Document
advertisement
MODUL ELEKTRONIKA DASAR 1. Resistor Resistor adalah hambatan yang mempunyai nilai hambat tertentu. Resistor biasanya dinyatakan dengan huruf R. Resistor berfungsi untuk membatasi arus. Nilai resistor berbanding terbalik dengan nilai arus. Semakin besar resistor yang digunakan maka semakin kecil arus yang mengalir. Satuan resistor adalah ohm (β¦). 2. Kapasitor Kapasitor merupakan komponen yang berfungsi untuk menyimpan muatan. Kapasitas kapasitor tergantung pada nilai kapasitor itu. Semakin besar kapasitas kapasitor maka akan semakin banyak pula muatan yang dapat ditampungnya. Kapasitor dinyatakan dengan huruf C dengan satuan farad (F). 3. Dioda Fungsi umum dioda adalah sebagai penyearah arus bolak-balik. Dioda merupakan komponen semikonduktor yang hanya menghantarkan arus listrik dalam satu arah (anoda – katoda). 4. Transistor Transistor merupakan komponen semikonduktor yang dapat difungsikan sebagai saklar dan dapat juga difungsikan sebagai penguat. Dengan sifat semikonduktor itu maka transistor dapat dijadikan sebagai konduktor dan dapat pula bersifat sebagai isolator. Jika pada kondisi tertentu transistor diberi arus pada basis maka transistor akan dapat menghantar (konduktor), tetapi jika tidak ada arus yang mengalir pada basis maka transistor tidak akan dapat menghantar (isolator). 5. Induktor Induktor adalah komponen dinamik yang berbasis pada variasi medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik. Induktor dibuat dari bahan kawat konduktor yang dililitkan pada suatu inti yang terbuat dari bahan magnetik atau tanpa inti (berinti udara). 6. Catu Daya Catu daya merupakan bagian yang sangat penting karena tanpa adanya catu daya maka semua rangkaian tidak akan bekerja. Kebanyakan catu daya yang digunakan sekarang didayai oleh sumber arus bolak-balik 110volt atau 220volt dengan frekuensi berkisar antara 50hertz sampai dengan 60hertz. Sumber AC ini dimasukkan ke bagian input transformator sehingga menghasilkan tegangan output AC yang besarnya tergantung jumlah lilitan sekunder, jumlah lilitan primer dan besarnya tegangan primer trafo. Tegangan output dari trafo sekunder akan menentukan tegangan output DC akhir dari catu daya setelah penyearah dan filter dipasang. Suplai daya atau tegangan catu suatu rangkaian elektronik yang berubah-ubah besarnya (naik/turun) dapat menyebabkan rusaknya fungsi kerja rangkaian elektronik yang dicatunya. Oleh sebab itu agar suatu rangkaian elektronik dapat menampilkan unjuk kerja yang prima dan tahan lama, salah satu syaratnya adalah harus menggunakan catu daya yang stabil dan mampu menekan kerut atau ripple semaksimal mungkin. 