PENGUAT DASAR TRANSISTOR - PENGUAT BERTINGKAT

MODUL DARING TIPE C

TUJUAN PERCOBAAN

Setelah selesai melakukan percobaan ini, Anda diharapkan dapat :

1. Menjelaskan jenis-jenis penguat dasar transistor .

2. Mengukur parameter-parameter penguat transistor antara lain penguatan arus,

penguatan tegangan, resistansi masukan dan resistansi keluaran.

3. Menyebutkan sifat-sifat masing-masing konfigurasi penguat.

4. Mejelaskan fungsi transistor by-pass dan pengaruhnya terhadap penguatan sinyal.

5. Menyelidiki fungsi kapasitor kopling pada penguat dua tingkat.

6. Mengukur frekuensi respon dari penguat dua tingkat.

DASAR TEORI

A. Penguat Dasar Transistor

Transistor memiliki 3 elektroda (basis, emitor, dan kolektor) sehingga pada dasarnya

transistor dapat dirangkai menjadi 3 macam penguat dasar yang dikenal dengan

konfigurasi penguat yaitu :

1. Konfigurasi basis emitor (common base).

2. Konfigurasi emitor bersama (common emitor).

3. Konfigurasi kolektor bersama (common collector) yang dikenal sebagai

rangkaian pengikut emiter (emitter follower).

Ketiga jenis konfigurasi ini memiliki sifat atau harga parameter yang berbeda.

1. Konfigurasi Basis Bersama

Rangkaian dasar dari penguat transistor konfigurasi base bersama adalah sebagai berikut:

Gambar 6.1 Penguat basis bersama

Sinyal masukan, masuk lewat monitor, sedangkan keluaran diambil lewat kolektor.

Tegangan Eeb adalah bias maju pada pertemuan E dan B, sedangkan Ecb adalah bias

mundur kolektor. Pada rangkaian penguat base bersama, salah satu parameter yang penting

adalah penguatan arus hubung singkat (hfb) yaitu perbandingan antara perubahan arus

kolektor dengan perubahan arus emiter, sementara VCB dipertahankan konstan.

hfb = Ic / Ib

Penguatan arus pada penguat transistor base bersama (hfb) mempunyai nilai kurang dari

satu, sebab arus emitor memiliki penjumlahan arus base dan arus kolektor.

Pada penguat base bersama sinyal tegangan msukan dan sinyal tegangan keluaran

mempunyai fase yang sama artinya, penambahasn sinyal tegangan masukan akan

menghasilkan penambahan sinyal tegangan keluaran.

2. Konfigurasi Emiter Bersama

Rangkaian dasar penguat dengan konfigurasi emiter bersama adalah sebagai berikut

Gambar 6.2 Penguat emiter bersama

Arus pada basis ditentukan ditentukan dengan persamaan berikut:

𝐼𝐵 =𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸

𝑅2

𝐼𝐶 = 𝛽𝐷𝐶 . 𝐼𝐵

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 . 𝑅𝐶

Gambar 6.3 Rangkaian penguat common emitter dengan sinyal AC

Untuk menghitung besaran-besaran pada rangkaian tersebut, digunakan persamaan

berikut:

𝑉𝐵𝐵 =𝑅𝐵

𝑅𝑉 + 𝑅𝐵. 𝑉𝐶𝐶

𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸

𝐼𝐸 =𝑉𝐸

𝑅𝐸 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎 𝐼𝐶~𝐼𝐸

𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 . 𝑅𝐶

𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸

Besar penguatan pada rangkaian common emitter dinyatakan sebagai perbandingan antara

tegangan output dengan tegangan input.

