BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Rangkaian elektronika merupakan perpaduan dari beberapa komponen yang berpadu dan saling berinteraksi satu sama lain. Transistor merupakan salah satu komponen dalam rangkaian tersebut yang tak kalah pentingnya dengan komponen elektronika lainnya. Transistor berukuran fisik yang sangat kecil tetapi berperan banyak dalam studi Elektronika.
Meskipun demikian, sebelum transistor diciptakan bukan berarti tak ada rangkaian elektronika melainkan menggunakan tabung katup elektronik yang berukuran sangat besar. Namun seiring dengan berkembangnya zaman maka komponen-komponen dibuat sekecil mungkin dengan dana yang seefisien mungkin dan hasil yang semaksimal mungkin. Untuk itulah dilakukan praktikum Elektronika agar diketahui hal-hal yang penting pada Transistor.
1.2 Ruang Lingkup
Praktikum kali ini membatasi tentang masalah isyarat keluaran saat transistor bekerja, mengukur besarnya arus kolektor dan bias penguat dengan melihat keluaran pada osiloskop.
1.3 Tujuan Praktikum
Adapun tujuan dari praktikum ini adalah :
a. Mengerti cara kerja rangkaian common emitter dan membuatnya bekerja sebagai penguat.
b. Membuat transistor bekerja dengan titik-Q ditengah garis beban, pada daerah saturasi, pada cut off, serta menjelaskan bentuk-bentuk isyarat keluaran saat transistor bekerja pada titik operasi yang bersangkutan. c. Mencari arus keluran pada kaki-kaki transistor.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Sejarah Transistor
Transistor ditemukan oleh tiga fisikawan Amerika : William Shockley, John Bardeen dan Walter. Brattain pada tahun 1948. Sebelum transistor ditemukan bukan berarti elektronika belum ada. Sebagai pendahulu transistor orang menggunakan tabung katup elektronik yang berukuran lebih besar dari pada transistor. Tabung elektronik pernah mencapai masa keemasan. Tabung elektronik diproduksi besar-besaran untuk digunakan pada radio dan televisi. Bahkan komputer (ENIAC,1948,di Amerika Serikat) sempat dibuat dengan tabung elektronik. Sekalipun mempunyai fungsi yang sama, akan tetapi cara kerja kedua benda tersebut berbeda. Pada tabung elektronik, elektron terpancar karena elektroda yang dipanaskan (katoda), kemudian elektron bergerak di ruang hampa ke elektroda lain (anoda). Diantara katoda dan anoda diselipkan elektroda lain bernama grid. Fungsi grid berguna untuk mengatur besarnya arus yang mengalir. Karena membutuhkan pemanasan itulah, maka tabung elektonik membutuhkan daya yang lebih besar. Dilain pihak, aliran pembawa muatan transistor mengalir melalui bahan.
Definisi Transistor
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan
penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.
Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (charge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas.
Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan (oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk.
Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon.
Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole).
Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya.
Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut.
Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal tidak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan
bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis.
Cara kerja transistor
Dari banyak tipe-tipe transistor modern, pada awalnya ada dua tipe dasar transistor, bipolar junction transistor (BJT atau transistor bipolar) dan field-effect transistor (FET), yang masing-masing bekerja secara berbeda.
Gambar 1. Daerah Operasi Transistor
Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.
Transistor bipolar dinamakan demikian karena kanal konduksi utamanya menggunakan dua polaritas pembawa muatan: elektron dan lubang, untuk membawa arus listrik. Dalam BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.
FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus
listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.
Fungsi Transistor
Dalam rangkaian elektronika, transistor berfungsi sebagai : 1. Stabilitas tegangan pada adaptor.
2. Pencampur frekuensi pada rangkaian mixer. 3. Pembangkit frekuensi.
4. Penyearah arus pada rangkaian adaptor.
5. Penguat arus atau tegangan pada audio amplifier.
Di dalam pemasangan kaki transistor, kakinya tidak boleh bolak balik antara Emitor, Basis, dan Colectornya, apabila terbalik kakinya transistor tidak dapat berfungsi sebagaimana mestinya
Fungsi kaki transistor :
Emitor : Penghasil elektron.
Colector : Menyalurkan electron elektron keluar dari transistor Basis : Mengendalikan aliran elektron dari emitor ke
colector. Jenis-jenis transistor PNP P-channel NPN N-channel BJT JFET
Secara umum, transistor dapat dibeda-bedakan berdasarkan banyak kategori:
Materi semikonduktor : Germanium, Silikon, Gallium Arsenide
Kemasan fisik : Through Hole Metal, Through Hole Plastic, Surface Mount, IC, dan lain-lain
Tipe: UJT, BJT, JFET, IGFET (MOSFET), IGBT, HBT, MISFET, VMOSFET, MESFET, HEMT, SCR serta pengembangan dari transistor yaitu IC (Integrated Circuit) dan lain-lain.
Polaritas: NPN atau N-channel, PNP atau P-channel Pada umumnya tansistor jenis PNP diberi type: 2 SA …. Untuk frekuensi tinggi
2 SB …. Untuk frekuensi rendah
Sedangkan untuk transistor jenis NPN diberi type: SC …. Untuk frekuensi tinggi
2 SD …. Untuk frekuensi rendah
Maximum kapasitas daya: Low Power, Medium Power, High Power
Maximum frekuensi kerja: Low, Medium, atau High Frequency, RF transistor, Microwave, dan lain-lain
Aplikasi: Amplifier, Saklar, General Purpose, Audio, Tegangan Tinggi, dan lain-lain
BAB III
METODOLOGI PERCOBAAN
3.1 Alat Kapasitor 3 buah Transistor BC 109 1 buah Papan rangkaian Catu daya 9 Volt
Multimeter Resistor 4 buah Potensiometer Osiloskop Signal generator 3.2 Prosedur Kerja
1. Merangkai komponen seperti pada gambar di atas. Tanpa ada isyarat masukan, atur potensionmeter R1 agar VCE = 6 volt. Pada keadaan ini
hitung arus IC dengan mengukur benda beda tegangan kedua ujung RC.
