berkas elka 2014.pdf

40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 1/40 Solusi Pekerjaan Rumah #8 EL2005 Elektronika Karakteristik Arus Tegangan 1. Gambarkan sketsa kurva arus i X  terhadap v X  untuk 0 hingga 3,3V pada rangkaian-rangkaian Gambar 1 berikut ini bila MOSFET memiliki L=0,8m, W=8m, n =450cm 2 /Vs, dan V t =0,7V dan tegangan V DD =3,3V. Gambar 1 Rangkaian Soal no 1. Jawab Pada soal ini nilai C ox  terlewat, kita bisa ambil nilai yang ada pada contoh soal 5.2 (edisi internasional) C ox  = 8,6 fF/m 2 . Dengan demikian  a) Pada rangkaian  sehingga  FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off atau saturasi. FET pada rangkaian dalam keadaan cut-off saat  atau arus nol untuk  dan saturasi bila  atau   Sketsa kurva arus i X  terhadap v X V DD  v X  I X  (b) v X  I X  (a) V DD  v X  I X  (c)

Upload: arnoldus-janssen-krisma-pambudi

Post on 18-Feb-2018

228 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 1/40

Solusi Pekerjaan Rumah #8 EL2005 Elektronika

Karakteristik Arus Tegangan

1. 

Gambarkan sketsa kurva arus iX terhadap vX untuk 0 hingga 3,3V pada rangkaian-rangkaian

Gambar 1 berikut ini bila MOSFET memiliki L=0,8m, W=8m, n=450cm2/Vs, dan Vt=0,7V dan

tegangan VDD=3,3V.

Gambar 1 Rangkaian Soal no 1.

Jawab

Pada soal ini nilai Cox terlewat, kita bisa ambil nilai yang ada pada contoh soal 5.2 (edisi

internasional) Cox = 8,6 fF/m2. Dengan demikian

 

a) 

Pada rangkaian

 

sehingga

 

FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off atau saturasi.

FET pada rangkaian dalam keadaan cut-off saat  atau arus nol untuk

 

dan saturasi bila  atau

  

Sketsa kurva arus iX terhadap vX

VDD 

vX 

IX 

(b)

vX 

IX 

(a)

VDD 

vX 

IX 

(c)

Page 2: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 2/40

 b)

 

Pada rangkaian

 

sehingga

 

FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off atau saturasi.atau saturasi.

FET pada rangkaian dalam keadaan cut-off saat  atau arus nol untuk

 atau  

dan saturasi bila  atau  dengan arus

  

Sketsa kurva arus iX terhadap vX

c) 

Pada rangkaian

 

Page 3: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 3/40

FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off bila  atau  atau

.

FET akan dalam keadaan saturasi bila  atau  atau

. Arus pada keadaan ini

  

Sketsa Sketsa kurva arus iX terhadap vX sama dengan kurva pada (b) 

2. 

Untuk rangkaian pada Gambar 2 berikut carilah V apabila MOSFET memiliki Kn’(W/L)=0,4mA/V2,

Vt=1V dan =0.

Gambar 2 Rangkaian Soal no 2.

Jawab

a) 

Pada rangkaian tampak transistor saturasi  

 

+5V

1mA

V

(a) (b)

+5V

1k 

V

(c)

+5V

1mA

V

(d)

+5V

V

1k 

Page 4: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 4/40

 

Dengan demikian  karena untuk   FET dalam keadaan cut-off

b) 

Pada rangkaian tampak transistor saturasi  

 

 

 

Dengan demikian  karena untuk   FET dalam keadaan cut-off

c) 

Pada rangkaian tampak transistor saturasi  

 

 

Dengan demikian  karena untuk   FET dalam keadaan cut-offd)

 

Pada rangkaian tampak transistor saturasi  

 

 

 

Dengan demikian  karena untuk   FET dalam keadaan cut-off

Page 5: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 5/40

Solusi Pekerjaan Rumah #9

Penguat MOSFET

EL2005 Elektronika Sem 2 2013-2014

1.  Perhatikan rangkaian pada Gambar 1 di bawah ini.

a. 

