LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR
UNIT : III
JUDUL : PENGUAT TEGANGAN TRANSISTOR
Nama
: Rio Sitohang
NIM
: 39822
Hari
: Jumat
Tanggal : 15 Maret 2013
LABORATORIUM ELEKTONIKA DASAR
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO DAN TEKNOLOGI INFORMASI
FT UGM
PENGUAT TEGANGAN TRANSISTOR
I. PENDAHULUAN
a. Tujuan Praktikum
1. Memahami bentuk rangkaian penguat transistor sederhana dan mampu merangkainya 2. Mempelajari karakteristik, perbandingan input output dan bentuk gelombangnya
(sebelum terdistorsi) dari sebuah Penguat Tegangan Transistor
3. Mempelajari karakteristik tanggapan frekuensi dari suatu rangkaian penguat, yaitu pengaruh frekuensi terhadap tengan system.
4. Mampu melakukan pengujian impedansi input dan impedansi output pada suatu frekuensi tertentu.
b. Dasar Teori
Pada prinsipnya rangkaian penguat merupakan rangkaian yang mampu menghasilkan nilai output yang lebih besar daripada nilai inputnya. Pada praktikum kita pada bagian ini, kita merangkai sebuah rangkaian penguat sederhana yang menggunakan transistor.
Perhatikan skema transistor berikut
Transistor memliiki beberapa fungsi salah satunya adalah sebagai penguat (amplifier). Tentunya pada saat kita menggunakan suatu alat elektronis banyak alat yang menggunakan transistor sebagai salah satu komponen penyusunnya. Aplikasinya dapat kita lihat seperti pada stereo, bila kira ingin memperbesar atau memperkecil volume maka dapat dilakukan dengan memutar tombol volume. Untuk memperkuat sinyal input kita menggunakan transistor. Pada dasarnya transistor dapat memperbesar level sinyal keluaran sampai beberapa kali sinyal masukan. Sinyal masukan disini dapat berupa sinyal AC ataupun DC. Prinsip dasar transistor sebagai penguat adalah arus kecil pada basis mengontrol arus yang lebih besar dari kolektor melewati transistor. Transistor berfungsi sebagai penguat ketika arus basis berubah. Perubahan kecil arus basis mengontrol perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter. Pada saat ini transistor berfungsi sebagai penguat.
Ada 3 jenis penguat transistor yang sering digunakan yakni: 1. Common Base
Penguat jenis ini digunakan dalam penguatan tegangan. Pada rangkaiannya emitor merupakan input dan collector adalah output. Sedangkan basis disambungkan ke ground.
2. Common Emitor
Penguat jenis ini juga digunakan dalam penguatan tegangan, dan pada rangkaiannya input adalah basis dan output adalah collector sedangkan emitor dihubungkan ke ground 3. Common Colector
Penguat jenis ini digunakan dalam penguatan arus. Pada rangkaiannya mirip dengan common emitor. Namun, inputnya dihubungkan ke basis dan output dihubungkan ke emitor. Pada rangkaian penguat common collector ini nilai tegangan output hamper sama dengan nilai tegangan inputnya.
Adapun jenis rangkaian penguat yang paling banyak digunakan adalah rangkaian penguat common emitter karena memiliki sifat yakni menguatkan tegangan puncak amplitude dari sinyal masukan.
Adapun sifat-sifat dari penguat common emitter adalah : - Signal output berbeda phasa 180 derajat
- Memungkinkan adanya osilasi akibat feedback, untuk mencegahnya sering dipasang feedback negatif.
- Sering dipakai sebagai penguat audio (frekuensi rendah)
- Stabilitas penguatan rendah karena tergantung stabilitas suhu dan bisa transistor
Pada percobaan kali ini praktikan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat tegangan dengan menggunakan konfigurasi common emmiter. Rangkaian emitter bersama (common-emitter) adalah rangkaian BJT yang menggunakan terminal emitor sebagai terminal bersama yang terhubung ke sinyal basis (ground), sedangkan terminal masukan dan keluarannya terletak masing-masing pada terminal basis dan terminal kolektor. Berikut merupakan skema sederhana dari rangkaian penguat BJT:
Dari gambar bisa kita lihat pada rangkaiannya input adalah basis dan output adalah collector sedangkan emitor dihubungkan ke ground. Untuk lebih jelasnya, kita bisa lihat dan pelajari hasil praktikum dan pengukuran dari system penguat transistor berikut.