𝐴 = ⌈𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛⌉ =

𝑉𝐶

𝑉𝐸

3. Konfigurasi Kolektor Bersama

Rangkaian dasar penguat dengan konfigurasi kolektor adalah sebagai berikut :

Gambar 6.4 Penguat kolektor Bersama

Pada penguat ini, masukan dihubungkan pada elektroda base, sedangkan beban

dipasangkan pada emitor. Penguat arus pada konfigurasi ini adalah :

hfc = Ic / Ib

= 1 / (1 - hfb)

= hfe + 1

Karena hfe mempunyai nilai yang besar, maka penguatan arus pada kolektor bersama

adalah hampir sama dengan penguatan arus pada emitor bersama sifat yang khas dari

rangkaian ini, adalah resistansi masukan biasanya lebih besar dari resistansi beban sinyal

tegangan masukan sefasa dengan tegangan sinyal keluaran, sehingga penguat kolektor

bersama sering dipergunakan sebagai rangkaian penyesuaian impedansi.

B. Penguat Bertingkat

Penguat bertingkat maksudnya adalah penguat yang terdiri dari dua tingkat atau

lebih. Dengan kata lain rangkaian yang memiliki penguat lebih dari satu. Penguat

bertingkat yang menggunakan transistor sebagai penguat dapat terdiri dari semua transistor

BJT atau semua FET atau kombinasi.

Penguatan total 𝐴𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 dari penguat bertingkat merupakan perkalian seluruh

penguatannya

𝐴𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑉1. 𝐴𝑉2. 𝐴𝑉3. 𝐴𝑉4.… 𝐴𝑉𝑛

dimana n merupakan jumlah tingkatan penguat.

Penguatan sering dinyatakan didalam decibel (dB) seperti berikut

𝐴𝑣 (𝑑𝐵) = 20 log 𝐴𝑣

Sehingga untuk penguatan total dari keseluruhan tingkatan penguat merupakan

penjumlahan dari masing-masing penguat.

𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 𝐴𝑣1(𝑑𝐵) + 𝐴𝑣2(𝑑𝐵) + ⋯ + 𝐴𝑣𝑛(𝑑𝐵)

Sebagai contoh misalnya ada tiga tingkatan penguat dengan nilai sesuai urutan adalah 10,

15, dan 20 kali.

Jumlah total penguat adalah perkalian ketiga penguat yaitu

𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (10)(15)(20) = 3000 𝑘𝑎𝑙𝑖

Dalam dB yaitu

𝐴𝑣1 = 20 log 10 = 20 𝑑𝐵

𝐴𝑣2 = 20 log 15 = 23.5 𝑑𝐵

𝐴𝑣3 = 20 log 20 = 26 𝑑𝐵

Sehingga penguatan total dalam dB

𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 20 + 23.5 + 26 = 69.5 𝑑𝐵

Atau 𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 20 log 3000 = 20 (3.477) = 69.5 𝑑𝐵

Sebagai contoh menggunakan rangkaian berikut

Gambar 6.5 Penguat emitter Bersama dua tingkat

Kapasitor gandeng berfungsi sebagai penggandeng keluaran penguat tahap 1 ke

masukan penguat tahap 2. Kapasitor gandeng mencegah pembiasan DC dari satu tahap

penguat mempengaruhi tahapan penguat lainnya. Akan tetapi melewatkan sinyal AC tanpa

mengalami peredaman pada frekuensi kerjanya karena asumsinya 𝑋𝑐 ≅ 0 𝛺. Dalam

menentukan penguatan tahap 1, harus mempertimbangkan pengaruh pembebanan dari

tahap 2. dalam hal ini semua nilai tahanan masukan penguat tahap 2 muncul sebagai beban

AC dari penguat tahap 1.

Menentukan Tanggapan Frekuensi (Frekuensi Response).

Setiap perubahan frekuensi masukan penguatan transistor akan berubah. Ini disebabkan

faktor-faktor yang ada di dalam transistor (seperti kapasitor sambungan) atau komponen

pendukungnya. Untuk melakukan pengukuran dapat melakukan dengan mengukur

tegangan masukan dan tegangan keluaran, untuk daerah frekuensi yang lebar. Sehingga

diperoleh penguatan tegangan yang turun sebesar 0,707 kali penguatan max. Pada

frekuensi yang penguatan turun sebesar X Vmax adalah batas frekuensi yang diizinkan

lewat (frekuensi cut off).