Tentukan titik kerja rangkaian bila Rsig=100k, Rf =100k, RD=3k, RL=10k, VDD=20V,

Vth=5V dan K=1mA/V2. Carilah nilai transkonduktasi gm pada titik kerja tersebut.

b.  Gambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil ac rangkaian tersebut. Bila ro=∞, turunkan

persamaan penguatan tegangan tanpa beban, dan resistansi input dan outputnya. Gunakan

hasil pada (a) untuk menentukan nilainya.

c.  Bila  carilah  dan  saat beban terpasang. Tentukan

 juga batas amplituda  agar transistor masih dalam keadaan saturasi.

Gambar 1 Rangkaian soal 1

Jawab

a.  Transistor dalam keadaan saturasi karena  sehingga  

 

 

 

 

Dan diperoleh   karena solusi lain menyebabkan

transistor cut-off.

Juga diperoleh  dan arus  

Transkonduktasi sinyal kecil transistor

 

b. 

Rangkaian ekivalen sinyal kecil untuk penguat

VDD 

Rsig 

vsig 

Rf  

RD 

RL 

C1 

C2 

vin 

vout 

Page 6: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 6/40

 

Rangkaian tanpa beban, KCL pada simpul output

 

 

     

 

 

 

 

 

 

 

c.  Dengan beban terpasang, KCL

 

 

 

 

Tagangan input dapat dihitung

vsig 

Rsig  Rf  

RD  RL gmvgs vin=vgs  vout 

Page 7: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 7/40

 

 

FET memasuki saturasi bila  atau  sehingga

diperoleh batas  atau   atau

 

Untuk menentukan batas sinyal input:

 

Catatan untuk soal ini resistansi sumber sinyal Rsig 100k sangat besar dan resistansi umpan balik Rf  

dan resistansi drain RD terlalu kecil sehingga penguatan menjadi sangat kecil (justru meredam).

2.  Perhatikan rangkaian source follower  pada Gambar 2 di bawah ini.

a. 

Bila R1=2M, R2=1M, RS=1k, RL=10k, VDD=15V, dan transistor memiliki Vth=2V danK=0,2mA/V

2, tentukan titik kerja DC rangkaian dan carilah parameter rangkaian ekivalen

sinyal untuk transistornya.

b. 

Gambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil ac dan turunkan persamaan penguatan

tegangan, resistansi input dan output penguat tersebut dengan beban terpasang. Gunakan

hasil pada (a) untuk memperoleh hasilnya.

c.  Evaluasi apakah amplituda input sinyal dapat menyebabkan transistor masuk pada mode

cut-off  dan mode triode? Bila ya, pada input tegangan berapa keadaan itu dapat tercapai?

Gambar 2 Rangkaian soal 2

Jawab

a. 

Tegangan pada gate

 

Anggap transistor saturasi, arus transistor

 

 

 

VDD 

R1 

R2 RS 

C1 

C2 vin 

vout 

Page 8: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 8/40

 

 

Diperoleh  karena solusi lain lebih tinggi dari VDD. Keadaan saturasi dipenuhi

karena

 dan

 

Arus transistor

 

 

Transkonduktasi ssinyal kecil transistor

 

b.  Rangkaian ekivalen sinyal kecil untuk penguat

Penguatan tegangan

 

 

Resistansi input

 

Resistansi output

 

 

c. 

Transistor cut-off bila  atau  sehingga dapat diturunkan

 

 

 

Kondisi penyebab cut-off adalah

i

0

vsig 

Rsig i

RS RL 

1/gm 

vin 

vout 

Page 9: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 9/40

 

Trioda diperoleh bila memenuhi (1)   dan (2)  

Evaluasi (1) dari hasil sebelumnya  

Evaluasi (2)  

   

   

Pada rangkaian sinyal kecil ,  dan  

   

 

 

Dengan demikian trioda terjadi bila memenuhi (1) dan (2) di atas, yaitu

 

Page 10: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 10/40

Solusi Pekerjaan Rumah #9

Perancangan Penguat MOSFET

EL2005 Elektronika Sem 2 2013-2014

1. 

Sebuah penguat Common-Source akan dirancang dengan rangkaian seperti pada Gambar 1

di bawah ini. Spesifikasi yang diharapkan diperoleh mencakup resistansi input R in 

sekurangnya 600M, penguatan beban terbuka Av0  -20V/V dan resistansi output Rout 

sebesar 1k. Transistor yang digunakan mempunyai kn’ sebesar 2mA/V2  dan Vt=1,5V.

Modulasi panjang kanal dapat diabaikan. Tegangan catu daya diinginkan sebesar 12V. Swing

tegangan output sekurangnya 10Vpp tanpa beban. Tentukan resistansi RD, RS, R1, dan R2 serta

W/L transistor.

