BAB III HASIL DAN DISKUSI Bab ini berisi hasil dan diskusi. Pekerjaan penelitian dimulai denan melakukan penukuran karakteristik I-V transistor. Kemudian dilanjutkan denan penyesuaian (fittin hasil tersebut menunakan model TOM. Terakhir, didiskusikan hasil kajian menenai penaruh bias, resistansi beban, dan daya masukan terhadap perilaku nonlinear deais aktif penuat daya.. Pemodelan Nonlinear Deais Aktif.. Penukuran karakteristik I-V Penukuran karakteristik I-V transistor dilakukan menunakan cure-tracer. Konfiurasi rankaian yan diunakan adalah source bersama, seperti yan ditunjukkan pada Gambar.. Di sini, perubahan arus drain, I DS, terhadap teanan drain-source, V DS, pada beberapa hara teanan ate-source, V GS, tertentu diukur. Data-data hasil penukuran (I DS, V DS pada beberapa nilai V GS dapat dilihat pada lampiran C. Gambar. menunjukkan kura karakteristik I DS -V DS LDMOS D8UK. Penukuran I DS -V DS dilakukan pada rentan V GS = V denan spasi. V. Laporan Penelitian -
Penukuran pada V GS di atas V tidak dilakukan karena pada teanan tersebut transistor sudah menunjukkan ejala breakdown. Demikian pula pada teanan V DS kuran dari V, penukuran tidak dilakukan, berkaitan denan anapan awal bahwa teanan amban transistor di atas V. + I DS + V DS _ + _ V DD _ V GS Gambar. Rankaian yan diunakan dalam penukuran untuk mendapatkan karakteristik I V transistor. IDS (ma 5 5 4 5 6 7 8 V DS (V Gambar. Kura karakteristik I DS -V DS LDMOS D8UK hasil penukuran pada V GS =, V;, V;,4 V;,6 V;,8 V dan V. Dari Gambar. terlihat bahwa kura pada V DS tini (saturasi memiliki kemirinan positif. Ini menunjukkan bahwa transistor memiliki konduktansi yan positif dan efek termal tidak terlihat. Umumnya efek termal berupa pemanasan sendiri (self-heatin dapat terjadi pada V GS dan V DS tini yan menakibatkan Laporan Penelitian -
kemirinan kura neatif. Untuk menhindari efek pemanasan sendiri biasanya dilakukan penukuran pulsa (pulse measurement. IDS (ma 5 5 4 V GS (V Gambar. Kura karakteristik I DS -V GS LDMOS D8UK hasil penukuran pada V DS =, V;, V; 5, V; dan 7, V Kura I DS -V GS hasil penukuran ditunjukkan pada Gambar.. Dari ambar tersebut terlihat bahwa LDMOS D8UK memiliki tenanan amban (threshold, V T, ~,7 V. Ini menunjukkan bahwa transistor mulai bekerja, arus menalir dari drain ke source, pada teanan V GS =,7 V tersebut. Teanan amban ini masih berada dalam rentan 7 V seperti yan diberikan pada lembar data pabrik... Model TOM terhadap hasil penukuran Dari berbaai model nonlinear yan sudah ada, ternyata model TOM (Triquint Owned Model merupakan model yan palin sesuai untuk transistor yan kami unakan. Penyesuaian antara model dan hasil penukuran dilakukan Laporan Penelitian -
menunakan bantuan FET FIT 7.5.. Parameter-marameter model TOM untuk LDMOS D8UK ini ditunjukkan pada Tabel - berikut. Tabel - Parameter model TOM untuk LDMOS D8UK No. Simbol Nama Parameter Nilai Satuan q Parameter q.767 - Parameter delta 5.556e-5 W - Parameter amma,5469-4 Parameter alfa.79 V - 5 Parameter beta,886 S 6 to Teanan threshold.79 V Hasil penyesuaian model dan penukuran ditunjukkan pada Gambar.4 dan Gambar.5, berturut-turut untuk penyesuaian I DS -V DS dan I DS -V GS. Penyesuaian hasil penukuran denan model ini memiliki kesalahan (error sekitar % pada mode saturasi dan 4 % pada mode triode. IDS (ma 5 5 4 5 6 7 8 V DS (V Gambar.4 Kura karakteristik I DS -V DS hasil pemodelan (aris dan hasil penukuran (kotak. Laporan Penelitian -