Pengaruh Frekuensi pada Penguat

Penguat memiliki respon terhadap perubahan frekuensi masukannya yang dinyatakan

sebagai “fungsi penguatan terhadap frekuensi masukan penguat”, sehingga penguatan

mengalami perubahan (penaikan atau penurunan). Perubahan penguatan ini akibat dari

perubahan input frekuensinya disebut tanggapan frekuensi.

Gambar 6.6 Kurva respon frekuensi penguat

Batas frekuensi di f1 & f2 disebut frekuensi cut-off/ setengah daya maksimum Bw=f2 –

f1=fH – FL (menghasilkan lebar pita penguat).Penguatan maksimum selalu terjadi pada

frekuensi tengah. Semakin rendah frekuensi, maka penguatan semakin bertambah

disebabkan oleh faktor reaktansi kapasitif yg besar ( Ce, Cs input & Cc output). Semakin

tinggi frekuensi, penguatan semakin menurunn disebabkan adanya “stray kapasitif

(kapasitor liar) yg semakin kecil (reaktansi kapasitif kecil)” yang dapat membebani

penguatan. Nilai penguatan di titik f1 dan f2 adalah sebesar setengah daya maksimal

keluaran pada frekuensi menengahnya atau sebesar :

𝐶𝑢𝑡 𝑜𝑓𝑓 = 0,707 𝑥 𝐴𝑣(𝑚𝑖𝑑)

Dalam sistem komunikasi, audio, video, satuan penguatan ini dikonversi ke dalam satuan

decibel (dB), besarnya:

Av/Avmid (dB) = 20 log (Av/Avmid )

Analisis Respon Penguat pada Frekuensi Rendah (Low Frequency)

Sisi input (Cs):

Gambar 6.7 Pengaruh frekuensi pada sisi input CS

Sisi input (Cc)

Gambar 6.8 Pengaruh frekuensi pada sisi input CC

Sisi emiter (CE:Kapasitor bypass)

Gambar 6.9 Pengaruh frekuensi pada sisi input CE

Dengan adanya pemasangan kapasitor pada penguat BJT maka kurva respon frekuensi

menujukkan bahwa “antara kapasitor yang terpasang memiliki pengaruh berbeda

terhadap hasil frekuensi cut off-nya”.

ALAT DAN BAHAN

A. Penguat dasar Transistor

1. Catu daya 1 buah

2. Multimeter 1 buah

3. Generator 1 buah

4. Osiloscope 2 kanal 1 buah

5. Transistor BD 135 1 buah

6. Variabel resistor 10K 1 buah

7. Variabel resistor 47K 1 buah

8. Resistor 1K 2 buah

9. Resistor 10K 1 buah

10. Resistor 47K 1 buah

11. Kapasitor 100µF 1 buah

12. Kapasitor 470µF 1 buah

13. Papan percobaan 1 buah

14. Kawat penghubung secukupnya

B. Penguat Bertingkat

1. Catu daya 1 buah

2. Multimeter 1 buah

3. Generator fungsi 1 buah

4. Osiloscope 1 buah

5. Transistor BC 2N3055 1 buah

6. Kapasitor 100µF 1 buah

7. Resistor 10K, 37k, 150 Ohm 1 buah

8. Resistor 1K, 3k3 Ohm 1 buah

9. Pottensiometer 220 Ohm 1 buah

10. Kawat penghubung 1 buah

11. Kapasitor 100µF 2 buah

12. Kapasitor 470µF 2 buah

13. Papan percobaan 1 buah

LANGKAH PERCOBAAN

Catatan:

1. Setiap nilai pengukuran dengan satuan Vpp, maka alat ukurnya adalah Osiloskop

2. Setiap nilai pengukuran selain Vpp, Vp atau Vmaks, maka alat ukur yang

digunakan adalah Multimeter (Voltmeter).

