PENGUAT TRANSISTOR DENGAN PARAMETER H

BAB I

PENDAHULUAN

1.1    Latar Belakang

     Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, 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 komponen-komponen lainnya. Pada masa kini transistor ada dalam setiap peralatan elektronika. Jika memahami dasar kerja transistor maka akan lebih mudah mempelajari cara kerja bebagai peralatan elektronika.

      Transistor merupakan suatu komponen aktif yang dibuat dari bahan semikonduktor yang berfungsi sebagai penguat arus maupun tegangan, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya.

     Untuk bekerja sebagai penguat, transistor harus berada di daerah kerja aktif. Hasil bagi antara sinyal output dengan sinyal input inilah yang disebut faktor penguatan, yang sering diberi notasi A atau C.Ada 3 macam konfigurasi dari rangkaian penguat transistor yaitu : Common-Base (CB), Common-Emitter (CE) dan Common-Collector (CC). Konfigurasi yang paling banyak dipakai sebagai penguat adalah Common-Emitter, karena mempunyai penguat arus (AI) dan penguatan tegangan (AV) yang tinggi.Untuk menentukan penguatan teoritis-nya, terlebih dahulu akan kita hitung resistansi input dan outputnya. Penguat Common Emiter sering dirancang dengan sebuah resistor emitter (RE). Resistor tersebut menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif yang dapat digunakan untuk menstabilkan titik operasi DC dan penguatan AC.

     Penguat Common Collector juga disebut dengan pengikut emitter karena tegangan sinyal keluaran pada emitter hamper sama dengan tegangan sinyal masukan pada basis. Penguatan tegangan penguat ini selalu lebih kecil dari 1, tetapi mempunyai penguatan arus yang tinggi dan biasanya digunakan untuk mencocokkan sumber dengan impedansi tinggi ke beban yang impedansinya rendah. Penguat impedansi masukan besar dan impedansi keluaran kecil.

1.2    Tujuan

1.    Untuk menentukan titik kerja DC teori dan praktek.

2.    Untuk membandingkan penguat tegangan teori dan praktek.

3.    Untuk mengetahui aplikasi dari rangkaian parameter-H.

4.    Untuk mengetahui jenis rangkaian penguat yang dirangkai dalam percobaan.

BAB II

DASAR TEORI

            Kalau resistor emitor yang kita kenal untuk mengatur titik kerja tidak dihubung singkat untuk sinyal AC dengan memakai kondensator, maka feedback negatif dari resistor emitor itu juga berlaku untuk isyarat AC. Feedback negatif berarti output dari rangkaian dibalikkan ke input sehingga input diperkecil. Feedback yang terjadi dalam rangkaian dibalikkan ke input sehingga input diperkecil. Feedback yang terjadi dalam rangkaian ini bisa diuraikan sbb: Ketika voltase input V_in naik, berarti voltase basis-emitor naik, arus kolektor I_C naik dan dengan arus kolektor yang naik arus emitor I_E juga naik. Karena I_E naik, maka voltase pada resistor emitor V_RE juga naik. Karena V_RE naik, maka voltase basis-emitor V_RE turun. Karena V_BE turun, maka arus kolektor kembali turun. Jadi seluruhnya terdapat suatu hubungan lingkaran sebab-akibat yang mengurangi gesekan asli. Penguatan yang didapatkan dari rangkaian ini bisa dihitung sbb.: Dari skema rangakaian gamabr 2.1, dengan memakai hukum Kirchoff mengenai voltase, dapat dilihat voltase input, v_in, adalah jumlah dari voltase pada resistor emitor, v_RE, dan voltase basis-emitor, v_BE:

            v_in = v_BE + v_RE...............................................................................................................................(2.1)

Gambar 2.1 Resistor emitor menghasilkan feedback negatif

                Ketika v_in naik, baik v_RE dan v_BE akan naik. Mengenai perbandingan voltase pada komponen-komponen sambungan basisi emitor, bisa digantikan dengan resistivitas diferensial antara basis dan emitor.”Mengatur Titik Kerja dengan Memakai Umpan Balik dari Resistro Emitor”. Perbandingan anatar voltase-voltase dalam rangkaian seri sama dengan perbandingan antara resistivitas-resistivitas, maka hubungan antara v_in dan v_RE terdapat:

             = ≈ 1.............................................................................................................................(2.2)

            Dimana r_E adalah resistivitas emitor¹⁰ dalam transistor. “Mengatur Titik Kerja dengan Memakai Umpan Balik dari Resistor Emitor” .Kalau resistivitas resistor emitor R_E jauh lebih besar dibanding resistivitas emitor dalam transistor r_E, maka r_E dalam (2.2) bisa diabaikan dan perubahan voltase input hampir sama dengan perubahan voltase pada resistor emitor:

            v_in  ≈ v_RE ( v = ΔV).......................................................................................................................(2.3)

            Dengan  (2.3) ini, arus emitor yang besarnya hampir sama dengan arus kolektor akan terdapat dari

perubahan voltase input:

            i_E =  =  ↔ v_in = R_E .i_E = R_E.i_C..............................................................................................(2.4)

            Voltase output akan terdapat dari arus kolektor seperti yang biasanya terdapat pada rangkaian seperti ini:

            v_out = −v_RC =−R_C.i_C.......................................................................................................................(2.5)

            Maka penguatan didapatkan sebesar:

            A =  = ...............................................................................................................(2.6)

            Pada persamaan (2.6) terlihat bahwa sifat transistor sama sekali tidak mempengaruhi penguatan dari rangkaian ini, tetapi yang menentukan penguatan rangkaian ini hanya perbandingan resistivitas dari dua resistor. Sebab itu linearitas dari penguatan rangkaian ini tidak lagi terganggu oleh ketidaklinearan dari sifat-sifat transistor. Tetapi penguatan yang bisa dicapai jauh lebih kecil daripada penguatan tanpa resistor emitor. Dalam rangkaian praktis perlu dicarikan suatu kompromi sesuai dengan tujuan rangkaian.      Kalau kita menghitung situasi ini dengan lebih rinci, akan terdapat suatu rumus untuk penguatan, yang mana baik resistivitas kolektor maupun reisitivitas emitor dan transconductance rangkaian mempengaruhi hasil, dimana trannsconductance tidak linear. (transconductance berubah dengan arus kolektor.)

            Dalam perhitungan yang lebih teliti, baik perubahan voltase pada resistor emitor, v_RE, maupun perubahan voltase basis-emitor, v_BE, harus dihitung sesuai dengan (2.1).

            Perubahan voltase pada resistor emitor sesuai dengan hukum Ohm (arus kolektor dihitung sama dengan arus emitor):

            v_RE = R_E .i_C...................................................................................................................................(2.7)

            Hubungan antara arus kolektor dan voltase basis-emitor terdapat dari persaman transistor:

            i_C = g_f .v_BE....................................................................................................................................(2.8)

            Dengan mensubstitusikan (2.7) dan (2.8) dalam (2.1) terdapat hubungan antara perubahan arus kolektor i_C dan perubahan voltase input v_in:

            v_in = R_E .i_C + . i_C........................................................................................................................(2.9)

            Perubahan voltase output terdapat dari perubahan voltase pada resistor emitor oleh perubahan arus kolektor, dan dari (2.9):

            v_out = −v_RC = −R_C .i_C...................................................................................................................(2.10)

            Maka terdapat penguatan dari rangkaian ini:

            |A| =  = ......................................................................................................................(2.11)

            Untuk resistivitas resistor emitor R_E = 0 terdapat hasil sepertiyang telah dihitung tanpa resistor emitor. Untuk pendekatan resistivitas dari resistor emitor R_E yang jauh lebih besar daripada  (= r_E) terdapat rumus pendekatan (2.6). Hasil (2.11)  bisa juga diperoleh dari (2.2) kalau tidak memakai pendekatan r_E<<R_E dan dengan memakai pengertian bahwa arus dalam resistor emitor bisa dihitung sama dengan arus dalam resistor kolektor sehingga perbandingan resistivitas dalam kedua resistor tersebut sama dengan perbandingan voltase:

