LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TRANSISTOR BIAS TETAP DAN BIAS PEMBAGI TEGANGAN
Tanggal pelaksanaan praktikum : 16 Oktober 2017
Asisten Praktikum : Nur Hidayat, S.ST.
Disusun oleh : Miftahul Fadillah Respati
NIM: 031600481
Misbah Habib Putra
NIM: 031600482
Muhammad Haris G.
NIM: 031600483
PROGRAM STUDI ELEKTRO MEKANIKA JURUSAN TEKNOFISIKA NUKLIR SEKOLAH TINGGI TEKNOLOGI NUKLIR BADAN TENAGA NUKLIR NASIONAL YOGYAKARTA 2017
A. Tujuan Percobaan 1. Memahami prinsip kerja transistor bias tetap dan bias pembagi tegangan. 2. Membuktikan tegangan dan arus pada rangkaian bias tetap berdasarkan garis beban untuk menentukan titik kerja rangkaian (Q). 3. Membuktikan tegangan dan arus pada rangkaian bias pembagi tegangan berdasarkan garis beban untuk menentukan titik kerja rangkaian (Q)
B. Dasar Teori Bias Tetap Suatu transistor harus diberi bias dc untuk dapat dioperasikan sebagai penguat. Titik kerja dc harus diatur agar variasi sinyal pada terminal input dapat dikuatkan/ amplifikasi dan secara akurat direproduksi pada terminal output. Garis Beban DC Apabila arus basis (IB) bertambah, maka arus collector (IC) juga bertambah, sedangkan tegangan collector-emiter (VCE) berkurang, begitu juga sebaliknya. Sehingga perubahan pada VBB akan mengakibatkan perubahan titik kerja transistor di sepanjang garis lurus, yang disebut dengan garis beban dc. Sebagai contoh, pergeseran titik Q yang disebabkan perubahan arus base (IB), arus collector (IC) dan tegangan collector-emiter (VCE), ditunjukkan pada Gambar 1. Titik perpotongan garis beban dengan sumbu mendatar adalah V CE=VCC=10 volt. Titik ini adalah titik cut-off, karena secara ideal I B dan IC sama dengan nol. Titik perpotongan garis beban dengan sumbu vertical secara ideal adalah I C=45,5 mA. Titik ini adalah titik saturasi, karena IC adalah maksimum pada titik dimana nilai V CE=0 dan IC=VCC/R C. Berdasarkan hokum Kirchoff maka tegangan pada loop collector ditunjukkan pada Persamaan 1.
− . − = 0
Pers.1
Hasilnya adalah persamaan garis lurus untuk garis beban dengan bentuk umum: y=mx+b pada Persamaan 2.
= − ( 1 ) + Dimana -1/R C adalah gradient (slope), sedangkan V CC/R C adalah konstanta.
Pers.2
Gambar 1
Gambar 2
Ilustrasi pengaturan titik Q
Garis beban dc
Rangkaian bias basis Metode yang lebih praktis adalah menggunakan V CC sebagai sumber bias tunggal, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 (a). Untuk menyederhanakan rangkaian, symbol baterai dapat dihilangkan dan diganti dengan terminal garis yang ujungnya diberi lingkaran kecil, yang menyatakan tegangan, seperti pada Gambar 3 (b).
Gambar 3 Rangkaian bias basis Analisa dari rangkaian Gambar 3, untuk daerah linier dapat diuraikan sebagai berikut:
1. Tegangan drop yang melalui R B adalah VCC-VBE, sehingga Persamaan 3 menjadi
= −
Pers.3
2. Berdasarkan hokum Kirchoff, tegangan disisi collector dapat dituliskan menjadi Persamaan 4
− . − = 0
Pers.4
3. Penyelesaian untuk VCE menjadi Persamaan 5
= − .
Pers.5
4. Dengan mengabaikan kebocoran arus I CBO, telah kita ketahui bersama bahwa IC=β.IB, maka Persamaan 6 menjadi
= .( − )
Pers.6
5. Pada Persamaan 6 ditunjukkan bahwa nilai I C bergantung pada β. Sehingga kerugian pada rangkaian bias ini adalah berubahnya nilai β akan menyebabkan perubahan pula pada IC dan VCE yang berakibat perubahan pada titik kerja transistor (Q) dan membuatnya menjadi rangkaian bias yang sangat bergantung pada β, dan perlu diketahui bahwa nilai β bervariasi terhadap suhu.
Dasar teori bias pembagi tegangan Bias tegangan pada base transistor dapat dikembangkan dengan pembagi tegangan resistor R 1 dan R 2, seperti terlihat pada Gambar 4. Pada titik A, ada dua lintasan arus yang menuju ke ground, yang satu melalui R 2 sedangkan yang satunya melalui junction base emitter dari transistor.