A. Penguat Dasar Transistor

a) Penguatan konfigurasi emiter bersama

Gambar 6.10

1. Jalankan software Multisim hingga akan tampil seperti gambar berikut:

2. Rakitlah rangkaian seperti pada gambar 6.10 di atas.

- Arahkan kursor pada button “Place Source” atau menu Place →

Component →Source seperti tampilan berikut

- Klik button Place Source tersebut hingga muncul tampilan berikut:

- Pilih Power Source→Ground→OK sehingga muncul symbol Ground

pada layar multisim seperti tampilan dibawah ini. Lakukan langkah

yang sama untuk mendapatkan komponen yang berhubungan dengan

source, seperti sumber tegengan DC.

- Pilih komponen2 yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian penguat

emitter bersama dengan memilih menu

Place→Component→Database: Master Database→ Group:

Basic→Resistor→ OK sehingga tampil komponen resistor yang

dibutuhkan. Lakukan hal yang sama untuk komponen Kapasitor dan

Transistor.

➔ Untuk Kapasitor: Pilih menu Place→Component→Database:

Master Database → Group: Basic→Capasitor→ OK

➔ Untuk Transistor: Pilih menu Place→Component→Database:

Master Database→Group: Transistor→ Pilih jenis transistor yang

dinginkan→OK

- Atur tata letak komponen dan hubungkan setiap komponen dengan

komponen lainnya sesuai dengan gambar 6.10 dengan memilih menu

Place→Wire sehingga tampilannya seperti gambar dibawah ini.

- Ganti nilai/label komponen dengan klik 2 kali pada komponen yang akan

diganti nilai/labelnya. Pilih Value untuk mengganti nilai dan Label

untuk mengganti label dari komponen.

- Untuk memberi tanda/text pada terminal input dan output, klik menu

Place → Text

- Setelah rangkaian dihubungkan,maka pengukuran dapat dilakukan.

3. Atur tegangan catu daya atau Vcc sekitar 10V dan hubungkan pada

rangkaian.

Ukur tegangan kolektor, atur R1 atau Potensiometer 10 𝑘Ω hingga

tegangan kolektor atau Vc sekitar 5V, generator sinyal pada kondisi off.

Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan. Untuk menjalankan

rangkaian pilih menu Simulate → Run. Klik 2x gambar multimeter

sehingga akan tampil hasil pengukuran pada layar multimeter.

Catatan: Pada saat mengukur tegangan Vc, posisi positif (+) multimeter

(Voltmeter) pada terminal kolektor sedangkan negatif (-) multimeter pada

ground

4. Pasang osiloskop, kanal 1 pada masukan dan kanal 2 pada keluaran.

5. Hidupkan generator sinyal aturlah frekuensi pada 1KHz dan amplitudo

hingga sinyal masukan atau Vs = 10 mVpp. Diatur tegangan pada function

generator 5 mVp. Sehingga hasilnya = 10 mVpp.

6. Ukurlah tegangan Vin pada basis transistor atau input transistor.

Vin = …… Vpp

7. Baca dan catatlah penunjukan osiloskop untuk tegangan keluaran Vout

Vout = … Vpp

8. Hitunglah penguatan tegangan penguat emiter bersama.

𝐴𝑣 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑉𝑖𝑛

9. Perhatikan gambar sinyal antara masukan dan keluaran. Berapa beda fase

antara keduanya.

𝐵𝑒𝑑𝑎 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑎 = … … .𝑜

10. Gunakan kanal 2 osiloskop untuk mengukur keluaran gelombang sinyal.

Vs = ... Vpp.

11. Hitunglah arus masukan, arus keluaran dan penguatan arus.

𝐼𝑖𝑛 =𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛

𝑅𝑠

𝐼𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑅𝐿

𝐴𝑖 = 𝐼𝑜𝑢𝑡

𝐼𝑖𝑛

12. Hitunglah resistansi masukan penguat.

𝑅𝑖𝑛 = 𝑉𝑖𝑛

𝐼𝑖𝑛

13. Pasangkan variabel resistor 10K pada keluaran, atur resistor tersebut

sampai diperoleh tegangan keluaran setengah dari tegangan sebelumnya

atau tegangan keluaran pada langkah ke 7.

