Download - EL2140_02_13210037_Agung-Utama-Putra.docx
fMODUL 2 KARAKTERISTIK BJT
Agung Utama Putra (13210037)Asisten: Hari Purnama
Tanggal Percobaan: 20/02/2012EL2140-Praktikum Elektronika
Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB
Abstrak
Praktikum kali ini akan menunjukkan karakteristik transistor BJT dan teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan.
Kata kunci: BJT, karakteristik, transistor.
1. PENDAHULUAN
Tujuan praktikum kali ini adalah untuk memahami karakteristik transistor BJT, teknik bias dengan rangkaian diskrit dan teknis bias dengan sumber arus konstan. Percobaan dilakukan dengan rangkaian yang telah ditentukan menggunakan kit praktikum.
2. STUDI PUSTAKA
TRANSISTOR BJT
Ada dua jenis transistor: bipolar dan unipolar. Pada praktikum ini akan digunakan transistor bipolar. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditunjukkan sebagai berikut.
Gambar 1: Transistor BJT NPN
Gambar 2: Transistor BJT PNP
Hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus basis (IB), arus emitter (IE):
β=ICIB
dan α=ICIE
α= ββ+1
β= α1−α
KURVA KARAKTERISTIK IC-VBE
Karena:
IC=α I ESeV BE
ηkT
Maka kurva yang terbentuk:
Gambar 3: Kurva karakteristik IC-VBE
Transkonduktansi dari transistor merupakan kemurungan kurca.
gm=Δ ICΔV BE
KURVA KARAKTERISTIK IC-VCE
Titik kerja transistor dibagi 3: daerah aktif, saturasi, dan cut-off. Kondisinya sebagai berikut:
Mode Kerja
IC VCE VBE VCB Bias B-C
Bias B-E
Aktif ¿ β IB ¿V BE+V CB0.7V0 Revers
eForward
Saturasi
Max 0V 0.7V −0.7<V CE<0Forward
Forward
Cut-Off
0 A 0 0
Kurva karaktaresitiknya ditunjukkan seperti berikut:
Gambar 4: Kurva karakteristik IC-VCE
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB1
f
3. METODOLOGI
Alat dan Komponen
DC power supply
Kit Percobaan Karakteristik & Rangkaian Bias
Sumber arus konstan
Multimeter 4 buah
Osiloskop
Generator sinyal
Karakteristik Input Transtistor IB-VBE
Bagan 1: Percobaan 1
Gambar 5: Percobaan 1
Karakteristik Output Transistor IC-VCE
Bagan 2: Percobaan 2
Early Effect
Bagan 3: Percobaan 3
Gambar 6: Pembiasan dengan arus konstan
Gambar 7: Pembiasan diskrit
Pengaruh Bias pada Kerja Transistor
Bagan 4: Percobaan 4
Gambar 8: Percobaan 4
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB2
Susun rangkaian seperti gambar 5. Potensio RB2
pada posisi minimum. VCC = 10.
Ubah-ubah RB2
Catat setiap nilai IB dan IC
Susun rangkaian seperti pada
gambar 6.
Dari arus IB = 0, ubah-ubah VCE.
Catat IC. Ulangi untuk IB yang lain.
Susun rangkaian seperti gambar 7.
VCC = 10.
Lakukan seperti sebelumnya.
Susun rangkaian seperti pada
gambar 6.
Pilih dua titik IB-VCE berbeda.
Plot grafik linear. Tentukan
perpotongannya.
Susun rangkaian seperti gambar 7.
Lakukan seperti sebelumnya.
Susun rangkaian seperti gambar 8.
Atur VCE dan IC agar transistor berkerja pada daerah aktif,
saturasi dan cut-off.