            ..............................................................................(2.12)

            dengan memasukan besar dari r_E ke dalam persaman (2.12) terdapat (2.11). Pada input terdapat tiga cabang yang dirangkai paralel untuk rangkaian ekuivalen AC, yaitu resistor R1, resistor R2 dan rangkaian seri dari basis emitor dengan resisitor emitor. Rangkaian seri ini akan disebut r_inB, di mana indeks “inB” menunjukkan pada input yang masuk basis. Maka resistivitas input penguat ini terdapat dari rangkaian paralel ketiga resistivitas tsb. Untuk mendapatkan resistivitas r_inB pada input basis, hubungan anatara v_in, yaitu voltase antara basis dan GND, dan arus i_B yang masuk ke dalam basis perlu dihitung.

            Voltase v_in terdapat dari (2.1), dimana voltase basis-emitor terdapat dari resistivitas basis-emitor dan arus basis. Karena voltase resistor emitor terdapat dari arus emitor yang sama dengan arus kolektor dan resistivitas ressitor emitor. Maka terdapat v_in:

            v_in = (r_BE + R_E.h_fe)……………………………………………………………………………...(2.13)

            Dari (2.13) terdapat ressitivitas input pada basis, r_inB, sebesar:

            r_inB =  = r_BE + R_E.h_fe…………………………………………………………………………(2.14)

            Seringkali RE.h_fe jauh lebih besar daripada r_BE sehingga hanya resistivitas dari resistor emitor dan penguatan arus yang menentukan resistivitas input dari rangkaian ini. Dengan menambahkan resistor emitor untuk umpan balik, resistivitas input dari rangkaian bertambah besar. Tetapi juga perlu diperhatikan bahwa resistivitas r_inB yang terdapat dari (2.14) masih dirangkai secara paralel dengan kedua resistor pembagi tegangan pada basis sehingga terdapat resistivitas input dari seluruh rangkaiana sebesar:

            ……………………………………………………………………(2.15)

Fungsi dari resistor emitor dalam rangkaian umpan balik ini berbeda jauhdengan fungsi dari resistor emitor dalam rangkaian pengatur titik kerja. Kalau resistor emitor untuk mengatur titik kerja dipakai dengan satu kondensator yang dirangkai paralel dengan resistor emitor sehingga sinyal AC tidak lewat resistro emitor. Di sini kondensator tersebut tidak dipakai sehingga resistor emitor juga berfungsi untuk sinyal AC. Tetai resistor emitor untuk umpan balik di sini dekaligus juga merupakan resistor emitor untuk sinyal DC, berarti sekaligus menolong dalam mengatur titik kerja. Sering resistivitas resistor emitor yang dibutuhkan untuk mengatur titik kerja lebih  besar daripada resistivitas resistro emitor yang mau dipakai untuk umpan balik pada sinyal Ac. Dalam situasi seperti ini dua resistor, R_E1 dan R_E2, bisa dirangkai secara seri dan salah ssatu resistivitas, misalnyya R_E2, dirangkai paralele dengan satu kondensator, maka untuk DC, kedua resistor dirangkai seri dan resistivitasnya bergabung menjadi satu, sedangkan untuk AC hanya resistor yang tidak dirangkai paralel dengan kondensator yang akan berfungsi sebagai resistor emitor.                                                                                                                      ( Richard Blocher, 2003)

            Transistor adalah kependekan transfer resistor (resistor transfer), istilah yang memberikan petunjuk  mengenai  bagaimana  perangkat  tersebut  bekerja; arus  yang  mengalir  pada rangkaian output

ditentukan oleh arus yang mengalir pada rangkaian input. Karena transistor adalah perangkat tiga terminal

, satu elektroda harus digunakan secara bersama-sama oleh rangkaian input dan output.

            Transistor digolongkan ke dalam dua kategori (bipolar dan efek-medan) dan juga dikelompokkan menurut bahan semikonduktor yang digunakan untuk membuatnya (silikon atau germanium) dan menurut bidang aplikasinya (misalnya serba guna, pensaklaran, frekuensi tinggi, dll.). Transistro bipolar umumnya terbentuk dari sambungan NPN atau PNP dengan bahan silikon (Si) atau germanium (Ge). Sambungan tersebut dihasilkan dari sebuah irisan silikon yang dicampurkan dengan bahan pengotor melalui proses masking yang tereduksi secara fotografis. Transistor-transistor silikon lebih unggul dibandingkan dengan transistor-transistor germanium untuk sebagian aplikasi (terutama pada suhu tinggi) dan, karenanya, perangkat germanium jarang ditemukan.

