Percobaan 4 (versi A)
Karakteristik dan Penguat FET
Revisi 24 Maret 2014
I. Tujuan
Mengetahui dan mempelajari karakteristik transistor FET
Memahami penentuan titik kerja
Memahami penggunaan FET sebagai penguat untuk konfigurasi Common Source, Common Gate, dan Common Drain
Memahami resistansi input dan output untuk konfigurasi tersebut
II. Teori Pendukung
II.A. Transistor MOSFET
Transistor FET adalah transistor yang bekerja berdasarkan efek medan elektrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada kedua ujung terminalnya. Mekanisme kerja transistor ini berbeda dengan transistor BJT. Pada transistor ini, arus yang dihasilkan/dikontrol dari Drain (analogi dengan kolektor pada BJT), dilakukan oleh tegangan antara Gate dan Source (analogi dengan Base dan Emiter pada BJT).
Bandingkan dengan arus pada Base yang digunkan untuk menghasilkan arus kolektor pada transistor BJT.
Jadi, dapat dikatakan bahwa FET adalah transistor yang berfungsi sebagai “konverter” tegangan ke arus.
Transistor FET memiliki beberapa keluarga, yaitu JFET dan MOSFET. Pada praktikum ini akan digunakan transistor MOSFET walaupun sebenarnya karakteristik umum dari JFET dan MOSFET adalah serupa.
Karakteristik umum dari transistor MOSFET dapat digambarkan pada kurva yang dibagi menjadi dua, yaitu kurva karakteristik dan kurva karakteristik . Kurva karakteristik ID vs VGS diperlihatkan pada Gambar 1. Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif.
Gambar 1: Kurva karakteristik MOSFET tipe depletion dan enhancement
Gambar 2: Kurva karakteristik MOSFET dan daerah kerja
Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir.
Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif.
Kurva karakteristik ditunjukkan oleh Gambar 2. Pada gambar tersebut terdapat beberapa kurva untuk setiap VGS yang berbeda-beda. Gambar ini digunakan untuk melakukan desain peletakan titik
II.B. Penguat FET
Untuk menggunakan transistor MOSFET sebagai penguat, maka transistor harus berada dalam daerah saturasinya. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan arus ID dan tegangan VDS tertentu. Cara yang biasa digunakan dalam mendesain penguat adalah dengan menggambarkan garis beban pada kurva ID vs VDS. Setelah itu ditentukan Q point-nya yang akan menentukan ID dan VGS yang harus dihasilkan pada rangkaian.
Setelah Q point dicapai, maka transistor telah dapat digunakan sebagai penguat, dalam hal ini, sinyal yang diperkuat adalah sinyal kecil (sekitar 40-50 mVp-p dengan frekuensi 1-10 kHz).
Terdapat 4 konfigurasi penguat pada transistor MOSFET, yaitu Common Source, Common Source dengan resistansi source, Common Gate, dan Common Drain. Pada praktikum ini, digunakan konfigurasi Common Source dengan resistansi source dan Common Gate. Formula parameter penguat untuk dua konfigurasi yang digunakan dijelaskan dalam tabel berikut.
Common Source Common Gate
Rangkaian
Penguat AV
Resistansi Input Rin
Resistansi Output Rout
III. Alat dan Komponen yang Digunakan
1 buah Sumber tegangan DC
1 buah Generator Sinyal
1 buah Osiloskop
3 buah Multimeter
1 kit Kit Transistor sebagai switch
1 buah Breadbord
Potensiometer 1 MΩ
Potensiometer 10 kΩ atau resistor 4,7 kΩ
Potensiometer 1 kΩ
3 buah Kapasitor 100 µF
Kabel jumper
IV. Langkah Percobaan
IV.A. Karakteristik MOSFET IV.A.1. Persiapan
1. Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer.
2. Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki MOSFET pada kit Transistor Sebagai Switch pada Gambar 4, secara bebas (warna tidak berpengaruh).
Gambar 3: PEAK Atlas DCA Pro Gambar 4: Kit Transistor Sebagai Switch
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
MOSFET yang terbaca oleh alat Atlas DCA Pro. Gambar 5: Icon
DCA Pro Gambar 6: Jendela aplikasi DCA Pro
IV.A.2. Kurva
7. Buka tab MOSFET Id/Vgs pada jendela aplikasi DCA Pro
8. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing.
Gambar 7: Pengaturan pembuat grafik
9. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis.
10. 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.
11. Tentukan tegangan threshold transistor MOSFET yang digunakan
IV.A.3. Kurva
12. Buka tab MOSFET Id/Vds pada jendela aplikasi DCA Pro
13. Atur pengaturan tracing seperti pada gambar berikut, kemudian klik Start. Tunggu proses tracing.
Gambar 8: Pengaturan pembuat grafik
14. Amati grafik yang terbentuk. Catat di BCL dan lakukan analisis.
15. 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.
IV.B. Menentukan Titik Kerja Transistor
1. Tentukan nilai yang akan digunakan pada rangkaian penguat (percobaan IV.C)
2. Dengan menggunakan kurva dan , buatlah garis beban (load line) pada grafik dan tempatkan titik Q.
3. Catat nilai DC , , dan pada titik Q.
4. Hitung dengan terlebih dahulu mencari nilai K berdasarkan formula
5. Tentukan nilai dengan melihat kemiringan kurva titik Q point pada kurva karakteristik . Bandingkanlah kedua nilai yang anda peroleh.
Gambar 9: Penentuan Titk Kerja Q.
Gambar 10: Penentuan nilai dengan metoda kurva
Persamaan load line
Sehingga garis akan memotong sumbu pada nilai .
IV.C. Rangkaian Penguat IV.C.1. Rangkaian Bias
1. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 11: Rangkaian DC (biasing) Common Source
2. Aturlah , potensiometer , , dan agar transistor berada pada titik operasi yang diinginkan, memperhatikan .
3. Buatlah sinyal input sinusoidal sebesar 50 mVpp dengan frekuensi 10 kHz.
IV.C.2. Nilai Penguatan Common Source
4. Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.
Gambar 12: Pengukuran nilai penguatan rangkaian Common Source
5. Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor.
6. Tentukan penguatannya .
7. Bandingkan nilai penguatan yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.
8. Naikkan amplitudo generator sinyal dan perhatikan sinyal output ketika sinyal mulai terdistorsi.
Catatlah tegangan input ini.
IV.C.3. Resistansi Input Common Source
9. Hubungkan rangkaian dengan sebuah resistor variabel pada input seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 13: Pengukuran nilai resistansi input rangkaian Common Source
10. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor.
11. Aturlah resistor variabel agar amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable.
Catatlah nilai sebagai nilai resistansi input .
12. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.
IV.C.4. Resistansi Output Common Source
13. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini.
Gambar 14: Pengukuran nilai resistansi output rangkaian Common Source
14. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor.
15. Aturlah resistor variabel agar amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. Catatlah nilai sebagai nilai resistansi output .
16. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.
IV.C.5. Rangkaian Penguat Common Gate
17. Tentukan nilai penguatan, resistansi input, dan resistansi output (langkah percobaan 5 s.d. 16) untuk konfigurasi Common Gate seperti pada rangkaian di bawah ini.
Gambar 15: Pengukuran nilai penguatan rangkaian Common Gate
