percobaan iii eldas

PERCOBAAN IIIKARAKTERISTIK BJT, BJT SEBAGAI SAKLAR DAN PENGUAT

3.1 Tujuan Percobaan1. Memeriksa serta menentukan jenis dari BJT (NPN dan PNP).

2. Meneliti dan mempelajari karakteristik BJT.

3. Mengetahui karakteristik transistor sebagai penguat dan sebagai saklar

3.2 Tinjauan Pustaka3.2.1 BJT (Bipolar Junction Transistor)

BJT (Bipolar Junction Transistor) Transistor ini adalah transistor yang

dapat kita umpmakan sebagai dua buah dioda yang terminal positif atau

negatifnya disatukan sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah

basis (B), emitter (E), kolektor (C). BJT ini terdiri dari 2 tipe, yakni NPN dan PNP.

1. NPN (Negatif – Positif – Negatif) atau N-Chanel. Transistor tipe NPN ini dapat

kita umpamakan dua buah diode yang terminal positinya bertemu, kemudian

pertemuannya itu dinamakan basis (B) sedangkan yang 2 terminal lainnya

adalah emitter (E) dan colector (C). Lihat gambar dibawah ini:

Gambar 3.1 BJT NPN

2. PNP (Positif – Negatir – Positif) atau P-Chanel. Transistor tipe PNP ini dapat

kita umpamakan dua buah diode yang terminal negatifnya bertemu,

kemudian pertemuannya itu dinamakan basis (B) sedangkan yang 2 terminal

lainnya adalah emitter (E) dan colektor (C). Lihat gambar dibawah ini :

Gambar 3.2 BJT PNP

Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC),

arus Basis (IB), dan arus emitter (IE), yaitu beta ( β ) = penguatan arus DC

untuk common emitter, alpha (α) = penguatan arus untuk common basis,

dengan hubungan matematis sebagai berikut :

IE = IC + IB

αde = IC ; βde = hFE = IC ; βde = αde

IE IB 1 - αde

3.2.2 Pengujian dan Penentuan BJT Menguji karakteristik statis BJT akan digambarkan dengan dua cara yaitu

1. Pengukuran dengan Multimeter.

Karakteristik digambarkan menggunakan kertas milimeter blok dengan

mengukur besar arus dan tegangan.

a. Karakteristik IC terhadap VCE dengan mengukur masing-masing besaran

atau [Ie = f(VCE)].

b. Karakteristik VBE terhadap IB untuk berbagai nilai VBE atau [VBE = f(IB)].

c. Karakteristik hFE terhadap IC atau hFE = f(IC).

2. Pengukuran dengan Osiloskop

Pada pengukuran ini hanya akan mengukur karakteristik IC terhadap VCE

untuk berbagai nilai IB.

Input vertikal (Y) dari osiloskop digunakan untuk mengamati besarnya IC

yaitu dengan cara mengukur tegangan pada RC. Sedangkan Input horisontal (X)

dari osiloskop, digunakan untuk mengamati besarnya VCE. Gambar yang

terbentuk pada layar osiloskop, sumbu horisontal ke kiri adalah tegangan positif,

sedangkan arah kanan adalah negatif.

3.2.3 Konfigurasi Common Basis (CB):Basis adalah common/bersama antara Input dan output atau Basis paling

dekat atau pada ground.

Panah pada simbol grafis menyatakan arah arus emiter (arus

konvensional) melalui device. Karakteristik/watak Input/titik driving untuk CB Si

ialah :

………………………………………..(3.1)

……………(3.2)

Gambar 3.3 Grafik Karakteristik CB Silikon

Menghubungkan arus Input IE dengan tegangan Input VBE untuk bermacam level

tegangan output VBC. Karakteristik kolektor atau output untuk CB ialah :

Gambar 3.4 Grafik Karakteristik Kolektor Output CB

Saturasi: JE , JC , di VF.

Aktif : JE di VF , JC di VR.

Cutoff: JE & JC VR.