Gambar 1 Rangkaian soal 1

Jawab

  Dengan menggambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil penguat dan menganalisisnya

diperoleh

 

 

   

sehingga dapat dihitung

 

   

  Swing tegangan output sebesar 10V diperoleh dari batas tegangan drain tertinggi 12V saat

transistor memasuki cut-off dan terendah 2V saat memasuki batas saturasi.

Pilih tegangan bias tepat di tengah swing sehingga pada saat bias tegangan drain 7V. Dengan

demikian arus drain diperoleh 

 

Dari transkonduktasi transistor dapat diperoleh

VDD 

R1 

R2 RS 

C1 

C2 

vin 

vout 

RD 

C3 

Page 11: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 11/40

 

Tegangan terendah pada drain terjadi saat transistor saturasi, yaitu saat

   

   

 

 

Dari tegangan overdrive DC diketahui

   

Resistansi source dapat dihitung

 

Resistansi bias tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan dan resistansi input sbb.:

 

 

 

 

 

 

Geometri transistor dihitung:

 

 

 

Page 12: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 12/40

Page 13: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 13/40

Arus bias DC tersajadi saat saturasi sebesar

 

Parameter transkonduktasi sinyal kecil transistor pada keadaan bias

 

 

Dari kedua persamaan diperoleh

 

 

 

 

Tegangan DC pada terminal source

 

Tegangan DC pada terminal gate

 

Resistansi bias tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan dan resistansi input sbb.:

 

 

 

 

 

 

Page 14: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 14/40

Page 15: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 15/40

2. 

Rangkaian penguat Common Drain  di bawah ini menggunakan MOSFET dengan Vt=2V,

Kn=2mA/V2 dan  dapat diabaikan. Arus bias transistor sebesar 4mA dan tegangan bias source

sebesar 5V. Resistansi input diketahui sebesar 200k, beban yang dihubungkan mempunyai

resistansi 1k. dan kedua kapasitor kopling memiliki kapasitansi 10F. Tentukan frekuensi cut-

off rendah penguat tersebut.

Jawab

Resistansi output penguat adalah RS||1/gm yang dapat diperoleh dari analisis bias:

 

     

 

Frekuensi pole pada bagian input

 

 

Frekuensi pole pada bagian output

 

 

Jelas   sehingga frekuensi pole output dapat dipastikan dominan. Dengan demikian

   

+12V

R2 

RS 

vi 

vo 

+12V

R1 

vG 

vS 

Page 16: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 16/40

Solusi Pekerjaan Rumah #12

Respons Frekuensi Rendah Penguat

EL2005 Elektronika Semester 2 2012-2014

1.  Rangkaian penguat Common Gate  di bawah ini menggunakan MOSFET dengan Vt=1V,

nCoxW/L=0,625mA/V2, Cgs=0,2pF, Cgd=50fF dan  dapat diabaikan. Arus bias transistor sebesar

1,25mA diperoleh dari sumber arus ideal. Resistansi output sumber signal Rsig 50 dan resistansi

beban 1k. Kedua kapasitor kopling memiliki kapasitansi 10F.

a.  Turunkan fungsi transfer  rangkaian pada frekuensi tinggi

b.  Carilah frekuensi polenya dan tentukan frekuensi cut-off tinggi penguat tersebut.

Jawab

Transkonduktansi penguat adalah

V mA I  L

W C  g   Doxnm   /25,125,1625,022        

Rangkaian ekivalen sinyal kecil pada frekuensi tingginya

Rsig 

RL vgs 

vout 

Vsig 

Cgd 

Cgs  gmvgs 

vin 

+VDD 

RL 

Rsig  C1 

C2 

vin 

vout 

Vsig 

-VSS 

1,25mA

1,25mA

Page 17: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 17/40

Fungsi transfer rangkaian  

 

 

Frekuensi pole rangkaian

   

Tidak ada pole dominan. Frekuensi cut-off tinggi rangkaian

     

   

Page 18: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 18/40

2.  Bila untuk rangkaian penguat Common Gate di atas MOSFET memiliki resistansi output 200k.

Demikian juga sumber arus bias memiliki juga resistansi 200k. Carilah frekuensi cut-off tinggi

rangkaian sekarang.