Sambungkan VIN ke generator sinyal f = 1
kHz VPP= 50mV. VOUT ke osiloskop.
f
4. HASIL DAN ANALISIS
Karakteristik Input Transistor IB-VBE
VBE (V) IB (mA) IC (mA)
0 0 0.1
0.2 0 0.1
0.4 0 0.1
0.5 0 0.1
0.54 0 0.13
0.58 0 0.72
0.62 0.035 2
0.66 0.25 2.01
0.70 0.75 2.02
0.72 1.25 2.02
Tabel 1: Hasil Percobaan 1
VBE (V)
0,2 0,50,58
0,660,72
00.20.40.60.8
11.21.4
IB (mA)
IB (mA)
Gambar 9: Grafik Percobaan 1
Kurva hubungan IB-VBE eksponensial. Ini disebabkan hubungan antara IB-IC yang linear IC=IβB sehingga apabila IC berubah secara ekponensial terhadap VBE, maka IB juga berubah secara ekponensial terhadap VBE.
Apabila percobaan terus dilakukan dengan tegangan yang lebih besar, maka arus IB
akan naik jauh lebih besar lagi.
Karakteristik Output Transistor IC-VCE
A. Pembiasan dengan arus konstan
Mempertimbangkan titik breakdown transistor, pada VCE = 5 V tidak semua kondisi IB dicoba. Ini disebabkan apabila daya berlebih melalui transistor, transistor akan rusak.
VCE
IC
IB = 0
IB = 0.2
IB = 0.4
IB = 0.8
IB = 1.2
IB = 1.6
0 0 0,1 0,1 0,1 0,1 0,10,1 0
25,56
36,81 46,6 50,7 44
0,3 0 47,3 99,2 177 248
301,6
0,5 0 52,9
100,6
195,1
269,3 323
1 0 54,9103,
7206,
2293,
9360,
2
2 0 57111,
2217,
8 321395,
2
5 0 60,5126,
7Tabel 2: Hasil percobaan 2 dengan sumber
arus konstan
0 0.1 0.3 0.5 1 2 50
50100150200250300350400450
IB = 0IB = 0.2IB = 0.4IB = 0.8IB = 1.2IB = 1.6
Daerah Saturasi
Daerah Cut-Off
DaerahAktif
Gambar 10: Kurva Karakteristik IC-VCE
Grafik agak kaku karena dibuat dengan MS-Excel.
Pada percobaan yang ini, ada beberapa kali penggantian multimeter dan satu kali penggantian transistor. Penggantian multimeter tidak terlalu mempengaruhi data, tetapi penggantian transistor mungkin mempengaruhi. Transistor diganti dari 2n2222 ke KSP2222A. Keduanya sama-sama transistor BJT NPN, tetapi memiliki nilai breakdown berbeda, dan sedikit perbedaan pada titik kerja.
Dari grafik bisa dilihat ketiga daerah kerja transistor: daerah aktif, daerah saturasi, dan daerah aktif. Saat IB mendekati 0, arus tidak akan mengalir dari IC, seberapapun besarnya VCE. Pada bagian ini, transistor berada pada kondisi cut-off; tidak ada arus yang lewat.
Daerah saturasi adalah daerah dimana hubungan antara IC dengan VCE mendekati linear. Daerah saturasi dan cut-off digunakan transistor yang dimanfaatkan sebagai switch.
Daerah aktif adalah daerah yang penguatan IC mendekati linear terhadap IB, tetapi nyaris tidak dipengaruhi VCE. Pada bagian ini, transistor bisa digunakan sebagai amplifier.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB3
f
Ini sesuai dengan konsep transistor yang bisa digunakan sebagai switch atau amplifier tergantung rangkaian yang dibuat.
B. Pembiasan Diskrit
VCE
IC
IB = 0
IB = 0.2
IB = 0.4
IB = 0.8
IB = 1.2
IB = 1.6
0 0 1,72 1,73 1,74 1,74 1,750,1 0 28,8 57,6 46,6 50,7 44
0,3 0 33 85,7
0,5 0 37,6 88
1 0 38,6 89,1
2 0 39,3 93,8
5 0 43Tabel 3: Hasil percobaan 2 dengan
pembiasan diskrit
0 0.1 0.3 0.5 1 2 50
50100150200250300350400450
IB = 0IB = 0.2IB = 0.4IB = 0.8IB = 1.2IB = 1.6
Daerah Saturasi
Daerah Cut-Off
DaerahAktif
Gambar 11: Kurva karakteristik IC-VCE
Data tidak bisa didapatkan secara lengkap karena potensiometer pada kit memiliki batas. Potensiometer mencapai maksimum. VCE maksimum yang bisa didapat berubah-ubah setiap karena untuk merubah IB juga menggunakan potensiometer.