VBE = 0,7 V

VCE = 0,2 V

VBC = 0,5 V

Karakteristik output menghubungkan arus output IC dengan tegangan

output VBC untuk bermacam level arus Input IE .

3.2.4 Bias dalam Transistor BJT

Analisis atau desain terhadap suatu penguat transistor memerlukan

informasi mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC. Kedua

mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap desain maupun

sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi

respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya.

Dalam mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB

yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan persamaan di atas

bisa digunakan untuk mencari besaran yang diinginkan. Titik Operasi (Q) Bias

pemberiaan tegangan DC untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap.

Tegangan dan arus yang dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point)

atau titik Q yang menentukan daerah kerja transistor.

Pada gambar di bawah di tunjukkan 4 buah titik kerja transistor.

Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titik-titik

tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh

Ic max dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pc max. BJT bisa di-

bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa memperpendek usia piranti

atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi tanpa bias, piranti tidak bekerja,

hasilnya adalah titik A dimana arus dan tegangan bernilai nol.

Gambar 3.1 Grafik Bias

Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif), beberapa

syarat berikut harus dipenuhi :

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias).

- Junction base-collector dibias mundur (reverse bias).

Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) ditentukan oleh bias

yang diberikan pada masing-masing junction :

1. Daerah aktif/daerah linear

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias)-


2. Daerah saturasi

- Junction base-emitter dibias maju (forward bias).

- Junction base-collector dibias maju (forward bias)

3. Daerah cut-off.

- Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias)


3.2.3.1 Fixed BiasBias model ini ditunjukkan pada gambar berikut.

Gambar 4.2 Bias Model

Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor pnp,

persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus dan polaritas

tegangan berlawanan. Untuk analisis DC, rangkaian bisa di-isolasi (dipisahkan)

dari Input AC dengan mengganti kapasitor dengan rangkaian terbuka (open

circuit). Untuk tujuan analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua,

masing-masing untuk Input dan output. Rangkaian pengganti DC menjadi :

Gambar 4.3 Bias Model npn

3.2.3 Bias Maju Basis-Emittera. Loop basis-emitter :

Gambar 4.4 Loop Basis Emitter

Dengan hukum tegangan Kirchhoff :

VCC + IBRB + VBE = 0........................................(3.3)

Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi :

Dan, VBE = VB - VE

b. Loop collector-emitter

VCE = VCC – ICRC

VCE = VC - VE

Saturasi transistor Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi

dibias mundur

VCE = 0 V ICsat = VCC/RC

3.2.4 Bias Emitter stabil

Gambar 4.5 Bias Emitter Stabil

……………………………..(3.4)

………………….………..(3.5)

……………………………………………………..……..(3.6)

………………………………………………………..…..(3.7)

………………………………………………………..(3.8)

a. Loop Base-emitter

VCC – IBRB – VBE – IERE = 0

b. Loop collector - Emitter

VCC = IERE + VCE + ICRC

Saturasi :

I c sat=V CC

(RC+RE)

3.2.5 Bias Pembagi Tegangan

Gambar 4.6 Bias Pembagi Tegangan

3.2.6 Bias dengan umpan balik

Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan

balik dari collector menuju base.

…..……………………..…..(3.10)

..…..…….………..(3.9)

……..………………..(3.11)

……………………………..(3.12)

Gambar 4.7 Bias Dengan Umpan Balik

Persamaan tegangan untuk Loop di sebelah kiri (Loop base-emitter) :

V CC−I'C RC−IB RB−V BE−IE RE=0……………..……(3.13)

Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan

I 'C, dimana :

I 'C=I B+ IC…………………………..….…….(3.14)

Tapi nilai I+ yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh

persamaan yang lebih sederhana (asumsi I 'C ≅ IC ≅ βIB dan IC ≅ IE) :

V CC−β I B RC−IB RB−V BE−β I BRE=0…………..……..(3.15)

V CC−V BE−β IB(RC+RE)−β IBRB=0………….………(3.16)

