LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA UNIT 4: PENGUAT TEGANGAN TRANSISTOR
Nama
:
NIM
:
Kel. Hari/ Jam
:
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR
Jurusan Teknik Elektro & Teknologi Informasi FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA
2013
I.
PENDAHULUAN
Pada praktikum ini, praktikan merangkai dan menguji rangkaian penguat tegangan transistor (amplifier). Tipe amplifier). Tipe penguat yang dirangkai adalah penguat kelas A, yang merupakan rangkaian dasar common emitter dan transistor. Penguat kelas A adalah penguat yang menguatkan seluruh daur masukan sehingga keluarannya sama persis dengan sinyal masukan yang diperbesar amplitudonya, dan titik kerja efektifnya setengah dari tegangan VCC penguat. Prinsip kerja rangkaian ini adalah dengan mengatur arus bias basis yang sesuai di titik tertentu untuk mendapatkan titik kerja (titik Q) pada garis beban rangkaian tersebut. Arus bias basis ini diatur sedemikian rupa sehingga titik kerja transistor berada tepat di tengah kurva garis beban V CE - IC dari rangkaian penguat tersebut. Penguat kelas A memiliki ciri-ciri sebagai berikut : - Sinyal keluaran bekerja di daerah aktif - Fidelitas yang tinggi (Sinyal keluaran sama persis dengan masukannya) - Tingkat efisiensi rendah (sekitar 25% - 50%). Ini dikarenakan unsur penguat rangkaian diberi prategangan yang menyebabkan rangkaian penguat selalu menghantar walaupun tidak diberi sinyal masukan, sehingga transistor tetap aktif dan terjadi pembuangan daya. - Transistor selalu menyala sehingga sebagian besar daya terbuang menjadi panas. - Digunakan untuk daya kecil < 10 Watt.
Gambar : Gelombang masukan dan keluaran pada penguat kelas A.
Penguat kelas A dibuat dengan titik kerjanya diatur agar seluruh fasa sinyal keluaran selalu mengalir dan beroperasi pada daerah linear saja. Fungsi dari penguat jenis ini adalah sebagai penguat sinyal kecil, karena rugi dayanya dayanya juga kecil sehingga dapat diterima.
Besar gain gain (penguatan) yang diperoleh dari rangkaian penguat dapat dihitung dengan membagi nilai keluaran V dengan V masukannya. AV
Vout Vin
Karena umumnya Gain ditulis dalam satuan desibel (dB) maka AV (dB) (dB)
() )
menjadi :
II. ALAT DAN BAHAN
Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum ini adalah sebagai berikut : Alat : 1. Osiloskop (CRO) 2. Multimeter digital 3. SFG ( Frequency Generator) 4. Power 4. Power Supply PS445 PS445 5. Capit buaya 6. Kabel probe Bahan : 1. Enam buah resistor dengan beban sebagai berikut : 68K Ω, Ω, 12K 12K Ω, Ω, 3300Ω, 270Ω, 1200 Ω, 47 K Ω 2. Tiga buah kapasitor dengan spesifikasi sebagai berikut : 2 buah kapasitor 10μF/16V, 10 μF/16V, satu buah kapasitor CE 47μF//25V 3. Transistor FCS9012 (1 buah) 4. Kabel jumper 5. Papan bread board
III. ANALISA RANGKAIAN
Rangkaian yang diuji oleh praktikan disini adalah rangkaian penguat tegangan transistor kelas A tipe single stage, stage, dengan titik A sebagai input dari AFG (generator frekuensi untuk membentuk gelombang masukan) masukan) dan titik B adalah outputnya. Efisiensi dari rangkaian ini sangat rendah ( kurang dari 30%) dan menghantarkan menghantarkan keluaran yang kecil dibandingkan dengan dengan tegangan masukan masukan DC-nya. Rangkaian ini hanya memakai satu transistor. Pada rangkaian ini digunakan 6 buah resistor. Transistor digunakan sebagai sebagai penguat dan dan saklar (karena (karena ada kapasitor kapasitor pada rangkaian). rangkaian). R1 dan R2 pada rangkaian adalah rangkaian thevenin yang berfungsi membatasi arus yang akan masuk ke kaki basis transistor. C1 dan C2 adalah blocking/coupling blocking/coupling capacitor , yang berfungsi menghentikan aliran arus DC dan mengalirkan arus AC pada rangkaian, dan menghubungkan dua rangkaian yang tidak terhubung secara DC tapi masih terhubung secara AC (sinyal). Disini terlihat bahwa C1 dan C2 diletakkan di ujung input dan output rangkaian. Rc dan Re berfungsi menentukan garis beban rangkaian dasar penguat, dan dapat dirumuskan sebagai berikut : Vcc Vce IcRc Ie Re Cara kerja rangkaian ini adalah, saat sinyal AC diberikan ke base transistor, arus AC mengalir dan kemudian diperkuat sebesar ß kali. Arus AC kemudian mengalir ke Rc (3300
Ω)
yang berfungsi
sebagai beban kolektor, sehingga muncul tegangan yang cukup besar pada Rc. Dengan demikian, sinyal yang mengalir pada base diperkuat. base diperkuat. Ce berfungsi sebagai emitter bypass capacitor dan diparalelkan dengan Re untuk menyediakan jalur reaktansi rendah pada sinyal AC yang telah dikuatkan. Jika Ce tidak ada, sinyal AC yang mengalir pada Re akan menyebabkan penurunan tegangan dan tegangan keluarannya menjadi lebih rendah.
