EL2205_2_13213060

MODUL I KARAKTERISTIK BJT Rosana Dewi Amelinda (13213060) Asisten : Fiqih Tri Fathulah Rusfa (13211060) Tanggal Percobaan: 17/2/2015 EL2205-Praktikum Elektronika

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak Abstrak Pada praktikum Modul II ini telah dilakukan beberapa percobaan yang bertujuan agar dapat lebih memahami karakteristik yang dimiliki transistor BJT. Percobaan yang dilakukan antara lain mengamati kurva karakteristik input Ic – Vbe dari transistor BJT. Lalu selanjutnya dilakukan percobaan untuk mengamati kurva karakteristik output transistor Ic – Vce dengan menggunakan Peak Atlas DCA Pro. Kemudian dari kurva yang didapat dilakukan perhitungan Efek Early dengan mengambil sampel grafik dari dua nilai Arus basis (Ib) yang berbeda. Terakhir yaitu dilakukan pengamatan pengaruh bias pada penguat transistor dengan mengamati bentuk sinyal output yang dihasilkan dari beberapa nilai Ib yang berbeda. Dari ketiga nilai Ib yang digunakan akhirnya diketahui bahwa transistor berada dalam kondisi aktif saat arus basis bernilai sekitar 200 µA, kondisi cut-of saar nilai Ib 25µA, serta dalam keadaan saturasi saat Ib bernilai 400 µA. Kata kunci: Transistor, BJT, Saturasi, Early Effect 1.

PENDAHULUAN

Dalam dunia elektonika, kita tentunya sudah tidak asing lagi dengan komponen elektronik yang satu ini. Adalah transistor yang merupakan salah satu komponen elektronika yang paling penting karena sering digunakan sebagai penguat, switching, modulasi sinyal dan berbagai fungsi lainnya. Transistor sendiri berfungsi sebagai keran listrik berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan outputnya (FET), yang memungkinkan pegaliran listrik yang sangat akuran dari sumber listriknya. Pada umumnya transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E), dan Kolektor (C). Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya hanya terdapat dua tipe dasar transistor, yait Bipolar Junction Transistor (BJT) dan FieldEffect Transistor (FET). Pada praktikum kali ini akan dibahas mengenai Transistor Bipolar (BJT). Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya mengguankan dua polaritas pembawa muatan : electron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewari satu daerah/lapisan pembatas yang dinamakan depletion zone. Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada

terminal basis dapat menghasilkna perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Dari praktikum ini tujuan yang ingin dicapai yaitu :

2.

a.

Memahami karakteristik transistor BJT

b.

Memahami teknis bias dengan rangkaian diskrit

c.

Memahami teknik bias dengan sumber arus konstan

STUDI PUSTAKA

Transistot BJT Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan unipolar. Dalam hal ini akan dipelajari transistor bipolar, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditunjukan oleh gambar berikut ini. Gambar 1 Transistor BJT NPN

Gambar 2 Transistor BJT PNP

Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (Ic), arus Basis (Ib), dan

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

arus emitor (Ie), yaitu beta (β) = penguatan arus DC untuk commonemitter, alpha (α) = penguatan

arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut

𝛽=

𝐼𝑐 𝐼𝑏

Sehingga 𝛼 =

dan 𝛼 = 𝛽 𝛽+1

𝐼𝑐 𝐼𝑒

𝛽=

𝛼 1−𝛼

Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dean tegangan pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan ground), seperti ditunjukan pada gambar berikut

Mode Gambar 3 Rangkaian dengan konfigurasi common emitter kerja

Dari kurva diatas uga diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan kemiringan dari Δ𝐼𝑐 kurva diatas, yaitu 𝑔𝑚 = Δ𝑉𝑏𝑒

Kurva karakteristik Ic – Vce Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja) transistor dibedakan menjadi tiga bagian , yaitu daerah akif, saturasi, dan cut-off. Persyaratan kondisi ketigga mode kerja ini dapat dirangkum dalam table berikut ini.

IC

VCE

.IB VBE+VCB ~0.7V 0

Saturasi

Ma x

~ 0V

Cut-Off

~0

VBE+VCB 0

Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu : Karakteristik Ic – Vbe



Karakteristik Ic – Vce

VCB

Aktif

2.1



VBE

~0.7V

0.7V
Bias B-C

Bias B-E

Reverse Forward Forwar d Forward

-

-

JUDUL SUB-BAB

Sub-bab pada percobaan ini, yaitu : a.