Sehingga :

a. Loop collector-emitter

……………………………….…..………..(3.17)

Gambar 4.8 Loop collector-emitter

IERE + VCE + I’CRC = VCC…………………………(3.18)

Dengan I’C ≅ IC dan IC ≅ IE maka

VCC = IC (RC + RE) + VCE………..…………………(3.19)

VCE = VCC - IC (RC + RE)……………………….…..(3.20)

3.2.7 Transistor Sebagai SaklarJika sebuah transistor digunakan sebagai saklar, maka transistor tersebut

hanya dioperasikan pada salah satu dari dua kondisi (mode), yaitu kondisi

saturasi (jenuh) dimana transistor seperti saklar tertutup atau kondisi cut off

(tersumbat) dimana transistor sebagai yang terbuka. Sedangkan jika transistor

bekerja pada on atau off, maka transistor akan bekerja sebagai penguat yaitu jika

VBE transistor lebih besar 0,5 volt dan lebih kecil dari 0,8 volt.

Ketika transistor berada dalam kondisi saturasi, maka :

1. Arus pada kolektor maksimum, Ic = Ic (sat).

2. Tegangan pada terminal kolektor emitter, Vce = 0 volt

3. Tegangan pada beban yang dihubungkan seri dengan terminal

kolektor = Vce.

Sedangkan transistor dalam keadaan cut off, maka :

1. Tidak ada arus yang mengalir dikolektor IC = 0 volt.

2. Tegangan pada terminal kolektor emitter dengan VCE, yaitu VCE = VCE.

3. Tegangan pada beban dihubungkan seri pada kaki kolektor adalah nol.

Dalam merancang rangkaian transistor sebagai saklar maka agar saklar

dapat menutup, harga IB > IB (sat) untuk menjamin dapat mencapai saturasi penuh.

Sebuah saklar ideal harus mempunyai karakteristik pada keadaan “off” ia tidak

dapat dilalui arus sama sekali dan pada keadaan “on” ia tidak mempunyai

tegangan drop. Komponen transistor dapat berfungsi sebagai saklar, walaupun

bukan sebagai saklar ideal. Untuk dapat berfungsi sebagai switch, maka titik

kerja transistor harus dapat berpindah-pindah dari daerah saturasi (saklar dalam

keadaan “on”) ke daerah cut-off (saklar dalam keadaan “off”). Untuk jelasnya lihat

gambar di bawah ini.

Gambar 4.9 Kurva Daerah Kerja Transistor

3.3 Daftar Komponen dan Alat1. Modul praktikum elektronika dasar

2. Osiloskop dua channel 1 buah

3. Multimeter analog maupun digital 2 buah

4. Variable Power supply 2 buah

5. Kertas milimeter block Secukupnya

6. Disket 3½ “ 1,44 MB

7. Flash disk

8. Mistar

9. Datasheet transistor yang digunakan

3.4 Cara Kerja

3.4.1 Pengujian kondisi BJT

1. Untuk BJT periksalah kondisi transistor, dengan cara memeriksa

dioda emitter dan dioda kolektor dari transistor.

2. Isilah tabel 3.1.

Tabel 3.1 Resistansi dioda BJT

No.

BJT Avo Hambatan Dioda Keadaan Keterangan

No Type Meter Basis Emitter

Basis Kolektor Baik Buruk

1. BC547 NPN Analo

g

2. BC557 PNP Analo

g

3.4.2 Karakteristik BJT Dengan Multimeter

1. Buat rangkaian seperti pada gambar 3.1.

2. Aturlah tegangan catu basis dan tegangan catu kolektor sehingga

didapatkan harga-harga IB dan VCE sesuai dengan tabel 3.2.

3. Gunakan multimeter digital untuk mengukur IB (Tegangan dari RB),

IC (tegangan dari RC), dan VCE.