IV. HASIL PENGUJIAN 1. Pengujian Statis Penguat Tegangan Transistor (dengan Multimeter)
Vb = 1,727 V Vbe = 1,543 V Ve = 0,1846 V Vce = 2,136 V Vc = 0,464 V Vcc = 4,96 V 2. Pengujian Input dan Output Maksimum tanpa distorsi dengan frekuensi 1000 Hz
V out maksimum = 2,0 V V in maksimum = 0,3
() )
3. Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat No
Frekuensi (Hz)
V out (Vpp)
V in (Vpp)
1
100
1,92
0,32
2
300
2,13
0,32
3
500
2,15
0,32
4
800
2,17
0,32
5
1500
2,173
0,32
6
3000
2,18
0,32
7
5000
2,184
0,32
8
10000
2,187
0,32
9
15000
2,188
0,32
10
30000
2
0,32
AV
dB
6,00
15,56
6,66
16,46
6,72
16,55
6,78
16,63
6,79
16,64
6,81
16,67
6,83
16,68
6,83
16,69
6,84
16,70
6,25
15,92
11
50000
1,961
0,32
12
150000
1,573
0,32
13
300000
1,153
0,32
14
500000
0,659
0,32
15
1000000
0,377
0,32
6,13
15,75
4,92
13,83
3,60
11,13
2,06
6,27
1,18
1,42
4. Pengujian Impedansi Input dan Output penguat dengan frekuensi 1000 Hz Pengujian
Tanpa RL
Dengan RL
Vs (Vpp)
0,38
0,34
Vin (Vpp)
0,32
0,32
V output tanpa beban = 1,92 Vpp
Z in
5,33k
16k
ZL = 2 02 Ω
V. ANALISA PENGUJIAN 1. Penguat Statis Tegangan Tegangan Transistor (dengan Multimeter) Pada pengujian ini, digunakan tegangan masukan 6 Volt pada Power Supply. Dengan demikian, dapat dihitung nilai tegangan maksimum maksimum = √
. Kemudian dari pengukuran, pengukuran,
dapat dilihat nilai Vcc = 4,96 V. Secara teoritis teoritis nilai Vcc sama dengan dengan tegangan masukan masukan yang diberikan (6 V), tetapi terjadi galat pengukuran sehingga nilai yang terukur 4,96 V. Ini dapat dikarenakan berbagai faktor teknis, seperti kesalahan pada power supply dan efisiensi rangkaian yang rendah. Karena Vcc < Vmaksimum, pengukuran dianggap benar. Kemudian untuk mengukur Vb, digunakan pendekatan thevenin dengan rumus sbb :
Disini juga terjadi galat pengukuran, karena nilai Vb yang Vb yang diperoleh sebesar 1,727 V (lebih dari seratus persen). Setelah itu, dilakukan perhitungan teoritis pada Ve. Ve. Sebelumnya didapatkan nilai Vbe Vbe sebesar 1,543 V dari pengukuran. Nilai ini tidak sesuai yang diharapkan, karena disini praktikan menggunakan transistor berbahan dasar silikon dan nilai tegangan idealnya sekitar 0,7 V. Untuk menghitung nilai Ve, Ve, digunakan persamaan sebagai berikut :
Dari hasil pengujian, didapatkan nilai Ve Ve sebesar 0,1846 V. Karena nilainya sama, dapat disimpulkan hasil pengujian benar dan tidak ada galat. Kemudian kita dapat menghitung nilai Vce. Vce adalah tegangan saat transistor transist or dalam keadaan jenuh/ON. Vce dapat dapat dihitung dengan dengan persamaan persamaan sebagai sebagai berikut :
Karena nilainya hampir sama dengan hasil pengujian (2,136 V), disimpulkan hasil pengujian benar. Terdapat Terdapat galat sebesar sebesar 0,05%.