IDS (ma 5 5 4 V GS (V Gambar.5 Kura karakteristik I DS -V GS hasil pemodelan (aris dan hasil penukuran (kotak.. Karakterisasi Nonlinear Deais Aktif.. Turunan FET Perilaku nonlinear penuat daya berasal dari nonlinearitas arus drain-source, i, terhadap teanan masukan,. Hubunan antara keduanya dapat dinyatakan dalam deret Taylor sebaai berikut: i (. m m m denan mi menyatakan transkonduktansi orde ke-i dan merupakan turunan parsial dari i terhadap yan berkaitan sebaai berikut: i m (. i (. m Laporan Penelitian - 4
Turunan FET i (.4 m Turunan FET masih merupakan funi dari teanan bias V GS. Grafik turunan FET terhadap teanan bias, V GS, untuk LDMOSFET D8UK, ditunjukkan pada Gambar.6. Gambar ini menunjukkan bahwa pada daerah di bawah teanan amban (threshold, semua turunan FET cenderun nol. Mulai sekitar teanan amban, turunan orde pertama naik denan kemirinan cukup besar dan kemudian menuju saturasi pada teanan di atas ~V. Turunan orde kedua naik cukup tajam hina mencapai maksimum pada V GS sekitar,6v dan selanjutnya turun lai. Di atas,8v turunan orde kedua mendatar mendekati nol. Turunan orde ketia memiliki nilai minimum pada teanan V GS =,4 V. 4 m m - -4 m -6-8 V GS (V Gambar.6 Turunan FET terhadap teanan bias... Mekanisme distorsi intermodulasi Sebelum mendiskusikan hasil menenai penaruh bias dan beban pada distorsi, terlebih dahulu kita tinjau formulasi matematis mekanisme distorsi. Untuk itu, Laporan Penelitian - 5
anap skema penuat daya source bersama seperti yan ditunjukkan pada Gambar.7. i R S R L s R G Gambar.7 Skema penuat daya konfiurasi source bersama. R S + i R G s _ m m m R L Gambar.8 Rankaian ekialen penuat daya Gambar.7. Analisis deret Volterra dapat diunakan untuk menetahui parameterparameter yan memenaruhi karakteristik distorsi secara umum. Untuk menyederhanakan analisis, kita menanap bahwa impedansi masukan FET sanat besar (takhina. Keadaan ini dapat didekati jika frekuensi masukan relatif kecil, dalam orde puluhan sehina kapasitansi ate-source, C, terlihat sebaai masukan impedansi sanat tini (terbuka. Rankaian ekialen penuat daya untuk analisis deret Volterra ditunjukkan pada Gambar.8. Laporan Penelitian - 6
Arus drain-source di sekitar titik kerja dapat dinyatakan oleh persamaan: i m m m m m m (.5 denan m, m, dan m menyatakan transkonduktansi orde ke-,, dan ;,, dan menyatakan transkonduktansi keluaran orde ke-,, dan ; m, m, dan m menyatakan koefisien silan berkaitan denan dan sekalius. Semua koefisien di atas merepresentasikan turunan dari Persamaan (.5, dan dalam hal ini disebut koefisien intrinsik. Sekaran tinjau dua sumber masukan denan amplitudo sama dan frekuensi masin-masin dan sebaai berikut: s A cos t cos t (.6 Untuk R G = R S, sesuai konsep pembai teanan, maka A cos t cos s t (.7 Persamaan (.7 disubstitusikan ke Persamaan (.5 denan menunakan analisis deret Volterra. Hasilnya sebaai berikut: R ( (.8 ( m Lef ( R ( m ( ( ( (.9 Lef m m ( m( ( 4 ( ( ( ( R m Lef (. m( ( ( ( Laporan Penelitian - 7