Gambar 4 Rangkaian bias pembagi tegangan Apabila arus base sangat kecil dibandingkan dengan arus yang melalui R 2, maka rangkaian bias dapat dipandang sebagai pembagi tegangan sederhana yang terdiri dari R 1 dan R 2, seperti yang diperlihatkan pada Gambar 5 (a). Apabila arus base tidak cukup kecil untuk diabaikan dibandingkan dengan I 2, maka resistansi input dc. R IN(base), dari base transistor ke ground harus ikut diperhitungkan. Keberadaan R IN(base) parallel dengan R 2, sebagaimana terlihat pada Gambar 5 (b).
Gambar 5 Penyederhanaan rangkaian pembagi tegangan Untuk mengembangkan formula resistansi input dc pada base transistor, digunakan diagram pada Gambar 6, dimana V IN dicatukan diantara base dan ground, dan I IN adalah arus yang masuk ke base. Berdasarkan hokum Ohm maka Persamaan 7 menjadi:
=
Pers.7
Dengan menerapkan hukum Kirchoff tegangan di sekitar rangkaian base emitter maka Persamaan 8 menjadi
= + .
Pers.8
Dengan asumsi bahwa V BE<
≅ .
Pers.9
Karena IC≈IE dan IC = β.IB, maka Persamaan 10 menjadi
≅ . .
Pers 10
Arus input juga sebagai arus base (I IN=IB), dengan subtitusi IB pada Persamaan 7 maka didapat Persamaan 11
= ≅ .. = .
Pers.11
Gambar 6 Resistansi input dc adalah V IN/IIN Transitor NPN yang dibias pembagi tegangan (voltage divider) ditunjukkan pada Gambar 7. Untuk menentukan tegangan pada base dengan menggunakan formula pembagian tegangan. Resistansi total dari base ke ground adalah R2 //β.R E . Pembagian tegangan dibentuk oleh R 1 dan R 2 paralel dengan resistansi dari base ke ground, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 7 (b). Nilai V B dihitung menggunakan Persamaan 12.
). = ( +2//. 2//.
Pers.12
Apabila β.R E<
= ( +2 2).
Pers.13
Tegangan base dapat ditentukan dengan tegangan emitter melalui Persamaan 14
= −
Pers.14
Arus emitter dapat dicari dengan menggunakan hokum Ohm
=
≅
Karena IC IE maka dapat dituliskan Persamaan 15
= −
Pers.15
Pernyataan VCE sebagai fungsi IC dapat dicari dengan menggunakan hokum Kirchoff tegangan sesuai Persamaan 16.
− . − . − = 0 Karena I ≅I maka, ≅ − . − . ≅ − . +. C
Gambar 7
E
Transistor NPN dengan bias pembagi tegangan
C. Alat dan Bahan 1. Modul Praktikum Elektronika 2. Laptop dengan aplikasi Multisim terinstall
Pers.16
D. Langkah Kerja Percobaan Transistor Bias Tetap 1. Susunlah rangkaian seperti gambar menggunakan transistor 2N3904.
2.
Ukurlah tegangan pada R B dan R C menggunakan multimeter. Lalu hitung I BQ dan ICQ, kemudian catat hasilnya pada Tabel 1.
3.
Berdasarkan hasil perhitungan langkah 2, tentukan penguatan arus dc transistor (β) dan catat hasilnya pada Tabel 1.
β =
4.
Ukurlah tegangan VB dan VC secara individual dan catat hasilnya pada Tabel 1.
5.
Bandingkan nilai yang didapat dari langkah 4 dengan nilai yang didapat secara terori dengan nilai β yang didapat dari langkah 3 dan untuk nilai V BE =0,7 volt, catat hasilnya pada Tabel 1.
= − . = − . = − = − 6.
Hitunglah titik saturasi [IC(sat)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan sebagai berikut:
Catat hasilnya pada Tabel 2.
≅
7.
Hitunglah titik cut-off [V CE(off)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan sebagai berikut:
Catat hasilnya pada Tabel 2. 8.
=
Berdasarkan hasil pada langkah 6 dan 7, gambar garis beban dc, kemudian letakkan titik kerja transistor (Q) yang didapat hasil pengukuran dan perhitungan.
9.
Dengan menggunakan transistor yang berbeda (transistor 2N3903) ulangi langkah 2 sampai dengan 8.
10. Berdasarkan hasil percobaan lakukan analisis, pembahasan dan tuliskan kesimpulan.
Percobaan transistor bias pembagi tegangan
1.
Susunlah rangkaian menggunakan transistor 2N3904 seperti gambar.
2.
Gunakan nilai V BE yang umum untuk transistor silicon (0,7 V), hitunglah nilai tegangan dc base (VB), emitter (VBE), collector (VC) dan collector-emitter (VCE) untuk rangkaian percobaan. Kemudian catat hasilnya pada Tabel 3.
= − . 3.
Ukurlah tegangan dc base (V B), emitter (VBE), collector (VC) dan collector-emitter (VCE) untuk rangkaian percobaan menggunakan multimeter. Kemudian catat hasil nya pada Tabel 3.
4.
Bandingkan hasil yang didapat dari langkah 2 dan 3. Bagaimana errornya?
5.
Ukurlah tegangan pada R C menggunakan multimeter, untuk mendapatkan nilai I CQ, kemudian catat hasilnya pada Tabel.3.