4. Catat pengamatan anda pada tabel 3.2.

NPN

BC 547

VCC

VCE

BE

IB

Q1RB

VBB

RC

Gambar 3.5 Rangkaian karakteristik BJT dengan Multimeter

Tabel 3.2 Hasil pengamatan karakteristik BJT dengan Multimeter

IB

mA

VCE

VIe VBE IE βdc αdc

Keterangan

0.0

0.1

0.2

0.5

1.0

3.3 Daftar Komponen dan Alat

1. Modul praktikum elektronika dasar.

2. Multimeter digital 2 buah

3. Variable Power supply 2 buah

4. Kertas milimeter block Secukupnya

5. Multimeter

6. Oscilloscope

7. Kabel penghubung

8. Disket 3½ “ 1,44 MB

9. Flash disk

10. Mistar

11. Datasheet transistor yang digunakan

3.4 Cara Kerja

3.4.1 Fixed Bias Confoguration

1. Sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya hFE atau βde

transistor dengan multimeter digital.

2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 3.10

3. Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit

(agar transistor dingin).

4. Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari IB, IC,

VCE, dan VBE.

5. Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 3.1

120K Ω72K Ω RC

RB

Gambar 3.10 Konfigurasi Fixed Bias

Tabel 3.1 Hasil Pengamatan hFE Fixed bias

Waktu(menit) IB IC VCE VBE

βde

Keterangan

0

2

5

3.4.2 Emitter Stabilized Bias







VCE, dan VBE.


Gambar 3.11 Konfigurasi Emitter stabilized bias

Tabel 3.2 Hasil Pengamatan hFE Emitter Stabilized Bias

Waktu(menit) IB IC VCE VBE βde Keterangan

0

2

5

3.4.3 Voltage Divider Bias







VCE, dan VBE.


12 VBC 547

33 ΩR

β

CAPACITO

4.7 C

Q

100 Ω15K Ω RR

4.7

CAPACITOV

C

BC 547CAPACITO

4.7 C

Q

100 Ω15K Ω RR

C

Gambar 3.12 Konfigurasi Voltage Divider Bias

Tabel 3.3 Hasil Pengamatan hFE Voltage Divider Bias


βde

Keterangan

0

2

5

3.4.4 Voltage Collector Feedback Bias







VCE, dan VBE.


BC 547

CAPACITOR

4.7 µFC2

V0

RC 100 Ω

BC 547

28K ΩRF

RESISTOR4.7 µF

C1

Gambar 3.13 Konfigurasi Voltage Collector Feedback Bias

Tabel 3.4 Hasil Pengamatan hFE Voltage Collector Feedback Bias


βde

Keterangan

0

2

5

3.4.5 Emitter Follower

1. Hubungkan kabel AC ke sumber AC.

2. Gunakan gambar 3.14 untuk memandu percobaan.

3. Gunakan kabel penghubung untuk membuat rangkaian seperti pada

gambar di bawah.

+ -

+ -

V S V in

B A C1

R1

R 23K3

R LO UT

C2

S1

1000 Hz

1 K

500 O hm

470K

Q 22N 21

12 V

Gambar 3.14 Emitter - Follower

4. Buka saklar S2 dan S3, tutup saklar S1

5. Hidupkan power supply

6. Atur function generator pada output nol. Hubungkan oscilloscope

pada titik DF dan atur penunjukan yang paling tepat.

7. Tutup S1, perlahan-lahan naikkan penguatan pada function generator

sampai 150 MV, perhatikan pada oscilloscope.

8. Catat hasilnya pada tabel 3.5

Tabel 3.5 Hasil Pengamatan hFE Emitter Follower

Vout

(V)

Vin

(V)

Gain

Vout/Vin

VAB

(V)

Iin

(A)

Rin

(Ohm)

P

(Watt)

9. Ukur dan catat tegangan Input pada titik AC.

10. Hitung dan catat penguatan tegangan Vout / Vin

+ -

+ -

V S V in

B A C1

R1

R 23K3

R LO UT

C2

S1

1000 Hz

1 K

500 O hm

470K

Q 22N 21

12 V

22 F100 F

percobaan iii eldas

Documents