PETUNJUK PRAKTIKUM PRAKTIKUM ELEKTRONIKA EL 2205 Laboratorium Dasar Teknik Elektro Mervin T Hutabarat Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2016
Petunjuk EL2205 Praktikum Elektronika Edisi 2015-2016 Disusun oleh Mervin T. Hutabarat Laboratorium Dasar Teknik Elektro Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika Institut Teknologi Bandung 2016
Kata Pengantar Kata Pengantar Puji syukur ke hadirat Tuhan YME, sejak tanggal 1 Oktober 2012 yang lalu Program Studi Teknik Elektro telah mendapat akreditasi ABET. Perbaikan-perbaikan praktikum yang sebelumnya merupakan salah satu titik lemah prodi ini ternyata mendapat apresiasi yang baik dari para asesor ABET. Perbaikan yang telah dilakukan harus menjadi satu sistem perbaikan yang berkelanjutan. Oleh karena itu, Petunjuk Praktikum Elektronika ini pun disusun dalam pola pikir tersebut. Perubahan yang dilakukan dalam penyusunan materi Petunjuk Praktikum ini dari Petunjuk Praktikum tahun lalu merupakan perubahan atau perbaikan minor saja terutama pada redaksi kalimat yang tidak langsung dimengerti mahasiswa dengan baik. Perubahan lain yang tidak menyangkut materi dilakukan untuk membangun kebiasaan kerja yang memperhatikan faktor keselamatan kerja. Dalam petunjuk praktikum ini, prosedur kerja untuk mematikan seluruh hubungan listrik yang tidak diperlukan setelah selesai praktikum diberi penekanan. Dengan mengikuti prosedur tersebut diharapkan terbentuk kebiasaan praktikan untuk melakukannya juga pada praktikum lanjutan. Pada kesempatan ini, penulis ingin menyampaikan terima kasih yang besar-besarnya pada semua pihak yang telah terlibat dalam penyusunan petunjuk praktikum ini. Akhir kata, semoga semua usaha yang telah dilakukan berkontribusi pada dihasilkannya lulusan Program Studi Teknik Elektro sebagai engineer dengan standar internasional. Bandung, Januari 2016 Kepala Laboratorium Dasar Teknik Elektro, Ir. Mervin T. Hutabarat, M.Sc., Ph.D. i
Daftar Kontributor 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 T. Hutabarat Amy Hamidah Salman Esha Ganesha Rizki Ardianto Priramadhi Narpendyah Wisjnu Ariwadhani Harry Septanto Eric Agustian Muhammad Luthfi Muh. Zakiyullah R. Sandra Irawan Nina Lestari ii
Daftar Isi Daftar Isi Kata Pengantar... i Daftar Kontributor... ii Daftar Isi... iii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro... v Kelengkapan... v Persiapan/ Sebelum Praktikum... v Selama Praktikum... v Setelah Praktikum... v Pergantian Jadwal... vi Sanksi... vii Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium... ix Keselamatan... ix Sanksi... xi Percobaan 1 Dioda : Karakteristik dan Aplikasi... 1 Tujuan... 1 Persiapan... 1 Alat dan Komponen yang Digunakan... 4 Langkah Percobaan... 4 Tabel Data Pengamatan... 9 Percobaan 2 Karakteristik BJT... 11 Tujuan... 11 Persiapan... 11 Transistor BJT... 11 Kurva Karakteristik IC - VBE... 12 Kurva Karakteristik IC VCE... 13 Alat dan Komponen yang Digunakan... 14 Langkah Percobaan... 14 Karakteristik Input Transistor IC-VBE... 14 Karakteristik Output Transistor IC-VCE... 15 Early Effect... 16 Pengaruh Bias pada Penguat Transistor... 16 Mengakhiri Percobaan... 18 Percobaan 3 Penguat BJT... 19 Tujuan... 19 Persiapan... 19 Penguat BJT... 19 Konfigurasi Common Emitter... 20 Konfigurasi Common Base... 21 Konfigurasi Common Collector... 22 Alat dan Komponen yang Digunakan... 23 Langkah Percobaan... 23 Tegangan Bias dan Parameter Penguat... 23 Common Emitter... 26 Common Base... 29 Common Collector... 31 Analisis dan Kesimpulan... 33 Mengakhiri Percobaan... 33 iii
Daftar Isi Percobaan 4 Karakteristik Dan Penguat FET... 35 Tujuan... 35 Persiapan... 35 Transistor FET... 35 Penguat FET... 36 Alat dan Komponen yang Digunakan... 37 Langkah Percobaan... 37 Memulai Percobaan... 37 Desain Q-point... 39 RANGKAIAN PENGUAT... 41 Penguat Common Source... 41 Penguat Common Gate... 43 Penguat Common Drain... 43 Mengakhiri Percobaan... 44 Percobaan 5 Transistor sebagai Switch... 45 Tujuan... 45 Persiapan... 45 Switch Ideal... 45 Transistor BJT sebagai Switch... 45 MOSFET sebagai Switch... 46 Rangkaian CMOS... 46 Alat dan Komponen yang Digunakan... 47 Langkah Percobaan... 47 Memulai Percobaan... 47 Transistor BJT Sebagai Switch... 47 MOSFET sebagai Switch... 48 Mengakhiri Percobaan... 51 Percobaan 6 Proyek Akhir... 53 Tujuan... 53 Persiapan... 53 Kriteria Rancangan... 53 Instrumentasi dan Komponen... 53 Waktu Pengerjaan... 53 Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE... 55 Pendahuluan... 55 Struktur Bahasa(sintaks) SPICE... 55 Deskripsi Sintaks Library di SPICE... 56 Contoh Deskripsi Rangkaian SPICE... 57 Hasil Analisis SPICE... 58 Analisis Waktu SPICE3... 58 Lampiran B Pengenalan EAGLE... 59 Membuat Skematik... 59 Membuat Layout PCB... 62 Membuat PCB... 64 iv
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro 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 Tata Usaha Laboratorium, Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker dengan meninggalkan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP). Selama Praktikum Setelah dipersilahkan 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, Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium. (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) tentang hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan. Setelah Praktikum Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus v
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro Memastikan BCL 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), Mengirimkan file laporan melalui surat elektronik (E-mail) dalam lampiran ke : labdasar@ee.itb.ac.id (lihat Panduan Pengiriman Laporan). Waktu pengiriman paling lambat jam 11.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/ atau Asisten. Pergantian Jadwal Kasus Biasa Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per kelompok dangan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut: Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman Panduan Setiap praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke labdasar@ee.itb.ac.id. Waktu pengiriman paling lambat jam 16.00 WIB, sehari sebelum praktikum yang dipertukarkan Pertukaran diperbolehkan setelah ada email 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 email. 1. 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 vi
Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro 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. vii
viii
Panduan Umum dan Keselamatan dan Penggunaan Laboratorium 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. ix
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: Jangan panik, Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih, Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing, 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 http://labdasar.ee.itb.ac.id. 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. x
Panduan Umum dan Keselamatan dan Penggunaan Laboratorium 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 xi
