PRAKTIKUM TEKNIK BIOMEDIS

PETUNJUK PRAKTIKUM

P

RAKTIKUM

TEKNIK BIOMEDIS

Laboratorium Dasar

Teknik Elektro

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

P

ETUNJUK

P

RAKTIKUM

EB2200 TEKNIK

BIOMEDIS

edisi 2016/2017

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2017

Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini

Mervin Hutabarat

Amy Hamidah Salman

Esha Ganesha

Rizki Ardianto Priramadhi

Narpendyah Wisjnu Ariwadhani

Ardy Pratama

Harry Septanto

Eric Agustian

Muhammad Luthfi

Muh. Zakiyullah R.

Sandra Irawan

Nina Lestari

Adji Gunhardi

D

AFTAR

K

ONTRIBUTOR

Daftar Kontributor... i

Daftar Isi ... ii

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ... iii

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ... v

Tabel Sanksi Praktikum ... viii

Percobaan 1 Penguat Satu Tingkat ... 1

Percobaan 2 Tahap Output Penguat Daya ... 21

Percobaan 3: Penguat Diferensial ... 31

Percobaan 4: Penguat dengan Umpan Balik ... 39

Percobaan 5: Osilator ... 49

Lampiran A Analisis Rangkaian dengan SPICE ...65

Lampiran B Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik pada Breadboard ...69

Lampiran C Resistor, Op-Amp, dan Inverter ...74

1.

K

ELENGKAPAN

Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/ rok, kemeja dan mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan berikut:

1. Modul praktikum

2. Buku Catatan Laboratorium (BCL) 3. Alat tulis dan kalkulator

4. Kartu Nama (Name tag) 5. Kartu Praktikum.

2.

P

ERSIAPAN

/ S

EBELUM

P

RAKTIKUM

Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut:

1. Membaca dan memahami isi modul praktikum,

2. Mengerjakan hal-hal yang harus dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan, misalnya mengerjakan perhitungan, menyalin source code, mengisi kartu [raktikum dlsb., 3. Mengisi daftar hadir di Tata Usaha Laboratorium,

4. Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker.

3.

S

ELAMA

P

RAKTIKUM

Setelah dipersilahkan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah: 1. Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu sebaik-baiknya, diawali

dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu, 2. Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten,

3. Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium. (lihat Petunjuk Penggunaan BCL) tentang hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.

4.

S

ETELAH

P

RAKTIKUM

Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus 1. Memastikan BCL telah ditandatangani oleh asisten,

2. Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali),

3. Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan Laporan),

A

TURAN

U

MUM

4. Mengumpulkan file laporan melalui web praktikum.ee.itb.ac.id. Waktu pengumpulan paling lambat jam 11.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum, kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/ atau Asisten.

5.

P

ERGANTIAN

J

ADWAL

5.1.

Kasus Biasa

Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut:

1. Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman Panduan 2. Setiap praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke

labdasar@stei.itb.ac.id. Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, sehari sebelum praktikum yang dipertukarkan.

3. Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar

5.2.

Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya

Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak pribadi.

1. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui email. 2. Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat

mengikuti praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan pribadi.

6.

K

ASUS

”

KEPENTINGAN MASSAL

”

”Kepentingan massal” terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait kegiatan akademis, misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Isilah Form Pergantian Jadwal dan serahkan pada TU Lab. Dasar secepatnya. Jadwal praktikum pengganti satu hari itu akan ditentukan kemudian oleh Kordas praktikum yang bersangkutan.

7.

S

ANKSI

1.

K

ESELAMATAN

Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman.

1.1.

Bahaya Listrik

Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan pada asisten.

1. Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll.

2. Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri atau orang lain.

3. Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu. 4. Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum.

Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi:

1. Jangan panik,

2. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan di meja praktikan yang tersengat arus listrik,

3. Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik, 4. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang

terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik.

1.2.

Bahaya Api atau Panas berlebih

1. Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila tidak disyaratkan dalam modul praktikum.

2. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas yang berlebihan.

3. Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih pada diri sendiri atau orang lain.

4. Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas praktikum. Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas berlebih:

1. Jangan panik,

P

ANDUAN

U

MUM

K

ESELAMATAN DAN

2. Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih,

3. Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing, 4. Menjauh dari ruang praktikum.

1.3.

Bahaya Lain

Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan perhatikan juga hal-hal berikut:

1. Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan.

2. Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll.

3. Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai

4. Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum.

1.4.

Lain-lain

Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum.

2.

P

ENGGUNAAN

P

ERALATAN

P

RAKTIKUM

Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum: 1. Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk/ prosedur pengguna-an tiap

alat itu. Petunjuk/ prosedur penggunaan beberapa alat praktikum ada di kuliah praktikum bersangkutan dan di http://labdasar.ee.itb.ac.id.

2. Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasanya tertera pada badan alat.

3. Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.

4. Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.

5. Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam, api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat tersebut. 6. Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau

sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan.

7. Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut.

3.

S

ANKSI

vii

Tabel Sanksi Praktikum

Tabel Sanksi Praktikum

Lab Dasar Teknik Elektro

Berlaku mulai: 29 Agustus 2016

Catatan:

1. Pelanggaran akademik menyebabkan gugur praktikum, nilai praktikum E

2. Dalam satu praktikum, praktikan maksimal boleh melakukan

a. 1 pelanggaran berat dan 1 pelanggaran ringan; atau

b. 3 pelanggaran ringan

3. Jika jumlah pelanggaran melewati point 2, praktikan dianggap gugur praktikum.

4. Praktikan yang terkena sanksi gugur modul wajib mengganti praktikum pada hari

lain dengan nilai modul tetap 0. Waktu pengganti praktikum ditetapkan bersama asisten. Jika praktikan tidak mengikuti ketentuan praktikum (pengganti) dengan baik, akan dikenakan sanksi gugur praktikum.