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

2

14. Lepaskan variabel resistor dan ukur nilai resistansinya. (Karena simulasi

cukup mengalikan persentasi variable resistor dengan nilai variable

resistor→ 14% 𝑥 10 𝐾𝑂ℎ𝑚

RL’ = ... Ohm

Resistansi keluaran sama nilainya dengan resistansi beban saat :

𝑉𝑜′ =

𝑉𝑜

2

Rout = ... Ohm

b) Penguatan konfigurasi kolektor bersama

Gambar 6.11

1. Dengan cara yang sama, rakitlah rangkaian seperti pada gambar 6.11 di

atas.

2. Pasangkan osiloskop pada terminal masukan dan keluaran.

3. Hidupkan generator sinyal, atur frekuensi sinyal pada 1Khz dan

amplitudonya atau Vs sehingga menunjuk pada 2 Vpp.

4. Baca dan catat tegangan keluarannya.

5. Hitung penguatan tegangannya.

Vs = 2 Vpp

Vout = ... Vpp

6. Bandingkan sinyal masukan dan keluarannya berapakah beda phasanya.

Beda phasa = .....o

7. Ukur tegangan keluaran dari generator sinyal.

Vs = ...Vpp

8. Ukurlah tegangan Vin pada basis transistor atau penguat.

Vin = ….. Vpp

9. Hitunglah arus masukan, arus keluaran pada penguatan arusnya :

𝐼𝑖𝑛 =𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛

𝑅𝑠

𝐼𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

𝑅𝐿

𝐴𝑖 = 𝐼𝑜𝑢𝑡

𝐼𝑖𝑛

10. Hitunglah resistansi penguat masukan.

𝑅𝑖𝑛 = 𝑉𝑖𝑛

𝐼𝑖𝑛

11. Atur amplitudo generator sinyal sampai tegangan keluaran Vs = 0,1 Vpp.

Pasang variabel resistor pada keluaran, aturlah sampai diperoleh atau

setengah dari Vout pada langlah ke 5:

𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡

2 = ……. Vpp

12. Lepaskan variabel Resistor dan ukur nilai resistansinya.

Rout = RL’ = ....Ohm.

B. Penguatan Bertingkat

a) Penguatan CE satu tingkat

1. Rakitlah rangkaian seperti gambar 6.10, R1 di ganti dengan tahanan 10

Kohm.

2. Aturlah tegangan catu daya 12V hubungkan dengan rangkaian.

3. Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1Khz dengan

amplitude 50 mVpp.

4. Amati bentuk gelombang masukan dan keluaran. Berapakah beda fasanya.

Beda Fase = …o

5. Ukurkah tegangan masukan dan keluarnya.

Vin = …

Vout = …

6. Berapakah penguatan tegangannya

Av = …

7. Lepaskan kapasitor 470 μF pada emitor.

8. Ulangi pengukuran tegangan masukan dan keluarnya.

Vin = …

Vout = …

9. Berapakah penguatan tegangannya.

Av = …

10. Pasang kembali kapasitor pada emitter, naikkan amlitudo generator fungsi

sampai tegangan keluaran mulai distorsi (terpotong).

11. Ukur tegangan masukan dan keluarnya serta hitung penguatannya.

Vin = …

Vout = …

Av = …

12. Matikan semua peralatan yang diperlukan.

b) Penguatan RC dua tingkat

Gambar 6.13

1. Rakitlah rangkaian seperti gambar 6.13.

2. Atur tegangan catu daya 12V, hubungkan dengan rangkaian.

3. Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1 KHz dengan

amplitude 100 mVpp.