xii
Percobaan 1 Percobaan 1 Dioda : Karakteristik dan Aplikasi Tujuan Memahami karakteristik dioda biasa dan dioda zener Memahami penggunaan dioda dalam rangkaian penyearah Mempelajari pengaruh filter sederhana pada suatu sumber DC Memahami penggunaan dioda untuk rangkaian Clipper dan Clamper Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Karakteristik Dioda Dalam percobaan ini akan diamati karakteristik i=f (v) tiga jenis dioda yaitu: Dioda Ge Dioda Si Dioda Zener Dengan menggunakan rangkaian pada kit praktikum yang tersedia, akan diamati dan dipahami: Tegangan cut-in Tegangan breakdown Kemiringan kurva yang berarti besarnya resistansi dinamis pada titik tersebut Beberapa kemungkinan penggunaan dioda berdasarkan karakteristiknya Penyearah Dalam percobaan ini akan diamati 3 jenis penyearah gelombang sinyal, yaitu: Penyearah gelombang setengah Penyearah gelombang penuh (dengan trafo center tapped) Penyearah gelombang penuh tipe jembatan Dengan menggunakan rangkaian pada kit praktikum yang tersedia, amati dan pahami: Perbedaan penyearah gelombang setengah dan gelombang penuh Pengaruh tegangan cut-in dan bentuk karakteristik dioda pada output Beban yang ditanggung trafo untuk masing-masing jenis penyearah Petunjuk Praktikum Elektronika 1
Percobaan 1 Penggunaan dioda yang paling dasar adalah sebagai penyearah arus bolak-balik jala-jala menjadi arus searah pada suatu sumber tegangan DC, seperti catu daya. Suatu analisa pendekatan untuk suatu penyearah dengan filter C dapat dilihat pada buku teks kuliah bagian 4.5.4. Tegangan pada rangkaian penyearah gelombang penuh diperoleh sebesar V O V p 1 V 2 dimana Vp adalah magnituda tegangan puncak sinyal AC yang disearahkan dan tegangan ripple Vr sebesar r V r V p 2 fcr dengan f frekuensi sinyal AC jala-jala yang digunakan, C kapasitansi filter dan R beban pada rangkaian penyearah dan filter. Untuk catu daya tegangan ideal (DC murni), tegangan ripple harus bernilai nol. Keadaan ini dapat diperoleh bila (i) nilai resistansi R beban adalah tak hingga dan (ii) nilai kapasitansi C sangat besar (tak hingga). Nilai resistansi resistansi beban tak hingga berarti rangkaian tanpa beban (beban terbuka). Dengan demikian untuk keadaan praktis hal yang dapat digunakan adalah dengan menggunakan kapasitansi C yang besar. Nilai kapasitansi C yang besar akan memberikan tegangan ripple yang kecil. Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan pengaruh nilai kapasitansi dan resistansi beban terhadap tegangan ripple. Sebuah catu tegangan ideal juga seharusnya tidak mengalami degradasi tegangan outputnya bila mendapat beban, yang berarti catu tegangan ideal dapat dimodelkan dengan sumber tegangan. Pada kenyataannya catu tegangan seperti ini selalu mengalami degradari dengan naiknya arus beban. Perilaku seperti ini dapat dimodelkan dengan Rangkaian Thevenin berupa hubungan seri sumber tegangan dan resistansi output. Besaran resistansi output ini menentukan berapa degradasi tegangan yang diperoleh. Untuk rangkaian penyearah gelombang penuh, besar resistansi output efektif dapat dihitung 1 R O 4 fc Besaran lain yang dapat digunakan untuk menunjukkan perilaku yang sama adalah faktor regulasi tegangan VR. Besaran ini tidak bersatuan dan didefinisikan sebagai Vnl V VR V fl fl 100% dimana Vnl adalah tegangan tanpa beban dan Vfl adalah tegangan beban penuh. Nilai regulasii tegangan VR yang kecil menunjukkan sumber tegangan yang lebih baik. 2
Percobaan 1 Filter Dalam percobaan ini hanya akan diamati filter RC orde 1 dengan beberapa nilai resistansi dan kapasitansi. Rangkaian Clipper dan Clamper Dalam percobaan ini akan dilakukan pengamatan sinyal output yang dihasilkan oleh rangkaian Clipper dan Clamper. Rangkaian clipper adalah rangkaian yang digunakan untuk membatasi tegangan agar tidak melebihi dari suatu nilai tegangan tertentu. Rangkaian ini dapat dibuat dari dioda dan sumber tegangan DC yang ditunjukkan oleh gambar berikut. Gambar 1-1 Rangkaian clipper dengan dioda Rangkaian alternatif dapat juga dibuat dengan menggunakan dioda zener seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Gambar 1-2 Rangkaian clipper dengan zener Rangkaian Clamper adalah rangkaian yang digunakan untuk memberikan offset tegangan DC, dengan demikian, tegangan yang dihasilkan adalah tegangan input ditambahkan dengan tegangan DC. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 1-3Gambar 1-3. Petunjuk Praktikum Elektronika 3
Percobaan 1 C R Gambar 1-3 Rangkaian clamper Alat dan Komponen yang Digunakan Kit Praktikum Karakteristik Dioda & Rangkaian Penyearah Sumber tegangan DC (2 buah) Osiloskop (1 buah) Multimeter (2 buah) Dioda 1N4001 /1N4002 (3 buah) Dioda Zener 5V1 (2 buah) Resistor Variabel (1 buah) Resistor 150 KΩ (1 buah) Kapasitor 10 uf (1 buah) Breadboard (1 buah) Kabel - kabel (2 buah kabel Banana-BNC, 1 buah kabel BNC-BNC ) Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Lakukan kalibrasi osiloskop Karakteristik Dioda 2. Dengan menggunakan generator sinyal dan kit praktikum susun rangkaian seperti Gambar 1-4. Lalu hubungkan osiloskop untuk pengamatan rangkaian. Sinyal yang digunakan adalah sawtooth atau sinusoidal. Untuk mengawali, gunakan DC offset nol untuk sinyal dari generator sinyal. 4
Percobaan 1 Gambar 1-4 Pengukuran karakteristik dioda 3. Gunakan mode X-Y untuk mengamati sinyal 4. Tekan tombol invert untuk channel B 5. Amati dan catat tegangan cut-in, tegangan break-down, dan gambarkan bentuk karakteristik arus-tegangan dioda silikon (perhatikan detail gambar pada saat menggambar). 6. Ulangi langkah 2 untuk jenis dioda lainnya: Dioda Germanium dan Dioda Silikon Zener. 7. Catat semua pengamatan pada buku log praktikum. Penyearah dan Filter 8. Dengan menggunakan rangkaian yang tersedia pada kit praktikum, susunlah rangkaian penyearah gelombang setengah seperti ditunjukkan pada Gambar 1-5 di bawah ini. Gunakan jala-jala untuk memberikan tegangan 220V/50Hz ke transformator pada kit praktikum. Gunakan osiloskop untuk mengamati tegangan output. Pilihlah kopling input osiloskop yang sesuai, DC untuk pengukuran tegangan DC, dan AC untuk pengukuran tegangan ripple. Sinkronisasi menggunakan line. 9. Amati bentuk gelombang, frekuensi gelombang, dan pengaruh pemasangan C (minimum 2 nilai kapasitansi) pada tegangan ripple. Catat nilai resistansi (beban), kapasitansi (filter) dan tegangan DC dan tegangan ripple yang diperoleh. Gambar 1-5 Rangkaian filter Petunjuk Praktikum Elektronika 5
Percobaan 1 10. Ulangi langkah 10 untuk suatu nilai C konstan, ubah-ubahlah besarnya beban (minimum 2 nilai resitansi). 11. Ulangi langkah 10 dan 11 untuk kondisi berikut ini: Lepaskan hubungan CT trafo dengan Ground. Hubungkan resistor Rm dari CT trafo ke Ground seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. (Catatan: Nilai Rm harus sekecil mungkin agar tidak terlalu mempengaruhi rangkaian). Gunakan osiloskop untuk melihat arus pada resistor ini, gambarkan bentuk arusnya, ukur arus masksimum dan frekuensi arus yang diamati. Gambar 1-6 Rangkaian filter 12. Lepaskan resistor Rm dan hubungkan lagi CT trafo dan Ground secara langsung. Lepaskan hubungan resistansi beban (RL) dari rangkaian penyearah dan filter. Dengan menggunakan nilai-nilai kapasitasi pada langkah 11, ukur tegangan output DC dengan menggunakan multimeter. 13. Hubungkan resistor variabel pada output rangkaian penyearah di atas, ubahlah nilai resitansi hingga diperoleh tegangan output sebesar setengah tegangan output dalam keadaan tanpa beban (langkah 13). Perhatikan, pada saat melakukan langkah ini mulailah dari nilai resistansi terbesar. 14. Lepaskan resistor variabel dari rangkaian dan ukur resistansinya dengan menggunakan multimeter. Langkah 14 dan 15 ini dapat pula diamati dengan osiloskop, namun akan lebih mudah bila menggunakan multimeter. 15. Susunlah rangkaian penyearah gelombang penuh 2 dioda seperti ditunjukkan pada Gambar 1-7 berikut ini. Lakukan hal yang sama dengan langkah 10 hingga 15 untuk rangkaian ini. 6
Percobaan 1 Gambar 1-7 Rangkaian penyearah gelombang penuh 17. Kecuali langkah 12, ulangi langkah 10 sampai langkah 15 untuk rangkaian penyearah gelombang penuh seperti pada Gambar 1-8. Khusus untuk langkah 13 lakukan hal berikut: Lepaskan hubungan resistansi beban (RL) dari rangkaian penyearah dan filter. Dengan menggunakan nilai-nilai kapasitasi pada langkah 10, ukur tegangan output DC dengan menggunakan multimeter. Gambar 1-8 Rangkaian penyearah gelombang penuh dengan dioda bridge 18. Lakukan analisis terhadap hasil yang anda peroleh. Rangkaian Clipper D1 D2 5V 5V Gambar 1-9 Rangakain clipper dengan menggunakan dioda 19. Buatlah rangkaian pada breadboard seperti Gambar 1-9 Gunakan nilai komponen-komponen sebagai berikut: Resistor R: 150 KΩ Dioda D1 dan D2: 1N4001 / 1N4002 Petunjuk Praktikum Elektronika 7
Percobaan 1 Vin : Trafo CT 15 V pada kit praktikum Tegangan DC : 5 Volt dari sumber tegangan DC 20. Amati dengan menggunakan Osiloskop sinyal output yang diperoleh dan gambarkan bentuk sinyalnya. 21. Susunlah rangkaian seperti Gambar 1-10. Lakukan pengamatan seperti pada langkah 19. Gambar 1-10 Rangkaian clipper dengan menggunakan zener 22. Bandingkan hasil percobaan kedua rangkaian di atas dan Lakukan analisis terhadap hasil yang anda peroleh! Rangkaian Clamper 23. Buatlah rangkaian pada breadboard seperti Gambar 1-11 C R Gambar 1-11 Rangkaian clamper Gunakan nilai komponen-komponen sebagai berikut: Resistor R 150 KΩ Dioda D: 1N4001 / 1N4002 Kapasitor C: 10 uf, 16-35 V Vin : Trafo CT 15 V pada kit praktikum 8
Percobaan 1 Tegangan DC : 5 Volt dari sumber tegangan DC 24. Amati dengan menggunakan Osiloskop sinyal output yang diperoleh dan gambarkan bentuk sinyalnya. 25. Berilah analisis terhadap hasil yang anda peroleh. Mengakhiri Percobaan 26. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 27. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 28. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai. Tabel Data Pengamatan Tabel Pengamatan Karakteristik Dioda Jenis Dioda Silikon Germanium Zener Tegangan Cut-in [V] Tegangan Breakdown [V] Catatan Tabel Pengamatan Penyearah dan Filter Rangkaian Diamati Resistansi [Ω] Kapasitans i [F] Tegangan DC [V] Tegangan Ripple Perhitungan [mv] Tegangan Ripple Pengamatan [mv] Frekuensi tegangan ripple Frekuensi arus dioda (Hz) Arus Maksimum (ma) Resistansi Output (Ohm) Penyearah gelombang setengah dengan Resistansi konstan Penyearah gelombang setengah dengan Kapasitansi C konstan Penyearah gelombang penuh Petunjuk Praktikum Elektronika 9
Percobaan 1 2 dioda dengan Resistansi konstan Penyearah gelombang penuh 2 dioda dengan Kapasitansi C konstan Penyearah gelombang penuh jembatan dioda dengan Resistansi konstan Penyearah gelombang penuh jembatan dengan Kapasitansi C konstan Catatan: Contoh tabel isian untuk pengamatan yang lengkap seperti ini hanya diberikan untuk percobaan 1. Pada percobaan selanjutnya tidak semua tabel isian untuk pengamatan diberikan dalam petunjuk praktikum, praktikan harus merancang sendiri bentuk tabel isian pengamatannya mengikuti langkah pada percobaan dalam petunjuk praktikum. 10
Percobaan 2 Karakteristik BJT Tujuan Memahami karakteristik transistor BJT Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit Memahami teknik bias dengan sumber arus konstan Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Transistor BJT Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan unipolar. Dalam hal ini akan kita pelajari transistor bipolar. Transistor bipolar terdiri atas dua jenis, bergantung susunan bahan yang digunakan, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditujukkan oleh gambar berikut ini. p Gambar 2-1 Transistor BJT NPN Gambar 2-2 Transistor BJT PNP Petunjuk Praktikum Elektronika 11
Percobaan 2 Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus Basis (IB), dan arus emitor (IE), yaitu beta () = penguatan arus DC untuk common emitter, alpha ()= penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut. I C C dan, I B sehingga 1 I I E 1 Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dan tegangan pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan ground), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini. Gambar 2-3 Konfigurasi common emitter Dari Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu: Karakteristik IC - VBE Karakterinstik IC - VCE Kurva Karakteristik I C - V BE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan: I C I ES e VBE / kt pada gambar berikut ini.. Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti ditunjukkan 12
Gambar 2-4 Kurva Karakteristik IC - VBE Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan kemiringan dari kurva di atas, yaitu g m I V C BE Kurva Karakteristik I C V CE Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja) transistor dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu daerah aktif, saturasi, dan cut-off. Persyaratan kondisi ketiga mode kerja ini dapat dirangkum dalam tabel berikut ini. Mode kerja IC VCE VBE VCB Bias B-C Bias B-E Aktif =.IB =VBE+VCB ~0.7V 0 Reverse Forward Saturasi Max ~ 0V ~0.7V - 0.7V<VCE<0 Forward Forward Cut-Off ~ 0 =VBE+VCB 0 0 - - Dalam kurva IC-VCE mode kerja transistor ini ditunjukkan pada area-area dalam Gambar 2-5 Gambar 2-5 Kurva IC-VCE Petunjuk Praktikum Elektronika 13
Percobaan 2 Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC Kit Percobaan Karakteristik Transisitor dan Rangkaian Bias Sumber arus konstan Multimeter (2 buah) Osiloskop PEAK Atlas DCA Pro Langkah Percobaan Karakteristik Input Transistor I C -V BE 1. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop ber-kopling DC) a. Gelombang Segitiga ~1KHz. b. Amplituda sinyal 0,8V c. Set Ofsett positif sehingga nilai minimum sinyal berada di titik nol (ground). 2. Susunlah rangkaian berikut ini : B A R C ( minimum) C + - 10Vdc + - Generator Sinyal E Gambar 2-6 Rangakaian pengukuran karakteristik input Transistor IC-VBE 3. Hubungkan osiloskop : a. Probe positif (+) Ch-1 (X) ke titik B, b. Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C, c. Ground osiloskop ke titik A. 4. Gunakan setting osiloskop : - Skala X pada nilai 0,1V/div dengan kopling AC, - Skala Y pada nilai 1V/div dengan kopling DC, dan tekan tombol invert nya. 14
