Solusi Ujian 1 EL2005 Elektronika Sabtu, 15 Maret 2014

Solusi Ujian 1 EL2005 Elektronika
Sabtu, 15 Maret 2014
1. Pendahuluan: Model Penguat (nilai 15)
Rangkaian penguat pada Gambar di bawah ini memiliki tegangan output vo sebesar 100 mV pada saat saklar
dihubungkan. Ketika saklar dibuka tegangan output menjadi 50mV. Dalam keadaan saklar terbuka resistor
beban dibuka dan tegangan output menjadi 100mV. Tentukan:
a) Resistansi input penguat
b) Resistansi output penguat
1M
vs
Penguat
vo
1k
Gambar 1 Gambar Soal no. 1
Jawab
Untuk kondisi output terbeban diketahui :
1. Saat saklar di input terhubung, memiliki tegangan output = 100mV
2. Saat saklar di input terbuka, memiliki tegangan output = 50mV
Dari sini diperoleh tegangan output penguat mengalami turun sebesar 1/2 kali tanpa perubahan di output,
perubahan ini terjadi hanya di input. Tegangan input terbagi dua. Jadi resistansi inputnya adalah 1MΩ.
Dalam keadaan sumber input terhubung resistansi
1. Saat output terbeban, memiliki tegangan output = 50mV
2. Saat output tak terbeban, memiliki tegangan output = 100mV
Jadi tegangan output terbagi dua saat terbeban, dengan demikian resistansi output sama dengan resistansi
beban 1kΩ.
Ro
1M
vI
+
Vi
Ri
1k
AvoVi
-
+
50m
V
-
Ro
vI
+
Vi
-
Ri
1k
AvoVi
+
100
mV
-
2. Dioda: Karakteristik Arus-Tegangan (nilai 20)
Perhatikan rangkaian penyearah operasional dengan superdiode di bawah ini. Penyearah ini menggunakan
penguat operasional (opamp) ideal dan memiliki beban R=1k. Keluaran penguat operasional saturasi pada
tegangan ±12V. Dioda memiliki tegangan jatuh (drop) 0,7V saat arus 1mA.
superdiode
vI
vA
vO
Gambar 2 Gambar Soal no. 2
Berapakah tegangan keluaran penguat operasional vA dan tegangan beban vO untuk masukan vI sebesar
a) 10mV
b) 1V
c) -1V
Jawab
a) Untuk
Pada dioda
Untuk input
, maka
sehingga arus yang mengalir ke R adalah sebesar
karena tidak ada arus yang mengalir ke R selain dari arus diode (arus yang masuk ke input opamp nol).
Maka
b) Untuk
Karena
maka
c) Untuk
Dioda cut-off sehingga
sehingga
dan
karena opamp ideal.
3. Transistor: Analisis DC (nilai 20)
Carilah tegangan basis (VB), kolektor (VC), dan emitor (VE) untuk rangkaian berikut ini.
+6V
470
VC
VB
=100
VBE=0,7V aktif/sat
VCE=0,2V sat
VCE=0,3V EOS
VE
470
330
-6V
Gambar 3 Gambar Soal no. 3
Jawab
Dengan memperhatikan bias tegangan pada basis-emitor VBE, tampak transistor dapat berada dalam
keadaan aktif atau saturasi.
 Anggapan Aktif maka VBE=0,7V dan
KVL mencakup VBE:
Diperoleh arus dan tegangan pada transistor
Anggapan tidak benar karena VCE kurang dari VCE EOS (batas saturasi)

Anggapan Saturasi maka VBE=0,7V dan VCE=0,2V
KCL mencakup VBE:
(1)
KCL mencakup VCE:
(2)
Dengan menjumlahkan kedua persamaan (1) dan (2) di atas maka diperoleh
Dengan demikian
4. Transistor: Penguat (nilai 30)
Anda diminta merancang sebuah rangkaian penguat BJT Common Emitter menggunakan transistor 2N3904
seperti dibawah ini. Tegangan catu yang digunakan, VCC = 12 V. Untuk titik operasinya dipilih IC = 0.99 mA
agar didapat harga gain arus β = 100. Harga tegangan terminal yang lain di pilih sebagai berikut :
VC = (3/4) x VCC,
VBB = (1/3) x VCC,
dan VCE = ½ VCC
a) Hitung harga tegangan VE, nilai IE, RE dan juga RC.