II. ALAT & BAHAN Alat : Multimeter Supply daya Osiloskop AFG Breadboard Bahan : Resistor - R1 = 68 KΩ - R2 = 12 KΩ - R C= 3300 Ω - R E= 270 Ω - Rs = 1200 Ω - RL = 47 KΩ Kapasitor - C1 = 10 μF/16V - C2 = 10 μF/16V - CE = 47 μF/25V Transistor Fcs 9012 I. Hfe : 190 kali
III. GAMBAR RANGKAIAN DAN ANALISA
a. Pengujian Statis Penguat tegangan Transistor
Dari gambar diatas, bisa kita lihat bahwa penguat yang kita gunakan adalah penguat jenis common emitor. Input adalah basis dan output adalah collector sedangkan emitor dihubungkan ke ground.
C1 merupakan blocking capacitor yang fungsinya yakni untuk melewatkan sinyal ac saja dari input tersebut dan sinyal input dc nya akan diblok. Dan resistor berfungsi sebagai pemberi hambatan sehingga terdapat beda tegangan anatara kaki-kaki transistor, dimana tegangan pada basis relative lebih kecil daripada kaki yang lain. Kapasitor CE berfungsi sebagai bypass yang menyerap tegangan ke dalam dirinya, sehinngga tegangan tidak masuk ke hambatan RE hinnga akhirnya tidak ada hubung singkat tegangan input 8 volt yang digrounded. Kapasitor C2 adalah kapasitor yang memasok sinyal output untuk load . Dengan konfigurasi common emitor penguat diatas adalah penguat kelas A.Tipe penguat dibuat dengan mengatur arus bisa basis yang sesuai pada titik tertentu untuk mendapatkan titik kerja pada garis beban rangkaian tersebut.
b. Pengujian Output dan Input Maksimum tanpa Distorsi
Pada bagian ini rangkaian yang digunakan masih sama dengan rangkaian yang diatas, namun pada bagian ini kita menggunakan AFG (Audio Frequency Generator) . Disini kita akan mengamati V.in maksimum dan V.out maksimum dengan mengatur amplitude pada AFG dimana kita memperbesar amplitudonya sampai gelombang pada osiloskop mendekati distorsi. Dan kita mengukur nilai V.in dan V.out maksimumnya. Dari perbandingan V.out dan V.in nya lah kita akan menentukan berapa besar penguatan yang dilakukan oleh penguat transistor BJT yang sedang kita lakukan ini.
Adapun bentuk skemanya yaitu yakni V.in maks V.out maks V.out terdistorsi Distorsi Distorsi
Gambar A merupakan bentuk gelombang yang ditampilkan oleh osiloskop tanpa ada pengaturan amplitude. Dengan kata lain rangkaian belum terhubung dengan AFG. Sementara pada gambar yang kedua, nilai amplitude gelombang yang dihasilkan diperbesar, sehingga nilai V.outnya juga semakin besar. Hal ini bisa kita lihat dari gambar, dimana besar amplitudonya meningkat.Dan jika nilai amplitudonya terus diperbesar, maka gelombang akan mengalami yang namanya distorsi dimana bentuk gelombang mulai berubah menjadi tidak begitu teratur. Distorsi bisaanya dimulai pada bagian amplitude dari sebuah gelombang. Bisa kita lihat penjelasannya dari gambar ketiga diatas. Amplitudo gelombang ini telah melebihi Vout maks sehingga titik puncak atasnya terpancung hingga sebesar Vout maks.
Gelombang ini tak berbentuk sinusoidal utuh lagi.