Dari data yang ada, bisa dilihat bahwa daerah kerja yang didapat hampir sama. Perbedaannya ada pada besar arus IC yang masuk transistor. Ini disebabkan arus IC yang masuk merupakan hasil dari pembagian arus dengan IB.
Early Effect
A. Pembiasan dengan sumber arus konstan
VCE IC
IB = 0.05 IB = 0.15 14,63 35
10 161,9 164,9Tabel 4: Percobaan 3 dengan sumber arus
konstan
Gambar 12: Grafik percobaan 4 dengan sumber arus konstan
Dari grafik, perpotongan antara kedua garis berada pada VCE = 7 V. Seharusnya, perpotongan berada pada VCE yang lebih kecil dari 0. Ini karena gradien garis keduanya seharusnya tidak terlalu jauh pada daerah aktif. Kesalahan bisa terjadi pada saat pengukuran.
B. Pembiasan Diskrit
VCE IC
IB = 0.05 IB = 0.15 12.8 31.8
7,5 32.38,7 14.8
Tabel 5: Percobaan 3 dengan pembiasan diskrit
Gambar 13: Percobaan 3 dengan pembiasan diskrit
Karena masalah yang sama dengan percobaan 2B, data yang didapat tidak menggunakan titik VCE yang sama.
Early voltage yang didapat adalah sekitar 165 V.
Seharusnya, bentuk grafik yang terjadi seperti berikut[3].
Gambar 14: Grafik early effect yang seharusnya
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB4
f
Pengaruh Bias pada Kerja Transistor
Karena waktu tidak cukup, percobaan 5 dilakukan dengan simulasi pada EWB.
VIN dan VOUT
Daerah Cut-Off
IB = 0,2 mA
IC = 0,1 mA
VCE = 0 V
VBE = 0 V
Daerah Aktif
IB = 0,4 mA
IC = 126,7 mA
VCE = 5 V
VBE = 0 V
Daerah Saturasi
IB = 0,2 mA
IC = 25,56 mA
VCE = 0,1 V
VBE = 0 V
Tabel 6: Tabel grafik VIN (merah) dan VOUT
(kuning).
Pada daerah cut-off, output frekuensinya sama dengan input dan tegangannya sangat kecil (mendekati 0. Skala garis kuning 50uV/div dan merah 20V/div). Selain itu, pada daerah cut-off, saat tegangan input negatif, arus tidak mengalir.
Pada daerah saturasi, seberapapun besarnya input, tegangan output yang dihasilkan tetap sama (Skala garis kuning 50mV/div dan merah 20V/div). Pada kondisi ini, tegangan pada output cukup terlihat.
Pada daerah aktif, seberapapun besarnya tegangan input, tegangan outputnya akan tetap sama dengan VCE.
5. KESIMPULAN
Hubungan antara IB-VBE eksponensial, sama dengan hubungan IC-VBE karena IB-IC linear.
Ada 3 daerah kerja transistor: daerah aktif, saturasi, dan cut-off.
Pada daerah aktif, terjadi penguatan arus.
Pada daerah saturasi, hubungan IC-VCE
mendekati linear.
Pada daerah cur-off, hampir tidak ada arus yang mengalir pada IC.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, ed 5, Hal. 236-261, Oxford University Press, USA, 2004.
[2] Mervin T. Hutabarat, Modul Praktikum Elektronika, Hal. 15-26, Penerbit ITB, Bandung, 2012
[3] http://en.wikipedia.org/wiki/ Early_effect, 21 Februari 2012, 16:07.
Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB5