03_13211059_

MODUL 03 PENGUAT BJT Aji Suryo Wibowo ( 13211059) 13211059) Asisten: M. Zainul Alimin/13209120 Alimin/13209 120 Tanggal Percobaan: 4 Maret 2013 EL2140-Praktikum Elektronika Laboratorium Dasar Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Pada percobaan kali ini, dilakukan percobaan untuk menentukan nilai faktor penguatan, nilai resistansi input, serta nilai resistansi output dari konfigurasi penguat BJT yaitu Common Emitter, Common Base, dan Common Collector. Pada percobaan kali ini juga akan ditentukan karakteristik penguat BJT dari masing-masing konfigurasi tersebut.

Kata kunci: penguat, BJT, resistansi, konfigurasi. 1.

Gambar 3.1 Transistor BJT NPN, [1]

PENDAHULUAN

Salah satu fungsi transistor adalah sebagai penguat, yang mana pada fungsinya sebagai penguat maka daerah emitter-base junction diset pada kondisi forward bias, sementara pada daerah collector-base junction diset pada kondisi reverse bias. Kemudian dengan mengatur posisi ground pada kaki-kaki BJT, maka dapat diperoleh macammacam tipe penguat BJT. Setelah melakukan mahasiswa dapat:

percobaan,

diharapkan

a.

mengetahui dan mempelajari transistor sebagai penguat

b. c. d.

Gambar 3.2 Transistor BJT PNP, [1]

Persamaan matematis pada transistor:

fungsi



mengetahui karakteristik berkonfigurasi Common Emitter

penguat



mengetahui karakteristik berkonfigurasi Common Base

penguat

mengetahui karakteristik berkonfigurasi Common Collector

penguat 

mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan dari masing-masing konfigurasi penguat.

2.

S TUDI PUSTAKA

2.1 BJT (BIPOLAR JUNCTION TRANSISTOR ) BJT atau transistor bipolar, terdiri atas dua jenis, bergantung pada susunan bahan yang digunakan, yaitu PNP dan NPN. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditunjukkan oleh gambar:

  

sehingga, 

e.



   

dengan IC merupakan arus kolektor, lalu IB merupakan arus basis, arus emitor I E, kemudian α merupakan penguatan arus DC untuk common basis, dan β merupakan penguatan arus DC untuk common emitter.

2.2 PENGUAT BJT T BJT TIPE COMMON EMITTER Konfigurasi ini memiliki resistansi input sedang, transkonduktansi tinggi, resistansi output tinggi serta memiliki nilai penguatan arus dan penguatan tegangan yang tinggi.

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

Gambar 3.3 Rangkaian Penguat CE, [1]

2.3 PENGUAT BJT TIPE COMMON B ASE Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang kecil dan menghasilkan arus kolektor yang hampir sama dengan arus input dengan impedansi yang besar. Konfigurasi ini biasa digunakan sebagai buffer.

Gambar 3.5 Rangkaian Penguat C C, [1]

3.

METODOLOGI

3.1 ALAT DAN K OMPONEN YANG DIGUNAKAN a.

Sumber Tegangan DC

(1 buah)

b.

Sumber Arus Konstan

(1 buah)

c.

Osiloskop

(1 buah)

d.

Multimeter Digital

(1 buah)

e.

Multimeter Analog

(1 buah)

f.

Generator Sinyal

(1 buah)

g.

Breadboard

(1 buah)

h.

Resistor Variabel

(1 buah)

i.

Transistor 2N3904

(1 buah)

j.

Kabel-Kabel

3.2 L ANGKAH-L ANGKAH PERCOBAAN a.

Gambar 3.4 Rangkaian Penguat CB, [1]

Diagram 3.1 Common Emitter

2.4 PENGUAT BJT TIPE COMMON COLLECTOR Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik untuk digunakan pada beban dengan resistansi yang kecil. Konfigurasi ini biasanya digunakan pada tingkat akhir pada penguat bertingkat.


2

•

•

1 •

2 •

•

3 •

4

•

•

5

•

•

6

•

•

•

7 •

•

8 •

9

•

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.6 di breaboard yang tersedia. Komponen yang digunakan adalah Q = 2N3904, RB = 27 kΩ, R C = 1 k Ω, R e = 10 Ω, C1 = C2 = C3 = 100 µF, VCC = 10 V.

 

  

Formula 3.1 Rset dengan Asumsi IC = IE, [1]

Resistor set dipasang pada modul current source agar dihasilkan IC yang diinginkan dengan formula 3.1 (arus yang dihasilkan harus kurang dari atau sama dengan 10 mA).

