INS-EL Instrumentasi Elektronika
MAKALAH ELEKTRONIKA DASAR TRANSISTOR DAN OP-AMP
“TUGAS INI DI BUAT UNTUK PERBAIKAN PRETEST DARI ASISTENSI MATA KULIAH PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR”
ASISTEN : SIGID HADI P
NAMA
: SETIYA DWI NURVIYANTORO
NIM
: 24040213060019
D-III INSTRUMENTASI DAN ELEKTRONIKA
MAKALAH ELEKTRONIKA DASAR TRANSISTOR DAN OP-AMP
“TUGAS INI DI BUAT UNTUK PERBAIKAN PRETEST DARI ASISTENSI MATA
KULIAH PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR”
ASISTEN : SIGID HADI P
NAMA
: SETIYA DWI NURVIYANTORO
NIM
: 24040213060019
D-III INSTRUMENTASI DAN ELEKTRONIKA
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum warahmatullahi wabarakatuh. Alhamdulillahirabbil’alamin, banyak nikmat yang Allah berikan, tetapi sedikit sekali yang kita ingat. Segala puji hanya layak untuk Allah Tuhan seru sekalian alam atas segala berkat, rahmat, taufik, serta hidayah-Nya yang tiada terkira besarnya, sehingga penulis dapat menyelesaikan makalah dengan judul ”Transistor dan OP-AMP”. Dalam penyusunannya, penulis memperoleh banyak dukungan dari berbagai pihak, karena itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada Kedua orang tua dan keluarga besar Instrumentasi dan Elektronika yang telah memberikan dukungan, kasih, dan kepercayaan yang begitu besar. Dari sanalah semua kesuksesan ini berawal, semoga semua ini bisa memberikan sedikit kebahagiaan dan menuntun pada langkah yang lebih baik lagi. Meskipun penulis berharap isi dari makalah ini bebas dari kekurangan dan kesalahan, namun selalu ada yang kurang. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun agar makalah ini dapat lebih baik lagi. Akhir kata penulis berharap agar makalah ini bermanfaat bagi semua pembaca.
Semarang, 26 September 2013
Penulis
BAB I PENDAHULUAN 1.1
LATAR BELAKANG
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya. Transistor ini disebut transistor bipolar, karena struktur dan prinsip kerjanya tergantung dari perpindahan elektron di kutup negatif mengisi kekurangan elektron (hole) di kutup positif. bi = 2 dan polar = kutup. Adalah William Schockley pada tahun 1951 yang pertama kali menemukan transistor. Transistor bipolar adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor bipolar yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. OP-AMP atau yang biasa disebut Penguat operasional merupakan suatu jenis penguat elektronika dengan sambatan (bahasa Inggris: coupling) arus searah yang memiliki bati (faktor penguatan atau dalam bahasa Inggris: gain) sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran Satu Op-Amp merupakan suatu penguat diferensial dengan penguatan yang tak berhingga. Satu penguat diferensial adalah suatu penguat yang mempunyai dua masukan dan voltase pada keluaran tergantung dari perbedaan potensial antara kedua masukannya . Dalam penulisan makalah ini penulis akan memaparkan tentang aplikasi dari Transistor dan OP-AMP 1.2
BATASAN MASALAH.
Makalah ini membahas tentang alat yang berhubungan dengan transistor dan OPAMP Dalam makalah ini dijelaskan tentang teori, konfigurasi, aproksimasi Transistor biopolar dan OP-AMP 1.3 1. 2. 3. 4. 1.4
TUJUAN. Mempelajari tentang transistor dan OP-AMP Mengetahui contoh-contoh transistor dan OP-AMP Mengetahui tentang teori transistor dan OP-AMP Mengetahui tentang konfigurasi transistor dan OP-AMP Metode Penulisan.
