Transistor ( Versi sumber lain )
0 likes184 views
Dokumen tersebut membahas tentang transistor penguat jenis common-emitter, meliputi: 1) Karakteristik dan prinsip kerja transistor bipolar (BJT) tipe NPN dan PNP 2) Rangkaian bias untuk menstabilkan titik kerja transistor 3) Konsep rangkaian setara AC dan perhitungan penguatan pada penguat common-emitter 4) Simulasi rangkaian penguat common-emitter untuk memeriksa penguatan dan batas clipping sinyal masukan
![Modul 05: Transistor halaman 6
Gambar 14: Garis beban AC (diambil dari buku
”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition”
oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla).
2 Percobaan
Perhatikan Gambar 15.
Gambar 15: Rangkaian uji penguat CE (diambil
dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd
edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla).
Kerjakan:
1. Buat garis beban DC dari rangkaian.
2. Cari kombinasi dari R1 dan R2 yang dapat se-
bisa mungkin memberikan Q-point berada di
tengah-tengah garis beban DC.
3. Dengan menggunakan nilai Rs sesuai dengan
nilai hambatan internal dari Signal Generator
(tertulis di terminal keluaran dari SG), hitung
garis beban AC dari rangkaian.
4. Hitung maksimal sinyal masukan dari rangka-
ian sebelum keluarannya terpotong (clipping).
5. Lalu uji rangkaian tersebut dengan mem-
berikan sinyal masukan dengan frekuensi dan
amplitudo yang berbeda-beda.
6. Hitung penguatannya dan bandingkan dengan
penguatan teoritis.
Referensi
[1] Thomas L. Floyd dan David Buchla. Funda-
mentals of Analog Circuits, 2nd edition. 2001.
Prentice Hall.
FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital](https://image.slidesharecdn.com/modul05-170410161117/85/Transistor-Versi-sumber-lain-6-320.jpg)
Transistor ( Versi sumber lain )
- 1. Modul 05: Transistor Penguat Common-Emitter Reza Rendian Septiawan April 2, 2015 Transistor merupakan komponen elektronik yang tergolong kedalam komponen aktif. Transis- tor banyak digunakan sebagai komponen dasar penyusun rangkaian atau komponen terintegrasi aktif lainnya. Terdapat banyak jenis transistor, namun secara garis besar transistor dapat dikelom- pokkan kedalam dua keluarga besar, yaitu keluarga bi-junction transistor (BJT) dan keluarga field- effect transistor (FET). Dalam praktikum kali ini kita akan menggunakan transistor dari keluarga BJT. 1 Teori Singkat 1.1 Karakteristik Bi-junction Tran- sistor BJT, sesuai namanya, merupakan transistor yang terdiri dari dua sambungan p-n dioda. BJT dapat berupa transistor tipe npn dan transistor tipe pnp. Transistor memiliki tiga buah kaki, yaitu kaki Base, Collector, dan kaki Emitter. Prinsip kerja dari transistor secara simpel adalah, dengan adanya arus yang mengalir dari kaki Base ke Emitter (atau dari Emitter ke Base pada transistor pnp), maka arus yang lebih besar akan mengalir dari kaki Collector ke Emitter (atau sebaliknya pada transistor pnp). Untuk keseder- hanaan penjelasan, maka secara default yang diba- has adalah transitor tipe npn. Untuk dapat bek- erja, pada transistor tipe npn sambungan BE diberikan tegangan panjar maju dan sambungan BC diberikan tegangan panjar mundur. Arus yang melewati transistor memenuhi persamaan arus to- tal transistor sebagai berikut: IE = IC + IB (1) Gambar 1: Struktur dari BJT tipe npn dan pnp (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Cir- cuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Gambar 2: Simbol dari BJT tipe npn dan pnp (di- ambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). 1