Karakteristik input transistor Ic – Vbe

b.

Karateristik output transistor Ic – Vce

c.

Early effect

d. Pengaruh bias pada penguat transistor Kurva karakteristik Ic – Vbe

3.

Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan Vbe, sesuai dengan persamaan :

Pada percobaan 2 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu :

𝐼𝑐 = 𝛼 𝐼𝐸𝑆 𝑒 𝑉𝐵𝐸/𝜂𝑘𝑇 . Persamaan ini dapar digambarkan sebagai kurva seperti ditunjukan pada gambar berikut. Gambar 4 Kurva karakteristik Ic - Vbe

METODOLOGI

1.

Sumber tegangan DC

2.

Kit percobaan karakteristik transistor dan rangkaian bias

3.

Sumber arus konstan

4.

Multimeter (2 Buah)

5.

Osiloskop

6.

PEAK Atlas DCA Pro

Memulai percobaan


2

Sebelum memulai percobaan, diisi dan ditandaDiubah setting sinyal generator sehingga mengeluarkan : tangani lembar penggunaan meja yang tertempel (pastikan dengna menyambungkannya ke osiloskop berpada masing-masing meja praktikum. Dicatat kopling DC) juga nomor meja Kit Praktikum yang digunakan a. Gelombang segitiga ~ 1kHz dalam BCL. b. Ampiltuda sinyal 0.8 V c. Set offset positif sehingga nilai minimum sinyall berada di titik nol (ground) Dilakukan kalibrasi pada osiloskop Disusun rangkaian seperti gambar 5 1.

Karakteristik input transistor Ic – Vbe Dihubungkan :

Gambar 5 Rangkaian percobaan 1

a. Probe positif (+) Ch-1 (x) ke titik B b. Probe positif (+) Ch-2 ke titik C c. Ground osiloskop ke titik A

Digunakan setting osiloskop : - Skala X pada nilai 0.1 V/div dengan kopling AC - Skala Y pada nilai 1V/div dengan kopling DC, dan ditekan tombol invertnya - Osiloskop pada mode X-Y

Ditempatkan tegangan X minimum pada garis grid paling kiri (nilai Vbe = 0). Ditempatkan 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.

Digambarkan plot Ic (mA) - Vbe (V) di BCL. 2.

Karateristik output transistor Ic – Vce


3

Dinyalakan komputer dan disambungkan USB Power Atlas DCA ke komputer

Dipilih nilai arus basis (Ib) dari grafik kurva tracer yang kemiringan kurvanya cukup besar

Disambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki-kaki transistor BJT yang digunakan secara bebas (tidak dipengaruhi warna)

Pada kurva Ic-Vce itu, dipilih dua titik koordinat yang mudah dibaca, dan masih dalam garis lurus. Dibaca dan dicatat nilai Ic dan Vce pada kedua titik tersebut.

Dibuka aplikasi DCA Pro yang tersedia di komputer

Dihitung nila tegangan Early dengan persamaan berikut dan dicatat di BCL Va =

𝑉𝑐𝑒2 𝐼𝑐1 −𝑉𝑐𝑒1 𝐼𝑐2 𝐼𝑐2 −𝐼𝑐1

Dipilih nilai arus basis (Ib) yang lain, dan dilakukan langkah diatas untuk mengkonfirmasi nilai tegangan Early yang sudah ditetapkan.

Dipastikan DCA Pro connected

Gambar 6 Kurva Ic - Vce

Ditekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro.

Diperhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki BJT yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro. 4. Dibuka tab Graph BJT Ic/Vce, diatur pengaturan tracing Vcc 0-10V dengan point 11, Ib 25-100 µA kemudian di klik Start. Ditunggu proces tracing.

Pengaruh bias pada penguat transistor

Gambar 7 Rangkaian percobaan 4

Diamati grafik yang terbentuk, dicatat pada BCL dan dilakukan analisis

Disimpan dara tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save Data. Dibuka file .txt yang terbentuk dan di copy seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan di paste di spreadsheet. 3.

Early effect

(Dengan menggunakan hasil pengamatan grafik sebelumnya)


4

Diubah nilai Ib menjadi 150 µA. Diatur nilai Rc sehingga Vce yang terbaca di multimeter sekitar 5 V. Diamati dan digambar bentuk tegangan yang terlihat di osiliskop. Dari nilai Ib dan Vce yang terbaca , ditentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik Ic-Vce yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, dijelaskan mengapa kondisi ini terjadi.