Jawab

Rangkaian ekivalen sinyal kecil frekuensi tinggi adalah sbb.:

Dengan menggunakan pendekatan konstanta waktu seperti pada contoh 9.2 (perhatikan ppt kuliah)

maka diperoleh

 

Penguatan keseluruhan rangkaian

 

Resistansi Rgs

 

Resistansi Rgd

     

 

Frekuensi cut-off tinggi

   

ro 

roa 

rob 

Rsig 

RL vgs  vout 

Vsig 

Cgd 

Cgs  gmvgs 

vin 

Page 19: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 19/40

Page 20: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 20/40

%28281,04

3

4

3

2

14

3

4

3

2

1ˆˆ

2

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

  

  

 

 DD

 DD

 DD

 DD

 DD

o

 L

o

 IR

V    

2.  Untuk sebuah penguat daya digunakan tahap output kelas B push-pull. Transistor BJT yang

dipilih mempunyai rating daya maksimum 80W dan mempunyai suhu junction maksimum

sebesar 125oC. Transistor menggunakan casing TO-3P dengan resistansi termal junction ke

casing JC  1,25oC/W dan junction ke ambient JA  40

oC/W. Bila tegangan cut-in dan tegangan

saturasi dapat diabaikan hitunglah pada temperatur ambient 25oC:

a.  Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan

casing TO-03P tersebut tanpa heat sink.

b. 

Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan

casing TO-03P tersebut dengan heat sink ideal.

c. 

Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan

casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 2oC/W.d.  Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan

casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 10oC/W.

e. 

Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan

casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 10oC/W pada temperatur ambient

45oC.

Catatan: Efisiensi terendah pada kelas B adalah 50% sehingga pada keadaan terburuk

disipasi dan daya output penguat sama.

Jawab

a.  Transistor tanpa heat sink, daya disipasi maksimum

 

sehingga daya output maksimum juga 2,5W

b.  Transistor dengan heatsink ideal, daya disipasi maksimum

 

Untuk kelas B disipasi maksimum terjadi saat  untuk

 sehingga

dapat diketahui

 sedangkan daya output maksimum diperoleh saat  

dengan daya output sebesar

 sehingga  

dapat dihitung  

c. 

Transistor dengan heatsink 2oC/W, daya disipasi maksimum

 sehingga daya output maksimum  

d.  Transistor dengan heatsink 10oC/W, Daya disipasi maksimum

 sehingga daya output maksimum  

e.  Transistor dengan heatsink 10oC/W temperatur ambient 45

oC, daya disipasi maksimum

 sehingga daya output maksimum

 

Page 21: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 21/40

Page 22: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 22/40

Solusi Pekerjaan Rumah #14

Rangkaian Logika CMOS

EL2005 Elektronika Semester 2 2012-2014

1.  Sebuah inverter CMOS dibuat dengan teknologi yang menggunakan Vt=0,2VDD.

a. 

Turunkan dalam besaran nCoxW/L besar arus pada nMOSFET saat output mulai berubah

dari logika “1” dengan tegangan terendah 0,9VDD.

b.  Turunkan dalam besaran nCoxW/L besar arus pada nMOSFET saat ouput mencapai

logika “0” dengan tegangan tertinggi 0,1VDD.

c.  Bila teknologi yang digunakan mempunyai nCox=120A/V2  dan VDD  dipilih 2,5V hitung

besaran arus pada (a) dan (b).

d. 

Bila dianggap beban 10fF dan arus turun dengan linier, berapakah selang waktu

perubahan logika tersebut

Jawab

a. 

Saat berubah dari logika 1 ke 0 maka tegangan VDS

=0,9VDD

  dan VOV

=VGS

-Vt=0,8V

DD.

Dengan demikian VDS > VOV sehingga nMOSFET dalam keadaan saturasi sehingga

 

b.  Saat mencapai logika 0 maka tegangan VDS=0,1VDD  dan VOV=VGS-Vt=0,8VDD. Dengan

demikian VDS < VOV sehingga nMOSFET dalam keadaan trioda sehingga

 

c.  Besaran arus saat nilai logika mulai berubah dari 1 ke 0

 

Besaran arus saat mencapai nilai logika 0

 

d. 

Perubahan jumlah muatan dari tegangan 0,9VDD menjadi 0,1VDD adalah

 

Muatan yang dikeluarkan saat perubahan arus dengan model arus turun linier adalah

 

 

Selang waktu perubahan

   

2. 