7. Analisis Dioda Beban yang diberikan pada rangkaian secara normal mempunyai implikasi pada daerah kerja (operasi) dan piranti elektronik. Bila analisis disajikan dalam bentuk grafik, sebuah garis dapat digambarkan sebagai karakteristik dioda yang mewakili efek dari beban. Perpotongan antara karakteristik dan garis beban akan menggambarkan titik operasi dari sistem. 7.1. Menurut Hukum Kirchoff Tegangan : E-VD-VR=0 E=VD+IDR Selanjutnya kita atur ID=0, maka kita dapat memperoleh magnitude V D pada sumbu horizontal. E=VD+IDR E=VD+(0)RD VD=E VDQ=0,7V, sehingga diperoleh : E=VD+IDR E-0,7V=IDR πΌπ·π = πΈ − 0,7π π Contoh Soal : 1. Tentukan VD, VR dan ID dari rangkaian dioda dibawah ini ? -E+VD+VR=0 -8V+0,7V+VR=0 VR=8V-0,7V=7,3V π IR= π π 7,3π IR=2,2πβ¦ IR=3,32mA ID=IR=3,32mA 2. Tentukan garis beban dioda tersebut ? IDQ=ID=3,32mA VDQ=0,7V 7.2. Clipper Clipper merupakan rangkaian dioda yang memiliki kemampuan memotong sebagian sinyal input tanpa menimbulkan efek pada bagian lain dari sinyal tersebut. Analisis : ο· Dioda ON : ο· Dioda OFF : ο· Hasil Outputnya : 7.3. Clamper Rangkaian clamper adalah rangkaian yang akan melempar (clamp) sinyal ke level DC yang berbeda. Clamper tersusun atas kapasitor, dioda dan komponen resitif. Sumber DC juga dapat ditambahkan untuk memperoleh pergeseran tegangan tambahan. Nilai R dan C harus dipilih sedemikian rupa agar konstanta waktu τ=RC cukup besar. Hal ini berguna agar kapasitor tidak membuang tegangan (discharge) pada saat dioda mengalami perioda non konduksi (OFF). Dalam menganalisis, kapasitor kita anggap mengisi dan membuang semua dalam 5 kali konstanta waktu. π Selama interval 0 s/d 2 rangkaian dapat digambarkan sebagai berikut : Pada interval ini, kapasitor akan mengisi dengan cepat sampai V=VI (tegangan input), sedangkan VO=0 volt. Ketika polaritas input berbalik, rangkaian dapat digambarkan sebagai berikut : Jika digambarkan secara keseluruhan sinyal input dan output dari rangkaian diatas adalah sebagai berikut : 7.4. Dioda Zener Dalam menganalisis zener, kita dapat menggunakan cara menganalisis dioda pada bagian sebelumnya. Ketika zener diindikasikan ON, rangkaian penggantinya adalah sumber tegangan VZ, sedangkan jika zener OFF rangkaian penggantinya adalah saklar terbuka. Tentukan VL, VR, IZ dan PZ ? ο· Zener dalam kondisi OFF : π π 1,2π(16π) πΏ πΌ VL=π +π = 1π+1,2π =8,73V πΏ VR=VI-VL=16V-8,73V=7,27V IZ=0 ampere PZ=VZIZ=0 watt ο· Zener dalam kondisi ON : VL=VZ=10V VR=VI-VL=16V-10V=6V π 10π IL=π πΏ = 3π =3,33mA πΏ π 6π IR= π = =6mA π 1π IZ=IR-IL=6mA-3,33mA=2,67mA PZ=VZIZ=(10V)(2,67mA)=26,7mW 7.5. Pengali Tegangan Rangkaian