b) Hitung nilai IB. Untuk mencari nilai R1 dan R2, gantilah rangkaian R1, R2, dan VCC dengan rangkaian
pengganti Thevenin terdiri dari VT dan RT dengan output terminal a-b.
c) Gambarlah rangkaian pengganti sinyal kecil penguat di bawah. Hitung nilai parameter sinyal kecil : gm
dan rπ. Hitunglah nilai AVo, Ri, dan Ro
d) Jika Rsig = 10 kΩ, hitung GV. Jika syarat batas saturasi vCB = ≥ 0.4 V, berapa nilai maksimum Vsig yang
masih dimungkinkan agar transistor tidak beralih ke daerah saturasi.
+VCC
RC
Rsig
C1
Vsig
vin
R1
B
a
C
C3
E
R2
b
RE
vout
RL
C2
Ri
Ro
Gambar 4 Gambar Soal no. 4
Jawab
a) Analisis DC pada loop output:
b) Analisis DC pada loop input rangkaian bias:
Gambar rangkaian pengganti Thevenin
+VCC
RC
RT
VT
a
B
C
E
IB
RE
IE
VC
VE
b
Persamaan KVL pada loop input:
dimana
(1)
(2)
(3)
Dari persamaan (2) dan (3):
Substitusi
ke persamaan (2):
c) Rangkaian pengganti sinyal kecil (tanpa memasukkan beban RL dan terminal emitor dihubungsingkatkan
ke ground oleh kapasitor bypass CE)
Rsig
B
vsig
ib
r
C
v
R1||R2
gmv
E
Nilai parameter-parameter model rangkaian sinyal kecil:
Menghitung
d) Perhitungan nilai penguatan total
Perhitungan nilai maksimum
agar transistor masih di daerah aktif
Jadi amplitude tegangan input maksimum adalah 0,46V
io
RC
vo
5. Thyristor: Rangkaian TRIAC (nilai 15)
Untuk rangkaian di bawah ini TRIAC yang digunakan mempunyai tegangan break-over VBR 25V dan arus
holding IH 2mA. Tegangan TRIAC saat arus holding VH kecil dan dapat diabaikan. Rangkaian memperoleh
tegangan dari sumber vS berbentuk sinusoidal vS=Vs sin(t).
4,7k
vS
trigger
Gambar 5 Gambar Soal no. 5
Gambarkan sketsa arus I bila
a) Vs=20Vpeak dan TRIAC tidak mendapat trigger
b) Vs=30Vpeak dan TRIAC tidak mendapat trigger
c) Vs=20Vpeak dan TRIAC mendapat trigger pulsa saat sumber tegangan vS memiliki fasa (t) 60o, 240o,
420o, 600o dst.
Jawab
a) Tegangan input maksimum adalah 20V tegangan ini kurang dari tegangan breakover TRIAC dan
tegangan tidak mendapat trigger. Dengan demikian TRIAC tidak pernah on (konduksi). Arus selalu nol.
b) Amplituda tegangan maksimum adalah 30V tegangan ini melampaui tegangan breakdown TRIAC dengan
demikian TRIAC on (konduksi) saat tegangan mencapai tegangan breakover.
Arus saat konduksi (vS>VBR):
TRIAC kembali off ketika tegangan turun dan arus mencapai arus holding
c) Tegangan input maksimum adalah 20V tegangan ini kurang dari tegangan breakover TRIAC. Namun
TRIAC mendapat trigger pada fasa 240o, 420o, 600o dst. sehingga setelah trigger tersebut TRIAC dalam
kondisi on (konduksi).
Arus saat konduksi (vS>VBR):
TRIAC kembali off ketika tegangan turun dan arus mencapai arus holding