Rancanglah rangkaian logika CMOS untuk gerbang logika berikut ini

a. 

 

 

b.     

Page 23: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 23/40

c.     Jawab

a.    

Tabel Kebenaran

A B Y Input Keterangan

0 0 0 PD     Alur kanan bawah

0 1 1 PU     Alur kanan atas

1 0 1 PU    Alur kiri atas

1 1 0 PD    Alur kiri bawah

Rangkaian disusun dengan menyediakan fungsi untuk setiap sinyal PU dan PD seperti

pada keterangan di atas, sbb.:

b.     

Tabel Kebenaran

A B Y Input Keterangan

0 0 1 PU

     Alur kiri atas

0 1 0 PD     Alur kanan bawah

1 0 0 PD    Alur kiri bawah

1 1 1 PU    Alur kanan atas

Rangkaian disusun dengan menyediakan fungsi untuk setiap sinyal PU dan PD seperti

pada keterangan di atas, sbb.:

  

VDD 

      

   

VDD 

 

 

   

 

      

 

  

VDD 

Page 24: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 24/40

 

c.     Tabel Kebenaran

A B C Y Input

0 0 0 1 PU     0 0 1 00 1 0 0

0 1 1 0

1 0 0 0

1 0 1 0

1 1 0 0

1 1 1 1 PU   

Implementasi rangakian dengan menyediakan Pull Up dan rangkaian komplemennya untuk Pull

Down sbb.:

   

VDD 

      

   

VDD 

 

 

   

 

      

 

  

VDD 

Page 25: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 25/40

 

3. 

Gambarkan rangkaian gerbang logika full adder satu bit dengan menggunakan teknologi CMOS.

Nyatakan input sebagai IA dan IB dan ouput sebagai C (carry) dan S (sum). Bila diketahui

mobilitas elektron n dan 3 kali lebih besar dari mobilitas hole p, dan ukuran geometri terkecil

adalah 0,1m, tentukan ukuran geometri masing-masing transistor.

Jawab

Fungsi rangkaian full adder adalah sebagai berikut

 

 

Fungsi untuk Sum dapat menggunakan rangkaian EXOR pada soal no. 2. Sedangkan fungsi Carry

menggunakan fungsi AND

 

 

 

Rangkaian Carry diimplementasikan dengan gerbang OR dengan input active-low

Rangkaian tampak pada gambar di bawah ini.

Perhitungan untuk ukuran geometri transistor adalah sebagai berikut:

Rangkaian InverterNMOS (Pull down) W/L=0,1um/0,1um

PMOS (Pull Up) W/L=0,3um/0,1um

Rangkaian XOR (Sum)

NMOS (Pull down) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,2um/0,1um

PMOS (Pull Up) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,6um/0,1um

Rangkaian AND (Carry)

NMOS (Pull down) satu transistor: W/L=0,1um/0,1um

PMOS (Pull Up) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,6um/0,1um

   

   

  

 

 

 

  

        

      

Page 26: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 26/40

 

VDD 

   

   

VDD 

 

 

 

 

   

 

 

VDD  VDD 

 

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 

 

 

 

Page 27: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 27/40

Kuis #3 EL2005 Elektronika

Semester 2 2012-2014

1 April 2014

Nama: ____________________________ NIM: _______________ Tanda tangan: _______________

Dengan rangkaian Common Source  seperti di bawah ini hendak dirancang penguat. MOSFET yang

digunakan memiliki Vt=1,5V, Kn=1mA/V2  dan   dapat diabaikan. Sinyal input vi  yang diberikan

berbentuk sinusoid dengan amplituda Vm. Rangkaian dirancang dengan arus bias transistor sebesar

2mA dan tegangan output vo = vd maksimum dan simetris (penguatan sama, linier) untuk sinyal input

positif dan negatifnya. Resistansi input diharapkan sebesar 500k.

1.  Sebutkan apa yang menentukan tegangan drain (DC+ac) maksimum vDmax dan carilah

nilainya. Sebutkan juga apa yang menentukan tegangan drain (DC+ac) minimum vDmin dan

carilah nilainya.

2. 

Dari hasil (1) tentukan amplituda output maksimumnya Vomax, pilih tegangan bias (DC) drain

VD agar swing naik sama dengan swing turun dan tentukan nilai RD rangkaian.

3. 