            Gambaar 2.2 memperlihatkan tegangan bias-normal yang diberikan trannsistor NPN. Perhatikan bahwa sambugan bias emitor diberikan bias-maju dan sambungan kolektor basis diberikan bias mundur. Namun, daerah basis dibuat sangat sempit sehingga pembawa-pembawa muatan dapat menyebranginya dari emitor menuju kolektor dan hanya arus yang relatif kecil mengalir dalam basis. Untuk lebih jelas hal ini, arus yang mengalir pada rangkaian emitor tipikalnya adalah 100 kali lebih besar dari arus yang mengalir pada basis. Ara h aliran arus dari kolektor ke emitor dalam kasus perangkat NPN.

            Persamaan yang menghubungkan arus yang mengalir pada kolektor, basis, dan emitor adalah:

            I_E = I_B + I_C……………………………………………………………………………………..(2.16)

            Dimana I_E adalah arus emitor, I_B adalah arus basis, dan I_C adalah arus koletor (semuanya dinyatakan dalam satuan yang sama). Karakteristik dari sebuah transistor seringkali di tampilkan dalam bentuk seperangkat grafik yang menghubungkan tegangan dengan arus pada terminal-terminal transistor.

            Karakteristik input yang tipikal (I_B diplot terhadap V_BE) dari sebuah transistor NPN sinyal kecil serbaguna yang bekerja dalam mode common emitor. Karakteristik ini memperlihatkan bahwa hanya terdapat aliran arus basis yang sangat kecil hingga tegangan  basis-emitor (V_BE) melampaui 0,6 V. Setelah itu, arus basis meningkat sangat cepat (karakteristik ini mirip dengan bagian maju dan karakteristik dioda silikon.

            Gain arus yang diberikan oleh transistor merupakan ukuran efektivitas transistor tersebut sebagai sebauh perangkat penguatan. Parameter yang paling sering digunakan adalah yang berhubungan dengan mode common-emitor. Dalam mode ini, arus input diberikan kepada basis dan arus output muncul pada kolektor(emitor secara efektif digunakan bersama oleh rangkaian input dan output).

            Gain arus common-emitor diberikan oleh:

            h_FE = I_C/I_B...................................................................................................................................(2.17)

            Dimana h_FE adalah parameter hibrid yang mempresentasikan gain arus maju sinyal besar (d.c), I_C adalah  arus  kolektor, dan  I_B  adalah  arus  basis. Ketika  pengoperasiannya sinyal kecil (bukannya besar)

dilakukan, nilai I_C dan nilai I_B naik secara perlahan-lahan.                                       (Michael Tooley, 2002)

            Transistor bipolar junction dikembangkan pada tahun 1948 dan dari awal keuntungan atas tabung vakum yang signifikan. Sebagai transistor yang ditingkatkan di bidang keandalan, biaya, dan kemampuan penanganan arus, mereka menggantikan tabung vakum dalam desain baru dan rekayasa. Pada akhir 1950-an, transistor yang digunakan dalam sebagian besar aplikasi elektronik. Saat ini hanya ada beberapa fungsi yang masih dilakukan oleh tabung, namun transistor dan keturunan miniature mereka, sirkuit terpadu, sedang mengancam dominasi yang sempurna.

            Transistor disebut perangkat zat padat karena aliran elektron melalui bahan padat (semikonduktor). Tabung vakum, di sisi lain, menggunakan emisi termionik (elektron bebas dipancarkan ke vaccum) sebagai sarana aliran arusnya. Sepintas, transistor terlihat seperti dioda yang berakhir ganda. Hal ini dibangun dari tiga bagian dari olahan bahan semikonduktor dan diatur dalam baik PNP atau perintah NPN.