2. Pengujian Output dan Input Maksimum tanpa distorsi dengan frekuensi frekuensi 1000 Hz Dari pengujian ini, praktikan mengetahui bahwa rangkaian yang praktikan buat sebelumnya adalah rangkaian penguat tegangan sederhana. Ini diketahui dari nilai tegangan keluaran yang lebih besar dari tegangan masukannya sehingga disimpulkan bahwa pada rangkaian terjadi penguatan tegangan. Rangkaian penguat penguat ini sederhana karena karena hanya menggunakan menggunakan satu transistor transistor dan tiga
buah kapasitor; dua kapasitor sebagai coupling capacitor (C1 dan C2) dan satu kapasitor sebagai emitter bypass emitter bypass capacitor (Ce). Besar penguatannya dapat dihitung sebagai berikut :
() )
Nilai ini tidak sama dengan dengan Hfe Transistor FCS 9012, 9012, yakni sebesar 156 kali. Ini dapat disebabkan disebabkan oleh berbagai faktor, seperti distorsi tegangan keluaran (amplitudo tegangan keluaran tidak seragam).
3. Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat Pada pengujian ini, praktikan mengubah-ubah frekuensi AFG dan kemudian memasukkan nilai Vout-nya sesuai dengan tabel pengujian. Setelah itu, praktikan menghitung nilai penguatan dalam bentuk konstanta dan dan satuan dB. dB. Nilai penguatan dihitung secara matematis, matematis, yakni :
() )
() )
Dari tabel pengujian dapat dilihat nilai penguatan awalnya mengalami kenaikan, berturut-turut hingga kemudian terjadi fluktuasi dan nilai penguatan makin berkurang. Ini dikarenakan transistor bekerja sesuai dengan frekuensi yang diterima; saat frekuensi tinggi penguatan lebih rendah dan pada frekuensi menengah menengah cenderung tetap. Penguatan Penguatan mulai mengalami mengalami penurunan drastis pada frekuensi 150000Hz. Dengan demikian disimpulkan bahwa transistor bekerja dengan baik.
5. Pengujian Impedansi Input dan Output Penguat dengan Frekuensi 1000Hz Dari pengukuran didapatkan hasil Vs tanpa beban dan dengan beban sedikit berbeda (0,38 dan 0,34), sehingga terdapat galat pengukuran sebesar sebesar 10,5%. Ini dikarenakan kesalahan praktikan saat melakukan pengukuran, karena seharusnya nilai Vs relatif sama. Pada pengujian ini, diberikan nilai tegangan masukan sebesar 0,32 V. Nilai Zin atau impedansi masukannya dapat dihitung secara matematis sebagai berikut :
( ) )
( ( )
Dari pengujian ini dapat dilihat bahwa nilai Zin dengan tambahan beban lebih besar dari Zin tanpa beban. Ini dikarenakan Zin atau impedansi impedansi masukan adalah hambatan hambatan rangkaian saat dialiri arus, dan penambahan beban RL pada rangkaian menambah hambatan pada rangkaian, sehingga Zin juga ikut bertambah. bertambah. Pada pengujian kedua, didapatkan nilai Vout tanpa beban sebesar 1,92 Vpp dan ZL atau hambatan potensionya sebesar 2,02 Ω.
VI. KESIMPULAN K ESIMPULAN
Kesimpulan yang dapat diambil diambil dari praktikum ini adalah sebagai berikut : 1. Rangkaian penguat bekerja dengan mengatur arus bias basis yang sesuai pada titik tertentu untuk
mendapatkan titik kerja pada garis beban rangkaian tersebut. Pada rangkaian penguat kelas A, transistor selalu bekerja di daerah aktif sehingga mengurangi efisiensi kerja (hanya 25%-50%). 2. Untuk menghitung tegangan pada rangkaian thevenin, thevenin, dapat digunakan rumus :
Sementara itu hubungan antara Vb, Vbe, Vce, Vc dan Ve dapat Ve dapat dinyatakan dengan rumus :
3. Besar penguatan pada rangkaian penguat dapat dihitung dengan menggunakan menggunakan rumus :
() )
Untuk mengubahnya dalam satuan desibel (dB), digunakan rumus :
() ) 4. Impedansi masukan pada rangkaian dapat dihitung dengan rumus :
Dimana impedansi masukan dengan tambahan beban lebih besar daripada tanpa tambahan beban. 5. Idealnya, besar penguatan pada rangkaian rangkaian penguat berada berada di sekitar nilai Hfe transistornya. 6. Transistor bekerja dengan menguatkan tegangan masukan dan tergantung pada frekuensi yang diberikan; semakin tinggi frekuensinya maka penguatan transistor akan semakin rendah; dan pada keadaan statis penguatan tegangan konstan. 7. Zin atau impedansi masukan adalah hambatan rangkaian saat dialiri arus, dan penambahan beban RL pada rangkaian menambah menambah hambatan hambatan pada rangkaian, sehingga sehingga Zin juga ikut bertambah.