Carilah nilai tegangan bias (DC) gate VG dan tentukan nilai R1, dan R2 rangkaian.

4.  Tentukan batas amplituda input Vm maksimumnya.

Jawab

1. 

Yang menentukan batas tegangan drain maksimum adalah VDD dan keadaan cut-off arus nol

sehingga tegangan vDmax=12V.

Yang menentukan batas tegangan drain minimum adalah batas antara saturasi dan trioda

sehingga tegangan vDmin= VOV. Telah diketahui arus 2mA dan mengingat  maka

 

 

Dengan demikian vDmin= VOV=2V.

2. 

Amplituda output maksimum adalah

+12V

R2 

vi 

RD 

vo 

R1 

+12V

vD 

vG 

Page 28: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 28/40

 

Tegangan bias drain dipilih untuk memperoleh swing maksimum dan simetris maka

 

Resistansi drain dapat dihitung dari    

Tegangan source nol karena terhubung ke ground dan  maka  

3.  Tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan R1 dan R2, dengan demikian  

 

Resistansi input merupakan nilai paralel R1 dan R2.  

 

 

4. 

Penguatan tegangan common source adalah  . Apmlitudo output maksimum

 2V. Bias arus dan tegangan memberikan

 

   

Bila pengaruh input tidak diabaikan

 

 

 

 

 

Amplituda tegangan input maksimum  

Page 29: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 29/40

Kuis #3 EL2005 Elektronika

Semester 2 2012-2014

1 April 2014

Nama: ____________________________ NIM: _______________ Tanda tangan: _______________

Dengan rangkaian Common Drain  seperti di bawah ini hendak dirancang penguat. MOSFET yang

digunakan memiliki Vt=2V, Kn=2mA/V2  dan   dapat diabaikan. Sinyal input vi  yang diberikan

berbentuk sinusoid dengan amplituda Vm. Rangkaian dirancang dengan arus bias transistor sebesar

4mA dan tegangan output vo = vd maksimum dan simetris (penguatan sama, linier) untuk sinyal input

positif dan negatifnya. Resistansi input diharapkan sebesar 200k.

1.  Batas mode apakah yang yang menentukan batas tegangan source (DC+ac) maksimum vSmax 

dan carilah nilainya. Sebutkan juga batas mode apa yang menentukan tegangan source

(DC+ac) minimum vSmin dan carilah nilainya.

2. 

Dari hasil (1) tentukan amplituda output maksimumnya Vomax, pilih tegangan bias (DC) source

VS agar swing naik sama dengan swing turun dan tentukan nilai RS rangkaian.

3. 

Carilah nilai tegangan bias (DC) gate VG dan tentukan nilai R1, dan R2 rangkaian.

4.  Tentukan batas amplituda input Vm maksimumnya.

1. 

Yang menentukan batas tegangan drain minimum adalah keadaan cut-off arus nol sehingga

tegangan vDmin=0V.

Yang menentukan batas tegangan drain maksimum adalah VDD dan batas antara saturasi dantrioda sehingga tegangan vDmax= VDD-VOV. Telah diketahui arus 4mA dan mengingat  maka

 

 

Dengan demikian vDmax= VDD-VOV =12-2=10V.

2.  Amplituda output maksimum adalah

 

+12V

R2 

RS 

vi 

vo 

+12V

R1 

vG 

vS 

Page 30: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 30/40

Tegangan bias drain dipilih untuk memperoleh swing maksimum dan simetris maka  

Resistansi drain dapat dihitung dari  

 

Tegangan source 5V dan  maka  

3.  Tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan R1 dan R2, dengan demikian    

Resistansi input merupakan nilai paralel R1 dan R2.

   

 

4. 

Penguatan tegangan common source adalah  . Apmlitudo output maksimum

 2V. Bias arus dan tegangan memberikan  

   

Bila pengaruh input tidak diabaikan

 

 

 

 

 

Amplituda tegangan input maksimum

 

Page 31: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 31/40

Page 32: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 32/40

Page 33: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 33/40

   

   

Bila dihitung dengan pendekatan konstanta waktu maka

   

 

 

Page 34: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 34/40

1

Solusi Ujian 2 EL2005 Elektronika

Sabtu, 3 Mei 2014 13.00-15.30

1. 

