Transistor - Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

MODUL 04
TRANSISTOR
PRAKTIKUM ELEKTRONIKA TA 2017/2018
LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
INSTITUT TEKNOLOGI BANDUNG
1 TUJUAN
 Memahami cara kerja transistor BJT dan FET sebagai switch
 Mengetahui karakterisasi penguat dengan konfigurasi Common Emiter.
2 PERSIAPAN
 Transistor Switch (Malvino, hal. 235-236)
 “Bipolar Junction Transistors”, Bab 6 buku “Electronics Principles” Oleh Albert Malvino dan
David J. Bates
 Bab 4, bab 6, bab 8 buku “Electronic devices conventional current version” oleh Thomas L.
Floyd
 Datasheet transistor 2N3904.
 Datasheet transistor IRF540
3 PERALATAN PRAKTIKUM










4
Sumber tegangan DC (1 buah)
Multimeter
(3 buah)
Osiloskop
(1 buah)
Signal Generator
(1 buah)
Resistor 220 Ω
(3 buah)
Resistor Variabel 10 k Ω
(2 buah)
Transistor 2N3904
(2 buah)
Transistor IRF540 (/1N7002) (1 buah)
Kabel Jumper
Breadboard
DASAR TEORI
Transistor merupakan komponen elektronika yang pada dasarnya berfungsi sebagai pengontrol
arus listrik. Fungsi utama transistor adalah sebagai penguat sinyal dan switch (saklar). Dalam aplikasi
nya pada divais elektronik, penguatan pada sinyal listrik dan switch banyak digunakan. Oleh karena itu,
transistor menjadi salah satu komponen yang penting. Berdasarkan perkembangannya, transistor terbagi
menjadi BJT (bipolar junction transistor) dan FET (field effect transistor).
1. Bipolar Jucnticon Transistor (BJT)
Transistor BJT disusun oleh material semikonduktor tipe p dan tipe n. Berdasarkan konfigurasi
material penyusunnya, BJT terbagi menjadi PNP dan NPN. Pada gambar 1 ditunjukkan simbol dari
transistor BJT.
Gambar 1. Struktur dan Simbol Transistor BJT[2]
Transistor BJT memiliki tiga bagian/pin yaitu collector, emitter, dan base. Besarnya kuat arus yang
mengalir dikontrol oleh besar arus yang mengalir dari basis ke emitter. Pada pemakaian standar, arus
kecil yang mengalir dari basis ke emitter akan menyebabkan arus besar mengalir dari collector ke
emitter.
Cara kerja transistor BJT tipe npn adalah ketika kondisi antara pin base dan emitter dipanjar
mundur, (VB < 0.7), tidak ada arus yang mengalir dari collector ke emitter. Kondisi ini dinamakan
cut-off. Pada kondisi ini, transistor berperan sebagai saklar terbuka (open switch) dan besar tegangan
VCE akan sama dengan VCC . Sementara, transistor berperan sebagai saklar tertututp (closed switch)
apabila pin base dan emitter dipanjar maju (VB > 0.7). Pada kondisi tersebut arus akan mengalir dari
collector ke emitter. Kondisi ini disebut keadaan saturasi. Besar arus yang mengalir dari collector ke
emitter dalam keadaan saturasi disebut IC (𝑠𝑎𝑡) .
𝑉𝐶𝐶
𝑅𝐶
Sementara, besar arus minimum pada basis yang diperlukan untuk menghasilkan keadaan saturasi
adalalah IB(min)
I𝐶(𝑠𝑎𝑡) ⩳
IB(min) ⩳
𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡)
𝛽𝐷𝐶
𝛽𝐷𝐶 adalah gain transistor. Nilai gain terdapat di datasheet dan ditulis sebagai hfe .
Gambar 2. BJT sebagai switch
2. Field Effect Transistor
Field Effect Transistor (FET) adalah transistor yang menggunakan medan listrik untuk mengatur
konduktivitas bahannya. FET terbagi dua, yaitu Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET)
atau dikenal juga dengan Metal Oxide FET (MOSFET). FET terdiri dari tiga kaki, yaitu Drain (D), Gate
(G), dan Source (S). Besar medan listrik pada gate mempengaruhi lebar zona deplesi sehingga
mempengaruhi konduktivitas listrik didalamnya. FET juga disebut sebagai voltage-controlled device
karena output dari FET ditentukan oleh tegangan di gate, tidak seperti BJT yang dikendalikan oleh arus.