VII. JAWABAN PERTANYAAN
1.
Apa yang dimaksud dengan blocking capacitor yang menggandeng isyarat input? 2. Apa yang dimaksud dengan bypass capacitor yang ditempatkan pada emitor dan ground? 3. Apa yang dimaksud dengan titik lengang? 4. Apabila out terpancung pada bagian atas, apa penyebabnya? Jelaskan. 5. Sebutkan beberapa macam penguat yang anda ketahui dan jelaskan. 6. Apa yang dimaksud dengan penguat common emitter ? Jelaskan. Jawaban :
1. Blocking capacitor berfungsi untuk menyambungkan menyambungkan dua sirkuit yang terhubung secara AC (gelombang isyarat) isyarat) namun tidak secara DC , dengan dengan menahan pengaruh bias DC sehingga sehingga tidak mempengaruhi gelombang isyarat masukan dan keluaran. 2. Bypass capacitor berfungsi untuk menapis arus AC sehingga keluarannya tidak memiliki ripple (lebih halus). Bypass halus). Bypass capacitor bekerja dengan menapis/membuang menapis/membuang arus AC dari campuran arus AC/DC, dan arus DC mengalir. 3. Titik lengang adalah titik Q pada garis beban rangkaian yang menggambarkan keadaan transistor saat tidak ada sinyal masukan. Pada penguat kelas A, titik ini berada di tengah-tengah garis beban. 4. Penyebab terpancung/terpotongnya terpancung/terpotongnya gelombang keluaran adalah karena distorsi, yakni keterbatasan penguat untuk menguatkan menguatkan masukannya. masukannya. Saat Saat isyarat masukan masukan lebih besar besar dari batas batas kemampuannya, isyarat keluaran akan terpancung. 5. Ada berbagai macam rangkaian penguat, yakni : 1.
Kelas A
Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya, sedemikian sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC dari rangkaian penguat tersebut. Penguat ini beroperasi pada daerah linear. Ciri khas dari penguat kelas A adalah sebagai berikut : - Seluruh sinyal si nyal keluarannya bekerja pada daerah aktif - Tingkat fidelitas yang tinggi (apabila sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input
- Efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% – 25% – 50% 50% (sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas). - Transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. 2.
Kelas B
Penguat kelas B adalah penguat yang bekerja berdasarkan tegangan 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 0.6Volt (batas tegangan tegangan bias transistor). Ciri khas dari penguat kelas B adalah sebagai berikut : -
Efisiensi yang tinggi karena baru bekerja jika ada sinyal input.
-
Tidak bekerja jika level sinyal input dibawah 0.6Volt.
-
Titik kerja berada di titik cut-off transistor.
3.
Kelas AB
Titik kerja diatur dua ekstrim dari kelas A dan kelas B. Jadi sinyal output sama dengan nol pada satu bagian namun dengan selang kurang dari setengah siklus sinyal sinus. 4.
Kelas C
Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya berada di daerah cutofftransistor. Bedanya adalah penguat kelas C hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal tidak seperti kelas B yang harus menggunakan menggunakan dua transistor (sistem push-pull). Hal ini karena penguat kelas C khusus dipakai dipakai untuk menguatkan menguatkan sinyal pada pada satu sisi atau atau bahkan hanya hanya puncak puncak sinyal saja. saja. Ciri khas dari penguat kelas C adalah sebagai berikut : -
Fidelitas rendah
-
Efisiensi tinggi (sampai dengan 100%)
-
Hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal\
-
Titik kerjanya berada di daerah cut-off transistor. transistor.
-
Sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat.
6.
Penguat Common Emitter sering dirancang dengan sebuah resistor emiter (RE), yang menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif yang dapat digunakan untuk menstabilkan titik operasi DC dan penguatan. Pada penguat jenis ini, kaki emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Emitor Emitor mempunya mempunyaii 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 mencegahny mencegahnya. a. Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada si nyal audio). Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias Mempunyai transistor.