Dalam pengukuran, sebaiknya kita melakukan pengukuran untuk V.out maksimumnya saat bentuk gelombang sangat mendekat distorsi, namun belum terjadi distorsi.
c. Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat
d. Pengujian Impedansi Input dan Output Penguat dengan frekuensi 100 Hz
Pada bagian kita kita membandingkan nilai input dan output dari sebuah rangkaian penguat dengan dan tanpa impedansi. Adapun untuk penjelasan lebih lanjut bisa kita lihat pada bagian analisa hasil percobaan pada bagian selanjutnya
Untai penguat Tegangan AFG CRO Untai penguat Tegangan AFG CRO
e. HASIL PENGUJIAN
Hfe=185
a. Pengujian Statis Penguat tegangan Transistor
Vb = 0.24 Volt Vbe = -1,2 Volt Ve = 0.243 Volt Vce = 1.59 Volt Vc = 0.05 Volt Vcc = 6.97 Volt
b. Pengujian Output dan Input Maks tanpa distorsi dengan frekuensi 100 hz
Vout maks = 5.12 VoltVpp Vin maks = 0.83 Volt Vpp
c. Pengujian Tanggapan Frekuensi Penguat
No Frekuensi (Hz) V Out (Vpp) V.In (Vpp) AV dB
1 100 4.56 0.83 5.49 14.79 2 300 4.88 0.83 5.88 15.38 3 500 5.12 0.83 6.16 15.79 4 800 5.13 0.83 6.18 15.82 5 1500 5.00 0.83 6.02 15.59 6 3000 5.00 0.83 6.02 15.59 7 5000 5.04 0.83 6.07 16.66 8 10000 5.24 0.83 6.31 16 9 15000 5.04 0.83 6.07 15.66 10 30000 4.92 0.83 5.92 15.44 11 50000 4.84 0.83 5.83 15.37 12 150000 4.08 0.83 4.92 13.84 13 300000 2.88 0.83 3.46 10.78 14 500000 1.88 0.83 2.26 7.08 15 1000000 840m 0.83 1.01 0.08
d. Pengujian Impedansi input dan output penguat dengan frekuensi 100 Hz
Gambar I
Penguji Tanpa RL Dengan RL Vs (Vpp) 1.72 V 1.72 V
Vin (Vpp) 1.5 V 1.5 V
Z.in 11.72 11.72 V
Gambar II
Voutput tanpa beban = 800 mVpp
f. ANALISIS HASIL PENGUJIAN
a. Pengujian Statis Penguat Tegangan Transistor
Untuk menguji sejauh mana ketepatan hasil pengukuran yang kita lakukan, ada baiknya jika kita membandingkan hasil pengukuran kita dengan perhitungan secara manual. Jjika perbedaannya dekat, itu berarti pengukuran kita berhasil/ sudah dilakukan dengan tepat, namun jika perbedaan yang kita temukan cukup jauh, kita perlu menganalisis dimana kesalahan kita saat melakukan pengukuran.
Adapun perhitungannya secara manual adalah sbb : (Nilai terukur VB = 0.24V)
Setelah didapat VTh atau VB, maka :
(Nilai terukur VC = 0,05 V) (Nilai terukur VE = 0.243 V) (Nilai terukur VCE = 1.59 V)
Dari hasil perhitungan diatas, ada beberapa bagian yang nilai terukur dan nilai hasil perhitungan manual selisihnya tidak lagi besar seperti Ve, namun kebanyakan nilai terukur dan nilai hasil perhitungan manual memiliki selisih yang cukup bahkan sangat besar. Saya juga tidak begitu mengerti kenapa hal ini terjadi. Ada banyak factor yang bisa menyebabkan hal ini terjadi seperti kekurang tepatan dalam perangkaian, proses menghubungkan alat ukur dengan alat yang dikukur kurang pas atau mungkin kesalahan pada alatnya sendiri. Berdasarkan pengalaman waktu praktikum, kami mengalami kesulitan dalam penggunaan alat, karna hasil yang ditampilkan jauh dari seharusnya. Hal inilah yang mungkin jadi penyebabnya mengapa hasil perhitungan dan hasil pengukuran memiliki selisih yang sangat besar.
b. Penyajian output dan input Mak tanpa distorsi dengan frekuensi 1000 hz
Untuk megetahui berapa besar penguatan dari rangkaian yang kita buat, maka kita harus mencari Vout maks dan Vin maks terlebih dahulu. Untuk mendapatkan Vout maks, kutub positif AFG harus dihubungkan ke titik A, sedangkan probe CRO dihubungkan ke output B. Sementara itu, untuk mendapatkan Vin maks, probe CRO dipindah dari titik A ke titik B. Gelombang sinus didapat dengan cara mengatur VOLTS/DIV pada kedudukan yang tepat. Rumus untuk mencari besar penguatan yang dihasilkan:
Pada penguat transistor common-emitter amplifier diatas terdapatkan V out mak sebesar 5.12 Vpp dan V In mak 0.83Vpp. Sehingga
AV (penguatan) diperoleh = 6.16 .Dari hasil
penguatan tersebut termasuk penguatan tengah (midrange).