denan RL R Lef (. R L Persamaan (.9 dan Persamaan (. diperoleh denan memecahkan setiap komponen nonlinear secara iteratif pada frekuensi harmonik yan berkaitan. Prosedur yan sama dapat diterapkan untuk menhitun amplitudo teanan pada frekuensi intermodulasi - dan -. Untuk mendapatkan pemahaman intuitif dari hubunan-hubunan dan pentinnya persamaan di atas, diperlukan penyederhanaan asumsi. Dalam hal ini diasumsikan bahwa term kedua pada Persamaan (.9 dan Persamaan (. tidak terlalu memenaruhi karakteristik distorsi orde ketia. Pendekatan ini cukup beralasan karena penaruhnya sanat kecil. Sesuai denan asumsi di atas, kita dapat mendeduksi Persamaan (.9 dan Persamaan (. sebaai berikut: ( R Lef ( ( m m A A (. ( R ( Lef ( m m A m A A (. denan A R (.4 m Lef Parameter intrinsik Persamaan (.5 diperoleh dari model TOM untuk LDMOS D8UK. Analisis deret Volterra dari Persamaan (.8 hina Laporan Penelitian - 8
Daya Keluaran (dbm Persamaan (. telah diunakan untuk menamati baaimana perubahan distorsi intermodulasi terhadap bias dan resistansi beban. Resistansi beban diunakan untuk memberikan ariasi ain teanan yan sinifikan... Penaruh bias V GS pada distorsi intermodulasi Perilaku nonlinear penuat dapat diselidiki denan menamati plot distorsi sinyal kecil terhadap bias DC pada teanan drain-source dan resistansi beban tetap. Pada penelitian ini, penamatan dilakukan untuk LDMOSFET D8UK denan kondisi teanan drain-source 8V, resistansi beban 5, dan daya masukan dbm. Hasilnya ditunjukkan pada Gambar.9. Dari Gambar.9 terlihat bahwa distorsi intermodulasi orde kedua maupun orde ketia mencapai maksimum pada daerah dekat teanan amban. Nilai minimum distorsi orde ketia terjadi pada V GS = V denan leel daya sekitar 4 dbm. Distorsi intermodulasi orde ketia naik lai sampai pada V GS =, V dan kemudian hampir konstan terhadap kenaikan V GS. - -4-6 -8 - - -4-6 Gambar.9 Daya keluaran terhadap teanan bias V GS untuk V DS = 8 V, R L = 5, dan P in = - dbm. 4 V GS (V fundamental IMD orde- IMD orde- Laporan Penelitian - 9
Daya Keluaran (dbm Daya Keluaran (dbm..4 Penaruh bias V DS pada distorsi intermodulasi Selain teanan ate-source, teanan drain-source pun memenaruhi perilaku nonlinear FET. Ini terlihat dari rafik yan ditunjukkan pada Gambar.. - -4-6 -8 - - -4-6 fundamental IMD orde- IMD orde- 4 5 6 7 8 9 V DS (V Gambar. Daya keluaran terhadap teanan bias V DS untuk V GS =, V, R L = 5, dan P in = - dbm. - -4-6 -8 - - -4-6 fundamental IDM orde- IMD orde- 4 V GS (V Gambar. Daya keluaran terhadap teanan bias V GS untuk V DS = 5 V (teas dan V DS = 8V (putus-putus, R L = 5, dan P in = - dbm. Dari Gambar. terlihat bahwa minimum distorsi intermodulasi orde kedua terjadi pada teanan drain-source ~,4 V. Sementara, minimum distorsi intermodulasi orde ketia terjadi pada ~,4 V dan memiliki nilai maksimum pada teanan ~,4 V denan leel daya ~ -9 dbm. Pada teanan V DS antara,4 V Laporan Penelitian - 4
