. Struktur dan symbol MOSFET. 3. Gerbang Logika (Logic Gate) Transistor dapar digunakan sebagai gerbang logika dengan memanfaatkan keadaan saturasi dan cut-off transistor sebagai keadaan high (1) dan low (0). a. Gerbang NOT Dalam keadaan saturasi, arus collector bernilai maksimum sehingga tegangan V CE (output) mendekati nol. Keadaan ini disebut low. Sebalikanya dalam keadaan cut-off, tidak ada arus collector yang mengalir, hal ini menyebabkan tegangan V CE (output) sama dengan V CC. Keadaan ini disebut keadaan high. Dalam elektronika digita, keadaan high dan low dilambangkan dengan angka 1 dan 0. Keadaan high adalah keadaan di mana ada tegangan (mendekati V CC ), sedangkan keadaan low adalah keadaan di mana tegangan sama Gambar 3. Gerbang NOT. dengan nol. b. Gerbang NAND NAND atau NOT AND adalah rangkaian gerbang NOT yang disusun secara seri dengan output pada collector yang atas. c. Gerbang NOR NOR atau NOT OR adalah invers dari OR adalah rangkaian transistor yang disusun secara parallel, sehingga walaupun hanya satu transistor yang diberi tegangan, arus collector dapat menghasilkan keadaan saturasi. Gambar 4. Gerbang NAND. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 2
Gambar 5. Gerbang NOR. 5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Bagaimana karakteristik suatu Switch Ideal? (10) 2. Gambarkan struktur dari jenis-jenis transistor (BJT dan FET), jelaskan masing-masing fungsi kakinya? (10) 3. Jelaskan perbedaan transistor BJT dengan transistor FET! (20) 4. Jelaskan cara kerja transistor sebagai switch untuk jenis transistor BJT dan FET! (20) 5. Buatlah tabel kebenaran dari gerbang logika NOT, NAND, NOR, AND dan OR (10) 6. Buat simulasi rangkaian AND dan OR dengan menggunakan software Proteus dnegan menggunakan baik transistor FET maupun BJT! (Print screen gambar rangkaian, sinya Vin, dan sinyal Vout) (30) 6 LANGKAH PERCOBAAN Transistor BJT Sebagai Saklar VCC 5V R1 0.8Ω Vo Vi R2 0.97Ω 2N3904 A Gambar 6. Transistor BJT sebagai Saklar B Gunakan kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor BJT sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc = 5 Vdc PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri (gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B). Posisikan R var dengan nilai minimum sehingga (V BE = 0). Catat nilai V CE awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan lahan. V dengan kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Base-Emitter dan Collector-Emitter. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 3
Transistor FET Sebagai Saklar VCC 5V R1 0.8Ω Vi R2 0.97Ω Vo Q11 IRF540 A B Gambar 7. Transistor FET sebagai Saklar Buat rangkaian transistor FET sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc = 5 Vdc PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri (gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B). Posisikan R var dengan nilai minimum sehingga (V BE = 0). Catat nilai V DS awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan lahan. V dengan kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Gate-Source dan Drain-Source. Transistor Sebagai Gerbang Logika Percobaan I (Gerbang Logika NOT) o Gunakan komponen pada kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor sebagai gerbang NOT seperti gambar 3. o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input, ukur tegangan output o Beri tegangan input sebesar 5 V, ukur tegangan output Percobaan II (Gerbang Logika NAND) o Gunakan komponen kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor sebagai gerbang NAND seperti gambar 4. o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input a dan b, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input a saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input b saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada kedua input a dan b, ukur tegangan keluaran Percobaan III (Gerbang Logika NOR) o Ulangi langkah kerja percobaan II dengan menggunakan rangkaian gerbang NOR pada gambar 7. Percobaan IV (Gerbang Logika AND) o Hubungkan output rangkaian gerbang NAND dengan input gerbang NOT o Ulangi percobaan II dengan mengukur output akhir pada rangkaian Percobaan V (Gerbang Logika OR) o Hubungkan output rangkaian gerbang NOR dengan inputgerbang NOT o Ulangi percobaan iii dengan mengukur output pada gerbang NOT M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 4
7 TUGAS LAPORAN 1. Berdasarkan data yang didapat, apakah tegangan keluaran berbanding lurus atau berbanding terbalik dengan tegangan masukan? Jelaskan! 2. Pada tegangan berapa rangkaian bekerja sebagai saklar? Apakah saklar pada rangkaian tersebut termasuk saklar ideal? Jelaskan kondisi dimana Transistor menjadi saklar on dan saklar off! 3. Jelaskan hasil yang didapat ketika menggunakan transistor FET dan BJT sebagai saklar! 4. Berdasarkan data yang diperoleh, apakah hasilnya sesuai dengan tabel kebenaran gerbang logika? Mengapa demikian? Jelaskan! 5. [Opsional] Apa manfaat penggunaan transistor sebagai saklar 8 REFERENSI [1] Diodes and Transistors, URL : https://inst.eecs.berkeley.edu/~ee100/su07/handouts/ DiodeTransistorNotes.pdf [2] Malvino, Albert., David J. Bates. Electronic Principles 7ed. M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 5
V DS (output) V CE (output) LOG AKTIVITAS Nama : NIM : Shift : Transistor BJT Sebagai Saklar V BE (V) V CE (V) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 V BE (input) Transistor FET Sebagai Saklar V GS (V) V DS (V) 5 4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0 1 2 3 4 5 V GS (input) M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 6
Transistor Sebagai Gerbang Logika NOT V in (V) V out (V) 0 5 NAND, NOR, AND, OR V in (V) Va Vb 0 0 5 0 0 5 5 5 NAND NOR AND OR V out (V) V out (V) V out (V) V out (V) M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R 7