Untuk mendapatkan data dan informasi yang diperlukan, penulis menggunakan metode kepustakaan, yaitu pada metode ini, penulis membaca buku-buku dan literatur serta
mencari informasi di internet yang berhubungan dengan penulisan makalah ini yaitu transistor dan OP-AMP
BAB II PEMBAHASAN 1.5
TEORI
Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi rangkaian-rangkaian lainnya. Transistor adalah komponen yang bekerja sebagai sakelar (switch on/off) dan juga sebagai penguat (amplifier). Transistor adalah inovasi yang mengantikan transistor tabung (vacum tube). Selain dimensi transistor yang relatif lebih kecil, disipasi dayanya juga lebih kecil sehingga dapat bekerja pada suhu yang lebih dingin. Dalam beberapa aplikasi, transistor tabung masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar. Pada transistor terdapat tiga daerah kerja, yaitu: a. Daerah mati (Cut Off) Daerah mati merupakan daerah kerja saat transistor mendapat bias arus basis (Ib) > 0, maka arus kolektor dengan basis terbuka menjadi arus bocor dari basis ke emitor (ICEO). Hal yang sama dapat terjadi pada transistor hubungan kolektor-basis. Jika arus emitor sangat kecil (IE = 0), emitor dalam keadaan terbuka dan arus mengalir dari kolektor ke basis (ICBO). b. Daerah aktif Transitor dapat bekerja pada daerah aktif jika transistor mendapat arus basis (Ib) > 0. Tetapi jika lebih kecil dari arus basis maksimalnya, keluaran arus kolektor akan berubah-ubah sesuai dengan perubahan pemberian arus basisnya. c. Daerah jenuh Transistor dapat bekerja pada daerah jenuh jika transistor mendapat arus basis (Ib) lebih besar dari arus basis maksimalnya. Hal ini menimbulkan keluaran arus kolektor tidak dapat bertambah lagi. Prinsip pengoperasian transistor sebagai saklar memiliki dua keadaan, yaitu keadan tidak bekerja (cut off) dan keadaan jenuh. Dimana perubahan keadaannya dapat berupa perubahan tegangan ataupun arus.
Satu penguat operasional atau operational amplifier dalam bahasa Inggris, sering disingkat sebagai Op-Amp, biasa dikenal sebagai sebuah IC, dimana banyak transistor digabungkan dalam satu kristal semikonduktor. Dengan memakai teknologi IC banyak transistor dan komponen elektronik lain bisa digabungkan menjadi satu komponen dengan
berbagai sambungan dan sifat tertentu yang cukup canggih. Rangkaian Op-Amp dalam IC modern merupakan pendekatan yang baik untuk sifat Op-Amp ideal. OP AMP Awal dari penggunaan penguat operasional adalah tahun 1940an,ketika sirkuit elektronika dasar dibuat dengan menggunakan tabung vakum untuk melakukan operasi matematika seperti penjumlahan,pengurangan, perkalian, pembagian, integral, dan turunan.[5] Istilah penguat operasional itu sendiri baru digunakan pertama kali oleh John Ragazzini dan kawan-kawan dalam sebuah karya tulis yang dipublikasikan pada tahun 1947 Sifat dari suatu Op-Amp ideal bisa dijelaskan sbb.:
