JOB 5 TRANSISTOR SEBAGAI PENGUAT BERTINGKAT
5.1
Tujuan :
Setelah melakukan percobaan ini, mahasiswa diharapkan dapat : 1. Memahami dan mengetahui prinsip dan tujuan dari rangkaian tersebut 2. Dapat mengetahui frekuensi input dan output dari rangkaian r angkaian transistor sebagai penguat. 3. Parameter-parameter Parameter-parameter yang harus diukur/diamati.
5.2
-
Tegangan/Daya
-
Arus
Daftar dan Alat Komponen
1. Resistor 10 KΩ
1 buah
2. Resistor 150 Ω
1 buah
3. Resistor 3K3
1 buah
4. Resistor 100 Ω
1 buah
5. Kapasitor 4,7
2 buah
6. Kapasitor 470
1 buah
7. Transistor BC 550
1 buah
8. Osiloskop
1 buah
9. Function generator
1 buah
10. Multimeter
1 buah
11. Power Supply
1 buah
12. Kabel Power
1 buah
13. Kabel BNC to Jepit Buaya
1 buah
14. Mini Protoboard
1 buah
15. Jumper
5.3
Dasar Teori Transistor Sebagai Penguat
Salah satu fungsi Transistor yang paling banyak digunakan di dunia Elektronika Analog adalah sebagai penguat yaitu penguat arus,penguar tegangan, dan penguat daya. Fungsi komponen semikonduktor ini dapat kita temukan pada rangkaian Pree-Amp Mic, Pree-Amp Head, Mixer, Echo, Tone Control, Amplifier dan lain-lain. Prinsip kerja transistor pada contoh rangkaian di bawah adalah, arus kecil pada basis (B) yang merupakan input dikuatkan beberapa kali setelah melalui Transistor. Arus output yang telah dikuatkan tersebut diambil dari terminal Collector (C). Besar kecilnya penguatan atau faktor pengali ditentukan oleh beberapa perhitungan resistor yang dihubungkan pada setiap terminal transistor dan disesuaikan dengan tipe dan karakteristik transistor. Signal yang diperkuat dapat berupa arus DC (searah) dan arus AC (bolak-balik) tetapi maksimal tegangan output tidak akan lebih dari tegangan sumber (Vcc) Transistor.
Gambar 5.1 Rangkaian transistor sebagai penguat
Gambar 5.2 Bentuk signal input dan output penguatan
Pada gambar pertama (Transistor Sebagai Penguat), tegangan pada Basis (dalam mV) dikuatkan oleh Transistor menjadi besar (dalam Volt). Perubahan besarnya tegangan output pada Collector akan mengikuti perubahan tegangan input pada Basis. Pada gambar kedua dapat terlihat perubahan dan bentuk gelombang antara input dan output yang telihat melalui Osciloscope. Berdasarkan cara pemasangan ground dan pengambilan output, penguat transistor dibagi menjadi tiga bagian yaitu:
1.
Common Base
Penguat Common Base digunakan sebagai penguat tegangan. Pada rangkaian ini Emitor merupakan input dan Collector adalah output sedangkan Basis di-ground-kan/ ditanahkan. Sifat-sifat Penguat Common Base: Isolasi input dan output tinggi sehingga Feedback lebih kecil. Cocok sebagai Pre-Amp karena mempunyai impedansi input tinggi yang dapat menguatkan sinyal kecil. Dapat dipakai sebagai penguat frekuensi tinggi dan dapat dipakai sebagai buffer.
Gambar 5.3 Penguat Common Base 2.
Penguat Common Emitor
Penguat Common Emitor digunakan sebagai penguat tegangan. Pada rangkaian ini Emitor di-ground-kan/ ditanahkan, Input adalah Basis, dan output adalah Collector.
Gambar 5.4 Penguat Comon Emitor
Sifat-sifat Penguat Common Emitor:
-
Signal output berbeda phasa 180 derajat
-
Memungkinkan adanya osilasi akibat feedback, untuk mencegahnya sering dipasang feedback negatif.
-
Sering dipakai sebagai penguat audio (frekuensi rendah)
-
Stabilitas penguatan rendah karena tergantung stabilitas suhu dan bias transistor.
3.
Penguat Common Collector
Penguat Common Collector digunakan sebagai penguat arus. Rangkaian ini hampir sama dengan Common Emitor tetapi outputnya diambil dari Emitor. Input dihubungkan ke Basis dan output dihubungkan ke Emitor. Rangkaian ini disebut juga dengan Emitor Follower (Pengikut Emitor) karena tegangan output hapir sama dengan tegangan input.
Gambar 5.5 Penguat Common Collector
Sifat-sifat Penguat Common Collector:
-
Signal output dan sigal input satu phasa (tidak terbalik seperti Common Emitor)
-
Penguatan tegangan kurang dari 1 (satu)
-
Penguatan arus tinggi (sama dengan HFE transistor)
-
Impedansi input tinggi dan impedansi output rendah sehingga cocok digunakan sebagai buffer.
Salah satu fungsi utama transistor adalah sebagai penguat sinyal. Dalam hal ini transistor bisa dikonfigurasikan sebagai penguat tegangan, penguat arus maupun sebagai penguat daya.
Berdasarkan sistem pertanahan transistor (grounding) penguat transistor dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :
1.
Penguat Common Base (grounded-base)
Penguat Common Base adalah penguat yang kaki basis transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke emitor dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base mempunyai karakter sebagai penguat t egangan.
Gambar 5.6 Penguat Common Base
Penguat Common base mempunyai karakter sebagai berikut :
-
Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga meminimalkan efek umpan balik.
