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 (h
fb) yaitu perbandingan antara perubahan arus kolektor dengan perubahan arus emiter, sementara VCB dipertahankan konstan.
h
fb= I
c/ I
bPenguatan 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:
𝐼
𝐵= 𝑉
𝐵𝐵− 𝑉
𝐵𝐸𝑅
2𝐼
𝐶= 𝛽
𝐷𝐶. 𝐼
𝐵𝑉
𝐶𝐸= 𝑉
𝐶𝐶− 𝐼
𝐶. 𝑅
𝐶Gambar 6.3 Rangkaian penguat common emitter dengan sinyal AC
Untuk menghitung besaran-besaran pada rangkaian tersebut, digunakan persamaan berikut:
𝑉
𝐵𝐵= 𝑅
𝐵𝑅
𝑉+ 𝑅
𝐵. 𝑉
𝐶𝐶𝑉
𝐸= 𝑉
𝐵𝐵− 𝑉
𝐵𝐸𝐼
𝐸=
𝑉𝐸𝑅𝐸
𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎 𝐼
𝐶~𝐼
𝐸𝑉
𝐶= 𝑉
𝐶𝐶− 𝐼
𝐶. 𝑅
𝐶𝑉
𝐶𝐸= 𝑉
𝐶− 𝑉
𝐸Besar penguatan pada rangkaian common emitter dinyatakan sebagai perbandingan antara tegangan output dengan tegangan input.
𝐴 = ⌈ 𝑉
𝑜𝑢𝑡𝑉
𝑖𝑛⌉ = 𝑉
𝐶𝑉
𝐸3. 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 𝐴
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙dari penguat bertingkat merupakan perkalian seluruh penguatannya
𝐴
𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= 𝐴
𝑉1. 𝐴
𝑉2. 𝐴
𝑉3. 𝐴
𝑉4.… 𝐴
𝑉𝑛dimana n merupakan jumlah tingkatan penguat.
Penguatan sering dinyatakan didalam decibel (dB) seperti berikut 𝐴
𝑣 (𝑑𝐵)= 20 log 𝐴
𝑣Sehingga untuk penguatan total dari keseluruhan tingkatan penguat merupakan penjumlahan dari masing-masing penguat.
𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵)= 𝐴
𝑣1(𝑑𝐵)+ 𝐴
𝑣2(𝑑𝐵)+ ⋯ + 𝐴
𝑣𝑛(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 𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙= (10)(15)(20) = 3000 𝑘𝑎𝑙𝑖 Dalam dB yaitu
𝐴
𝑣1= 20 log 10 = 20 𝑑𝐵 𝐴
𝑣2= 20 log 15 = 23.5 𝑑𝐵
𝐴
𝑣3= 20 log 20 = 26 𝑑𝐵 Sehingga penguatan total dalam dB
𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵)= 20 + 23.5 + 26 = 69.5 𝑑𝐵 Atau 𝐴
𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(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 𝑋
𝑐≅ 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 f
1& f
2disebut frekuensi cut-off/ setengah daya maksimum Bw=f
2– f
1=f
H– F
L(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 𝐴
𝑣(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 C
SSisi input (Cc)
Gambar 6.8 Pengaruh frekuensi pada sisi input C
CSisi emiter (C
E:Kapasitor bypass)
Gambar 6.9 Pengaruh frekuensi pada sisi input C
EDengan 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.
𝐴
𝑣=
𝑉𝑜𝑢𝑡𝑉𝑖𝑛
9. Perhatikan gambar sinyal antara masukan dan keluaran. Berapa beda fase antara keduanya.
𝐵𝑒𝑑𝑎 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑎 = … … .
𝑜10. Gunakan kanal 2 osiloskop untuk mengukur keluaran gelombang sinyal.
Vs = ... Vpp.
11. Hitunglah arus masukan, arus keluaran dan penguatan arus.
𝐼
𝑖𝑛=
𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛𝑅𝑠
𝐼
𝑜𝑢𝑡=
𝑉𝑜𝑢𝑡𝑅𝐿
𝐴
𝑖=
𝐼𝑜𝑢𝑡𝐼𝑖𝑛
12. Hitunglah resistansi masukan penguat.
𝑅
𝑖𝑛=
𝑉𝑖𝑛𝐼𝑖𝑛
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.
𝑉
𝑜𝑢𝑡=
𝑉𝑜𝑢𝑡2
14. Lepaskan variabel resistor dan ukur nilai resistansinya. (Karena simulasi cukup mengalikan persentasi variable resistor dengan nilai variable resistor→ 14% 𝑥 10 𝐾𝑂ℎ𝑚
R
L’ = ... Ohm
Resistansi keluaran sama nilainya dengan resistansi beban saat :
𝑉
𝑜′=
𝑉𝑜2
R
out= ... 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 V
ppV
out= ... V
pp6. Bandingkan sinyal masukan dan keluarannya berapakah beda phasanya.
Beda phasa = ...
o7. Ukur tegangan keluaran dari generator sinyal.
V
s= ...V
pp8. Ukurlah tegangan Vin pada basis transistor atau penguat.
Vin = ….. Vpp
9. Hitunglah arus masukan, arus keluaran pada penguatan arusnya :
𝐼
𝑖𝑛=
𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛𝑅𝑠
𝐼
𝑜𝑢𝑡=
𝑉𝑜𝑢𝑡𝑅𝐿
𝐴
𝑖=
𝐼𝑜𝑢𝑡𝐼𝑖𝑛
10. Hitunglah resistansi penguat masukan.
𝑅
𝑖𝑛=
𝑉𝑖𝑛𝐼𝑖𝑛
11. Atur amplitudo generator sinyal sampai tegangan keluaran Vs = 0,1 V
pp. Pasang variabel resistor pada keluaran, aturlah sampai diperoleh atau setengah dari Vout pada langlah ke 5:
𝑉
𝑜𝑢𝑡=
𝑉𝑜𝑢𝑡2