5. Setiap pelanggaran berat dan ringan dicatat/diberikan tanda di kartu praktikum

6. Waktu acuan adalah waktu sinkron dengan NIST

7. Sanksi yang tercantum di tabel adalah sanksi minimum.

8. Sanksi yang belum tercantum akan ditentukan kemudian.

Level

Kasus

Sanksi

Pengurangan

_{nilai per}

modul

Akademik

Saat dan setelah praktikum

Semua kegiatan plagiasi (mencontek): tugas pendahuluan, test dalam praktikum, laporan praktikum

Gugur praktikum Sengaja tidak mengikuti praktikum

Berat Saat praktikum

Tidak hadir praktikum Terlambat hadir praktikum

Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu Gugur modul Tugas pendahuluan tidak

dikerjakan/hilang/tertinggal

Ringan

Saat Praktikum

Pertukaran jadwal tidak sesuai

aturan/ketentuan -25 nilai akhir

Tidak mempelajari modul sebelum praktikum/tidak mengerti isi modul

Dikeluarkan

dari praktikum -25 nilai akhir

BCL tertinggal/hilang -100% nilai BCL

Name Tag tertinggal/hilang -10 nilai akhir Kartu praktikum tertinggal/hilang -25 nilai akhir Kartu praktikum tidak lengkap data dan

foto -10 nilai akhir

Loker tidak dikunci/kunci tertinggal -10 nilai akhir

Setelah Praktikum

Tidak minta paraf asisten di

BCL/kartu praktikum -25 nilai akhir

Terlambat mengumpulkan laporan -1/min nilai akhir, _{maks -50} Terlambat mengumpulkan BCL -1/min nilai BCL, _{maks -50} Tidak bawa kartu praktikum saat

pengumpulan BCL -50 nilai BCL

Tidak minta paraf admin saat

Tujuan



Memahami karakteristik transistor BJT



Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan



Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat



Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter, Common

Base, dan Common Collector



Mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor

penguatan dari masing-masing konfigurasi penguat

Persiapan

Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini.

Transistor BJT

Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Terdapat dua

jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan

unipolar. Dalam hal ini akan kita pelajari transistor bipolar. Transistor bipolar terdiri atas

dua jenis, bergantung susunan bahan yang digunakan, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol

hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditujukkan oleh gambar berikut ini.

Transistor BJT NPN

Transistor BJT PNP

P

ERCOBAAN

1

Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (I

C

), arus Basis (I

B

),

dan arus emitor (I

E

), yaitu beta (



) = penguatan arus DC untuk common emitter, alpha

(



)= penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut.

B C I I 



dan

E C I I 



,

sehingga

1  

















1

Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dan tegangan

pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan

ground), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Dari Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu:



Karakteristik I

C

- V

BE



Karakterinstik I

C

- V

CE

Kurva Karakteristik I

C

- V

BE

Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan V

BE

, sesuai dengan

persamaan:

VBE kT ES

C I e

I  /

. Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti

Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan

kemiringan dari kurva di atas, yaitu

BE C m V I g   

Kurva Karakteristik I

C

– V

CE

Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja)

transistor dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu daerah aktif, saturasi, dan cut-off.

Persyaratan kondisi ketiga mode kerja ini dapat dirangkum dalam tabel berikut ini.

Mode

kerja

I

C

V

CE

V

BE

V

CB

Bias B-C Bias B-E

Aktif

=



.I

B

=V

BE

+V

CB

~0.7V

0

Reverse Forward

Saturasi

Max

~ 0V

~0.7V

-0.7V<VCE<0

Forward Forward

Cut-Off

~ 0

=V

BE

+V

CB

0

0

-

-

Dalam kurva I

C

-V

CE

mode kerja transistor ini ditunjukkan pada area-area dalam gambar

berikut ini.

Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai

penguat, transistor harus berada dalam kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan

memberikan bias pada transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus yang

konstan pada basis atau pada kolektor.

Untuk kemudahan, dalam praktikum ini akan digunakan sumber arus konstan untuk

“memaksa” arus kolektor agar transistor berada pada kondisi aktif. Jika pada kondisi aktif

transistor diberikan sinyal (input) yang kecil, maka akan dihasilkan sinyal keluaran

(output) yang lebih besar. 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-Emitter (CE),

Common-Base (CB), dan Common-Collector (CC). Konfigurasi umum transistor bipolar

penguat ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Untuk membuat penguat CE, CB, dan CC, maka terminal X, Y, dan Z dihubungkan ke

sumber sinyal atau ground tergantung pada konfigurasi yang digunakan.

Konfigurasi Common Emitter

Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang sedang, transkonduktansi yang tinggi,

resistansi output yang tinggi dan memiliki penguatan arus (A

I

) serta penguatan tegangan

(A

V

) yang tinggi. Secara umum, konfigurasi common emitter digambarkan oleh gambar

Untuk menentukan penguatan teoritis-nya, terlebih dahulu akan kita hitung resistansi

input dan outputnya. Resistansi Input (Ri) adalah nilai resistansi yang dilihat dari masukan

sumber tegangan v

i

. Perhatikan bahwa Rs adalah resistansi dalam dari sumber tegangan.

Sedangkan Resistansi Output (Ro) adalah resistansi yang dilihat dari keluaran.

Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model-π, maka rangkaian dapat menjadi

seperti gambar berikut ini.

Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah:

R

i

= R

B

// r

π

Jika R

B

>> r

π

maka resistansi input akan menjadi :

R

i

≈ r

π

Kemudian, untuk menentukan resistansi output konfigurasi CE, kita buat Vs = 0, sehingga

g

m

v

π

= 0, maka:

R

O

= R

C

// r

o

untuk komponen diskrit yang R

C

<< r

o

, persamaan tersebut menjadi

R

O

≈ R

C

Dan untuk faktor penguatan tegangan, Av merupakan perbandingan antara tegangan

keluaran dengan tegangan masukan:

S o v R r r RL RC A    



( // // )

Jika terdapat resistor R

e

yang terhubung ke emiter, maka berlaku:

Ri = R

B

//r

π

(1 + g

m

R

e

)

R

O

≈ R

C e e v R r RL RC A    //

Konfigurasi Common Base

Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang kecil dan menghasilkan arus kolektor yang

hampir sama dengan arus input dengan impedansi yang besar. Konfigurasi ini biasanya

digunakan sebagai buffer. Konfigurasi common base ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah:

R

i



r

e

Resistansi outputnya adalah:

R

_o



RC

Faktor penguatan keseluruhan adalah:

Gm(RC//RL)

R R R Av i  

Konfigurasi Common Collector

Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik untuk digunakan pada

beban dengan resistansi yang kecil. Oleh karena itu, konfigurasi ini biasanya digunakan

pada tingkat akhir pada penguat bertingkat. Konfigurasi common collector ditunjukkkan

oleh gambar berikut ini.

Pada konfigurasi ini berlaku:

Resistansi input:

R

i



r





(





1

)

R

L

Resistansi output:

1 ) // (  



RB R r R s e o

Faktor penguatan:

o L L R R R Av  

Alat dan Komponen yang Digunakan



Sumber tegangan DC



Generator Sinyal



Kit Penguat Transistor



Sumber arus konstan



Multimeter (3 buah)



Sumber arus konstan



Kabel-kabel



Resistor Variabel



Osiloskop

Langkah Percobaan

Memulai Percobaan

1.

Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer

2.

Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki-kaki transistor BJT yang digunakan

secara bebas (warna tidak berpengaruh).

3.

Buka aplikasi DCA pro yang tersedia di komputer

4.

Pastikan DCA Pro connected pada pojok kiri bawah layar

5.

Tekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro.

6.

Perhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki BJT yang terbaca oleh alat Atlas

DCA Pro.

Gambar PEAK Atlas DCA Pro

Gambar Icon DCA Pro

Gambar Jendela Aplikasi DCA Pro

Karakteristik Input Transistor I

C

-V

BE

1.

Buka tab Graph BJT I

c

/V

BE

,

atur pengaturan tracing Vcc 0-10V dengan point 11, I

B

25-100µA kemudian klik Start. Tunggu proses tracing.

2.

Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis.

3.

Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save

Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy

seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet.

Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini.

Karakteristik Output Transistor I

C

-V

CE

1.

Buka tab Graph BJT I

c

/V

CE

,

atur pengaturan tracing Vcc 0-10V dengan point 11, I

B

seluruh data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet.

Lakukan analisis lebih mendalam pada data ini.

Early Effect

Dengan menggunakan hasil pengamatan grafik sebelumnya

1.

Pilihlah nilai arus basis (I

B

) dari grafik curve tracer yang kemiringan kurva-nya

cukup besar

2.

Pada kurva I

C

-V

CE

itu, pilihlah dua titik koordinat yang mudah dibaca, dan masih

dalam garis lurus. Baca dan catat nilai I

C

dan V

CE

pada kedua titik tersebut.

3.

Hitunglah nilai tegangan Early dengan persamaan berikut :

𝑉

_𝐴

=

𝑉

𝐶𝐸2

𝐼

𝐶1

− 𝑉

𝐶𝐸1

𝐼

𝐶2

𝐼

_𝐶2

− 𝐼

_𝐶1

Dan catat di BCL anda.

4.

Pilih nilai arus basis (I

B

) yang lain, dan lakukan langkah 1 s/d 3 diatas untuk

mengkonfirmasi nilai tegangan Early yang sudah didapatkan.

Pengaruh Bias pada Penguat Transistor

1.

Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan

menyambungkannya ke osiloskop)

a.

Gelombang Sinusoid ~1KHz.

b.

Amplituda sinyal 50 mVpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang

kecil)

c.

Gunakan T konektor pada terminal output.

2.

Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini.

B C E Sumber Arus A RC -Generator Sinyal 9Vdc + -+ -VA VCE1 VCE2 vCE iC IC2 IC1 0 10 V

3.

Hubungkan Osiloskop ke rangkaian :

-

Ch-1 (X) ke Generator Sinyal dengan kabel koaksial konektor BNC-BNC,

-

Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C,

-

Ground osiloskop ke titik E.

4.

Gunakan setting osiloskop :

-

Skala Ch-1 pada nilai 10mV/div dengan kopling AC,

-

Skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC,

-

Osiloskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500µS/div.

-

Titik nol Ch-1 dan titik nol Ch-2 pada garis tengah layar.

5.

Gunakan multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari V

CE

.

6.

Set I

B

pada 25µA (minimum sumber arus).

7.

Set R

C

minimum (short).

8.

Baca dan catat tegangan V

CE

kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan

output V

CE

yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk

gelombang output.

9.

Dari nilai I

B

dan V

CE

yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik

I

C

-V

CE

yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan

mengapa distorsi pada langkah-8 terjadi.

10.

Ulangi langkah 7-10. Untuk nilai-nilai I

B

: 200µA dan 400µA.

11.

Ubah nilai R

C

menjadi 5KΩ. Ulangi langkah 8-10 untuk nilai R

C

ini.

12.