-
Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (pre amplifier).
-
Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF.
-
Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.
2.
Penguat Common Emitor
Penguat Common Emitor adalah penguat yang kaki emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Emitor juga mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.
Gambar 5.7 Penguat Common Emitor
Penguat Common Emitor mempunyai karakteristik sebagai berikut :
-
Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal input.
-
Sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif, sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya.
-
Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal audio).
-
Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.
3.
Penguat Common Collector
Penguat Common Collector adalah penguat yang kaki kolektor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki
emitor. Penguat Common Collector juga mempunyai karakter sebagai penguat arus .
Gambar 5.8 Penguat Common Collector
Penguat Common Collector mempunyai karakteristik sebagai berikut :
-
Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal input (jadi tidak membalik fasa seperti Common Emitor)
-
Mempunyai penguatan tegangan sama dengan 1.
-
Mempunyai penguatan arus samadengan HFE transistor.
-
Cocok dipakai untuk penguat penyangga (buffer) karena mempunyai impedansi input tinggi dan mempunyai impedansi output yang rendah.
Berdasarkan titik kerjanya penguat transistor ada tiga jenis, yaitu: 1.
Penguat Kelas A
Penguat kelas A adalah penguat yang titik kerja efektifnya setengah dari tagangan VCC penguat. Untuk bekerja penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal. Karena hal ini maka penguat kelas A menjadi penguat dengan efisiensi terendah namun dengan tingkat distorsi (cacat sinyal) terkecil.
Gambar 5.9 Penguat Kelas A
Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah sistem bias pembagi tegangan dan sistem bias umpan balik kolektor. Melalui perhitungan tegangan bias yang tepat maka kita akan mendapatkan titik kerja transistor tepat pada setengah dari tegangan VCC penguat. Penguat kelas A cocok dipakai pada penguat awal (pre amplifier) karena mempunyai distorsi yang kecil.
2.
Penguat Kelas B
Penguat kelas B adalah penguat yang bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor. Dalam kondisi tidak ada sinyal input maka penguat kelas B berada dalam kondisi OFF dan baru bekerja jika ada sinyal input dengan level diatas 0.6Volt (batas tegangan bias transistor).
Gambar 5.10 Penguat Kelas B
Penguat kelas B mempunyai efisiensi yang tinggi karena baru bekerja jika ada sinyal input. Namun karena ada batasan tegangan 0.6 Volt maka penguat kelas B tidak bekerja jika level sinyal input dibawah 0.6Volt. Hal ini menyebabkan distorsi (cacat sinyal) yang disebut distorsi cross over, yaitu cacat pada persimpangan sinyal sinus bagian atas dan bagian bawah.
Gambar 5.11 Penguat Kelas B push-pull
Penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir sinyal audio karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt). Dalam aplikasinya, penguat kelas B menggunakan sistem konfigusi push-pull yang dibangun oleh dua transistor.
3.
Penguat kelas AB
Penguat kelas AB merupakan penggabungan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Penguat kelas AB diperoleh dengan sedikit menggeser titik kerja transistor sehingga distorsi cross over dapat diminimalkan. Titik kerja transistor tidak lagi di garis cut-off namun berada sedikit diatasnya.
Gambar 5.12 Penguat Kelas AB
Penguat kelas AB merupakan kompromi antar efisiensi dan fidelitas penguat. Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi pilihan sebagai penguat audio.
4.
Penguat kelas C
Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya berada di daerah cut-off transistor. Bedanya adalah penguat kelas C hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal tidak seperti kelas B yang harus menggunakan dua transistor (sistem push-pull). Hal ini karena penguat kelas C khusus dipakai untuk menguatkan sinyal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak sinyal saja.
Gambar 5.13 Penguat Kelas C
Penguat kelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Pada penguat kelas C sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah.
IV.
Gambar Rangkaian
Gambar 5.14 Penguat Tingkat Satu
5.4
Prosedur Percobaan
1.
Rakitlah rangkaian seperti gambar
2.
Atur tegangan catu daya 12 V, hubungkan dengan rangkaian
3.
Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1 Hz dengan amplitude 50 mVp-p.
4.
Ukur tegangan masukan dan keluarannya. Vin = 4,16 V Vout = 50,83 mV
5.
Berapakah penguatan tegangannya. Av = 1,03 mA
6.
Lepaskan kapasitor 470 pada emitter.
7.
Ulangi pengukuran masukan dan keluarannya. Vin = 4,56 V Vout = 98,29 mV
8.
Berapa penguatan tegangannya. Av = 1,05 mA
9.
Pasangkan kembali kapasitor pada emiter, naikkan amplitude generator fungsi sampai tegangan keluarannya mulai terpotong.
10. Ukur tegangan masukan dan keluarannya serta hitung penguatannya. Vin = 3,58 V Vout = 87,66 mV Av
= 1,10 mA
11. Matikan semua peralatan yang digunakan.
5.5
Hasil Percobaan
Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1 Hz dengan amplitude 50 mVp-p.
Frekuensi (f)
V in
V out
Av
1 Hz
4,16 V
50,83 mV
1,03 mA
Frekuensi (f)
V in
V out
Av
1 Hz
4,56 V
98,29 mV
1,05 mA
Tanpa kapasitor
Pasangkan kembali kapasitor pada emiter, naikkan amplitude generator fungsi sampai tegangan keluarannya mulai terpotong.
Frekuensi (f)
V in
V out
Av
1 Hz
3,58 V
87,66 mV
1,10 mA