ini digunakan untuk menaikkan tegangan puncak dari trafo hingga 2X, 3X atau lebih kecil. Tegangan pada output : -VC2+VC1+VIN=0 -VC2+VIN+VIN=0 VC2=2VIN 8. Analisis Transistor Transistor berasal dari kata transfer resistor yang dikembangkan oleh Berdeen, Schokley dan Brittam pada tahun 1948 di perusahaan elektronik Bell Telephone Laboratories. Penaman tersebut berdasarkan prinsip kerjanya, yaitu mentransfer atau memindahkan arus. Dalam dunia elektronika transistor disimbolkan sebagai berikut : C B C B NPN E PNP E Transistor merupakan komponen elektronika yang mempunyai tiga buah kaki, yaitu Basis (B), Collector (C) dan Emitor (E). Pada transistor NPN, memberikan tegangan positif dari basis ke emitor, menyebabkan kolektor dan emitor terhubung singkat, yang menyebabkan transistor aktif (ON), berbeda dengan transistor PNP, yang mengakibatkan transistor tersebut mati (OFF). Besarnya penguatan arus pada transistor adalah arus kolektor dibagi dengan arus basis, ini dikenal dengan simbol hFE (β). hFE = β = π°πͺ π°π© 8.1. Mode Operasi Transistor ο· ο· Mode Aktif, murapakan mode transistor yang digunakan sebagai penguat. Mode Cut Off dan Saturasi, merupakan mode yang digunakan oleh transistor sebagai switching (saklar). Aktif VCE = VCC-ICRC π½ −π½ IC = πͺπͺπΉ πͺπ¬ , IC = βIB πͺ Cut Off VCE = VCC IB = IC = IE = 0 IE = IC+IB, IE = (1+β)IB IE ≈ I C Transistor merupakan jenis komponen digunakan di berbagai elektronika, seperti : ο· ο· ο· ο· ο· Saturasi VCE = 0 π IC = π πΆπΆ , IC = βIB πΆ IE ≈ IC, IE = (1+β)IB semikonduktor yang banyak Penguat (Amplifier), transistor digunakan untuk menguatkan tegangan, arus atau daya, baik itu bolak-balik (AC) maupun searah (DC). Penyearah, tarnsistor digunakan untuk mengubah tegangan AC menjadi tegangan DC. Pencampur (Mixer), transistor digunakan untuk mencampur dua macam tegangan AC atau lebih yang mempunyai frekuensi berbeda. Osilator, transistor digunakan untuk membangkitkan getaran-getaran listrik. Switching, transistor digunakan untuk menghidup-matikan rangkaian elektronik (saklar elektronik) 8.2. Rangkaian Bias Tetap 12V RB 240k RC 2k2 C2 10uF Sinyal Output C1 10uF Sinyal Input Suatu rangkaian penguat menggunakan bias tetap seperti gambar diatas. Tentukan titik kerja IBQ , ICQ dan VCEQ serta gambarkan garis beban DC-nya ? Penyelesaian : ο· Titik Kerja : IBQ = IBQ = ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π΅ 12 π£πππ‘−0,7 π£πππ‘ 240 πβ¦ IBQ = 47,08 µA ICQ = βIBQ ICQ = (50)(47,08 µA) ICQ = 2,35 mA VCEQ = VCC-ICRC VCEQ = 12 volt-(2,35 mA)(2,2 kβ¦) VCEQ = 6,83 volt ο· Garis Beban : IC-MAKS = IC-MAKS = ππΆπΆ π πΆ 12 π£πππ‘ 2,2 πβ¦ IC-MAKS = 