- Osiloskop pada mode X-Y. 5. Tempatkan tegangan X minimum pada garis grid paling kiri (nilai VBE = 0). Tempatkan tegangan Y terkecil (minimum) pada garis grid kedua paling bawah (nilai IC = 0). Apabila kurva tampak sebagai dua garis, naik atau turunkan frekuensi generator sinyal hingga diperoleh kurva yang lebih baik. 6. Gambarkan plot IC (ma) - VBE (Volt) di BCL anda Catatan : Skala Y osiloskop menunjukkan tegangan pada resistor Rc. Arus kolektor (Ic) adalah tegangan tersebut dibagi resistansi itu (VY / RC), dengan nilai Rc sekitar 82 Ω. Karakteristik Output Transistor I C -V CE 1. 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 PEAK Atlas DCA Pro Gambar Icon DCA Pro Gambar Jendela Aplikasi DCA Pro Petunjuk Praktikum Elektronika 15
Percobaan 2 7. Buka tab Graph BJT Ic/VCE, atur pengaturan tracing Vcc 0-10V dengan point 11, IB 25-100µA kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 8. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis. 9. 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. ic IC2 IC1 0 -VA VCE1 VCE2 vce Gambar 2-7 Kurva 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 50 mvpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang kecil) c. Gunakan T konektor pada terminal output. 2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini. 16
A R C C + 9Vdc B - Generator Sinyal + - Sumber Arus E Gambar 2-8 Pengaruh Bias pada 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. 6. Set IB pada 25µA (minimum sumber arus). 7. Set RC minimum (sekitar 82 Ω). 8. Baca dan catat tegangan VCE kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output. 9. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik IC-VCE yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa distorsi pada langkah-8 terjadi. 10. Ulangi langkah 7-10. Untuk nilai-nilai IB : 200µA dan 400µA. 11. Ubah nilai RC menjadi nilai maksimum-nya (sekitar 5KΩ). Ulangi langkah 8-10 untuk nilai RC ini. 12. Ubah nilai IB menjadi 150µA. Atur nilai RC sehingga VCE yang terbaca di multimeter sekitar 5V. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik IC-VCE yang Petunjuk Praktikum Elektronika 17
Percobaan 2 telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa kondisi ini terjadi. 13. Naikkan amplitude input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya. 14. Naikkan lagi amplituda input. Amati apakah amplituda gelombang output masih bisa membesar, dan catat nilai maksimum amplituda tersebut. Mengakhiri Percobaan 1. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 2. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 3. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai. Tabel Data Pengamatan 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 18
Percobaan 3 Percobaan 3 Penguat BJT Tujuan Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Base Mengetahui karakteristik penguat berkonfiurasi Common Collector Mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan dari masing-masing konfigurasi penguat Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Penguat BJT Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai penguat, transistor harus berada dalam kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan memberikan bias pada transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus yang konstan pada basis atau pada kolektor. Untuk kemudahan, dalam praktikum ini akan digunakan sumber arus konstan untuk memaksa arus kolektor agar transistor berada pada kondisi aktif. Jika pada kondisi aktif transistor diberikan sinyal (input) yang kecil, maka akan dihasilkan sinyal keluaran (output) yang lebih besar. Hasil bagi antara sinyal output dengan sinyal input inilah yang disebut faktor penguatan, yang sering diberi notasi A atau C. Ada 3 macam konfigurasi dari rangkaian penguat transistor yaitu : Common-Emitter (CE), Common-Base (CB), dan Common-Collector (CC). Konfigurasi umum transistor bipolar penguat ditunjukkan oleh Gambar 3-1. Petunjuk Praktikum Elektronika 19
Percobaan 3 Gambar 3-1 Konfigurasi umum transistor bipolar penguat 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 3-2 Konfigurasi 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
Percobaan 3 Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model-π, maka rangkaian dapat menjadi seperti gambar berikut ini. Gambar 3-3 Model-π rangkaian common 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 3-4. Petunjuk Praktikum Elektronika 21
Percobaan 3 Gambar 3-4 Konfigurasi Common Base Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah: R r i e Resistansi outputnya adalah: R o RC Ri Faktor penguatan keseluruhan adalah: Av Gm( RC // RL) R R dengan, i R s adalah resistansi sumber sinyal input dan Gm adalah transkonduktansi. Konfigurasi Common Collector Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik untuk digunakan pada beban dengan resistansi yang kecil. Oleh karena itu, konfigurasi ini biasanya digunakan pada tingkat akhir pada penguat bertingkat. Konfigurasi common collector ditunjukkkan oleh Gambar 3-5. s Gambar 3-5 Konfigurasi Common Collector 22
Percobaan 3 Pada konfigurasi ini berlaku: Resistansi input: R r ( 1) R i L Resistansi output: R o r e ( R s // RB) 1 Faktor penguatan: Av RL R R L o Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC (1 buah) Generator Sinyal (1 buah) Osiloskop (1 buah) Multimeter (3 buah) Breadboard (1 buah) Sumber arus konstan (1 buah) Transistor 2N3904 (1 buah) Kabel-kabel Resistor Variable (1 buah) Langkah Percobaan Tegangan Bias dan Parameter Penguat 1. Susun rangkaian seperti Gambar 3-6 dengan nilai-nilai komponen sebagai berikut: Q 2N3904 RB 27 k RC 1 k C1 C2 C3 100F VCC 10V Re 10 Petunjuk Praktikum Elektronika 23
Percobaan 3 Gambar 3-6 Rangkaian pengukuran parameter transistor 2. Pasanglah resistor set pada modul current source untuk menghasilkan arus Ic yang diinginkan dengan menggunakan formula 67.7mV Rset Asumsi I C = I E Ic (Catatan: Arus yang dihasilkan harus kurang atau sama dengan 10 ma). 3. Ukurlah IC, IB dan IE dan catat pada Tabel 1. Kemudian dengan nilai tersebut dan nilai komponen yang digunakan hitung parameter-parameter transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini dan tuliskan pada Tabel 2. Tabel 1 Pengukuran parameter transistor Besaran Ukur Nilai IC IB IE Tabel 2 Perhitungan parameter transistor Parameter Formula Nilai Model Ekivalen Transistor 24
Percobaan 3 gm I gm 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 RB // r Rout R R // r Av A o v C e o RC // RL r R Rin R R // 1 g r Rout R R // r i o B C Penguat CE dengan RE o e m e r Penguat CB Av Av R i R i R s Gm( RC // RL) Rin Rout R r i e R o RC Penguat CC Av Av RL R R L o Rin R r ( 1) R i L Rout R o r e ( R s // RB) 1 Petunjuk Praktikum Elektronika 25
Percobaan 3 Common Emitter A. Faktor Penguatan 4. Hubungkan ujung kaki RE ke pin input current source. Lakukan pengecekan arus Ic tersebut dengan menggunakan amperemeter dan pastikan semua ground terhubung. 5. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp = 40-50 mv dan frekuensi 10 khz. 6. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Gambar 3-7 Rangkaian Common Emitter 7. Amati dan gambar sinyal di titik Z dan X menggunakan osiloskop. 8. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 9. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. 10. Ulangi langkah 8 dan 9 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan capasitor bypass C3 seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. 26
Percobaan 3 B. Resistansi Input Gambar 3-8 Rangkaian Common Emitter bypass C3 11. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian. 12. Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar Vpp = 40 50 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. 13. Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada Gambar 3-9. 14. 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). 15. Ulangi percobaan ini dengan memasang resistor Re. Petunjuk Praktikum Elektronika 27
Percobaan 3 C. Resistansi Output Gambar 3-9 Pengkuran resistansi input 16. Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan rangkaian pada Gambar 3-10 ini dan catat hasil bacaan Vo di osiloskop (Re dihubung singkatkan). Gambar 3-10 Pengukuran resistansi output 17. 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. 28
Percobaan 3 18. Ulangi percobaan ini dengan memasang Re. Common Base A. Faktor Penguatan 19. Lakukan langkah 2 sampai langkah 5. 20. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 3-11. Gambar 3-11 Pengkuran fakto penguatan common base 21. Amati dan gambar gelombang di titik Z dan Y menggunakan osiloskop. 22. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 23. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi. B. Resistansi Input 25. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter (kecuali langkah 15) pada Gambar 3-12. Petunjuk Praktikum Elektronika 29
Percobaan 3 C. Resistansi Output Gambar 3-12 Pengukuran resistansi input common base 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter (kecuali langkah 18) pada rangkaian di bawah ini. Gambar 3-13 Pengukuran resistansi output common base 30
Percobaan 3 Common Collector A. Faktor Penguatan 27. Hubungkan rangkaian seperti pada Gambar 5-15. Gambar 3-14 Pengukuran faktor penguatan common collector 28. Amati dan gambar gelombang di titik X dan Y menggunakan osiloskop. 29. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik tersebut di buku log praktikum. 30. Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo mulai terdistorsi. Catat tegangan vi. Petunjuk Praktikum Elektronika 31
Percobaan 3 B. Resistansi Input 31. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common Emitter (kecuali langkah 15) pada rangkaian berikut ini. Gambar 3-15 Pengukuran reistansi input common collector C. Resistansi Output 32. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common Emitter (kecuali langkah 18) pada rangkaian di bawah ini. Gambar 3-16 Pengukuran reistansi output common collector 32
Percobaan 3 Analisis dan Kesimpulan 33. Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda. Mengakhiri Percobaan 34. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 35. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 36. 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 33
Kurva karakteristik IC vs VCE 2N3904 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0 2 4 6 8 10 VCE IC 34
Percobaan 4 Percobaan 4 Karakteristik Dan Penguat FET Tujuan Mengetahui dan mempelajari karakteristik transistor FET Memahami penggunaan FET sebagai penguat untuk konfigurasi Common Source, Common Gate, dan Common Drain Memahami resistansi input dan output untuk ketiga konfigurasi tersebut Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Transistor FET Transistor FET adalah transistor yang bekerja berdasarkan efek medan elektrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada kedua ujung terminalnya. Mekanisme kerja transistor ini berbeda dengan transistor BJT. Pada transistor ini, arus yang dihasilkan/dikontrol dari Drain (analogi dengan kolektor pada BJT), dilakukan oleh tegangan antara Gate dan Source (analogi dengan Base dan Emiter pada BJT). Bandingkan dengan arus pada Base yang digunkan untuk menghasilkan arus kolektor pada transistor BJT. Jadi, dapat dikatakan bahwa FET adalah transistor yang berfungsi sebagai konverter tegangan ke arus.transistor FET memiliki beberapa keluarga, yaitu JFET dan MOSFET. Pada praktikum ini akan digunakan transistor MOSFET walaupun sebenarnya karakteristik umum dari JFET dan MOSFET adalah serupa. Karakteristik umum dari transistor MOSFET dapat digambarkan pada kurva yang dibagi menjadi dua, yaitu kurva karakteristik ID vs VGS dan kurva karakteristik ID vs VDS. Kurva karakteristik ID vs VGS diperlihatkan pada gambar berikut. Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif. Pada Gambar 4-1 terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif. Petunjuk Praktikum Elektronika 35
Percobaan 4 Gambar 4-1 Kurva karakteristik umum transistor MOSFET Kurva karakteristik ID vs. VDS ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Pada Gambar 4-2 terdapat beberapa kurva untuk setiap VGS yang berbeda-beda. Gambar ini digunakan untuk melakukan desain peletakan titik operasi/titik kerja transistor. Pada gambar ini juga ditunjukkan daerah saturasi dan Trioda. Penguat FET Gambar 4-2 Kurva karakteristik ID vs. VDS Untuk menggunakan transistor MOSFET sebagai penguat, maka transistor harus berada dalam daerah saturasinya. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan arus ID dan tegangan VDS tertentu. Cara yang biasa digunakan dalam mendesain penguat adalah dengan menggambarkan garis beban pada kurva ID vs VDS. Setelah itu ditentukan Q point-nya yang akan menentukan ID dan VGS yang harus dihasilkan pada rangkaian. Setelah Q point dicapai, maka transistor telah dapat digunakan sebagai penguat, dalam hal ini, sinyal yang diperkuat adalah sinyal kecil (sekitar 40-50 mvp-p dengan frekuensi 1-10 khz). Terdapat 4 konfigurasi penguat pada transistor MOSFET, yaitu Common Source, Common Source dengan resistansi source, Common Gate, dan Common Drain. Pada praktikum ini, digunakan konfigurasi Common Source dengan resistansi source dan Common Gate. Formula parameter penguat untuk dua konfigurasi yang digunakan dijelaskan dalam Tabel 3. 36