- 2. Modul 05: Transistor halaman 2 dengan IC = βDCIB (2) Namun karena IB IC, maka kita dapat mengasumsikan bahwa IE ∼= IC. Asumsi terse- but sangat berguna dalam melakukan analisis ter- hadap rangkaian transistor. Karena sambungan BE merupakan sambungan pn biasa seperti pada dioda, maka terdapat perbedaan tegangan antara kaki Base dengan Emitter sebesar VBE = 0.7 V . Rangkaian bias paling sederhana untuk transistor dapat dilihat pada Gambar 3: Gambar 3: Rangkaian bias pada transistor npn (di- ambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Tegangan pada kaki Collector dapat dihitung dengan menggunakan: VC = VCC − ICRC (3) dan tegangan pada kaki Base adalah: VB = VE + VBE = VE + 0.7 V (4) sehingga arus kaki Base adalah: IB = VBB − VB RB (5) Karakteristik pada sambungan BE mirip seperti dioda biasa. Sesuai dengan persamaan 2, besarnya arus pada kaki Collector bergantung pada besarnya penguatan DC βDC dan besarnya arus pada kaki Base. Namun arus Collector juga bergantung ter- hadap besarnya perbedaan tegangan antara kaki Collector dengan kaki Emitter VCE. Kurva karak- teristik dari Collector dapat dilihat pada Gambar 5. Gambar 4: Karakteristik I-V pada sambungan BE (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Cir- cuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Gambar 5: Karakteristik I-V pada sambungan CE (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Cir- cuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital
- 3. Modul 05: Transistor halaman 3 1.2 Garis Beban DC Saat arus pada kaki Base IB = 0, maka transistor berada pada kondisi cutoff, yaitu kondisi saat tidak ada arus yang melewati sambungan CE, sehingga tegangan VCE akan sama dengan tegangan VCC. Saat sambungan BE berada pada kondisi panjar maju dan arus BE bertambah, maka besarnya arus Collector akan bertambah, sehingga jatuh tegan- gan pada kaki RC akan akan semakin besar, men- gakibatkan tegangan VCE akan semakin menurun, dan pada kondisi saturasi, tegangan Collector akan sama dengan teganan Emitter VCE = 0. Kondisi saturasi pada rangkaian tersebut tercapai pada: IC(sat) = VCC RC (6) Saat arus Base sudah cukup besar untuk mem- buat rangkaian pada kondisi saturasi, pertambahan arus Base yang lebih besar tidak akan mempen- garuhi arus Collector lebih lanjut. Gambar 6: Garis beban DC pada rangkaian tran- sistor (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Dengan menggabungkan kurva karakteristik Col- lector dengan kurva garis beban DC, maka kita bisa mendapatkan seluruh daerah kerja dari rangkaian transistor tersebut. Sebagai contoh, pada rangka- ian uji DC yang ditunjukkan pada Gambar 7, kita bisa mendapatkan kurva karakteristik dan garis be- ban seperti yang ditunjukkan pada Gambar terse- but. Titik temu antara garis arus Base pada rangkaian dengan garis beban DC dinamakan Q- point dari rangkaian. Gambar 7: Contoh rangkaian uji DC untuk tran- sistor dan kurva kerjanya (diambil dari buku ”Fun- damentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). 1.3 Rangkaian Bias untuk Transis- tor Salah satu penggunaan dari transistor adalah pada rangkaian penguat linear. Agar dapat menguatkan sinyal AC dengan baik tanpa mengenai kondisi cut- off atau saturasi, maka rangkaian transistor harus diberikan rangkaian bias. Ada 4 macam rangkaian bias yang dapat digunakan, yaitu: 1. Base Bias, merupakan rangkaian bias paling sederhana, ditunjukkan pada Gambar 8. Besarnya arus Collector pada rangkaian ini da- pat dihitung dengan: IC = βDC VCC − VBE RB (7) 2. Collector-feedback Bias, merupakan rangkaian bias yang menggunakan jalur umpan balik dari kaki Collector ke kaki Base. Dengan menggu- nakan rangkaian ini, penguatan dari rangka- ian lebih linear, stabil, dan ketergantungan terhadap besarnya βDC transistor berkurang. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 9. FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital
- 4. Modul 05: Transistor halaman 4 Gambar 8: Rangkaian Base-bias (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edi- tion” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Gambar 9: Rangkaian Collector-feedback bias (di- ambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Besarnya arus Collector pada rangkaian ini da- pat dihitung dengan: IC = VCC − VBE RC + RB/βDC (8) 3. Voltage-divider Bias merupakan rangkaian yang stabilitasnya lebih baik lagi. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 10. Gambar 10: Rangkaian Voltage-divider bias (diam- bil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). 4. Emitter Bias merupakan rangkaian yang san- gat stabil, namun membutuhkan catu daya positif dan negatif. Rangkaian ini ditunjukkan oleh Gambar 11. Gambar 11: Rangkaian Emitter bias (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edi- tion” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Untuk rangkaian yang stabil, nilai dari RB harus dipilih agar dapat memberikan jatuh FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital
- 5. Modul 05: Transistor halaman 5 tegangan yang kecil. Pada rangkaian ini, da- pat digunakan asumsi bahwa nilai VE diperki- rakan berada di kisaran −1 V . Dalam membuat rangkaian penguat dengan menggunakan transistor, salah satu faktor yang harus dipertimbangkan adalah disipasi daya dari transistor. Besarnya disipasi daya dari rangkaian dapat dihitung dengan menggunakan: PD = VCEIC (9) 1.4 Rangkaian Penguat dan Rangka- ian Setara AC Dalam fungsinya sebagai rangkaian penguat, saat menghitung parameter AC, rangkaian tersebut memiliki rangkaian setara AC yang berbeda. Dalam sudut pandang sinyal AC, sumber potensial VCC dapat dipandang sebagai ground bagi sinyal AC. Sinyal AC masuk dan keluar dari rangkaian penguat melalui kapasitor coupling dan bypass. Se- cara umum, ada tiga jenis rangkaian penguat tran- sistor, yaitu rangkaian penguat Common-Emitter (CE), Common-Collector (CC), dan Common-Base (CB). Pada kali ini kita hanya akan membahas rangkaian penguat CE yang secara umum ditun- jukkan pada Gambar 12. Gambar 12: Rangkaian penguat Common-Emitter (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Cir- cuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Sesuai namanya, rangkaian penguat ini memi- liki referensi untuk sinyal masukan dan keluaran pada kaki Emitter. Sinyal masukan dan keluaran memasuki rangkaian via kapasitor coupling C1 dan C3. Sedangkan sinyal AC menuju ground melewati salah satu hambatan Emitter melalui kapasitor by- pass C2. Sinyal AC akan melihat rangkaian seperti tampak pada Gambar 13. Gambar 13: Rangkaian setara AC dari Gambar 12 (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Sinyal AC akan melihat adanya hambatan dalam dinamis Emitter re yang besarnya dapat diaproksi- masi dengan persamaan re = 25 mV IE (10) Dan besarnya penguatan dari rangkaian terse- but dapat dihitung dengan menggunakan A = Vout Vin . Sinyal masukan pada kaki Base Vb besarnya dapat diaproksimasikan sama dengan besar tegangan di kaki Emitter Ve. Sedangkan sinyal keluaran dapat dihitung sama dengan tegangan di kaki Collector Vc. Perlu diperhatikan juga bahwa pada rangkaian penguat CE ini penguatan bersifat inverting. Dengan cara tertentu, garis beban AC dapat di- hitung dengan berdasarkan pada garis beban DC dan Q-point dari rangkaian. Q-point akan men- jadi titik temu antara garis beban DC dengan garis beban AC dan menjadi titik referensi saat rangka- ian mendapatkan sinyal input AC yang sama den- gan ground, sehingga saat sinyal input berayun ke arah positif dan negatif, garis beban dari rangkaian pun akan berayun. Agar rangkaian penguat dapat bekerja seoptimal mungkin maka sebisa mungkin Q-point harus berada di tengah garis beban agar clipping sinyal bisa ditekan seminimal mungkin. FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital
- 6. Modul 05: Transistor halaman 6 Gambar 14: Garis beban AC (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). 2 Percobaan Perhatikan Gambar 15. Gambar 15: Rangkaian uji penguat CE (diambil dari buku ”Fundamentals of Analog Circuits, 2nd edition” oleh Thomas L. Floyd dan David Buchla). Kerjakan: 1. Buat garis beban DC dari rangkaian. 2. Cari kombinasi dari R1 dan R2 yang dapat se- bisa mungkin memberikan Q-point berada di tengah-tengah garis beban DC. 3. Dengan menggunakan nilai Rs sesuai dengan nilai hambatan internal dari Signal Generator (tertulis di terminal keluaran dari SG), hitung garis beban AC dari rangkaian. 4. Hitung maksimal sinyal masukan dari rangka- ian sebelum keluarannya terpotong (clipping). 5. Lalu uji rangkaian tersebut dengan mem- berikan sinyal masukan dengan frekuensi dan amplitudo yang berbeda-beda. 6. Hitung penguatannya dan bandingkan dengan penguatan teoritis. Referensi [1] Thomas L. Floyd dan David Buchla. Funda- mentals of Analog Circuits, 2nd edition. 2001. Prentice Hall. FI-5283: Rangkaian Analog dan Digital