5,45 mA VCE-MAKS = VCC VCE-MAKS = 12 volt β 50 100 IB (µA) 47,08 47,08 IC (mA) 2,35 4,70 VCE (volt) 6,83 1,64 Terlihat apabila β dinaikan 100%, maka arus kolektor IC naik 100%. Jadi arus IC sangat tergantung pada besarnya β. Karena β sangat peka terhadap temperatur, maka rangkaian diatas sangat peka terhadap perubahan temperatur. Akibatnya titik Q yang telah kita tetapkan semula akan bergeser-geser seiring dengan berubahnya temperatur. 12V RB 240k RC 2k2 C2 10uF Sinyal Output C1 10uF Sinyal Input RE 1k Penyelesaian : ο· Titik Kerja : IBQ = IBQ = ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π΅ +(π½+1)π πΈ 20 π£πππ‘−0,7 π£πππ‘ 430 πβ¦+(50+1)(1 πβ¦) IBQ = 40,1 µA ICQ = βIBQ ICQ = (50)(40,1 µA) ICQ = 2,01 mA VCEQ = VCC–IC(RC + RE) VCEQ = 20 volt–(2,01 mA)(2 kβ¦ + 1 kβ¦) VCEQ = 13,97 volt ο· Garis Beban : IC-MAKS = IC-MAKS = ππΆπΆ π πΆ + π πΈ 20 π£πππ‘ 2,2 πβ¦+1 πβ¦ IC-MAKS = 6,67 mA VCE-MAKS = VCC VCE-MAKS = 20 volt 10uF β 50 100 IB (µA) 40,1 36,3 IC (mA) 2,01 3,63 VCE (volt) 13,97 9,11 Terlihat bahwa apabila β dinaikan 100%, maka arus IC naik ±81%. Perubahan ini lebih kecil dari contoh sebelumnya. Dari dua contoh tersebut dapat disimpulkan bahwa rangkaian bias dengan stabilitas RE ternyata lebih stabil terhadap perubahan β dari pada rangkaian bias tanpa stabilitas RE . 8.3. Rangkaian Bias Pembagi Tegangan ο· Penyelesaian : RB = RB = π 1 π 2 π 1 +π 2 (39 πβ¦)(3,9 πβ¦) 39 πβ¦+3,9 πβ¦ RB = 3,55 kβ¦ π 2 ππΆπΆ VBB = π 1 +π 2 (3,9 πβ¦)(22 π£πππ‘) VBB = 39 πβ¦+3,9 πβ¦ VBB = 2 volt ππ΅π΅ −ππ΅πΈ ICQ = π π΅ +[1+ 1 ]π π½ π½ πΈ ICQ 2 π£πππ‘−0,7 π£πππ‘ = 3,55 πβ¦ 1 +[1+140][1,5 πβ¦] ICQ = 0,85 mA 1 VCEQ = VCC–ICRC–[1 + ] [πΌπΆ π πΈ ] π½ 140 1 VCEQ = 22 volt–(0,85 mA)(10 kβ¦)–[1 + ] [0,85 ππ΄][1,5 πβ¦] 140 VCEQ = 22 volt–(8,5n volt)–(1,28 volt) VCEQ = 12,22 volt ο· Perhitungan Pendekatan : ICQ = ICQ = ππ΅π΅ −ππ΅πΈ π π΅ +π πΈ π½ 2 π£πππ‘−0,7 π£πππ‘ 2 πβ¦ +1,5 πβ¦ 140 ICQ = 0,86 mA VCE = VCC–IC(RC+RE) VCE = 22 volt–(0,86 mA)[(10 kβ¦)+(1,5 kβ¦)] VCE = 22 volt–9,8 volt VCE = 12,14 volt ICQ VCE HasilAnalisis 0,85 mA 12,22 volt HasilPendekatan 0,86 mA 12,14 volt Terlihat bahwa perbedaannya sangatkecil. Semakin besar harga β semakin kecil perbedaannya. β 140 70 ICQ (mA) 0,85 0,83 VCEQ (volt) 12,22 12,46 Hasil tersebut menunjukan bahwa meskipun harga β turun setengahnya, ternyata titik kerja transistor hampir sama. Hal ini terbukti bahwa stabilitas rangkaian dengan stabilisasi emitor terhadap perubahan β sangat baik. Perhatikan rangkaian penguat di atas. Bila diinginkan harga VCEQ = 5 volt, RE = 680 β¦, RL = 5 kβ¦, β = 150, VBE-AKTIF = 0,7 volt dan VCC = 15 volt. Tentukanharga R1, R2, garis