Percobaan 4 Tabel 3 Formula parameter penguat Common Source Common Gate Rangkaian Penguat AV g m (R L R D r o ) g m (R L R D r o ) Resistansi Input Rin R G 1 g m Resistansi Output Rout R D r o Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC (2buah) Generator Sinyal (1 buah) Osiloskop (1 buah) Multimeter (3 buah) Kit Transistor sebagai switch Breadbord (1 buah) RG = Potensiometer 1 MΩ (1 buah) RD = Potensiometer 10 kω (1 buah) RS = Potensiometer 1 kω (2 buah) Resistor 1 MΩ (1 buah) Kapasitor 100 uf (3 buah) Kabel-kabel Peak Atlas DCA Pro (1buah) Langkah Percobaan Memulai Percobaan R D r o 1. Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer. 2. Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki MOSFET pada kit Transistor Sebagai Switch pada Gambar 4-4, secara bebas (warna tidak berpengaruh). Petunjuk Praktikum Elektronika 37
Percobaan 4 Gambar 4-3: PEAK Atlas DCA Pro Gambar 4-4: Kit Transistor Sebagai Switch Gambar 4-5: Icon DCA Pro Gambar 4-6: Jendela aplikasi DCA Pro 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 MOSFET yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro. B. Kurva ID vs. VGS 7. Buka tab MOSFET Id/Vgs pada jendela aplikasi DCA Pro 8. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. 38 Gambar 4-7: Pengaturan pembuat grafik I D vs V GS 9. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis. 10. 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. 11. Tentukan tegangan threshold V t transistor MOSFET yang digunakan
Percobaan 4 12. Buka tab MOSFET Id/Vds pada jendela aplikasi DCA Pro C. Kurva ID vs. VDS 13. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing. Gambar 4-8: Pengaturan pembuat grafik I D vs V DS 14. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis. 15. 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. Desain Q-point 1. Tentukan nilai R D yang akan digunakan pada rangkaian penguat (percobaan IV.C) 2. Dengan menggunakan kurva I D vs V DS dan V DD = 15 V, buatlah garis beban (load line) pada grafik I D vs V DS dan tempatkan titik Q. 3. Catat nilai DC v GS, v DS, dan i D pada titik Q. 4. Hitung gm dengan terlebih dahulu mencari nilai K berdasarkan formula i D = K(v GS V t ) 2 g m = 2K(v GS V t ) 5. Tentukan nilai gm dengan melihat kemiringan kurva titik Q point pada kurva karakteristik I D vs V GS. Bandingkanlah kedua nilai gm yang anda peroleh. Persamaan load line i D,load line = V DD R D 1 R D v DS Sehingga garis akan memotong sumbu i D pada nilai i D = V DD R D. Petunjuk Praktikum Elektronika 39
Percobaan 4 Gambar 4-9: Penentuan Titk Kerja Q. Gambar 4-10 Penentuan nilai g m dengan metoda kurva I D vs V GS 40
Percobaan 4 RANGKAIAN PENGUAT A. Rangkaian Bias 1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. Gambar 4-11: Rangkaian DC (biasing) Common Source 2. Aturlah V DD, potensiometer R G, R D, dan R S agar transistor berada pada titik operasi yang diinginkan, memperhatikan V DD. 3. Buatlah sinyal input sinusoidal sebesar 50 mvpp dengan frekuensi 10 khz. Penguat Common Source A. Faktor Penguatan 1. Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Gambar 4-12 Pengukuran faktor penguatan common source 2. Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor. 3. Tentukan penguatannya (Av = Vo/Vi). Petunjuk Praktikum Elektronika 41
Percobaan 4 4. Naikkan amplitudo generator sinyal dan perhatikan sinyal output ketika sinyal mulai terdistorsi. Catatlah tegangan input ini. 5. Bandingkan nilai penguatan yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. B. Resistansi Input 6. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada inputnya seperti pada Gambar 4-13. Gambar 4-13 Pengukuran resistansi input common source 7. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor. 8. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable. 9. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rin = Rvar. 10. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. C. Resistansi output 11. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini. Gambar 4-14 Pengukuran resistansi output common source 42
Percobaan 4 12. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor. 13. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. 14. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rout = Rvar. 15. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. Penguat Common Gate 16. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. Gambar 4-15 Pengukuran penguatan common gate Penguat Common Drain 17. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini. Gambar 4-16 Pengukuran penguatan common drain Petunjuk Praktikum Elektronika 43
Percobaan 4 Mengakhiri Percobaan 33. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 34. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 35. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 36. 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. ID(mA) 500 Kurva disipasi daya maksimum CD4007 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 VDS(V) 44
Percobaan 5 Percobaan 5 Transistor sebagai Switch Tujuan Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai switch Mengetahui dan mempelajari karakteristik kerja Bipolar Junction Transistor ketika beroperasi sebagai saklar Mengetahui dan mempelajari karakteristik kerja MOS Field-Effect Transistor baik tipe n-mos maupun CMOS ketika beroperasi sebagai saklar Persiapan Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini. Switch Ideal Sebuah switch ideal harus mempunyai karakteristik pada keadaan off ia tidak dapat dilalui arus sama sekali dan pada keadaan on ia tidak mempunyai tegangan drop. Transistor BJT sebagai Switch Komponen transistor dapat berfungsi sebagai switch, walaupun bukan sebagai switch ideal. Untuk dapat berfungsi sebagai switch, maka titik kerja transistor harus dapat berpindah-pindah dari daerah saturasi (switch dalam keadaan on ) ke daerah cut-off (switch dalam keadaan off ). Untuk jelasnya lihat Gambar 5-1. Gambar 5-1 Daerah kerja transistor Dalam percobaan ini perpindahan titik kerja dilakukan dengan mengubah-ubah prategangan (bias) dari emitter-base. Petunjuk Praktikum Elektronika 45
Percobaan 5 MOSFET sebagai Switch Selain BJT, MOSFET juga dapat berfungsi sebagai switch. Dibandingkan dengan BJT, sifat switch dari MOSFET juga lebih unggul karena membutuhkan arus yang sangat kecil untuk operasinya. Ada dua tipe MOSFET menurut tegangan kerjanya yaitu n-channel MOSFET (n-mos) dan p-channel MOSFET (p-mos). Dimana n-mos bekerja dengan memberikan tegangan positif pada gate, dan sebaliknya, p-mos bekerja dengan memberikan tegangan negatif di gate. n-mos berlaku sebagai switch dengan membuatnya bekerja di sekitar daerah saturasinya. Daerah kerja dari n-mos dapat dilihat pada Gambar 5-2. Rangkaian CMOS Gambar 5-2 Daerah kerja n-mos Jika n-mos dan p-mos digabungkan, akan dihasilkan rangkaian CMOS (Complementary MOS) yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini. Untuk memperlakukan CMOS supaya bekerja sebagai switch, kita harus mengubah-ubah daerah kerjanya antara cut-off dan saturasi. Gambar 5-3 Rangkaian CMOS 46