Ubah nilai I

B

menjadi 150µA. Atur nilai R

C

sehingga V

CE

yang terbaca di multimeter

sekitar 5V. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop. Dari nilai I

B

dan V

CE

yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik I

C

-V

CE

yang

telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa

kondisi ini terjadi.

13.

Naikkan amplitude input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada

gelombang tegangan output (V

CE

). Catat besar amplituda input dan gambarkan

bentuk gelombang outputnya.

14.

Naikkan lagi amplituda input. Amati apakah amplituda gelombang output masih bisa

membesar, dan catat nilai maksimum amplituda tersebut.

Tegangan Bias dan Parameter Penguat

1.

Susun rangkaian seperti gambar di bawah dengan nilai-nilai komponen sebagai

berikut:

V

VCC

F

C

C

C

k

RE

k

RC

k

RL

k

RB

k

RB

N

Q

10

10

3

2

1

1

10

10

20

2

150

1

2222

2

































3.

Ukurlah I

C

, I

B

dan I

E

dan catat pada tabel di bawah ini. Kemudian dengan nilai

tersebut dan nilai komponen yang digunakan

hitung

parameter-parameter

transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini dan tuliskan pada

tabel yang tersedia

Besaran Ukur

Nilai

I

C

I

B

I

E

Parameter

Formula

Nilai

Model Ekivalen Transistor

RE 1kΩ Q 2N222 RB2 RC RB1 _C2 C3 C1 VCC X Y Z X X

gm

T C m V I g 



B C I I 



r

 m g r 



r

e E T e I V r 

Penguat CE

A

v S o v R r r RL RC A    



( // // )

R

in







r

R

R

_i



_B

//

R

out

R

_o





R

_C

//

r

_o



Penguat CE dengan RE

A

v e e v R r RL RC A    //

R

in

R

_i





R

_B

//



1



g

_m

r

_e



r

_



R

out

R

_o





R

_C

//

r

_o



Penguat CB

A

v ) // (RC RL Gm R R R Av s i i  

R

in

R

i



r

e

R

out

R

_o



RC

Penguat CC

A

v o L L R R R Av  

R

in

R

_i



r

_



(





1

)

R

_L

R

out 1 ) // (  



RB R r R s e o

Common Emitter

A. Faktor Penguatan

1.

Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan V

pp

= 10-20 mV dan frekuensi 10 kHz.

2.

Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan

oleh gambar di bawah ini.

3.

Amati dan gambar sinyal di titik X dan Y menggunakan osiloskop.

4.

Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati v

o

/v

i

, gambar grafik tersebut di

buku log praktikum.

5.

Naikkan amplituda generator sinyal dan amati v

o

sampai bentuk sinyalnya

mulai terdistorsi. Catatlah tegangan v

i

pada saat hal tersebut terjadi.

6.

Ulangi langkah 4 dan 5 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan

kapasitor by pass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

10V C2 10kΩ 10μF 10μF 1kΩ 20kΩ 50Ω Q 2N222 10kΩ 150kΩ Generator Sinyal C3 RL RC R C1 R RB2 RB1 10μF 10kΩ C2 Q 2N222 RB2 20kΩ 10μF 10μF RL RC RB1 150kΩ R 10kΩ Generator Sinyal 50Ω C1 10V X Y

7.

Ulangi langkah 4 dan 5 dengan mengganti nilai RC dan RL menjadi 5k seperti

yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

8.

Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang sumber arus seperti yang

ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

9.

Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang kapasitor bypass seperti yang

ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

5kΩ C2 Q 2N222 RB2 100kΩ 10μF 10μF RL RC RB1 150kΩ R 5kΩ Generator Sinyal 50Ω C1 10V 10 V C 2 5kΩ 10μ F 10μ F 1k Ω 20k Ω 50 Ω Q 2N222 5kΩ 150k Ω Generator Sinyal C 3 R L R C R C 1 R RB 2 RB 1 10μ F

B. Resistansi Input

10.

Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian.

11.

Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar V

pp

= 10 – 20 mV dengan frekuensi 10 kHz seperti yang ditunjukkan oleh gambar di

bawah ini.

Rs adalah Resistansi Internal Frekuensi Generator

, kita tidak perlu

menambahkan resistor apapun untuk membentuk skema ini.

12.

Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak

merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada

gambar di bawah ini.

5kΩ C2 Q 2N222 RB2 100kΩ 10μF 10μF RL RC RB1 150kΩ Rsi g 5kΩ Generator Sinyal 50Ω C 1 10V Rvar 10 μF C3 v i R i 5kΩ C2 Q 2N222 RB2 100kΩ 10μF 10μF RL RC RB1 150kΩ R 5kΩ Generator Sinyal 50Ω C1 10V 10μF C3

13.

Ubah nilai Rvar dan catat nilainya yang membuat tegangan v

i

menjadi ½ dari

tegangan osiloskop sebelum terpasang pada rangkaian penguat.

Maka Ri =

Rvar + Rs

(Rs=50Ω untuk generator fungsi berkonektor koaksial).

14.

Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

C. Resistansi Output

15.

Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan

rangkaian pada gambar di bawah ini dan catat hasil bacaan V

o

di osiloskop.

16.

Sambungkan rangkaian di atas dengan Rvar kemudian atur nilai Rvar yang

memberikan V

o

di osiloskop yang bernilai ½ dari nilai tegangan sebelum

dipasang Rvar.

Maka Ro = Rvar.

17.

Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

Common Base

A. Faktor Penguatan

18.

Lakukan langkah 1 sampai langkah 2.

19.

Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut ini.