beban DC, garis beban AC dan tegangan output maksimum (VP-P) ? Penyelesaian : ο· Analisis DC : VE = VCC-VCEQ VE = 15 volt–5 volt VE = 10 volt ICQ = ICQ = ππΈ π πΈ 10 π£πππ‘ 680 β¦ ICQ = 14,71 mA IBQ = IBQ = πΌπΆπ π½ 14,71 ππ΄ 150 IBQ = 98,07 µA V2 = VBE-AKTIF+VRE V2 = 0,7 volt+10 volt V2 = 10,7 volt V1 = VCC–VR2 V1 = 15 volt–10,7 volt V1 = 4,3 volt I1≈ I2≈ IBQ≈ 98,07 µA R1 = 4,3 π£πππ‘ (98,07)(10−6 ) π΄ R1 = 43,85 β¦ R2 = 10,7 π£πππ‘ (98,07(10−6 )π΄ R2 = 109,11 β¦ IC-MAKS = IC-MAKS = ππΆπΆ π πΈ 15 π£πππ‘ 680 β¦ IC-MAKS = 22,06 mA VCE-MAKS = VCC VCE-MAKS = 15 volt ο· Analisis AC : Re = Re = π πΈ π πΏ π πΈ +π πΏ (680 β¦)(5000 β¦) (680 β¦)+(5000 β¦) Re = 598,60 β¦ IC-MAKS =ICQ + ππΆπΈπ π πΆ +π π IC-MAKS = 14,71 ππ΄ + 5 π£πππ‘ 0 + 598,60 β¦ IC-MAKS = 14,71 mA+8,35 mA IC-MAKS = 23,06 mA VCE-MAKS = VCEQ+ICQ(RC + Re) VCE-MAKS = 5 volt+(14,71 mA)(0 + 598,60 β¦) VCE-MAKS = 5 volt+8,81 volt VCE-MAKS = 13,81 volt Ayunan tegangan maksimum positif = ICQRe ICQRe = (14,71 mA)(598,60 β¦) ICQRe = 8,81 volt Ayunan negatif = VCEQ VCEQ = -5 volt VCEQ = (2)(5) volt Untuk VP-P diambil harga terkecil, yaitu 5 volt, sehingga VP-P = 10 volt Analisis DC RE = 680 β¦ VCEQ = 5 volt IBQ = 98,07 µA ICQ = 14,71 mA Ic-MAKS = 22,06 mA VCE-MAKS = 15 volt Analisis AC Re = 598,60 β¦ IC-MAKS = 23,06 mA VCE-MAKS = 13,81 volt Soal-soal latihan : 1. Diberikan ICQ = 4 mA dan VCEQ = 10 volt, tentukan nilai R1 dan RC untuk rangkaian dibawah ini ? 2. Jika β = 100, hitung RC ? 8.4. Bias Dengan Umpan Balik Untuk meningkatkan stabilitas bias dilakukan dengan memberikan umpan balik dari kolektor rmenuju basis. ο· Loop Basis-Emitor : VCC–I`CRC–IBRB–VBE–IERE = 0 Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki kolektor berbeda dengan I`C , dimana I`C = IB+IC , tetapi nilai IB yang jauh lebih kecil bias diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi I`C ≈ IC ≈ βIB dan IC ≈ IE) : VCC-βIBRC–IBRB–VBE–βIBRE = 0 VCC–VBE–βIB(RC+RE)–IBRB = 0 Sehingga : IB = ο· ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π΅ +π½(π πΆ +π πΈ ) Loop Kolektor-Emitor : IERE+VCE+I`CRC = VCC , dengan I`C ≈ ICdan IC ≈ IE , maka : VCC = IC(RC+RE)+VCE VCE = VCC–IC(RC+RE) Untuk rangkaian di atas hitung ICQ , VCEQ , VB , VC , VE dan VBC ? Solusi : IB = ππΆπΆ −ππ΅πΈ π π΅ +π½π πΆ 20 π£πππ‘−0,7 π£πππ‘ IB = 680000 β¦+(120)(4700 β¦) 19,3 π£πππ‘ IB = IB = 680000 β¦+564000 β¦ 19,3 π£πππ‘ 1244000 β¦ IB = 15,51 µA ICQ = βIB = (120)(15,51 µA) ICQ = 1,86 mA VCEQ = VCC-ICRC VCEQ = 20 volt–(1,86 mA)(4,7 kβ¦) VCEQ = 11,26 volt VE = 0 volt VB = VBE VB= 0,7 volt VC = VCE VC= 11,26 volt VBC = VB-VC VBC = 0,7 volt-11,26 volt VBC = - 10,56 volt 8.5. Penguat