6.
Hitunglah arus collector IC, menggunakan rumus pendekatan
≈ karena ≈ untuk β yang besar
Kemudian catat hasilnya pada Tabel 3
7.
Hitunglah titik saturasi [IC(sat)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan sebagai berikut:
Catat hasilnya pada Tabel 4. 8.
≅ +
Hitunglah titik cut-off [V CE(off)] pada garis beban dari rangkaian percobaan ini dengan persamaan sebagai berikut:
Catat hasilnya pada Tabel 4. 9.
=
Berdasarkan hasil pada langkah 7 dan 8, gambar garis beban dc, kemudian letakkan titik kerja transistor (Q) yang didapat hasil pengukuran dan perhitungan.
10. Dengan menggunakan transistor yang berbeda (transistor 2N3903) ulangi langkah 2 sampai dengan 9. 11. Berdasarkan hasil percobaan lakukan analisis, pembahasan dan tuliskan kesimpulan.
E. Data Hasil Percobaan
Percobaan Bias Tetap
Tabel 1. Data Pengukuran dan Perhitungan Parameter Transistor Parameter
β
Transistor 2N3904
Transistor 2N3903
Pengukuran
Perhitungan
Pengukuran
Perhitungan
9,55 μA
9,53 μA
9,56 μA
9,53 μA
1,54 mA
1,53 mA
702 mA
700 mA
161,26
161,25
73.430
73.430
672,9 mV
705 mV
4,901 mV
705 mV
13,45 V
13,47 V
5,856 V
-684 V
Tabel 2. Data untuk Kondisi Saturasi dan Cut-off Kondisi
Transistor 2N3904
Transistor 2N3903
Saturasi
15 mA
0
15 mA
0
Cut off
0
15
0
15
Saturasi ICmax
Titik Kerja (Q) Cut Off (VCEmax)
Percobaan Bias Pembagi Tegangan
Tabel 3. Data Pengukuran dan Perhitungan Parameter Transistor Parameter
β
Transistor 2N3904
Transistor 2N3903
Pengukuran
Perhitungan
Pengukuran
Perhitungan
7,5 μA
7,6 μA
14,79 μA
15,29 μA
1,06 mA
1,075 mA
1,04 mA
1,075 mA
141,33
141,33
70,32
70,32
4,95 V
5V
4,901 V
5V
5,717 V
5,6475 V
5,856 V
5,6475 V
Tabel 4. Data untuk Kondisi Saturasi dan Cut-off Kondisi
Transistor 2N3904
Transistor 2N3903
Saturasi
1,72 mA
0
1,72 mA
0
Cut off
0
15 V
0
15
Saturasi ICmax
Titik Kerja (Q) Cut Off (VCEmax)
F. Pembahasan Percobaan Bias Tetap
1. Transistor 2N3904 Perbandingan antara hasil pengukuran pada Multisim dengan hasil perhitungan menggunakan rumus teori, hasil yang didapat tidak memiliki penyimpangan yang terlalu besar. Penyimpangan terbesar ada pada V B yaitu sebesar 32,1 mV. Namun, nilai ini masih dapat dianggap penyimpangan yang kecil. Nilai kerja untuk IC adalah 1,54 mA dan untuk V CE adalah 13,45 V. 2. Transistor 2N3903 Diantara semua perbandingan data yang diperoleh antara hasil pengukuran dan perhitungan, hanya ada satu penyimpangan yang cukup besar yaitu nilai V CE. VCE pada hasil pengukuran yaitu bernilai 14,29 V sedangkan pada hasil perhitungan bernilai (684 V) atau memiliki selisih sebesar 689,856 V. Hal ini disebabkan oleh nilai IC yang nilainya mencapai 700 mA. Sehingga dalam perhitungan V CE, hasil yang didapat pun menyimpang cukup jauh. Nilai kerja untuk IC adalah 702 mA dan untuk V CE adalah 14,29 V.
Percobaan Bias Pembagi Tegangan
1. Transistor 2N3904 Perbandingan antara hasil pengukuran pada Multisim dengan hasil perhitungan menggunakan rumus teori, hasil yang didapat tidak memiliki penyimpangan yang terlalu besar. Nilai kerja untuk IC adalah 1,06 mA dan untuk V CE adalah 5,717 V. 2. Transistor 2N3903 Perbandingan antara hasil pengukuran pada Multisim dengan hasil perhitungan menggunakan rumus teori, hasil yang didapat tidak memiliki penyimpangan yang terlalu besar. Nilai kerja untuk IC adalah 1,04 mA dan untuk V CE adalah 5,856 V.
G. Kesimpulan Berdasarkan data hasil percobaan dan pembahasan diatas, kesimpulan yang dapat diambil disajikan berupa grafik titik kerja rangkaian (Q). 1. Percobaan Bias Pembagi Tegangan: Saturasi ICmax
Titik Kerja (Q) Cut Off (VCEmax)
2.
Percobaan Bias Pembagi Tegangan
Saturasi ICmax
Titik Kerja (Q) Cut Off (VCEmax)