Ukur pula VEE dan IB. Kemudian masukan isyarat sinusoida dengan
frekuensi 1 KHz dan atur tegangan isyarat masukan agar isyarat keluaran tidak cacat bentuknya. Ukur tengangan keluaran Vo dan isyarat masuk Vi
dengan osiloskop. pasang RL =1 KΩ pada keluaran dan ukur Vo, Vi.
2. Dengan keluaran terbuka, mengukur Vo dan Vi pada beberapa nilai
frekuensi untuk menentukan tanggapan ampitudo. Untuk memproleh tanggapan amplitudo yang bagus, ubah frekuensi dengan cepat terlebih dahulu, melakukan banyak pengukuran pada frekuensi mana penguatnya berkurang. Besarkan amplitudo masukan agar keluaran terpotong, lalu mengukur pada harga beberapa keluaran terpotong.
3. Lepaskan pembangkit isyarat dan ubahlah potensimeternya R1 hingga
transistor tetap akan mulai pada keadaan saturasi yaitu VCE 0. Mengukur
nilai VCE, IC, IB, dan VBE. Hubungkan dengan pembangkit isyarat Vs(1 KHz
5 m Vpp) dan mengamati bentuk keluarannya.
4. Melepaskan lagi pembangkit isyarat dan atur R1 hingga IB=20 µA dan
amati isyarat keluarannya.
5. Mungukur hambatan masukan penguat, jangan lupa untuk mengukur impedansi keluaran pembangkit isyarat terlebih dahulu.
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
IV.1 Hasil
Tabel Hasil Pengamatan
Komponen Nilai
Pita 1 Pita 2 Pita 3 Pita 4 Hasil
Resistor 1 Cokelat Merah Orange Emas 12 KΩ Resistor 2 Merah Ungu Merah Emas 2.7 KΩ Resistor 3 Hijau Biru Cokelat Emas 560 KΩ Resistor 4 Cokelat Hitam Kuning Emas 100 KΩ Kapasitor 1 - - - - 100 μF Kapasitor 2 - - - - 10 μF Kapasitor 3 - - - - 10 μF f Vi(input) Vo(output) 100 KHz 1,8 x 5 mV 1,2 x 20 mV 150 KHz 1,8 x 5 mV 1 x 20 mV 200 KHz 1,8 x 5 mV 1,1 x 20 mV Rc V Ib Ic IE 0,1 KΩ 0,150 V 1 mA 3 mA 2 mA 10 KΩ 5 V 1 mA 1 mA 3,5 mA 10 KΩ 5V 1 m 1 mA 2 mA
IV.2 Pembahasan
Dalam hal ini, rangkaian Common Emiter berfungsi sebagai penguat yang bekerja pada daerah saturasi. Kapasitor yang digunakan yaitu I = 100 μF, Kapasitor II = 10 μF dan Kapasitor II= 10 μF. Frekuensi yang digunakan yaitu 100 KHz, 150 Khz, 200 KHz (frekuensi ini diperoleh dari pengubahan nilai frekuensi pada sinyal generator secara cepat dan diperoleh penurunan amplitudo, pada frekuensi itulah fcut-off yang digunakan). Komponen yang sedemikian rupa telah dirangkai, kemudian dicari besar arus keluaran pada kaki-kaki transistor (emitor, basis dan kolektor). Hasil pengukuran diperoleh arus kolektor Ic (3 mA, 1
mA dan 1 mA) , Ib dengan nilai (1 mA) dan IE (2 mA, 3,5 mA dan 2 mA). Beban
yang diberikan Potensiometer sangat berpengaruh pada amplitudo yang terlihat pada Osiloskop.
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Suatu penguat Emiter sekutu atau penguat Common Emiter dipintaskan ke tanah maka disebut dengan Penguat Emiter ditanahkan. Dalam hal ini berarti Emiter terletak pada tanah AC tetapi tidak pada tanah DC. Dengan rangkaian prategangan, maka pada transistor sudah bekerja arus dan tegangan AC yang disebut sebagai titik operasi Q. Bila sinyal AC yang kecil digandengkan pada basis melelui kapasitor maka sinyal ini akan menghasilkan ayunan-ayunan pada arus kolektor dengan dengan bentuk dan frekuensi yang sama, namun dengan amplitudo yang diperbesar, itulah sebabnya rangkaian tersebut disebut Penguat.
Membuat titik operasi Q dengan membuatnya menjadi rangkaian prategangan. Jika sinyal masuknya terlalu besar maka ayunan sepanjang garis bebannya akan menggerakkan transistor ke daerah Titik Jenuh (Saturasi), jika terus terjadi secara berkelanjutan maka akan ke derah putus (Cut-off).
Hasil arus keluaran dari kaki-kaki transistor diperoleh nilai yang berbeda-beda, nilai potensiometer berpengaruh pada hasilnya pula.
Penguatan tegangan penguat tergantung pada frekuensi dan hubungannya dinyatakan dalam tanggapan amplitudo. Daerah frekuensi Kv tidak
berubah terhadap frekuensi (daerah datar) disebut frekuensi tengah. Frekuensi terjadai penurunan terhadap frekuensi tengah terjadi pada dua harga yaitu f1 dan f2 yang masing-masing disebut dengan frekuensi potong
bawah dan frekuensi potong atas.
5.2 Saran
Sebelum melakukan praktikum sebaiknya asisten menjelaskan prosedur kerja percobaan yang akan dilakukan.