Diubah setting sinyal generator sehingga mengeluarkan gelombang sinusoid ~1kHz, Amplituda sinyal 50 mVpp, dan digunakan T konektor pada terminal output.

Disusun rangkaian seperti pada gambar 7

Dinaikkan amplituda input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (Vce). Dicatat besar amplituda input dan digambarkan bentuk gelombang outputnya.

Dihubungkan osiloskop rangkaian : Ch 1 (X) ke generator sinyal dengan kabel koaksial konektor BNCBNC, probe positif Ch-2 (Y) ke titik C, dan Ground osiloskop ke titik E.

Digunakan setting osiloskop : skala Ch-1 pada nilai 10 mV/div dengan kopling AC, skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC, osiliskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500 µS.div, serta titik nol Ch-1 dan Ch-2 pada garis tengah layar.

Dinaikkan lagi amplitdua input. Diamati apakah aplituda gelombang output masih bisa membesar, dan dicatat nilai maksimum amplituda tersebut.

Mengakhiri Percobaan Digunakna multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari Vce

Selesai praktikum dirapikan semua kabel dan dimatikan osiloskop, generator sinyal serta dipastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjukan ke pilihan off).

Diset Ib pada 25 µA dan Rc minimum (sekitar 82 Ω)

Dimatikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.

Dibaca dan dicatat tegangan Vce kemudian digambarkan bentuk gelombang tegangan output Vce yang ditunjukan. Diamati adanya distorsi pada bentuk gelombang output

Diperiksa lembar penggunaan meja. Dari nilai Ib dan Ic yang terbaca, ditentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik Ic - Vce sebelumnya. DIpastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium. Diulangi langkah pertama samapai ketujuh diatas untuk nilai-nilai Ib : 200 µA dan 400 µA.

4. 4.1

Diubah nilai Rc menjadi nilai maksimumnya (sekitar 5 kΩ) dan diulangi langkah pertama sampai kedelapan diatas untuk nilai Rc ini

HASIL DAN ANALISIS PERCOB AAN 1 (KARAKTERISTIK INPUT TRANSISTOR IC - VBE)

Pada percobaan 1 dibuat sebuah rangkaian sederhana seperti pada gambar 5 dengan menggunakan transistor BJT 3904. Pada percobaan ini Rc minimum yang digunakan bernilai 88.7 Ω.


5

Berikut adalah plot kurva karakteristik yang dihasilkan : Gambar 8 Kurva karakteristik Ic – Vbe

Dari gambar diatas terlihat bahwa plot kurva yang dihasilkan menyerupai bentuk kurva persamaan eksponensial. Hal ini sesuai dengan rumus yang sudah diketahui sebelumnya yang menyatakan hubungan Ic dengan Vbe, yaitu : 𝐼𝑐 = 𝐼𝑠 𝑒 𝑉𝑏𝑒/𝑉𝑇 Selain itu, dari grafik diatas kita juga dapat memperoleh nilai transkonduktansi dari transistor (gm) dengan menghitung kemiringan kurva : 𝑔𝑚 =

4.2

Δ𝐼𝑐 Δ𝑉𝑐𝑒

PERCOBAAN 2 (KARAKTERISTIK OUTPUT TRANSISTOR IC- VCE)

Pada percoaan 2 ini dilakukan pengamatan karakteristik output dari transistor menggunakan Peak Atlas DCA Pro dan komputer yang tersedia di laboratorium. Berikut adalah tampilan kurva output yang dihasilkan pada layat monitor :

tidak ada arus yang mengalir sehingga transistor berada pada posisi cut-of. Daerah kedua yaitu daerah saturasi ketika hubungan Ic dengan Vbe mendekati linear. Daerah saturasi dan cut-off ini transistor dimanfaatkan sebagai switching. Daerah ketiga yaitu daerah aktif yang merupakan daerah penguatan. Daerah aktif terjadi ketika hubungan Ic dengan Ib mendekati linear dan tidak diperngaruhi Vce. Pada daerah aktif ini transistor berfungsi sebagai penguat (amplifier). Pada daerah aktif didapatkan hubungan Ic dan Ib mendekati linear. Hal tersebut dapat terlihat pada grafik bahwa ketika Ib sangat besar (garis kurva paling kiri), semakin besar pula nilai Arus kolektornya. Hal ini sesuai dengan rumus yang menyatakan bahwa Ic dan Ib berbanding lurus (linear) : 𝐼𝑐 = 𝛽. 𝐼𝑏