Dari (11.2) dapat dilihat bahwa besar dari output menjadi positif tak berhingga ketika input 1 lebih besar daripada input 2 dan besar dari output menjadi negatif tak berhingga ketika input I lebih kecil daripada input 2. Berarti ketika input 2tinggi, output rendah, sebab itu input 2 disebut inverting input atau masukan membalik dan dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan tanda "-", ketika input I tinggi, output tinggi, sebab itu input I disebut non – inverting input ata,u masukan tak membalik dan dalam skema rangkaian biasanya ditandai dengan tanda "+". Jelas bahwa voltase keluaran dari setiap rangkaian terbatas, maka ketika keluaran dari Op-Amp harusnya positif tak berhingga, keluaran sebenarnya memiliki nilai maksimal yang bisa tercapai dalam rangkaian Op-Amp
ketika keluaran dari Op-Amp seharusnya negatif tak berhingga, keluaran sebenarnya memiliki nilai paling rendah yang bisa tercapai dalam rangkaian Op-Amp itu. Sifat ini diperlihatkan dalam gambar 11.1. Persamaan ( 1 1 .2) bisa ditulis lebih singkat:
Berarti ketika input tak membalik ( ) lebih besar daripada input membalik ( voltase output sebesar dan ketika input tak membalik lebih kecil daripada input membalik, voltase input sebesar Output bisa memiliki voltase yang lain hanya ketika voltase pada kedua input Op-Amp sama besar. Satu Op-Amp memerlukan voltase supply supaya bisa bekerja. Biasanya diperlukan supply positif dan supply negatif. Pada banyak pemakaian standar, sipply positilsebesar +l5V dansuppl,v negatif -15V, tetapi voltase supplyuntuk
tebanyatan op-Amp tidak harus sebesar itu. Besarnya voltase supply yang bisa dipakai dalam suatu Op-Amp tertentu bisa dilihat dari buku data Op-Amp. Voltase output maksimal sedikit di bawah supply positif dan voltase minimal pada keluaran Op-Amp sedikit di atas supply negatif. Lambang untuk Op-Amp yang dipakai dalam skema rangkaian diperlihatkan dalam gambar I1.2'. . Contoh penggunaan penguat operasional adalah untuk operasi matematika sederhana seperti penjumlahan dan pengurangan terhadap tegangan listrik hingga dikembangkan kepada penggunaan aplikatif seperti komparator dan osilator dengan distorsi rendah. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat di dalamnya. Karakteristik penguat operasional ideal adalah. 1. 2. 3. 4. 5.
1.6
Bati tegangan tidak terbatas. Impedansi masukan tidak terbatas. Impedansi keluaran nol. Lebar pita tidak terbatas. Tegangan ofset nol (keluaran akan nol jika masukan nol)
APLIKASI OP-AMP
Contoh rangkaian atau alat yang mengguanakan OP-AMP yaitu Rangkaian 741 Light / Dark Sensor
Dalam kehidupan sehari-hari, kita pasti sangat membutuhkan cahaya untuk melakukan setiap kegiatan. Apabila tidak cahaya, otomatis kita sulit untuk melakukan segala aktivitas. Alat ini merupakan konsep dasar dari rangkaian alat penerangan otomatis pada saat mati listrik. 741 Light / Dark Sensor ini mempunyai output berupa cahaya yang keluar dari lampu 2 lampu LED yang dipengaruhi oleh LDR (Light Dependent Resistance). Jadi perubahan kondisi terang dan gelap mempengaruhi output alat ini. Daftar komponen
1.