Rsig 10μF 50Ω _Generator Sinyal R 1kΩ C1 10μF 10V C2 5kΩ 10μF 33kΩ Q 2N222 5kΩ 150kΩ C3 RL RC RB2 RB1 vo Ro Rvar C2 Q 2N222 RB2 100kΩ 10μF 10μF RC RB1 150kΩ Rsig 5kΩ Generator Sinyal 50Ω C1 10V 10 μF C3

20.

Amati dan gambar gelombang di titik kolektor dan emiter menggunakan

osiloskop.

21.

Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati v

o

/v

i

, gambar grafik tersebut di

buku log praktikum.

22.

Naikkan amplituda generator sinyal dan amati v

o

sampai bentuk sinyalnya

mulai terdistorsi. Catatlah tegangan v

i

pada saat hal tersebut terjadi.

23.

Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti nilai RC dan RL menjadi 5k.

24.

Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti resistor 1k menjadi sumber arus

dengan arus 0.5 mA. Amati untuk nilai RC dan RL 10 k dan 5 k.

B. Resistansi Input

25.

Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common

Emitter pada rangkaian di percobaan A.

50Ω Rsig R 1kΩ C1 10μF 10V C2 5kΩ 10μF Rvar 10μF 33kΩ Q 2N222 5kΩ 150kΩ C3 RL RC RB2 RB1 vi Ri Rsig 10μF 50Ω _Generator Sinyal C1 10μF 10V C2 5kΩ 10μF 33kΩ Q 2N222 5kΩ 150kΩ C3 RL RC RB2 RB1

C. Resistansi Output

26.

Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk

Common Emitter pada rangkaian di bawah ini.

Common Collector

A. Faktor Penguatan

27.

Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut.

28.

Amati dan gambar gelombang di titik base dan emiter menggunakan osiloskop.

29.

Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati v

o

/v

i

dan v

o

/v

i

, gambar grafik

tersebut di buku log praktikum.

10V 1kΩ 10μF 1kΩ 20kΩ 10μF 50Ω Q 2N222 150kΩ Generator Sinyal C2 RE2 RE1 C1 R RB2 RB1 vi Ri vo R o Rsig 10μF 50Ω _Generator Sinyal R 1kΩ C1 10μF 10V C2 10μF 33kΩ Q 2N222 5kΩ 150kΩ C3 Rvar RC RB2 RB1 Rvar

31.

Ulangi dengan mengganti resistor 1 k dengan sumber arus seperti gambar

berikut.

B. Resistansi Input

32.

Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common

Emitter pada rangkaian berikut ini.

C. Resistansi Output

33.

Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk

Common Emitter pada rangkaian di percobaan A.

Analisis dan Kesimpulan

34.

Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat

BJT, bandingkanlah karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah

kesimpulan pada laporan anda.

Mengakhiri Percobaan

35.

Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator

sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan

dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off).

36.

Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.

37.

Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani

lembar penggunaan meja a

tau membereskan meja ketika praktikum berakhir

akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.

38.

Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada

Buku

Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak

ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

10V 1kΩ 10μF 1kΩ 20kΩ 10μF 50Ω Q 2N222 150kΩ Generator Sinyal C2 RE2 RE1 C1 R RB2 RB1 vi Ri Rvar

Tabel Data Pengamatan

Pengaruh Bias pada Kerja Transistor

V

in

V

out

Daerah cutoff

I

B

=………… mA

I

C

=…….. mA

V

CE

=……..V

V

BE

= …….. V

Daerah aktif

I

B

=………… mA

I

C

=…….. mA

V

CE

=……..V

V

BE

= …….. V

Daerah saturasi

I

B

=………… mA

I

C

=…….. mA

V

CE

=……..V

V

BE

= …….. V

1.

T

UJUAN

a. Mengamati dan mengenali klasifikasi penguat berdasarkan bagian fungsi sinusoidal saat transistor konduksi

b. Mengukur dan menganalisa distorsi pada tahap output penguat pada kelas A, B, dan AB. c. Mengukur dan menganalisa daya dan efisiensi penguat kelas A, B, dan AB.

d. Mengamati, mengukur, dan menganalisa rangkaian termal sederhana untuk transistor daya (opsional).

2.

P

ENGETAHUAN

P

ENDUKUNG DAN

B

ACAAN

L

ANJUT

2.1.

Tahap Output Penguat Kelas A

Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Emitor Bersama (Common Emitter) tampak pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 1 Rangkaian tahap output penguat kelas A

Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus IBias

menarik arus dari transistor Q1 dan beban RL. Saat tegangan input sekitar nol, arus yang ditarik

sumber IBias akan diberikan oleh transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan tegangan

mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A menghantarkan arus sebesar arus biasnya.

Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban RL sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif –Ibias RL. Saat tegangan input

tertinggi maka transistor Q1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus

sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi hubungan sebagai berikut

-VCC

P

ERCOBAAN 2

TAHAP OUTPUT PENGUAT

+VCC Q1 vIN ₊

I

BIAS RL vO -

𝑰

𝑩𝒊𝒂

=

𝑽

𝑪𝑪

−

𝑽

𝑪𝑬𝒔𝒂𝒕 Persamaan 1

Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisar dari 0 hingga 2xIBias.

Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini terjadi ketika isinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor mencapai nilai tegangan saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu dayanya.

Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasikan dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan ini digunakan rangkaian sumber arus dengan seperti digambarkan pada Gambar 2.

Gambar 2 Rangkaian sumber arus untuk bias tahap output penguat kelas A

Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan berikut

𝑰

𝑩𝒊𝒂𝒔

₌

𝜷(𝑽𝑪𝑪𝑹𝟐−𝑽𝑩𝑬(𝑹𝟏+𝑹𝟐))

𝑹𝟏𝑹𝟐+(𝜷+𝟏)𝑹𝟑(𝑹𝟏+𝑹𝟐) Persamaan 2

Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati VCC

IBIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari VCC IBIAS saat

amplituda tegangan input nol hingga VCC IBIAS/2 saat amplituda input maksimum (mendekati

VCC).

2.2.

Penguat Kelas B Push-Pull

Penguat kelas B pushpull menggunakan pasangan transistor NPN dan PNP (juga nMOS dan pMOS) yang seimbang dengan konfigurasi emitor bersama. Rangkaian dasar untuk tahap ouput penguat kelas B pushpull tampak pada Gambar 3.

I

BIAS R1

Q

BIAS

R2 R3

Gambar 3 Penguat pushpull kelas B

Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus tegangan input positif maka junction base-emitter transistor QN akan mendapat tegangan maju

sehingga transistor QN konduksi sedangkan junction base-emitter transistor QP akan mendapat

tegangan mundur sehingga transistor QP dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat siklus

tegangan input negatif junction base-emitter transistor QP yang akan mendapat tegangan maju

dan transistor QP konduksi dan QN dalam keadaan cut-off.

Adanya tegangan cut-in pada perilaku junction menyebabkan proses transisi transistor yang konduksi dari QN ke QP dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan cut-

off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal output terdistorsi.

Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu daya dapat didekati sebagai half wave rectifed sinusoidal wave untuk masing-masing transistor. Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati

Daya yang disampaikan pada beban

Dengan demikian daya terdisipasi pada masing-masing transistor akan bergantung pada amplituda tegangan output atau tegangan inputnya.

Ouput pada penguat kelas B pushpull mengalami distorsi cross over saat pergantian transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaian umpan balik dengan penguat operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti ini tampak pada Gambar 4. Umpan balik dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan distorsi cross over tetapi juga menekan distorsi akibat ketidakseimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP. Penguat operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Selesih

+VC C Q N + vI N R L Q P v O - -VCC

tegangan input dan output akan membuat penguat operasional memmberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata lebih rendah dari input dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 4 Rangkaian penguat pushpull kelas B dengan umpanbalik dengan opamp

2.3.

Penguat Kelas AB Push-Pull

Cara lain untuk memekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan bias yang cukup pada junction base-emitor. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB. Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan dioda seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

2.4.

Bacaan Lanjut

Sedra, A dan Smith, K. Microelectronic Circuits, International 6th Edition, Oxford University Press, 2011 Bab 4 Transistor BJT dan Bab 13 Tahap Output dan Penguat Daya.

+VCC +VCC vIN vE vO VIN RL -VCC -VCC +VCC R1 QN RS D1 D2 VIN RL QP R2 -VCC

3.

K

OMPONEN DAN

P

ERALATAN a. Kit Praktikum Penguat Daya b. Generator Sinyal

c. Osiloskop Digital dengan fungsi FFT d. Multimeter (minimum 2 bh) e. Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) f. Kabel dan asesori pengukuran g. Termometer Infra Merah

4.

P

ERCOBAAN

4.1.

Penguat Kelas A

1. Menyusun Rangkaian

1. Susunlah rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada Gambar 1. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1 =

5,6k, R2 = 1,2k, R3 = 1,2, RL = 56W, Q1 = Q2 =BD139, dan VCC = 6V.

2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp 1KHz.

Gambar 6 Rangkaian pengamatan penguat kelas A

+V

CC

= 6V

A

v

IN

2V

pp

1kHz

Q

1

BD139

R

L

56



+

v

O

-

R

1

5,6k



R

2

1,2k



Q

BIAS

BD139

R

3

1,2



A

-V

CC

= -6V

2. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

3. Gunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X), dan gambarkan bentuk sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya. 4. Gunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer

characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati. Gambar dan catat batas saturasinya.

5. Amati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode dual trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

6. Ubah nilai resistansi beban RL menjadi 33 1W dan amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya dan perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

3. Pengamatan Linieritas Kuantitatif

7. Kembalikan beban ke nilai semula RL = 56Ω dan osiloskop pada mode dual trace, serta turunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan saturasinya (pada kisaran 9-10 Vpp, bergantung pengamatan pada langkah 4).

8. Gunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa fungsi MATH dilakukan untuk sumbersinyal dari kanal 2 (sinyal output). Atur tampilan display sehingga dapat diperoleh pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Untuk memudahkan pembacaaan nonaktifkan tampilan trace sinyal kanal 1 dan kanal 2 pada tampilan osiloskop dengan menekan tombol ch1 dan ch2 cukup lama hingga lampu indikator mati. Amati spektrum sinyal output ini untuk amplituda sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik ketiga.

9. Lakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input fungsi MATH.

10.Aktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Lakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya. Perhatikan apa yang menentukan munculnya distorsi yang diamati dengan meningkatnya amplituda sinyal harmonik.

4. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

11.Kembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT dengan menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban). Hitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal input.

12.Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan

4.2.

Penguat pushpull kelas B

1. Menyusun Rangkaian

1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 3. Komponen yang digunakan transistor Q1 ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya.

2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

2. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan distori bentuk sinyal dan penyebabnya.

4. Ubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat kuva VTC yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini.

3. Pengamatan Linieritas Kuantitatif

5. Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, gunakan fungsi FFT pada osilokop. Amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

6. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan input yang lebih besar dari batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp). Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya.

4. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

7. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

8. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

5. Pengamatan Tahap Output Kelas B dengan Umpan Balik Penguat Operasional

9. Ubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 4. Komponen yang digunakan transistor Q1

BD139 dan Q2 BD 140, resistansi beban RL 33 1W, penguat operasional LM741, dan

tegangan catu VCC 6V. Gunakan juga ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu

daya.