Transistor MOSFET

Penguat berikut memiliki penguatan -25V/V. Anggap nilai kapasitor tak berhingga. VDD = 5V, Vt=0,7V,

kn=1mA/V2. Resistansi input Rin sebesar 0,5M. Hitunglah

a) 

VOV b)

 

ID 

c) 

RD 

d) 

RG 

e) 

Amplitudo maksimum sinyal input .

Petunjuk:

  Anggap arus AC yang melewati RG=0 untuk perhitungan penguatan sinyal kecil.

  Anggap ada arus AC yang melalui RG dalam perhitungan Rin.

Jawab

a) 

Arus DC pada RG nol sehingga diperoleh

 

MOSFET selalu dalam keadaan saturasi apabila , tegangan DC drain-source

 

dan juga

 

sehingga

 

Arus pada MOSFET

 

Dengan demikian diperoleh (pers 1)  

Transkonduktasi sinyal kecil MOSFET

Rin 

RG 

+VDD=5V 

C1 

C2 

vin 

vout 

RD 

Page 35: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 35/40

Page 36: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 36/40

3

Jawab

a) 

Pole rangkaian

 

 

 

 

 

 

b) 

Pole merupakan pole dominan sehingga frekuensi cut-off rendah = 2213Hz

3. 

Respons Penguat Frekuensi Tinggi

Pada rangkaian penguat MOSFET CS di bawah ini, nilai Rsig=120k RG1=300k  RG2=200k  Cgs=5pF,Cgd=1pF, gm=3,33mA/V, RD=5k, RS=2k, RL=10k, CL=5pF, dengan efek panjang kanal diabaikan (=0),

nilai CC1=CC2=CS= .

CL 

RG1 

CS 

RG2 

+VDD 

RL 

Rsig  CC1 

CC2 

vin 

vout

 

Vsig 

-VSS 

RD 

RS 

-VEE 

RB 

RC 

I

Rsig 

Vsig 

CC1 

CE 

Cc2 

RL 

+VCC 

Page 37: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 37/40

Page 38: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 38/40

Page 39: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 39/40

6

     

 

4. 

Tahap Output Penguat Daya

Untuk merancang tahap output sebuah penguat daya akan digunakan transistor dengan casing yang

memiliki resistansi termal 2,5oC/W dan heatsink dengan resistansi termal 5,1

oC/W. Temperatur ambient

penguat dirancang untuk 30o

C dan temperatur junction maksimum transistor ditentukan 125o

C. Tegangansaturasi kolektor-emitor dan tegangan cut-in base-emitor  dapat diabaikan.

a) 

Transistor dengan daya disipasi maksimum PDmax berapakah yang dapat digunakan dengan pendinginan

di atas yang masih aman digunakan?

b) 

Berapakah daya output maksimum pada beban bila tahap output menggunakan kelas A dengan arus

pada sumber arus dipilih agar tegangan swing output maksimum?

c) 

Berapakah daya output maksimum pada beban bila tahap output menggunakan kelas B?

Jawab

a) 

Nilai resistansi termal total adalah 2,5+5,1=7,6oC/W

Selisih temperatur junction ke ambien 125-30=95 o

C

Daya disipasi maksimum yang dialirkan transistor 95/7,6=12,5W.Jadi transistor yang digunakan harus mempunyai PDmax sekurangnya 12,5W 

b) 

Pada kelas A daya disipasi maksimum terbesar saat tegangan output nol. Besar daya disipasi ini sama

dengan daya dari catu daya. Daya output maksimum sebesar 25% daya dari catu daya atau sebesar

12,5*25%=3,125W.

Dengan demikian dengan tahap penguat kelas A daya output terbesar diperoleh 3,125W.

c) 

Pada kelas B daya disipasi maksimum saat  

 

 

Daya output maksimum sebesar  sehingga daya ouput penguat

 

Dengan demikian dengan tahap penguat kelas B daya output terbesar diperoleh30,84W.

5. 

Rangkaian Logika CMOS

Fungsi logika di bawah ini akan disusun dengan teknologi CMOS dengan L=0,1m dan perbandingangeometri transistor n=1 dan p=3.

   

Rancanglah rangkaian untuk fungsi tersebut dan tentukan ukuran geometri tiap transistornya. Sinyal input

tersedia dalam bentuk active-high dan active-low .

Jawab

Fungsi logika akhir

Page 40: Berkas ELKA 2014.pdf

7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf

http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 40/40

   

   

    

Dalam bentuk ouutput active-low  

      

Rangkaian dan ukuran geometri