Analisa Rangkaian Analisis secara blok diagram
a. Input (Tegangan dan LDR) Inputan pada rangkaian 741 Light / Dark Sensor ini membutuhkan tegangan (Vcc) sebesar 12 volt. Tegangan bisa berasal dari power supply, baterai ataupun adaptor,batas tegangan yang sesuai dengan kebutuhan. Bila tegangan yang diberikan lebih kecil dari 12 volt, kemungkinan alat ini tidak akan bekerja, karena tegangan tidak dapat mengangkat beban tegangan yang dibutuhkan oleh alat ini. Light Dependent Resistance (LDR) atau biasa disebut dengan sensor cahaya ini merupakan komponen penting dalam alat 741 Light / Dark Sensor ini. Karena pengaruh LDR terhadap cahaya akan menentukan output dari alat ini. LDR akan berubah – ubah resistansinya sesuai dengan kapasitas cahaya yang diberikan oleh sekitarnya. Jadi pada saat kondisi terang dan gelap, alat ini akan menghasilkan output yang berbeda. b. Proses (IC 741 / Penguat) Pada rangakaian alat 741 Light Dark Sensor ini kita menggunakan IC / penguat dengan jenis Op-Amp 741. Op-Amp 741 ini berguna untuk memperkuat sinyal masukan AC (arus bolak – balik) ataupun DC (arus searah). Op-Amp ini akan menghasilkan output yang berasal dari perbandingan dari pembagian tegangan yang terjadi pada R2 (470Ω), R3 (678Ω), dan P1 (10KΩ). Op-Amp ini akan menghasilkan output tegangan pada pin ke-6. Pin ke-6 ini terhubung dengan R4 (10KΩ), dan kemudian outputnya yang berupa tegangan akan membias T1 (transistor ECG123 NTE128, atau dapat digantikan dengan transistor jenis lain dengan tipe yang sama atau NPN). Rangkaian ini menggunakan saklar elektrik atau relay 12 volt. Relay merupakan saklar elektrik yang terdiri dari suatu lilitan dan switch. Bila lilitan tersebut dialiri arus listrik, maka switch pun akan berubah posisi. Pada alat 741 Light / Dark Sensor ini, output yang
dihasilkan juga diatur oleh relay. Jadi pada saat terang, switch CO akan bergerak dan terhubung pada kaki NC. Dan pada saat gelap, kaki switch CO akan bergerak dan terhubung pada kaki NO. c. Output (LED) Output atau keluaran yang dihasilkan oleh alat 741 Light / Dark Sensor ini berupa cahaya yang dikeluarkan oleh LED. Rangkaian ini menggunakan dua buah LED, merah dan hijau. Pada saat terang, maka L1 (LED 1) yang akan menyala. Dan pada saat gelap, maka L2 (LED 2) yang akan menyala. Hal ini disebabkan karena adanya perbedaan tegangan yag dipengaruhi resistansi LDR yang terkena cahaya atau tidak terkena caha ya.
2. Cara Pengoperasian Alat Kita memerlukan tegangan inputan (Vcc) untuk dapat menjalankan rangkaian ini. Tegangan yang digunakan dapat berasal dari catu daya, adaptor, maupun batu baterai. Apabila kita menggunakan catu daya DC maka voltage (tegangan) yang dipakai sebesar 12 V, atau kita dapat mengambil tegangan ini baik melalui adaptor ataupun batu batery yang mempunyai voltage 12 V. Keuntungan kita menggunakan catu daya dari pada adaptor adalah kita tidak pelu takut atau khawatir apabila arus dari tegangan habis atau tidak ada, yang dikarenakan lost current / kehilangan arus. Tetapi penggunaan daripada catu daya dari adaptor perlu diperhatikan lagi, karena bila voltage terlalu besar ini bisa merusak komponen-komponen. Pada saat rangkaian diberi tegangan, maka LED (L1) langsung menyala karena kondisi kepala LDR terkena cahaya (terang). Dan pada saat kita menutup kepala LDR (tidak terkena cahaya atau gelap), maka LED (L2) langsung menyala. Dalam rangkaian ini, saklar yang kami gunakan adalah relay (saklar elektrik). Karena relay dapat melakukan switch pada kaki NO dan NC. Jadi perubahan LED yang menyala terjadi karena adanya switch yang dilakukan relay yang dipengaruhi oleh LDR. Untuk mengatur kesensitivan LDR terhadap cahaya, kita gunakan potensiometer. Kita dapat mengatur potensiometer dengan memutar poros yang ada sampai menghasilkan output yang tepat. Untuk memastikan rangkaian yang kita buat aman kita dapat menyimpannya dalam sebuah box akrilik yang sudah dibuat dengan beberapa lubang untuk meletakkan jack banana tegangan input (Vcc), ground, LDR, dan potensiometer agak mudah digunakan dalam pengoperasian alat ini.