Daya Keluaran (dbm hina 4, V kura distorsi intermodulasi orde ketia menurun cukup besar. Selanjutnya, pada teanan lebih besar dari 4, V, penurunannya relatif sanat kecil (hampir konstan. Aar lebih jelas, pada Gambar. ditampilkan rafik distorsi intermodulasi terhadap perubahan teanan bias V GS untuk V DS = 5 V dan 8 V. Dari ambar terlihat bahwa peninkatan V DS dari 5V hina 8V menyebabkan penurunan nilai minimum distorsi intermodulasi orde ketia sekitar db...5 Penaruh resistansi beban R L pada distorsi Penaruh resistansi beban pada distorsi intermodulasi ditunjukkan pada Gambar.. Dari rafik tersebut terlihat bahwa untuk resistansi beban kuran dari 5, perubahan daya keluaran terjadi cukup sinifikan. Minimum distorsi intermodulasi orde ketia terjadi pada resistansi beban ~. Di atas 5, distorsi internodulasi orde ketia meninkat perlahan seirin peninkatan nilai resistansi beban. 4 - -4-6 -8 fundamental IMD orde- IMD orde- 5 5 5 R L (Ohm Gambar. Daya keluaran terhadap resistansi beban untuk V GS =, V dan V DS = 8V. Laporan Penelitian - 4
Daya Keluaran (dbm Gambar. menunjukkan distorsi intermodulasi terhadap teanan bias V GS untuk V DS = 8V, R L = 5 dan 5. Terlihat bahwa minimum distorsi intermodulasi orde ketia menalami pereseran akibat perubahan resistansi beban ini. - -4-6 -8 - - -4-6 fundamental IMD orde- IMD orde- 4 V GS (V Gambar. Daya keluaran terhadap V GS untuk resistansi beban 5 (teas dan 5 (putus-putus, V DS = 8 V...6 Penaruh daya masukan pada distorsi intermodulasi Perilaku nonlinear penuat daya jua dipenaruhi oleh leel daya masukan. Gambar.4 memperlihatkan penaruh daya masukan terhadap distorsi intermodulasi. Dari sini terlihat bahwa leel distorsi intermodulasi berantun pada titik kerja penuat. Pada penuat kelas B, pada kasus ini V GS =,8 V, leel distorsi intermodulasi lebih tini daripada kelas AB (V GS =, V, pada masukan sinyal kecil. Jika masukan berupa sinyal besar, sekitar dbm, leel distorsi penuat kelas AB menjadi lebih tini. Selain itu, terlihat bahwa pada leel sinyal kecil, kenaikan distorsi intermodulasi linier terhadap daya masukan. Sementara, pada leel sinyal besar, produk distorsi meninkat. Laporan Penelitian - 4
Daya keluaran (dbm 4 fundamental - IMD orde- -4-6 -8 - IMD orde- - -4 - -5 - -5 - -5 5 Daya masukan (dbm Gambar.4 Daya keluaran terhadap daya masukan untuk V GS =,8 V (teas dan V GS =, V (putus-putus. Selanjutnya, jika kita perpanjan kura baian linier pada Gambar.4 untuk fundamental dan distorsi intermodulasi orde ketia, keduanya akan berpotonan di titik pada daya masukan ~5 dbm dan daya keluaran ~46 dbm (IP = 46 dbm untuk V GS =,8 V. Sedankan untuk V GS =, V, perpotonan terjadi pada daya masukan ~8 dbm denan daya keluaran ~5 dbm (IP = 5 dbm. Penaruh daya masukan terhadap distorsi intermodulasi jua dapat terlihat jelas dari Gambar.5. Pada daerah kuran dari P db, kenaikan leel distorsi intermodulasi orde ketia lebih besar dibandinkan denan kenaikan leel fundamental terhadap kenaikan daya masukan. Denan kata lain, pada daerah ini ACPR meninkat seirin peninkatan daya masukan. Sementara itu, pada daerah daya saturasi, IMD orde ketia jua menunjukkan saturasi, meskipun ada satu nilai pada daya masukan tertentu yan menunjukkan notch atau adanya ACPR yan kembali rendah. Laporan Penelitian - 4
Daya keluaran (dbm 4 - -4-6 -8 - - -4-6 fundamental IMD orde- IMD orde- 4 V GS (V Gambar.5 Daya keluaran terhadap V GS untuk P in = dbm (teas dan dbm (putus-putus. Laporan Penelitian - 44