Percobaan 5 Alat dan Komponen yang Digunakan Sumber tegangan DC (1 buah) Osiloskop (1 buah) Kit Transistor sebagai Switch (1 buah) Multimeter Analog dan Digital (2 buah) Kabel-kabel (2 buah) Langkah Percobaan Memulai Percobaan 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum. Transistor BJT Sebagai Switch V cc V cc R c Relay R var 100 k A I B I C A V V CE Lampu 12 V V V BE Gambar 5-4 Rangkaian BJT sebagai switch 2. Susun rangkaian seperti pada Gambar 5-4 dengan VCC = 12 Vdc. 3. Posisikan Rvar pada nilai minimum (VBE=0). Catat harga VCE awal. 4. Naikan tegangan di Base (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat lampu menyala (relay bekerja). 5. Tepat pada saat lampu menyala, catat harga: IB, IC, VBE dan VCE. 6. Naikkan tegangan di Base (dengan memutar Rvar), catat IB dan IC. Tentukan tiga nilai pengukuran antara saat lampu menyala sampai potensiometer Rvar maksimum. Petunjuk Praktikum Elektronika 47
Percobaan 5 7. Kemudian turunkan tegangan catu perlahan-lahan hingga lampu padam kembali. Catat harga-harga IB, IC, VBE dan VCE yang menyebabkan lampu padam. 8. Ulangi langkah 3 sampai 7 dengan beberapa VCC lain (11, 10, 9 VDC, dll). 9. Gambarkan kurva yang menunjukkan VBE minimum yang menyebabkan Saturasi, VBE maksimum yang menyebabkan Cut-Off, dan beberapa nilai VCC & VCE yang berbeda-beda dalam satu grafik. MOSFET sebagai Switch A. N-MOS 1. Cara Multimeter 10. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 Vdc. V dd R d 2,2K I d D R var 100K G V ds V gs s Gambar 5-5 Pengukuran karakteristik n-mos dengan multimeter 11. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Va=0). Catat harga VDS dan ID awal. 12. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat ada arus di Drain (ID). 13. Tepat pada saat ada arus di Drain (ID), catat harga: IG, ID, VGS dan VDS 14. Ulangi langkah 11 sampai 13 dengan beberapa VDD lain: 6, 7.5, 9, VDC (jangan melebihi 12V). 15. Gambarkan kurva hubungan VGS ID. 2. Cara Osiloskop 16. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 VDC. 48
Percobaan 5 V dd R d D + + G V out V in - s - Gambar 5-6 Pengukuran karakteristik n-mos dengan osiloskop 17. Gunakan generator sinyal sebagai Vin 18. Atur bentuk gelombang fungsi generator segitiga dengan amplitude 0 5 V (atur offset fungsi generator) dan kemudian hubungkan ke osiloskop channel 1. 19. Hubungkan keluaran (Vout) channel 2, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin Vout. 20. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. 21. Tentukan tegangan Threshold (Vth). B. Inverter CMOS 1. Cara Multimeter 22. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VCC = 5 VDC. V dd I d D R var 100K a G V out V gs S Gambar 5-7 Pengukuran karakteristik inverter CMOS dengan multimeter Petunjuk Praktikum Elektronika 49
Percobaan 5 23. Posisikan Rvar pada nilai minimum (Va=0). Catat harga Vout, IS dan ID awal. 24. Naikan tegangan di Gate (dengan memutar Rvar) perlahan-lahan hingga terlihat ada arus di Drain (ID). 25. Tepat pada saat ada arus di Drain (ID), catat harga: IG, IS, ID, VGS dan VDS. 26. Naikkan terus Va (=VGS) untuk beberapa nilai, kemudian catat IG, IS, ID, VGS dan VDS dan gambarkan kurva Va-Vout. 27. Ulangi langkah 23 sampai 26 untuk VCC = 10 VDC. 2. Cara Osiloskop 28. Buat rangkaian seperti pada gambar berikut ini dengan VDD = 5 VDC. Gambar 5-8 Pengukuran karakteristik inverter CMOS dengan osiloskop 29. Gunakan generator sinyal sebagai Vin. 30. Atur bentuk gelombang fungsi generator segitiga dengan amplitude 0 5 V (atur offset fungsi generator) dan kemudian hubungkan ke osiloskop channel 1. 31. Hubungkan Vout1 ke channel 2 osiloskop, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin Vout1. 32. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. 33. Tentukan tegangan Threshold (Vth). 34. Lepaskan hubungan Vout1 dari osiloskop, kemudian hubungkan Vout2 ke channel 2 osiloskop, gunakan mode xy untuk melihat kurva Vin Vout2. 35. Amati dan gambar kurva tersebut pada buku log praktikum. 50
Percobaan 5 Mengakhiri Percobaan 36. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 37. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. 38. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 39. 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. Petunjuk Praktikum Elektronika 51
Percobaan 5 52
Percobaan 6 Percobaan 6 Proyek Akhir Tujuan Merancang sebuah penguat berdasarkan pengetahuan komprehensif yang telah didapatkan pada percobaan-percobaan sebelumnya Persiapan Pelajari lagi bahan kuliah/praktikum anda tentang penguat. Kriteria Rancangan Setiap kelompok akan mendapatkan tugas perancangan penguat dengan karakteristik resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan yang telah ditentukan oleh kordinator laboratorium/asisten. Keterangan lebih lengkapnya tersedia di http://labdasar.ee.itb.ac.id Instrumentasi dan Komponen Instrumentasi dan komponen akan disediakan oleh laboratorium dasar sesuai dengan tugas perancangan yang didapatkan. Waktu Pengerjaan Penguat yang telah anda rancang dapat diuji di laboratorium pada waktu yang telah ditentukan oleh kordinator laboratorium/asisten dan dikumpulkan serta dipresentasikan pada waktu yang telah ditetapkan. Petunjuk Praktikum Elektronika 53
Percobaan 6 54
Lampiran A Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE Pendahuluan SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasys) adalah program yang digunakan untuk melakukan simulasi dan analisa rangkaian elektronik. SPICE didasari oleh analisa simpul (node) rangkaian. Pada awalnya, SPICE dikembangkan untuk keperluan akademis, dan tersedia sebagai perankat lunak gratis di UC Berkeley. Pada perkembangannya, tersedia berbagai macam versi SPICE baik yang komersil ataupun yang gratis. Untuk kuliah di Teknik Elektro, sebaiknya menggunakan Winspice atau Pspice, dengan perbedaan : Winspice: dilengkapi kemampuan script matematis Pspice: GUI yang lebih baik Namun pada tutorial ini, hanya akan dibahas mengenai Winspice. Struktur Bahasa(sintaks) SPICE Secara umum, definisi rangkaian di SPICE menggunakan deskripsi/sintaks khusus, yang terdiri atas beberapa bagian, yaitu : 1. Baris pertama Judul 2. Blok Uraian Rangkaian a. NamaDevais Simpul Nilai b. Bila dimulai dengan * dianggap komentar c. Bila dimulai dengan + lanjutan baris sebelumnya 3. Blok Perintah Analisis 4. Penutup. Deskripsi rangkaian SPICE harus diakhiri dengan perintah.end Selain itu, ada beberapa kaidah yang sebaiknya diketahui dalam menyusun rangkaian menggunakan SPICE, yaitu : 1. SPICE menggunakan prinsip analisis simpul Nama/nomor simpul bebas, nomor 0 untuk rujukan GND Arus dapat dibaca bila ada sumber tegangan, gunakan sumber tegangan nol untuk mencari arus pada cabang tanpa sumber tegangan 2. Elemen selalu dihubungkan pada simpul Urutan nama devais, simpul-simpul sambungan, dan nilai 55