Penguat Linear yang Non-inverting dengan OP-AMP
Dalam rangkaian ini keluaran disambungkan dengan input inverting melalui rangkaian seri dari kedua resistor Rl dan R2. Karena pada resistor tersebut terdapat umpan balik negatif, maka prinsip potensial semu berlaku dalam rangkaian ini dan potensial pada input inverting akan ikut potensial pada input non-inverting. Voltase input dalam rangkaian ini adalah beda potensial antara input noninverting dan ground, maka dengan prinsip potensial semu, voltase input sama dengan voltase pada resistor R2. Voltase output adalah
beda potensial antara output Op-Amp dan ground. Maka dengantidak adanya arus pada input Op-Amp dan Rl dirangkai seri dengan R2 terdapat :
1.7
APLIKASI TRANSISTOR
1. SCR LOGIC MODE SCR adalah komponen elektronika yang termasuk thyristor, yaitu lapisan bentuk PN junction khusus dimana terdiri dari 4 lapisan yang akan memberikan karakteristik tersendiri. Karakteristik dari SCR secara umum dapat dikatakan sebagai berikut : arus yang melewati anoda ke katoda relative kecil selama tegangan diantaranya belum melewati VBO (Voltage Break Over). Setelah melewati maka tegangan antara anoda dan katoda akan turun hingga mencapai harga Hold Voltage. Diode akan tetap menghantar selama arus yang melewatinya tidak kurang dari nilai IH (hold current). Cara kerja rangkaian arus yang melewati anode ke katode relative kecil agar bekerja sebagai penghantar maka gate harus diberi trigger (+). Tegangan pada gate harus lebih positif dari katode dengan cara menutup saklar S1 sehingga gate tersulut, dan led menyala karena mendapatkan beda potensial dan aruspun mengalir. Untuk menon-aktifkannya kita dapat menghubungkan S2, maka gate menjadi low current / drop out dan kembali menyumbat. (Jayadin Ahmad, Elektronika Dasar 2007)
2. LIGHT SENSOR Aplikasi sensor sederhana dengan menggunakan transistor sebagai driver relay.Cara kerja rangkaian adalah dengan memanfaatkan cahaya sebagai pengaktifnya. Kita ketahui bahwa LDR mempunyai karakteristik sebagai berikut apabila terkena cahaya maka resistansinya kecil dan sebaliknya apabila tidak terkena cahaya maka resistansinya besar. Jadi pada saat LDR tertutup dan tidak terkena cahaya maka resistansinya membesar sehingga arus yang melewati LDR akan terhambat dan mengalir menuju basis Q1(npn) dimana karakteristik npn adalah akan menghantar apabila basis lebih positif daripada emitter dengan mengalirnya arus menuju basis maka Q1 dalam kondisi menghantar (kolektor dan emitter ON). Untuk Q2 (pnp) sebaliknya emitter harus lebih positif dari basis, karena kolektor emitter Q2 terhubung dengan sumber tegangan melalui lilitan
relay seperti yang telah dijelaskan bahwa kolektor dan emitter Q1 ON (saklar tertutup) maka dengan begitu juga kaki basis Q2 terhubung langsung dengan kolektor Q1 sehingga Q2 dalam keadaan menghantar (untuk jenis pnp : diode basis-emiter Q2 dalam kondisi reverse) dengan menghantarnya Q2 maka sumber tegangan yang melalui relay mengalir sehingga menginduksi lilitan relay dan menimbulkan medan magnet yang dapat menarik saklar pada relay. Saklar yang terhubung dengan tegangan 5V dapat mengalir melaui R4 dan LED dengan begitu LED pun menyala.
Dalam beberapa aplikasi lainnya seperti transistor tabung, masih digunakan terutama pada aplikasi audio, untuk mendapatkan kualitas suara yang baik, namun konsumsi dayanya sangat besar. Sebab untuk dapat melepaskan elektron, teknik yang digunakan adalah pemanasan filamen seperti pada lampu pijar. 3.