            Gambar 2.3 termasuk simbol konstruksi transistor bergambar dan skematis. Emitor, seperti namanya, adalah titik awal untuk muatan listrik yang berjalan melalui perangkat. Dasarnya adalah strip tipis bahan yang mengontrol jumlah konduksi. Kolektor juga melakukan seperti yang ditunjukkan namanya. Ini adalah "mitt penangkap" untuk muatan listrik sebagai aliran melalui transistor.

Gambar 2.3 Transistor bipolar PNP

Transistor yang paling sering digunakan sebagai penguat, yaitu, mereka dapat menghasilkan sinyal output yang besar dari sinyal masukan kecil atau arus yang besar dari arus yang kecil. rasio sinyal output dengan sinyal input disebut gain. Jika input adalah 2 volt dan output adalah 40 volt, maka gain adalah 20. Prinsip yang sama berlaku untuk arus.

Transistor memperkuat karena mereka terhubung sedemikian rupa sehingga sinyal masukan kecil diaplikasikan di basis dan emitor menyebabkan perubahan tegangan kolektor dan emitor yang besar. Dengan demikian, perubahan kecil dalam arus basis menghasilkan perubahan besar dalam arus yang mengalir melalui kolektor. Perhatikan bahwa karena tegangan input menyebabkan perubahan tegangan pada output, tegangan output tidak dapat melebihi tegangan kolektor suplai (Vcc).

Dua hal penting untuk menyadari bahwa sinyal input dan output akan tinggi dan rendah pada waktu yang berlawanan tetapi titik penyebrangan terjadi pada waktu yang sama. Ini berarti bahwa sinyal memiliki frekuensi yang sama tetapi mereka keluar dari fase. Dalam beberapa sirkuit, ketika input naik, output juga naik. Dalam sirkuit input dan output yang dikatakan dalam fase. Hubungan fase harus diantisipasi dan dirancang ke sirkuit tetapi biasanya tidak menyebabkan masalah yang besar. Pengendalian penguat adalah perhatian utama saat merancang sirkuit. Salah satu cara untuk mengontrol kontrol amplifier adalah penggunaan umpan balik.                                                  ( David P. Beach, 1991)

             

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1      Peralatan dan Komponen

3.1.1   Peralatan dan Fungsi

1.      Multimeter

Fungsi : untuk mengukur tegangan.

2.      Penjepit buaya

Fungsi : sebagai penghubung rangkaian dengan peralatan.

3.      Protoboard

Fungsi :  sebagai tempat untuk merangkai rangkaian sementara.

4.      Jumper

Fungsi : sebagai penghubung antar komponen.

5.      Signal generator

Fungsi : untuk menghasilkan signal atau gelombang listrik.

6.      PSA Simetris

Fungsi : sebagai sumber tegangan DC pada rangkaian parameter-H.

7.      Kabel penghubung

Fungsi : sebagai penghubung rangkaian ke peralatan.

3.1.2        Komponen dan Fungsi

1.      Resistor (18K, 33K, 100K, 4.7K, 2.2K)
Fungsi : sebagai hambatan pada rangkaian

2.      Kapasitor 2 buah 1μF, 1 buah 100 μF

Fungsi : sebagai kopling pada rangkaian

3.      Transistor C1815

Fungsi : sebagai penguat pada rangkaian

3.2.   Prosedur Percobaan Prosedur Percobaan

1.    Disediakan peralatan dan komponen

2.    Dirangkai komponen pada protoboard seperti gambar berikut :

3.        Dihubungkan tegangan pada PSA 15 volt.

4.        Diatur frekuensi pada signal generator 100 Hz.

5.        Dihubungkan dengan rangkian ke signal generator .

6.        Dihubungkan rangkaian ke PSA.

7.        Diukur tegangan dari emitter ke collector.

8.        Diukur tegangan dari basis ke collector.

9.        Diukur tegangan dari collector ke collector.

10.    Diukur tegangan dari basis ke emitter.

11.    Diukur tegangan dari basis ke basis.

12.    Diukur tegangan dari collector ke emitter.

13.    Dicatat datanya.

14.    Diulangi prosedur no.4 dengan penambahan 100 Hz sampai mencapai frekuensi 500 Hz.

15.    Diukur tegangan V₁ dan V_2.

16.    Dicatat datanya.

17.    Dihitung gain tegangan masing-masing tanpa C, dengan C dan impedensinya.

18.    Dicatat datanya.

19.    Diulangai prosedur dengan mengganti kapasitor menjadi jumper.

20.    Dicatat datanya.

BAB IV

ANALISA DATA

4.1.Gambar Percobaan

4.1.1.      Gambar mengukur V_EC dan  V_BE

                                                          