Distorsi amplitudo sinyal output pada sebuah amplifier dapat berupa terpotongnya sinyal output puncak positif maupun puncak negatif atau keduanya. Pada dasarnya suatu amplifier dikatakan memiliki gelombang output yang terdistorsi apabila sinyal output memiliki bentuk yang tidak sesuai dengan sinyal masukannya. Distorsi amplitudo adalah cacatnya sinyal output yang dilihat dari sisi amplitudo sinyal output tersebut. Distorsi amplitudo dapat disebabkan oleh
- Pemberian tegangan bisa yang salah pada amplifier
- Setting faktor penguatan yang melebihi kapasitas tegangan sumber amplifier
- Sinyal input yang terlalu besar sehingga melebihi kapasitas tegangan sumber amplifier Tingkat kesulitan pada pengujian ini adalah osiloskop yang sulit dipakai (hasilnya jauh dari harapan)
14,79 15.37 15.79 15.81 15.66 15.66 15.66 15.66 15.66 15.44 15.31 13.82 10.78 7.08 -0.35 -2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 d e si b e l ( d B ) frekuensi (Hz)
Grafik hubungan antara frekuensi dan
desibel (dB)
c. Penyajian Tanggapan Frekuensi Penguat
Dari table diatas (hasil pengujian) dapat kita bentuk grafik sebagai berikut :
Dapat dilihat seiiring pertambahan frekuensi AFG Vout (Vpp) semakin kecil dan Vin (Vpp) cenderung tetap. Karena AV merupakan hasil pembagian dari Vout (Vpp) dan Vin (Vpp) sementara Vin V(Vpp) cenderung tetap , maka penguatannya berbanding lurus dengan Vout (Vpp).
Saat frekuensi rendah Re berpengaruh karena tidak dihubung singkat dengan ground oleh
CE (CE dianggap ‘open circuit’) sehingga gain nya minimum.
Pada saat frekuensi meningkat pada frekuensi tengah, reaktansi kapasitor Ce akan
berkurang sehingga impedans paralel Re dan Ce kecil sampai resistor Re dihubung
singkat ke ground oleh Ce. Gain pada frekuensi tengah ditentukan oleh:
AV (penguatan) =
Untuk besar dB dapat diturunkan dari rumus, dB = 10 log
= 10 log = 20 log
Dimana dB disini merupakan voltage gain yaitu perbandingan antara voltase output dengan voltase input pada suatu rangkaian penguat.
d. Pengujian Impedans Input dan output dengan frekuensi 1000 hz
Sebelum masuk ke penjelasan analisa perecobaan ada baiknya kita melihat kembali table hasil percobaan
Penguji Tanpa RL Dengan RL Vs (Vpp) 1.72 V 1.72 V
Vin (Vpp) 1.5 V 1.5 V
Z.in 11.72 11.72 V
Bisa kita lihat dari table bahwa Perbedaan antara vin dan Vs relative kecil. Dimana seharusnya Vin sudah mengalami drop tegangan akibat pengaruh RS. Namun jika dilihat hasil pengukuran, hal tersebut sepertinya tidak tercapai. Mungkin ada terjadi kesalahan prosedur dalam pengukuran yang mengakibatkan hal-hal tersebut diatas tidak terukur seperti seharusnya
g. KESIMPULAN
1. Transistor merupakan salah satu komponen yang dapat digunakan dalam penguat
2. Rangkaian penguat dengan transistor satu lapis dapat menghasilkan rangkaian penguat yang dapat memperkuat tegangan input secara utuh.