Fungsi Sebagai Sakelar
Satu sakelar adalah suatu alat dengan dua sambungan dan bisa memiliki dua keadaan, yaitu keadaan on dan keadaan off. Keadaan off/ tutup merupakan suatu keadaan di mana tidak ada arus yang mengalir. Keadaan on / buka merupakan satu keadaan yang mana arus bisa mengalir dengan bebas atau dengan kata lain (secara ideal) tidak ada resistivitas dan besar voltase pada sakelar sama dengan nol. Dari grafik rangkaian seri transistor dengan resistor, yaitu grafik output transistor (grafik lc,terhadap v6s) dengan grafik resistor beban seperti diperlihatkan dalam.gambar 9.1 terlihat bahwa transistor bisa memiliki sifat sakelar tersebut. Ketika arus basis nol, tidak ada arus kolektor, berarti transistor tutup.Titik itu juga disebut transistor dalam keadaan putus atau cutoff dan merupakan sakelar terbuka. Kalau arus basis bertambah besar, arus kolektor bertambah besar sampai garis beban memotong garis output (16, terhadap Vss) terakhir.
itu arus kolektor tidak bisa bertambah lagi kalaupun arus basis terus naik. Titik itu disebut titik kejenuhan atau titik jenuh (saturation point). Kalau arus basis lebih besar daripada yang diperlukan untuk mencapai titik jenuh atau saturasi, dikatakan transistor dalam keadaan over saturation atau saturasi berlebihan. Dalam keadaan saturasi dan over saturation, voltase kolektor-emitor kecil (=0.2- 0.3V). Itu berarti dalam situasi ini transistor merupakan (sedikitnya mendekati) sakelar tertutup. Kalau transistor dipakai hanya pada dua titik tersebut (titik putus dan titik saturasi atau saturasi berlebihan), berarti transistor dipakai sebagai sakelar. Daya yang diserap oleh transistor pada dua titik ini kecil (bahkan nol pada titik putus), tetapi dalam keadaan aktifdaya yang diserap transistor lebih besar. Sebab itu dalam banyak pemakaian yang mana arus besar, harus diusahakan supaya daerah aktif dilewati dalam waktu yang singkat supaya transistor tidak menjadi terlalu panas. Agar transistor dalam keadaan jenuh atau jenuh berlebihan, arus basis harus minimal sebesar arus kolektor maksimal dibagi dengan penguatan arus hp6 dari transistor.
Arus kolektor maksimal terdapat dari voltase supply dibagi dengan resistivitas dari resistor kolektor, berarti arus kolektor maksimal adalah ams yang paling besar yang bisa mengalir ketika voltase kolektor-emitor nol.
Satu contoh di mana transistor dipakai sebagai sakelar adalah dalam rangkaian elektronika digital. Dalam elektronika digital biasanya hanya terdapat dua keadaan, yaitu voltase ada dan voltase nol atau dengan kata lain hanya terdapat keadaan on dan keadaan off.
PENUTUP
1.8
KESIMPULAN Berdasarkan data di atas dapat di simpulkan bahwa Transistor mempunyai fungsi sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal dan fungsi lainnya Transistor dapat di buat sebagai alat Scr Logic Mode ,Light Sensor,audio dan masih banyak lagi alat yang terbuat dari transistor Dan OP-AMP pun mempunyai fungsi sebagai komponen utama dalam penguatan operasional pada sebuah rangkain elektronika Dalam aplikasinya berbagai macam barang elektronika tidak terlepas dengan namanya OP_AMP sehingga OP_AMP sangat di butuhkan dalam kehidupan tekhnologi manusia.
DAFTAR PUSTAKA Blocher Richard, Dipl. Phys, Dasar Elektronika, penerbit Andi Yogyakarta, 2003 Ahmad Jayadin, Ilmu Elektronika, ELDAS, 2007 Wikipedia, (http://id.wikipedia.org/wiki/Transistor)