10.Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz.

Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Amati dan catat bentuk gelombang outputnya. Bandingkan dengan hasil dengan hasil pengamatan sebelumnya tanpa umpan balik.

11.Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Bandingkan dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik.

12.Pindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional. Amati dan catat juga bentuk kurva VTC ini. Perhatikan fungsi transfer rangkaian umpan baliknya.

13.Kembalikan titik pengamatan output ke beban. Atur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Bandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik.

14.Gunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10Vpp. Hitung dan perhatikan daya

catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

4.3.

Penguat pushpull kelas AB

1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 5 dengan resistansi Resistor R1 dan R2 1,8k,

dioda D1 dan D2 1N4001, transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140, resistansi beban RL = 331W dan tegangan catu daya VCC 6V. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua

catu daya.

2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz.

Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

1. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Amati dan catat arus dari catu daya.

4. Lakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ.

5. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Perhatikan secara khusus daerah tegangan input kecil atau mendekati nol.

6. Lakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ. Perhatikan juga area kurva VTC sekitar tegangan input nol.

2. Pengamatan Linieritas Kuantitatif

7. Kembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1kΩ atur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

8. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi dan untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya.

3. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

10.Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan

besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

4.4.

Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional).

Susunlah rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 2 dengan resistansi R1 5,6k, R2

1,2k, R3 1,2 dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan heatsink (pendingin).

Gunakan amperemeter untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektor-emitor.

Catatan: Rangkaian sumber arus ini dilengkapi dengan resistor R3 yang bertindak sebagai

umpan balik negatif untuk membatasi peningkatan penguatan arus karena kenaikan temperatur. Namun demikian bila arus awal terlalu tinggi disipasi panas dapat melebihi kapasitas heatsink untuk melepaskannya. Pada keadaan demikian dapat terjadi thermal

runaway, yaitu pemanasan yang tidak terkendali akibat umpan balik positif antara disipasi

dengan penguatan arus. Oleh karena itu, pada pengamatan ini bila arus tampak masih terus naik bersama dengan peningkatan suhu, segera putuskan hubungan ke catu daya untuk mencegah transistor rusak.

11.Hubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Berikan tegangan –VCC 6V dan amati

dan ukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh heatsink dan pada casing transistor.

12.Turunkan tegangan –VCC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan

ukur arus serta temperatur seperti di atas. 13.Ulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal.

5.

A

NALISIS DAN

D

ISKUSI

Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal berikut:

1. Perilaku penguat secara kualitatif dan kuantitif dari pengamatan bentuk gelombang dan kurva karakteristik alih tegangannya termasuk bentuk sinyal tegangan pada rangkaian umpan balik.

2. Linieritas penguat dari pengamatan distorsi harmonik hasil FFT pada sinyal input dan output.

3. Daya output pada beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat untuk sinyal dengan amplituda besar dan amplituda kecil.

4. Perhitungan termal pada penguat dan penggunaan heatsink pada transistor daya. Informasi untuk resistansi termal dari junction ke casing untuk jenis casing transistor TO- 126 yang digunakan dapat dicari di dunia maya. (Opsional).

1.

T

UJUAN

a. Memahami bagaimana memperkuat lemah (kecil) sinyal di tengah interferensi dengan penguat diferensial.

b. Mengevaluasi peran masing-masing komponen/ rangkaian pada penguat diferensial. c. Mengamati perilaku tahap penguatan diferensial dengan transistor bipolar dengan

berbagai konfigurasi.

d. Mengamati, mengukur, dan menganalisa penguatan differential-mode dan common-mode pada tahap penguat diferensial dengan berbagai konfigurasi.

2.

P

ENGETAHUAN

P

ENDUKUNG DAN

B

ACAAN

L

ANJUT

2.1.

Prinsip Penguat Diferensial

Pengguat diferensial adalah penguat yang memiliki dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua input tersebut. Pada keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal yang sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan pada proses penguatan karena hanya selisih tegangan yang diperkuat. Namun demikian pada implementasinya penguat diferensial juga memberikan output yang berasal dari sinyal bersama tersebut. Hubungan input dan ouput pada penguat diferensial tampak pada Gambar 7.

Gambar 7 Prinsip Penguatan Diferensial

Pada penguat seperti ini diinginkan penguat dengan penguatan diferensial yang besar dan penguat common mode nol atau sangat kecil. Dengan demikian penguat ini dapat digunakan untuk memperkuat sinyal kecul yang mucul bersamaan dengan sinyal interferensi yang besar. Besaran perbandingan penguatan diferensial Ad dan penguatan common mode Acm disebut sebagai CMMR Common Mode Rejection Ratio, sbb.:

𝑪𝑴𝑹𝑹

=

𝟐𝟎

𝐥𝐨𝐠

|

𝑨𝒅

|

Persamaan 6 𝑨𝒄𝒎

P

ERCOBAAN

3

P

ENGUAT

D

IFERENSIAL

vO = Ad vd + ACM vCM vd/2 -vd/2 vCM

+VCC

2.2.

Rangkaian Dasar Penguat Diferensial

Rangkaian dasar penguat diferensial terdiri dari rangkaian pasangan transistor dengan emitor bersama, bias arus, dan rangkaian beban seperti tampak pada Gambar 8.