Threshold voltage setiap FET berbeda dan tercantum di datasheet sebagai VGS threshold.
Gambar 3. Simbol dan Tampilan MOSFET n-channel IRF540[2]
3. Transistor Sebagai Penguat
Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai penguat,
transistor harus berada pada kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan memberikan bias pada
transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus konstan pada basis atau pada collector.
Terdapat tiga jenis penguat yang dapat diberikan oleh transistor, yaitu penguat emitter ditanahkan
(Common Emiter, CE), penguat kolektor ditanahkan (Common Collector, CC), dan penguat basis
ditanahkan, CB). Pada praktikum kali digunakan tipe penguatan emitter ditanahkan (common emitter).
 Penguat Common Emitter
Gambar 4. Rangkaian Penguat Common Emitter
Pada gambar 4 diatas ditunjukkan rangkaian common emitter. Pada rangkaian common emitter
tegangan input berasal dari pin basis dengan output pada pin collector. Untuk dapat menentukan besar
penguatannya, kita harus terlebih dahulu menentukan tegangan input yang berasal dari sumber dan juga
tegangan outputnya (Vc). Untuk menghitung tegangan output (Vc) dapat digunakan langkah berikut :
(1) Hitung tegangan pada basis.
𝑉𝐵𝐵 =
𝑅2
𝑉
𝑅1 + 𝑅2 𝐶𝐶
(1)
(2) Hitung tegangan pada emitter dengan VBE = 0.7
𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 (2)
(3) Hitung arus yang melari di emitter untuk mendapatkan arus yang mengalir di kolektor
𝐼𝐸 =
𝑉𝐸
𝑅4
(3)
(4) Karena 𝐼𝐶 ≈ 𝐼𝐸 , maka
𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 𝑅3 (4)
Besar penguatan pada rangkaian Common Emmiter dapat dinyatakan sebagai perbandingan
antara tegangan output dan tegangan input.
𝑉0𝑢𝑡
𝐴=|
| (5)
𝑉𝑖𝑛
Keterangan :
VBB : Tegangan pada pin basis transistor
VE : Tegangan pada pin emitter transistor
VC : Tegangan pada pin collector transistor
IE
: Arus yang melewati pin emitter transistor
IC
: Arus yang melewati pin collector transistor
A
: Besar penguatan
5 TUGAS PENDAHULUAN
1. Jelaskan secara singkat mengenai transistor BJT dan FET serta klasifikasinya !
2. Jelaskan fungsi dari kapasitor C1, C2 dan C3 pada rangkaian common emitter pada gambar 4
di atas !
3. Pada rangkaian transistor sebagai switch (gambar 5), jelaskan kondisi ketika transistor dalam
keadaan on dan off !
4. Apa yang dimaksud dengan garis beban, dan titik kerja pada rangkaian penguat? Apa yang
terjadi jika titik kerja lebih besar dari garis beban? Gambarkan garis beban dari rangkaian
common emiter.
5. Gambarkan rangkaian setara AC dari rangkaian common emitter pada gambar 4.
6. Turunkan persamaan penguatan dari common emitter berdasarkan rangakaian setara AC pada
soal no. 5
6 LANGKAH PERCOBAAN
5.1 MOSFET Sebagai Saklar
Gambar 5. Rangkaian MOSFET sebagai saklar
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Susun rangkaian pada breadboard seperti gambar 5.
Gunakan Vcc dari sumber DC sebesar 5V.
Atur Potensiometer agar benilai minimum sehingga nilai VGS = 0.
Catat nilai awal VDS.
Naikkan tegangan VGS perlahan-lahan dengan memutar potensiometer.
Atur kenaikkan VGS dengan besar 0,5 V untuk rentang 0 V – 2.5 V dan kenaikan 0,1 V
untuk rentang 2.5 V – 4 V.
7. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki gate-source dan drain-source
8. Buat Kurva 𝑉𝐷𝑆 terhadap 𝑉𝐺𝑆 (sumbu y terhadap sumbu x)
5.2 Karakterisasi BJT
Gambar 6. Rangkaian untuk karakterisasi BJT
1.
2.
3.
4.
Susun rangkaian seperti pada gambar schematic di atas.
Gunakan Vcc sebesar 5V.
Atur potensiometer sehingga menunjukkan nilai VCE sebesar 0.1 V.
Variasikan nilai VCE dari 0.1 V sampai dengan 5 V dengan kenaikan 0.1 V dengan cara memutar
potensiometer
5. Catat nilai IC untuk setiap nilai VCE yang diambil.
6. Plot pada kurva data IC terhadap VCE
5.3 Transistor Sebagai Penguat (Common Emitter)
Gambar 7. Rangkaian Common Emitter
1. Susunlah rangkaian Common Emitter seperti gambar 5 di atas.
2. Berikan nilai Vcc sebesar 5 V.
3. Spesifikasi resistor pada gambar xx adalah R1 = 1 kΩ, R2 = 330 Ω, R3 = 720 (rangkai seri
330 Ω dan 390 Ω ) Ω, 1.3kΩ, 330 (rangkai seri 1kΩ dan 330 Ω) , R4 = 220 Ω, kapasitor C1
= 47 μF, transistor NPN 2N3904
4. Berikan input AC dari signal generator sebesar 300 mVpp dan frekuensi 500 Hz
5. Hitung arus yang mengalir pada pin collector 𝐼𝐶 .
6. Ukur dan catat besar tegangan output (𝑉𝑜𝑢𝑡 ) dan tegangan input (𝑉𝑖𝑛 ) AC. Amati sinyal
input dan output yang terbaca.
7 ANALISIS LAPORAN
1. Berdasarkan kurva yang didapat dari percobaan 1, bagaimana hubungan tegangan input (V GS)
terhadap tegangan output (VDS)? Jelaskan mengapa demikian!
2. Berdasarkan data yang diperoleh, pada tegangan berapa rangkaian bekerja sebagai saklar (transisi
kondisi on dan off) ? Apakah saklar pada rangkaian tersebut termasuk saklar ideal? Jelaskan !
3. Berdasarkan data yang diperoleh dari percobaan 2, jelaskan hasil plot kurva IC VS VCE ? Jelaskan
hubungan nya dengan penentuan titik kerja ! Bagaimana seharusnya menempatkan daerah kerja
transistor agar sinyal keluaran sesuai dengan yang diinginkan ?
4. Jelaskan fungsi dari resistor R1 dan R2 pada rangkaian transistor sebagai penguat !
5. Bagaimana bentuk sinyal yang dihasilkan dari rangkaian pada percobaan 3 ? Apakah terjadi beda
fasa atau tidak pada sinyal yang teramati oleh osiloskop ? Jelaskan !
8 REFERENSI
[1] Malvino, Albert Paul. Electronics Principles, 8th edition. McGraw-Hill Education. United
states: 2007. Chapter 6: Bipolar Junction Transistors
[2] Floyd, Thomas L. Electronic devices conventional current version, 9th edition. Prentice Hall.
United States: 2012.
LOG AKTIVITAS
Nama
NIM
Shift
:
:
:
Percobaan 1. MOSFET seagai saklar
Data VDS terhadap VGS
VDS ( )
VGS (
)
Percobaan 2. Penguat Common Emitter
Data VDS terhadap VGS
IC (
)
VCE (
)
Kurva VDS terhadap VGS
Kurva IC terhadap VBE
Percobaan 1. MOSFET seagai saklar
Percobaan 2. Karakterisasi BJT
Percobaan 3. Penguat Common Emitter
Percobaan Penguat Common Emitter
Besaran
R1
R2
Nilai
Besaran
Nilai
VCC
f
R4
C1
Tabel foto sinyal penguat common emitter
Tegangan (V) Gambar
R3 =
VCE
VBE
Vo =
Vi =
Av =
R3 =
VCE
VBE
Vo =
Vi =
Av =
R3 =
VCE
VBE
Vo =
Vi =
Av =