4.1.2.      Gambar mengukur V_BB  dan V_CC

4.1.3.      Gambar mengukurV_CE dan V_BC

4.2 Data Percobaan

Titik Kerja DC

Pengukuran Tegangan DC	Teori(V)	Praktek (V)
VEC	6V	10,11V
VBC	0,4V	0,51 V
VCC	12V	10,14 V
VBE	0,7V	0,55V
VBB	3V	2,28V
VCE	6V	10,11V

Penguat/ Gain dengan Kapasitor dan Tanpa Kapasitor

Tegangan (Volt)		Frekuensi (Hz)	Gain
V1 (Volt)	V2 (Volt)		Tanpa C	Dengan C
0,55	0,4	100	0,05	0,72
0,55	0,4	200	0,05	0,72
0,55	0,4	300	0,05	0,72
0,55	0,4	400	0,05	0,72
0,55	0,4	500	0,05	0,72

Medan, 15 Desember 2012

Asisten,                                                                                              Praktikan,

    (Juliana Sitorus)                                                                                          (Rintho)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1  Kesimpulan

1.      Dari hasil percobaan yang diperoleh data yang menunjukkan titik keja DC teori dan praktek   selisihnya tidak terlalu besar.

a.       V_EC   Nilai teori = 6 V                                    Nilai Praktek = 10,11 V

b.      V_BC   Nilai teori = 0,4 V                                 Nilai Praktek = 0,51 V

c.       V_CC  Nilai teori = 12 V                                  Nilai Praktek = 10,14 V

d.      V_BE  Nilai teori = 0,7 V                                  Nilai Praktek = 0,55 V

2.      Dari hasil percobaan diperoleh data yang menunjukkan perbandingan penguat tegangan teori dan praktek selisihnya tidak terlalu besar.

a.       V_EC   Nilai teori = 6 V                                    Nilai Praktek = 10,11 V

b.      V_BC   Nilai teori = 0,4 V                                 Nilai Praktek = 0,51 V

c.       V_CC  Nilai teori = 12 V                                  Nilai Praktek = 10,14 V

d.      V_BE  Nilai teori = 0,7 V                                  Nilai Praktek = 0,55 V

3.      Aplikasi dari rangkaian parameter-H adalah untuk menyetarakan rangkaian kotak hitam pada pada pesawat terbang.

4.      Dalam percobaan yang dilakukan, jenis rangkaian penguat yang digunakan adalah penguat kelas A.

5.2  Saran

1.    Sebaiknya praktikan mengetahui jenis-jenis rangkaian penguat yang ada.

2.    Sebaiknya praktikan mengetahui cara merangkai komponen pada protoboard.

3.    Sebaiknya praktikan mengetahui karakteristik transistor C1815.

4.    Sebaiknya praktikan tidak salah dalam membaca multimeter hasil percobaan.

DAFTAR PUSTAKA

Beach, David P. 1991. ELECTRONICS. United States of America : Delmars Publishers Inc.

            Pages : 93 – 99.

Blocher, Richard. DASAR ELEKTRONIKA. Yogyakarta : Penerbit Andi.

           Halaman  : 126 – 130.

Tooley, Michael. RANGKAIAN ELEKTRONIKA. Edisi Kedua. Jakarta : Erlangga.

            Halaman : 91 – 95.

                                                                                                                Medan,14  Desember 2012

                       Asisten,                                                                            Praktikan,

                 (Juliana Sitorus)                                                                    (Rinto Pangaribuan)

ELEKTRONIKA ITU GAMPANG2 SUSAH GAN,MESTI BERBAKAT KAYAKNYA