Parameter transistor dan parameter rangkaian dihitung dari nilai IB, IC, dan IE. Ujung kaki Re dihubungkan ke pin "input" current source, dan nilai I C dicek dengan menggunakan multimeter.

Generator sinyal diatur sehingga mengeluarkan sinyal dengan V in = 40 - 50 mVpp dan f = 10 kHz. Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.7 kemudian sinyal pada titik X dan Z diamati menggunakan osiloskop.

Gambar 3.6 Rangkaian Percobaan Faktor Penguatan CE, [1]

Mode osiloskop x-y digunakan untuk mengamati vo/vi kemudian grafik yang diperoleh digambar. Amplitudo generator sinyal dinaikkan dan nilai Vo diamati sampai ke bentuk mulai terdistorsi, nilai Vi pada saat itu dicatat.

Resistor ditambahkan pada kaki emitter dengan kapasitor bypass C3, kemudian langkah sebelumnya diulangi. Generator sinyal dan osiloskop dilepas, kemudian generator sinyal diset pada 40 50 mVpp dan 10 kHz.

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.8. Nilai Rvar dicari sampai tegangan input bernilai setengah dari tegangan input sebelum terpasang pada rangkaian penguat.

Percobaan diulang dengan memasang resistor Re. Generator sinyal kembali diatur pada 40 50 mVpp dan 10 kHz dan rangkaian disusun seperti pada gambari 3.9.

Gambar 3.7 Rangkaian Percobaan Faktor Penguatan CE dengan Re, [1]

Rvar di atur sehingga nilai tegangan output menjadi setengah dari nilai sebelum rangkaian dipasang Rvar. Percobaan diulangi dengan memasang R e.


3

•

•

1

•

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.10. Generator sinyal diatur pada 40 - 50 mVpp dan 10 kHz. Gelombang di titik Z dan Y diamati menggunakan osiloskop dan digambar.

•

2

•

Mode osiloskop x-y digunakan untuk mengamati vo/vi kemudian grafik yang diperoleh digambar. Amplitudo generator sinyal dinaikkan sampai bentuk Vo mulai terdistorsi dan nilai Vi dicatat.

Langkah untuk mencari resistansi input seperti pada percobaan CE diulang untuk percobaan CB dengan rangkaian seperti pada gambar 3.11.

•

Gambar 3.8 Rangkaian Percobaan Resistansi Input CE, [1]

3

Langkah untuk mencari resistansi output seperti pada percobaan CE diulang untuk percobaan CB dengan rangkaian seperti pada gambar 3.12.

•

4

Gambar 3.9 Rangkaian Percobaan Resistansi Output CE, [1]

b.

Diagram 3.2 Common Base

Gambar 3.10 Rangkaian Percobaan Faktor Penguatan CB, [1]


4

•

•

1

•

Rangkaian disusun seperti pada gambar 3.13. Generator sinyal diatur pada 40 - 50 mVpp dan 10 kHz. Gelombang di titik X dan Y diamati menggunakan osiloskop dan digambar.

•

2

•

Mode osiloskop x-y digunakan untuk mengamati vo/vi kemudian grafik yang diperoleh digambar. Amplitudo generator sinyal dinaikkan sampai bentuk Vo mulai terdistorsi dan nilai Vi dicatat.

Langkah untuk mencari resistansi input seperti pada percobaan CE diulang untuk percobaan CC dengan rangkaian seperti pada gambar 3.14.

•

Gambar 3.11 Rangkaian Percobaan Resistansi Input CB , [1]

3

Langkah untuk mencari resistansi output seperti pada percobaan CE diulang untuk percobaan CC dengan rangkaian seperti pada gambar 3.15.

•

4

Gambar 3.12 Rangkaian Percobaan Resistansi Output CB, [1]

c.

Diagram 3.3 Common Collector

Gambar 3.13 Rangkaian Percobaan Faktor Penguatan CC, [1]


5

dan dengan menggunakan asumsi bahwa VT adalah 25 mV (pada suhu ruangan) dan VA adalah 35 V (berdasar percobaan Modul 02) maka diperoleh parameter dasar transistor sebagai berikut: Parameter

gm

β

r Gambar 3.14 Rangkaian Percobaan Resistansi Input CC, [1]

re

ro

Formula

Nilai



0.064 A/V

 



 

 

 

 

200

 

3.125 kΩ

 

15.625 Ω

 

21.875 kΩ



Pada percobaan ini nilai R L merupakan nilai resistansi output dari osiloskop dan besarnya 1 MΩ, sementara nilai R S yang digunakan adalah nilai resistansi dari generator sinyal, yaitu 50 Ω. Kemudian pada percobaan ini pula, nilai sinyal input standar yang digunakan vi adalah 40 mVpp dengan frekuensi 10 kHz. Gambar 3.15 Rangkaian Percobaan Resistansi Output CC, [1]

4.

4.2 Hasil Percobaan Penguat Common Emitter (CE)

H ASIL DAN A NALISIS

4.1 Parameter Dasar Transistor Dengan menggunakan nilai IC = 1.6 mA dan dengan mengasumsikan IC = IE maka dari formula 3.1 diperoleh nilai Rset = 42.3125 Ω sehingga pengambilan nilai Rset pada praktikum ini adalah 42.3 Ω. Dari nilai Rset tersebut, diperoleh nilai: Besaran Ukur

IC

Nilai

Gambar 3.16 Grafik Tegangan Input dan Tegangan Output Rangkaian Penguat CE

1.6 mA (tanpa Re) 1.54 mA (dengan Re)

IB

8 µA

IE

1.6 mA

Dengan menggunakan parameter komponen yang ada, yaitu:

real

dari

RB = 26.75 kΩ; RC = 0.976 kΩ; Re = 9.8 Ω Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

6

yaitu rπ dan ro. Pada kasus nilai resistansi input, nilai RB  rπ sehingga nilai Rin seolah-olah ditentukan oleh besarnya parameter transistor rπ yang sangat bergantung pada temperatur transistor, sehingga dapat dikatakan pula bahwa nilai resistansi input merupakan fungsi temperatur. Sementara pada kasus resistansi output, nilai ro  RC sehingga nilai resistansi output R out dapat didekati dengan nilai resistansi RC yang merupakan sebuah konstanta.

Gambar 3.17 Grafik vo/vi Rangkaian Penguat CE

Param eter

Perhitungan (  )

 58.79

Pengukuran

AV

  

Rin

  (   )   

2.85 kΩ

Rout

  (   )   

1 kΩ

 

-58.82

Pada grafik vo/vi, dapat diketahui dengan jelas bahwa slope yang didapat adalah slope negatif, yang artinya penguatan yang terjadi merupakan penguatan negatif. Hal ini didapat karena nilai vC merupakan nilai Vcc – iCRC. Nilai yang diukur merupakan nilai ACnya yaitu -iCRC, karena iC sefasa dengan vi maka nilai output v o akan sefasa dengan –iCRC yang artinya terjadi perbedaan fasa 1800 dan hal itu menghasilkan slope negatif (penguatan negatif) 4.3 Hasil Percobaan Penguat CE dengan Re

Bentuk gelombang vo mulai terdistorsi saat vi diperbesar sampai 65 mVpp. Analisis : Pada konfigurasi penguat CE ini, nilai yang didapat dari hasil pengukuran tidak jauh berbeda dengan yang didapat dari hasil perhitungan. Perbedaan yang terjadi bisa dikarenakan adanya nilai toleransi dari masing-masing komponen yang digunakan, maupun ketidaktelitian alat ukur. Pada konfigurasi penguat CE, penguatan yang dihasilkan cenderung sangat besar dan tidak stabil. Ketidakstabilan ini dikarenakan faktor penguatannya yang sangat bergantung pada parameter-parameter dasar transistor yaitu β, r π, dan ro yang telah kita ketahui bersama bahwa ketiga parameter ini terutama rπ sangat bergantung pada nilai temperatur sehingga bisa dikatakan bahwa nilai penguatan pada konfigurasi CE ini merupakan fungsi temperatur sehingga penguatan yang ditimbulkan tidak dapat diprediksi dan tidak stabil bergantung pada temperatur transistor saat itu. Pada konfigurasi ini, range nilai input pada model sinyal kecil transistor sangat kecil sehingga sangat mungkin jika range ini terlampaui maka sinyal output akan langsung terdistorsi. Hal ini dibuktikan dengan terdistorsinya sinyal output vo saat sinyal input vi berubah ke 65 mVpp dari yang sebelumnya 40 mVpp. Pada penguat konfigurasi CE ini, dapat dilihat bahwa nilai resistansi input maupun outputnya juga bergantung pada parameter dasar transistor

Gambar 3.18 Grafik Tegangan Input dan Tegangan Output Rangkaian Penguat CE dengan R e

Gambar 3.19 Grafik vo/vi Rangkaian Penguat CE dengan R e

Param eter

AV

Perhitungan

  

(   )   

 

Pengukuran

-38.89


7

Rin

  (  (    ) )  

5.050 kΩ

Rout

  (   )   

1.040 kΩ

Bentuk gelombang vo mulai terdistorsi saat vi diperbesar sampai 100 mVpp. Analisis : Pada konfigurasi penguat CE dengan Re ini, nilai yang didapat dari hasil pengukuran tidak jauh berbeda dengan yang didapat dari hasil perhitungan. Perbedaan yang terjadi bisa dikarenakan adanya nilai toleransi dari masingmasing komponen yang digunakan, maupun ketidaktelitian alat ukur. Penguatan yang tidak stabil pada penguat tipe CE pada percobaan sebelumnya ditanggulangi dengan menambah nilai resistansi Re pada emitternya. Hal ini bertujuan untuk memberikan feedback negatif pada rangkaian, sehingga nilai transkonduktansinya dapat berkurang dengan faktor gmRe + 1. Dapat diliat dari rumus penguatannya bahwa dengan menambah Re pada rangkaian maka nilai penguatan murni bergantung pada RC, RL, Re, dan re. Pada kasus ini, nilai penguatan tegangan tidak hanya dipengaruhi oleh parameter dasar transistor saja, dapat dilihat, jika nilai Re diperbesar sehingga nilai Re  re maka pengaruh re dapat diabaikan, dan jika nilai R L dibuat sangat besar, maka penguatan yang terjadi hanya dipengaruhi oleh RC dan Re yang mana merupakan konstanta. Penambahan Re pada rangkaian menyebabkan range nilai sinyal input ikut bertambah, hal ini ditandai dengan mulai terdistorsinya sinyal output pada sinyal input sebesar 100 mVpp, hal ini dapat dikatakan cukup drastis mengingat sinyal input yang bisa ditoleransi sebelum sinyal output terdistorsi mencapai 2.5 kali lipat sinyal input awal (40 mVpp).

Gambar 3.20 Grafik Tegangan Input dan Tegangan Output Rangkaian Penguat CB

Gambar 3.21 Grafik v o/vi Rangkaian Penguat CB

Param eter

Perhitungan

Pengukuran

AV

   (   )  

55.88

Rin

     

69 Ω

Rout

     

0.9 kΩ

Bentuk gelombang vo mulai terdistorsi saat vi diperbesar sampai 290 mVpp. Analisis :

Pada pengukuran resistansi input, diperoleh nilai yang berbeda dengan hasil perhitungan. Hal ini disebabkan karena adanya toleransi komponen, serta adanya ketidaktelitian alat ukur. Namun hal ini masih dalam batas toleransi sehingga secara kualitatif, persamaan dinyatakan benar.

Pada konfigurasi penguat CB ini, nilai yang didapat dari hasil pengukuran tidak jauh berbeda dengan yang didapat dari hasil perhitungan. Perbedaan yang terjadi bisa dikarenakan adanya nilai toleransi dari masing-masing komponen yang digunakan, maupun ketidaktelitian alat ukur.

Pada pengukuran resistansi output, didapat hasil yang cukup sesuai. Saat nilai r o  RC maka nilai resistansi output dapat didekati dengan nilai RC yang mana merupakan suatu konstanta.

Pada konfigurasi CB, penguat memiliki tingkat kestabilan yang tinggi, dikarenakan pada peninjauan arus, penguatan arus yang dihasilkan mendekati 1 atau dengan kata lain, rangkaian ini bisa digunakan sebagai rangkaian buffer terutama pada sinyal berfrekuensi tinggi (buffer arus). Pada penguatan tegangan, nilai faktor penguatan tegangan nyaris tidak bergantung pada nilai β dan dapat dilihat pula bahwa secara keseluruhan, nilai faktor penguatan ditentukan oleh besar resistansi

Penguatan negatif (slope negatif pada pengamatan vo/vi) disebabkan hal yang sama, sesuai dengan analisis penguat berkonfigurasi CE. 4.4 Hasil Percobaan Penguat Common Base (CB)


8

outputnya. Pada penguatan tegangan, juga dapat dilihat bahwa penguatan yang terjadi adalah penguatan positif. Pada konfigurasi ini, nilai range sinyal input sebelum sinyal output terdistorsi termasuk besar karena dapat menoleransi hampir 7.5 kali lipat sinyal input awal (40 mVpp). Pada resistansi input yang dihasilkan dari konfigurasi CB, diperoleh nilai resistansi input yang sama dengan nilai re yang besarnya kecil. Pada pengukuran resistansi output, diperoleh nilai yang diharapkan. Nilai resistansi output rangkaian merupakan nilai RC yang mana sebuah konstanta. 4.5 Hasil Percobaan Penguat Common Collector (CC)

Bentuk gelombang vo mulai terdistorsi saat vi diperbesar sampai 19.25 Vpp. Analisis : Hasil pengukuran yang diperoleh sudah sesuai batas toleransi komponen dan keterbatasan alat ukur. Dapat dilihat bahwa faktor penguatan tegangan yang diperoleh adalah 1 yang artinya tidak terjadi penguatan tegangan output sehingga rangkaian ini dapat digunakan sebagai rangkaian buffer (buffer tegangan). Penguatan yang terjadi pada konfigurasi ini merupakan penguatan positif. Resistansi output yang diperoleh pada rangkaian ini sangat kecil, sehingga rangkaian penguat berkonfigurasi CC ini sangat baik digunakan sebagai penguat pada tingkat akhir pada penguat bertingkat, tujuannya agar energi tersalurkan secara efektif dan efisien. Pada penguat berkonfigurasi CC ini, range nilai sinyal input di mana sinyal output belum terdistorsi sangatlah besar mencapai hingga 480 kali dari sinyal input awal (40 mVpp). Hal ini menunjukkan bahwa rangkaian berkonfigurasi CC ini akan bekerja dengan sangat baik pada frekuensi yang sangat tinggi. 5.

Gambar 3.22 Grafik Tegangan Input dan Tegangan Output Rangkaian Penguat CC

Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa: a.

Jika transistor berada pada kondisi aktif, atau daerah emitter-base junction diset pada kondisi forward bias dan pada daerah collector-base junction diset pada kondisi reverse bias, maka transistor akan berfungsi sebagai penguat.

b.

Karakteristik penguat berkonfigurasi CE adalah memiliki resistansi input sedang, transkonduktansi tinggi, faktor penguatan arus dan faktor penguatan tegangan yang tinggi, serta range nilai sinyal input yang kecil sehingga bekerja kurang baik pada frekuensi tinggi.

c.

Karakteristik penguat berkonfigurasi CB adalah memiliki resistansi input yang kecil, menghasilkan arus kolektor yang hampir sama dengan arus input dengan impedansi besar (sebagai buffer arus), dan memiliki range nilai sinyal input yang cukup besar sehingga bekerja baik pada frekuensi yang tinggi.

d.

Karakteristik penguat berkonfigurasi CC adalah memiliki resistansi output yang kecil, menghasilkan tegangan output yang besarnya hampir sama dengan tegangan

Gambar 3.23 Grafik vo/vi Rangkaian Penguat CC

Param eter

AV

Rin

Rout

Perhitungan

 

   



    (  )(   )   

      

Pengukuran

1

Tidak diamati

(   ) 

16 Ω

K ESIMPULAN


9

input (sebagai buffer tegangan), dan memiliki range nilai sinyal input yang sangat besar sehingga bekerja sangat baik pada frekuensi yang sangat tinggi. e.

6.

Nilai faktor penguatan, resistansi input, dan resistansi output yang diperoleh dari percobaan: Konfigurasi

Faktor Penguatan Tegangan

Resistansi Input

Resistansi Output

CE

-58.82

2.85 kΩ

1 kΩ

CE dengan Re

-38.89

5.050 kΩ

1.040 kΩ

CB

55.88

69 Ω

0.9 kΩ

CC

1

-

16 Ω

D AFTAR PUSTAKA

[1]

Hutabarat, Mervin T., Praktikum Elektronika , Sekolah Teknik Elektro dan Informatika Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013.

[2]

http://en.wikipedia.org/wiki/Common_emit ter, 5 Maret 2012, pukul 20.19.

[3]

http://en.wikipedia.org/wiki/Common_base, 5 Maret 2012, pukul 20.19.

[4]

http://en.wikipedia.org/wiki/Common_colle ctor, 5 Maret 2012, pukul 20.19.

[5]

Adel S. Sedra dan Kenneth C. Smith, Microelectronic Circuits , Oxford University Press, USA, 1997.


1 0

03_13211059_

Recommend Documents