3. Ampifier memperkuat sinyal AC
4. Pada Bipolar Junction Transistor terdapat tiga konfigurasi yaitu Common Base, Common Emitter dan Common Collector
5. Besar penguatan sinyal sebaiknya diukur sinyal elombang yang hendak diukur mendekati keadaan terdistorsi (Semakin dekat dengan keadaan terdistorsi, semakin akurat hasil pengukuran yang dilakukan)
6. Distorsi menyebabkan cacatnya bentuk gelombang ,keluaran sinyal output tidak sesuai dengan sinyal input
7. Apabila frekuensi AFG input rangkaian diubah semakin tinggi maka Vout (Vpp) semakin kecil sementara V in (Vpp) cenderung tetap, AV dan dB pun semakin kecil.
8. Nilai impedansi output rangkaian dapat dicari dengan menghubung sumber ke port input kemudian melakukan pembebanan hingga nilai tegangan jatuhnya setengah dari nilai tegangan tanpa beban. Hambatan beban menyatakan nilai impedansi output rangkaian
h. LAMPIRAN
Jawaban Pertanyaan:
1. Blocking Capacitor adalah kapasitor yang hanya melewatkan tegangan AC saja dari input yang diterimanya, sementara tegangan DC diblok/ dicegah.
2. By pass capasitor adalah kapasitor yang terhubung dengan ground pada common emitter dan dirangkai parallel dengan hambatan emitter. Kapasitor ini digunakan untuk mem-bypass atau menghindari resistor emitter pada saat analisis AC, karena pada saat itu, untuk nilai frekuensi yang sesuai, reaktansinya akan kecil sehingga dapat dianggap short circuit sehingga arus akan melalui kapasitor dan tidak melewati hambatan emitter seperti saat analisis DC.
3. Titik lengang adalah titik yang dimana saat penguat tidak mendapat sinya AC untuk diolah yang menyebabkan DC values, Ic dan Vce menjadi konstan
4. Yang menyebabkan out terpacung adalah jika tegangan output terpancung di bagian atas, artinya sistem mengalami distorsi. Hal ini dapat diakibatkan karena keberadaan titik lengang (Q point) yang dekat dengan keadaan cut-off ataupun keadaan saturasi dari transistor sehingga tegangan output yang dihasilkan tidak berbentuk sinusoidal sempurna.
5. Penguat Tak Membalik (non inverting amplifier)
Penguat Tak-Membalik (Non-Inverting Amplifier) merupakan penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output yang dikuatkan memiliki fasa yang sama dengan sinyal input. Rangkain penguat tak-membalik ini dapat digunakan untuk memperkuat isyarat AC maupun DC dengan keluaran yang tetap sefase dengan sinyal inputnya. Impedansi masukan dari rangkaian penguat tak-membalik (non-inverting amplifier) berharga sangat tinggi dengan nilai impedansi sekitar 100 MOhm
Penguat Membalik (Inverting amplifier)
Inverting Amplifier merupakan penerapan dari penguat operasional sebagai penguat sinyal dengan karakteristik dasar sinyal output memiliki phase yang berkebalikan dengan phase sinyal input. Pada dasarnya penguat operasional (Op-Amp) memiliki faktor penguatan yang sangat tinggi (100.000 kali) pada kondisi tanpa rangkaian umpan balik. Dalam inverting amplifier salah satu fungsi pamasangan resistor umpan balik (feedback) dan resistor input adalah untuk mengatur faktor penguatan inverting amplifier (penguat membalik) tersebut. Dengan dipasangnya resistor feedback (RF) dan resistor input (Rin) maka faktor penguatan dari penguat membalik dapat diatur dari 1 sampai 100.000 kali.
6. Penguat common emitor adalah Penguat yang digunakan dalam penguatan tegangan, dan pada rangkaiannya input adalah basis dan output adalah collector sedangkan emitor dihubungkan ke ground
Adapun jenis rangkaian penguat ini memiliki sifat yakni menguatkan teganagan puncak amplitude dari sinyal masukan.
Adapun sifat-sifat dari penguat common emitter adalah : - Signal output berbeda phasa 180 derajat
-Memungkinkan adanya osilasi akibat feedback, untuk mencegahnya sering dipasang feedback negatif.
- Sering dipakai sebagai penguat audio (frekuensi rendah)