Satu Transistor Jika tegangan masukan mempunyai tegangan puncak sebesar 1 volt, tentukan tegangan keluarannya ? ο· Analisis DC : VB = (VCC) π 2 π 1 +π 2 10 πβ¦ VB = (10 volt) 10πβ¦+10 πβ¦ VB= 5 volt VE = VB–VBE VE= 5 volt–0,7 volt VE= 4,3 volt VC = VCC VC= 10 volt IE = ππΈ π πΈ = IE= 1 mA 4,3 π£πππ‘ 4300 β¦ ο· Analisis AC : re = 25 ππ πΌπΈ = re= 25 β¦ A= A= 25 ππ 1 ππ΄ π πΈ π πΈ +ππ 4300 β¦ 4300 β¦+25 β¦ A = 0,994 (≈ 1) ο· Hasil Akhir : VOUT = AVVIN = (1)(1 volt) VOUT= 1 volt Hitunglah besarnya VOUT ? ο· Analisa DC : VB = (2π2)(10π) 2π2+10π VB = 1,8 volt VE = VB-VBE VE = 1,8 volt–0,7 volt VE = 1,1 volt IE = IE = ππΈ π πΈ 1,1 π£πππ‘ 1π IE = 1,1 mA ο· Analisa AC : re = re = 25 ππ πΌπΈ 25 ππ 1,1 ππ΄ re = 22,7 β¦ A= A= π πΆ ππ 3600 β¦ 22,7 β¦ A = -159 3,6 Kohm 1 Kohm 1-mV puncak 1,18 Kohm Vin -159 Vin (b) ο· Hasil Akhir : Zin-basis = βre Zin-basis = (150)(22,7 β¦) Zin-basis = 3,4 kβ¦ Zin = R1||R2||Zin-basis Zin = 10 kβ¦||2,2 kβ¦||3,4 kβ¦ Zin = 1,18 kβ¦ Vin = (1,18 πβ¦)(1 ππ) 2,18 πβ¦ Vin = 0,541 mV AVin = (-159)(0,541 mV) AVin = -86 mV Vout = (−86 ππ)(1,5 πβ¦) 5,1 πβ¦ Vout = -25 mV(VPP = 12,5 mV) AV = AV = ππππ ππ 12,5 ππ 1 ππ AV = 12,5 1,5 Kohm Vout 8.6. Penguat kaskade +VCC R1 RC R1 RC R2 RE R2 RE RS RL (a) RS Zout Vin Zin Zin AVin (b) Zout Vin Vout AVin Vout Contoh : +10 V 10 Kohm 10 Kohm 3,6 Kohm 3,6 Kohm 1 Kohm 1 Kohm 1 Kohm 2,2 Kohm 1,5 Kohm 2,2 Kohm (a) 1 Kohm 1-mV puncak Vin(1) 1,18 Kohm 3,6 Kohm -159Vin(1) 1,18 Kohm (b) Penyelesaian : ο· Penguat – 1 : ο· Analisa DC : VB = (2π2)(10π) 2π2+10π VB = 1,8 volt VE = VB-VBE VE = 1,8 volt–0,7 volt VE = 1,1 volt IE = IE = ππΈ π πΈ 1,1 π£πππ‘ 1π IE = 1,1 mA Vout(1) Vin(2) 3,6 Kohm -159Vin(2) 1,5 Kohm Vout ο· Analisa AC : re = re = 25 ππ πΌπΈ 25 ππ 1,1 ππ΄ re = 22,7 β¦ π πΆ A= ππ A= 3600 β¦ 22,7 β¦ A = -159 ο· Hasil Akhir : Zin-basis = βre Zin-basis = (150)(22,7 β¦) Zin-basis = 3,4 kβ¦ Zin = R1||R2||Zin-basis Zin = 10 kβ¦||2,2 kβ¦||3,4 kβ¦ Zin = 1,18 kβ¦ (1,18 πβ¦)(1 ππ) Vin = 2,18 πβ¦ Vin = 0,541 mV AVin = (-159)(0,541 mV) AVin = -86 mV Vout = AVin = -86 mV ο· Penguat – 2 : Vin = (1,18 πβ¦)(−86 ππ) 4,78 πβ¦ Vin = 21,23 mV AVin = (-159)(21,23 mV) AVin = 3375,57 mV (3375,57 ππ)(1,5 πβ¦) Vout = 5,1 πβ¦ Vout = 992,81 mV 8.7. Analisis Frekuensi Hitung frekuensi fIN , fOUT dan fE jika CIN = 0,47µF, COUT = 2,2µF dan CE = 10µF. fIN = fIN = 1 2π(π π +π πΌπ )(πΆπΌπ ) 1 (6,28)(1πβ¦+1,18πβ¦)(0,47ππΉ) fIN = 155Hz 1 fOUT = 2π(π πππ +π πΏ )(πΆπππ ) 1 fOUT = (6,28)(3,6πβ¦+1,5πβ¦)(2,2ππΉ) fOUT = 14,2Hz π π ||π 1 || π 2 ROUT = rE+ π½ (1πβ¦)||10πβ¦||(2,2πβ¦) ROUT = 22,7+ 150 ROUT = 27β¦ 1 fE = (2π)(π πππ )(πΆπππ ) 1 fE = (6,28)(27β¦)(10µπΉ) fE = 589Hz