Lampiran A Gunakan rujukan tegangan dan arah arus untuk rujukan tegangan positif dan negatif Deskripsi Sintaks Library di SPICE Komponen-komponen yang umum digunakan di SPICE telah memiliki definisi-nya yang ada dalam library SPICE. Bentuk Umum 2 terminal : NamaDevais simpul+ simpul- nilai Jenis Komponen NamaDevais simpul+ simpul- nilai Keterangan Sumber tegangan V. s+ s- (DC) nilai tanda DC untuk Sumber Arus I. s+ s- nilai Resistor R. s+ s- nilai Voltage-Controlled Voltage Source Voltage-Controlled Current Source Current-Controlled Voltage Source Current-Controlled Source Current E. sv+ sv- sc+ scnilai G sv+ sv- sc+ scnilai H s+ s- V nilai F s+ s- V nilai sumber sebagai variabel analisis DC Sedangkan untuk perintah analisis rangkaian, terdapat beberapa perintah yang umum dipakai : Jenis Analisa Perintah yang digunakan Titik kerja DC tunggal OP Variabel Nilai DC DC Variabel Frekuensi AC (linierisasi) Variabel Waktu (transien) TRAN 56
Lampiran A Contoh Deskripsi Rangkaian SPICE Misalkan terdapat rangkaian pada Gambar 1 dibawah yang akan dianalisa menggunakan SPICE. Gambar 1 Contoh rangkaian yang akan dianalisa SPICE. Langkah pertama yang perlu kita lakukan adalah memberi nama simpul dan nama devais, seperti yang digambarkan pada Gambar 2dibawah. R1 R2 V120 R R I Gambar 2 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 R12 1 2 20 R23 2 3 10 RA 2 0 30 R3 3 0 40 * Sumber V120 1 0 120 IB 3 0 3.control OP print v(1) v(2) v(3) v120#branch.endc.end Baris ke-1 adalah Judul dari rangkaian itu. Baris ke-2 adalah komentar untuk menjelaskan bahwa beberapa baris dibawahnya adalah deskripsi rangkaian pasif yang ada di rangkaian. Baris ke-3 sampai ke-6 adalah deskripsi komponen resistor, yang diawali dengan nama resistor, nama node yang terhubung dengan kaki-1 resistor, nama node yang terhubung dengan kaki-2, dan nilai resistor itu dalam satuan ohm. 57
Lampiran A Baris ke-8 adalah definisi sumber tegangan independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kakinegatif, dan nilai tegangannya dalam satuan volt. Baris ke-9 adalah definisi sumber arus independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang terhubung dengan kakipositif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan nilai tegangannya dalam satuan ampere. Baris ke-10 adalah sintaks yang menyatakan bahwa setelah ini adalah sintaks-sintaks kontrol. Baris ke-11 adalah sintaks perintah analisa titik kerja DC (Operating Point) dari rangkaian. Dan baris ke-12 adalah perintah untuk mencetak nilai tegangan di node-1 (v(1)), node-2 (v(2)), node-3 (v(3)), dan nilai arus di cabang V120 (v120#branch). Hasil Analisis SPICE Setelah di-run, SPICE akan menampilkan hasil analisanya berupa tulisan: v(1) = 1.200000e+02 v(2) = 3.483871e+01 v(3) = 3.870968e+00 v120#branch = -4.25806e+00 yang artinya dapat dijelaskan melalui gambar 3 dibawah. Gambar 3 Nilai tegangan di titik-titik yang dianalisa SPICE. Analisis Waktu SPICE3 Pada blok kontrol berikan perintah: TRAN tstep tstop [tstart tmax] Perhitungan pada analisis dengan variabel waktu dimulai dari t=0 dengan langkah tstep dan berakhir pada tstop. Bila hanya diingin data pada selang waktu tertentu saja dalam selang 0-stop berikan tstart dan tmax. Akan dibahas lebih lanjut setelah Kuliah Bab 8 tentang gejala transien 58
Lampiran B Lampiran B Pengenalan EAGLE Eagle (Easily Applicable Graphical Layout Editor) adalah aplikasi untuk membuat Layout PCB dan skematiknya. EAGLE tersedia sebagai FreeWare di www.cadsoft.de dengan beberapa batasan. Untuk membuat PCB menggunakan EAGLE, ada beberapa tahap yang perlu dilakukan : 1. Membuat Skematik Rangkaian 2. Membuat Layout PCB dari rangkaian 3. Membuat PCB nya Pada tutorial ini, akan dijelaskan langkah-langkah pembuatan PCB menggunakan EAGLE v6.2 Membuat Skematik Misalkan ada rangkaian penguat seperti pada Gambar 4 dibawah, yang perlu kita buat PCB-nya. Power Supply 10K 1K Function Generator 2n2222 Osiloskop Gambar 4 Rangkaian yang ingin dibuat Langkah pertama, kita buka EAGLE. Lalu akan terbuka layar seperti pada Gambar 5dibawah. Gambar 5 Tampilan Eagle 59
Lampiran B Kemudian kita masuk ke Schematic Editor dengan memilih menu : File >> New >> Schematic Setelah masuk ke Schematic Editor, langkah berikutnya adalah mengambil komponen dari library. Caranya adalah : Edit >> Add maka akan muncul jendela seperti pada Gambar 6. Kita ingin menambahkan/mengambil RESISTOR untuk dimasukkan ke rangkaian. Ketikkan resistor pada menu Search, dan kemudian pilih resistor di library rcl R-EU_ R- EU_0207/7, kemudian klik OK. Masukkan resistor sebanyak yang diperlukan di rangkaian. Gambar 6 Menambahkan resistor dari Library Dengan cara yang sama, masukkan transistor 2n2222 ke rangkaian. Seperti pada Gambar 7. Gambar 7 Menambahkan transistor dari Library 60
Lampiran B Klik kanan pada mouse untuk memutar komponen ketika baru dimasukkan dari library. Dengan cara yang sama, masukkan jumper dengan kode JP1E dan GND ke rangkaian, sehingga Schematic Editor jadi seperti pada Gambar 8. Gambar 8 Seluruh komponen yang digunakan sudah berada di Schematic Editor Perhatian : kita menambahkan Power-Supply, Function-Generator dan Osilator dalam bentuk jumper/header yang nantinya akan dihubungkan ke peralatan-peralatan tersebut menggunakan kabel. Berikutnya, kita perlu menambahkan/mengubah informasi mengenai komponen yang digunakan. Ubahlah Info/tulisan tentang komponen dengan meng-klik : View >> Info, lalu klik pada komponen yang ingin dilihat/ubah informasinya. Gambar 9 Propertis Untuk menghubungkan kaku antar komponen, klik Draw >> Wire, lalu klik di salah satu kaki yang ingin disambungkan, dan klik lagi di kaki yang lain. Untuk melepas wire, gunakan tombol ESC di keyboard PC. 61
Lampiran B Lengkapi atau ubah info pada komponen, lalu hubungkan kaki antar komponen sehingga rangkaian menjadi seperti pada Gambar 10 Gambar 10 Gambar lengkap rangkaian penguat yang ingin dibuat. Simpanlah skematik ini sebagai file penguat_1.sch. Membuat Layout PCB Untuk membuat layout PCB, dari layar Schematic Editor, klik : File >> Switch to board. Jika ada pertanyaan, jawab saja dengan YES. Maka akan terbuka layar Board Editor, dengan beberapa komponen ada disana. Pindah komponen ke dalam kotak yang ada di Board Editor dan atur-aturlah sehingga menjadi seperti pada Gambar 11. 62 Gambar 11 Komponen-komponen setelah diatur di dalam kotak di Board Editor. Langkah berikutnya adalah Routing atau membuat Track. Kali ini kita akan menggunakan fasilitas AutoRouter yang ada di EAGLE. Untuk mengaktifkan autorouter, klik : Tools >> Auto.., maka akan muncul jendela seperti pada Gambar 12.
Lampiran B Karena kita hanya menggunakan 1 layer PCB saja, dan itu adalah Bottom Layer, maka di menu autorouter setup pada bagian 1 Top kita pilih N/A (Not Available), dan di bagian 16 Bottom anda terserah memilih kode apa (asalkan bukan N/A), kemudian klik OK Gambar 12 Menu AutoRouter Setup Maka pada Board Editor akan tergambarkan Track PCB antar komponen seperti pada Gambar 13. Dan jadilah PCB kita. Kadang kita perlu menambahkan tulisan-tulisan tertentu untuk memudahkan pembuatan PCB. Gambar 13 Track PCB Simpanlah file layout PCB anda tersebut sebagai file penguat_1.brd 63
Lampiran B Membuat PCB File layout PCB anda (*.brd) dapat dijadikan PCB di tempat-tempat pembuatan PCB di Bandung : 1. Multikarya, di Terusan Jalan Jakarta 2. SELC, di Jalan Jakarta 3. Spectra, di jalan Ahmad Yani Dengan harga dan spesifikasi masing-masing. 64