Gambar 8 Rangkaian Dasar Penguatan Diferensial Penguat diferensial tersebut akan memberikan penguatan diferensial sbb.:

dimana gm adalah trankondutansi transistor pada arus bias yang diberikan. Penguatan

diferensial ini sebanding dengan arus bias pada transistornya. Penguatan common mode untuk pasangan diferensial ini adalah

dimana REE adalah resistansi sumber arus bias yang digunakan dan re adalah parameter

resistansi emitor transistor pada sinyal kecil. Penguat common mode dapat ditekan dengan menggunakan resistansi sumber arus yang besar. Untuk rangkaian dengan bias sumber arus resistor hal ini dapat dilakukan dengan memperbesar nilai resistansi biasnya. Namun demikian untuk menjaga penguatan diferensialnya maka perlu digunakan juga tegangan bias yang lebih tinggi agar arus biasnya tetap.

2.3.

Penguat Diferensial dengan Resistor Degenerasi pada Emitor

Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan penguatan linier yang sangat kecil (jauh di bawah VT). Untuk memperoleh penguat diferensal dengan jangkauan penguatan linier yang

lebih besar digunakan resistansi degenerasi emitor Re. Pada rangkaian demikian diperoleh

penguatan diferensial

dimana adalah penguatan arus emitor ke kolektor. Penambahan resistor Re ini akan

mengurangi penguatan diferensialnya. IBias/2 RC1 vO- IBias/2 vO+ Q1 Q2 vIN+ vIN- IBias

𝟐

𝒄𝒎

𝑹

𝑰

𝜷

Tampak dari persamaan terakhir penambahan resistansi degerasi emitor juga akan memperbaiki atau menekan penguatan common mode.

2.4.

Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

Peningkatan resistansi rangkaian sumber arus bias dapat dilakukan dengan menggantikan resistor dengan sebuah cermin arus. Dalam keadaan demikian resistansi sumber arus adalah resistansi output transistor cermin arus ybs.

Resistansi kolektor pada pasangan diferensial dapat juga digantikan dengan beban aktif berupa cermin arus. Sinyal output untuk pasangan diferensial seperti ini diambil pada salah satu terminal kolektor pasangan diferensialnya. Untuk rangkaian yang demikian akan diperoleh penguatan diferensial

=

𝟏

𝒈

𝒎

𝒓

𝒐 Persamaan 11

Dimana gm adalah transkonduktasi sinyal kecil transistor pasangan diferensial dan ro adalah resistansi output transisor beban aktif. Penguatan yang diperoleh akan sangat besar mengingat umumnya resistansi output ro juga sangat besar.

Penguatan common mode untuk rangkaian dengan beban aktif ini akan mendekati:

𝑨

= −

𝒓𝒐𝟒

𝜷𝟑𝑹𝑬𝑬 Persamaan 12

dimana ro4 adalah resistasi output transistor beban pada terminal ouput, 3 adalah penguatan arus transistor beban pasangannya, dan REE resistansi output sumber arus bias.

2.5.

Nonidealitas pada Penguat Diferensial

Penguat diferensial ideal bila pasangan diferensial yang digunakan seluruh paramter sepenuhnya sama. Namun pada kenyataannya akan sangat diperoleh komponen yang demikian. Pada kasus rangkaian diferensial dengan beban resistor akan ada ofset tegangan input VOS penguat diferensial sebesar:

𝑽

𝑶𝑺

=

𝑽

𝑻𝚫𝑹𝑪

𝑪 Persamaan 13

Demikian juga dengan transistor yang digunakan, bila arus saturasinya tidak persis sama maka akan diperoleh tegangan ofset sebesar

𝑽

𝑶𝑺

=

𝑽

𝑻 𝚫𝑰𝑺

𝑺 Persamaan 14

Selain itu perbadaan penguatan arus juga akan memberikan arus ofset input IOS sebesar

2.6.

Bacaan Lanjut

𝑰

𝑶𝑺

=

𝑰

𝑩𝚫𝜷 Persamaan 15

Sedra, A dan Smith, K. Microelectronic Circuits, International 6th Edition, Oxford University Press, 2011 Bab 4 Transistor BJT dan Bab 13 Tahap Output dan Penguat Daya.

3.

K

OMPONEN DAN

P

ERALATAN a. Kit Praktikum Penguat Diferensial b. Generator Sinyal

c. Osiloskop d. Multimeter

e. Catu Daya Ter-regulasi (2 bh) f. Kabel dan asesori pengukuran

4.

P

ERCOBAAN

4.1.

Pemberian dan Pengukuran Tegangan untuk Pasangan Diferensial

1. Untuk pemberian tegangan input Common Mode pada pasangan diferensial pada percobaan ini, gunakan hubungan seperti pada Gambar 10. Besaran amplituda tegangan yang diberikan dapat diberikan hingga mendekati tegangan catu daya VCC. Dalam percobaan ini digunakan VCC 9V, maka amplituda tegangan common mode dapat diberikan hingga maksimum 9V.

2. Untuk Differential Mode pemberian tegangan input menggunakan hubungan seperti pada Gambar 10. Amplituda tegangan yang diberikan berada pada kisaran mV. Rangkaian pada Gambar 10 (a) memerlukan penguat operasional yang mempunyai tegangan offset dan derau rendah. Berikan amplituda yang cukup besar untuk mengatasi derau namun tidak terlalu besar untuk menghindari output lebih banyak pada keadaan saturasi. Amplituda yang digunakan dapat berada antara 10-40mV.

Gambar 9 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Common Mode

(a) (b)

Gambar 10 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Diferensial (a) -½vd dan +½vd dan (b) 0 dan vd

4.2.

Pasangan Diferensial dengan Bias Resistor

1. Susunlah rangkaian penguat dengan pasangan diferensial seperti pada Gambar 6. Nilai- vCM vCM vCM +½vd 1k vd -½vd vd +½vd 1k 0