4. Ukurlah tegangan masukan, keluaran TR1, dan tegangan keluaran TR2.

Vin = …

Vout 1 = … 𝑉𝑜𝑢𝑡1

Vout 2 = …

5. Hitunglah penguatan dari TR1 dan TR2 dan penguat bertingkat.

Av 1 = …

Av 2 = …

Av = ….

6. Dengan menggunakan multimeter ukurlah tegangan DC pada base emitter

dan kolektor emitter masing-masing transistor.

VCE 1 = … , VCE 2 = …

VBE 1 = … , VBE 2 = …

7. Gantilah R 15K (pada base TR2) dengan R 3K3.

8. Amati gambar keluaran dengan osiloskop, gambarkan.

9. Ulangi pengukuran seperti padalangkah 6.

VCE 1 = … , VCE 2 = …

VBE 1 = … , VBE 2 = …

10. Kembalikan lagi R 15K sehingga tegangan keluaran menjadi tidak distorsi.

11. Ukurlah frekuensi respon penguat dengan mengukur tegangan keluaran

sebagai fungsi dari frekuensi untuk tegangan masukan konstan. Isikan

dalam tabel berikut :

Frek (Hz) Vin Vout Av

10

30

50

100

300

500

1K

3K

5K

10K

30K

50K

100K

300K

PENGUJIAN DAN HASIL

A. Penguat dasar Transistor

a. Hasil pengujian Penguat konfigurasi emiter bersama

b. Hasil Pengujian Penguat konfigurasi kolektor bersama

B. Penguatan Bertingkat

a. Hasil Pengukuran Penguatan CE Bersama

b. Hasil Pengukuran Penguatan RC 2 Tingkat

Penguatan pada frek. 10 Hz

Penguatan pada frek 1 KHz

Penguatan pada frek 3 KHz

Penguatan pada frek 500 KHz

TUGAS DAN PERTANYAAAN

a) Penguat dasar Transistor

1. Pada percobaan penguat konfigurasi base bersama dan emitor bersama,

dilakukan pengaturan tegangan kolektor sebesar 5V (Vcc/2). Apa

maksudnya !

2. Apa fungsi dari kapasitor 470 F pada penguatan konfigurasi basis bersama.

3. Beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran pada konfigurasi

emitter bersama adalah 180. Jelaskan bagaimana ini bisa terjadi !

4. Pada pengukuran resistansi keluaran, diperlukan resistor variable untuk

memperoleh tegangan keluaran berkurang menjadi setengahnya. Mengapa

hal ini bisa dipergunakan, teorema apa yang digunakan !

5. Pada pengukuran resistansi keluaran untuk konfigurasi kolektor bersama,

tegangan masukan harus diturunkan menjadi 0,1 Vpp. Jelaskan dan jika

tidak terjadi apa yang terjadi !

6. Dari hasil pengukuran, konfigurasi mana yang menghasilkan penguatan

arus paling besar ? apakah ini sesuai teori, jelaskan !

7. Adakah perbedaan antara resistansi masukan rangkaian penguat dengan

resistansi masukan transistor ! jika ada jelaskan dan beri contoh salah satu

perhitungannya.

8. Rangkumkan hasil pengukuran parameter dari ketiga jenis penguat dan beri

kesimpulan dari hasil percobaan di atas.

b) Penguatan bertingkat

1. Apabila hasil pengukuran tegangan pada penguat salah satu tingkat sesuai

dengan teori, beri penjelasan !

2. Apa pengaruh kapasitor emitter (Ce) terhadap penguatan tegangannya !

3. Pada saat amplitude masukan dinaikkan, tegangan keluaran akan terpotong,

jelaskan !

4. Pada penguat RC 2 tingkat apakah terjadi perbedaan penguat antara TR1

dan TR2 !

5. Pada saat resistansi base 15K diganti, gelombang keluaran menjadi cacat

(distorsi), mengapa ?

6. Gambarkan grafik frekuensi respon dan tentukan batas-batas frekuensi cut

offyta.