4.3

Berdasarkan kurva karakteristik Ic- Vce yang didapatkan pada percobaan 2, selanjutnya diambil sampel kurva berwarna Magenta (Ib = 56.7 µA) dan Salmon (Ib = 46.1). Dari kedua kurva tersebut diambil garis lurus sepanjang sumbu x sehingga akan diperoleh nilai efek earlynya (Va). Efek early masing - masing kurva dihitung dengan menggunakan rumus : 𝑉𝐴 =

𝑉𝐶𝐸2 𝐼𝐶1 − 𝑉𝐶𝐸1 𝐼𝐶2 𝐼𝐶2 − 𝐼𝐶1

Data yang didapat adalah sebagai berikut : No

Gambar 9 Plot kurva karakteristik Ic - Vce

EARLY EFFECT

Ib = 56.7 µA

Ib = 25 µA

Vce (V)

Ic (mA)

Vce (V)

Ic (mA)

1

1.673085

10.92622

5.673457

5.058323

2

2.666702

11.14445

6.628855

5.109956

Sehingga dengan menggunakan rumus diatas dan dengan memasukan nilai pada tabel maka didapatkan besar Va untuk arus basis sebesar 56.7 µA adalah 48.07581 V dan Va untuk arus basis 25 µA adalah 87.92323. Dari kurva diatas terlihat bentuk grafik Arus kolektor terhadap tegangan Kolektor-Emitor untuk nilai Ib yang berbeda-beda. Dari nilai Ib yang berbeda-beda tersebut dapat diamati tiga daerah kerja transiistor, yaitu daerah saturasi, daerah aktif, daerah cut-off. Saat arus Ib semakin kecil hingga mendekati 0, tidak akan ada arus mengalir pada Ic disepanjang garis Vce (berapa pun nilai Vce). Pada kondisi ini

Perbedaan yang terjadi pada nilai efek early ini kemungkinan disebabkan beberapa faktor diantaranya perubahan suhu. Pada saat awal (sebelum digunakan), transisrot memiliki suhu yang sama dengan suhu ruangan. Namun setelah digunakan untuk percobaan 2, transistor menjadi panas (mengalami kenaikan suhu). Dengan adanya kenaikan suhu ini maka berpengaruh pada nilai Ic dan tegangan Vce yang diukur.


6

4.4

PENGARUH BIAS PADA PENGUAT TRANSISTOR

Pada percobaan 4 ini digunakan rangkaian seperti pada percobaan 1 namun dengan penambahan komponen sumber arus dan kapasitor pada node B. Lalu nilai sumber tegangan DC yang digunakan juga diturunkan yang awalnya 10 V menjadi 9 V. Lalu dilakukan pengamatan sinyal output dengan menggunakan variasi nilai sumber arus dan Rc. Rc minimum bernilai 88.7 Ω dan Rc maksimum bernilai 5.62 kΩ. Berikut tampilan sinyal inputoutput yang dihasilkan : Table 1 Tampilan sinyal input-output

No

Sinyal Input-Output

Sinyal Input-Output

(Rc minimum)

(Rc maksimum)

1

Ib = 25 µA Vce = 8.67 V Vbe =0.542 V

Ib = 25 µA Vce = 2.88 V Vbe = 0.58 V

2

Apabila diamati data pada tabel, dapat dilihat bahwa saat Ib semakin besar, nilai tegangan colector-emitor menjadi semakin kecil. Hal ini dapat diketahui dari hubungan Ib dan Ic berikut : Ib + Ic = Ie Sehingga saat arus base semakin besar (dari 25 µA hingga 400 µA) maka arus emitor juga akan semakin besar yang menyebabkan tegangan kolektor-emitor menjadi turun (semakin kecil). Pemberian bias tegangan dc pada rangakaian transistor bertujuan untuk mendapatkan level tegangan dan arus kerja transistor yang tetap. Dalam penguat transistor, level tegangan dan arus yang tetap tersebut akan menempatkan suatu titik kerja pada kurva karakteristik sehingga menentukan daerah kerja transistor. Dari ketiga variasi Ib yang digunakan, diperoleh bahwa transistor berada dalam keadaan aktif saat arus basenya sebesar 200 µA karena saar mode aktif Vbe bernilai ~0.7 V. Hal ini sesuai dengan tegangan Vbe untuk Ib 200 µA saat Rc minimum. Saat kondisi saturasi yaitu ketika Ib bernilai 400 µA karena saat Vbe nya mendekati 0.7 V (saat Rc minimum) dan Vbc ~0.5 V. Pengaruh bias untuk transistor mode saturasi yaitu Sedangkan mode cut-off adalah ketika Ib sebesar 25 µA karena Vbe nya kurang dari 0.7 V (saat Rc minimum). Dari data pada tabel 1 juga dapat diketahui besarnya arus pada kolektor untuk setiap kondisi. 𝐼𝑐 =

Ib = 200 µA Ib = 200 µA

Vce = 70.9 mV

Vce = 5.84 V

Vbe = 0.64 V

Vbe = 0.662 V

Ic (mA)

9 − 𝑉𝑐𝑒 𝑅𝑐

Rc minimum (88.7 Ω)

Rc maksimum (5.62 kΩ

Ib 25 µA

Ib 200 µA

Ib 400 µA

Ib 25 µA

Ib 200 µA

Ib 400 µA

3.72

0.035

0.046

1.088

1.588

1.593

3 Saat Ib diatur sebesar 150 µA dan Vce sekitar 5 V, bentuk sinyal output yang dihasilkan adalah sebagai berikut :

Ib = 400 µA Ib = 400 µA

Vce = 44 mV

Vce = 4.91 V

Vbe = 0.67 V

Vbe = 0.692 V Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

7

Gambar 10 Sinyal saat Vce 5 V

berfungsi sebagai penguat (amplifier) saat berada pada kondisi aktif. Sedangkan pada daerah saturasi terjadi hubungan yang mendekati linear antara Ic dengan Vce. Lalu hampir tidak ada arus yang mengalir apabila transistor berada pada keadaan cut-off. 

Efek Early dapat dicari dengan pendekatan linear. Yaitu dengan menarik garis sepanjang sumbu x dari kemiringan kurva. Namun nilai efek early yang didapatkan pada percobaan ini kurang akurat yang diduga disebabkan karena perubahan suhu yang dialami transistor.



Saat arus Ib sebesar 400 µA, transistor berada pada kondisi saturasi. Lalu saat Ib sebesar 200 µA, transistor berada pada kondisi akif. Serta pada kondisi cut-off yaitu ketika Ib sebesar 25 µA.



Distorsi terjadi saat Vce mulai dari 6.3 V hingga tegangan mencapai 9 V (tegangan dc-nya).

Besarnya resistansi Rc yang diperoleh untuk tegangan Vce sebesar 5 V adalah sekitar 112 Ω. Sehingga arus kolektornya yaitu Ic = (9 – 5)/112 Ic = 0.035 A Dengan nilai Ic dan tegangan Vce yang diketahui sebesar 5 V maka dapat dikatakan bahwa kondisi ini merupakan kondisi aktif transistor . Gambar 11 Kurva distorsi gerlombang output

DAFTAR PUSTAKA [1]. Mervin T Hutabarat, Praktikum Rangkaian Elektrik, Laboratorium Dasar Teknik Elektro ITB,Bandung, 2014.

Gambar diatas merupakan hasil distorsi (minimal/yang paling sedikit) yang terjadi pada gelombang tegangan input (Vce). Besar amplitudanya adalah 6.3 V. Apabila amplituda dinaikkan maka distorsi yang tejadi akan semakin besar. Namum batas maksimum terjadinya distorsi yaitu hingga amplituda mencapai 9 V yang merupakan besarnya tegangan input dc. Sehingga dapat dikatakan bahwa distorsi yang terjadi tidak akan melebihi tegangan inputnya.

5.

[2]. Adel S. Sedra and Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA, 2004. [3]. http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor, Februari 2015, 08.05 PM.

18

[4]. http://elektronika-dasar.web.id/teorielektronika/titik-kerja-transistor/, 19 Februari 2015, 08.32 PM.

KESIMPULAN

Dari percobaan didapatkan kesimpulan : 

Karakteristik input transistor untuk arus kolektor dengan tegangan base-emitor menunjukan hubungan ekponensial sesuai dengan rumus Ic = Is.eVbe/VT. Lalu nilai transkonduktansi (gm) transistor dapat diketahui dengan mengukur kemiringan kurva Ic-Vbe.



Dari kurva karakteristik output transistor Ic – Vce dapat dibagi menjadi 3 daerah kerja transistor yaitu daerah saturasi, daerah aktif dan daerah cut-off. Transistor Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

8

EL2205_2_13213060

Recommend Documents