LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan

penyambung (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau sebagai fungsi lainnya. Transistor

dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan

inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal, yaitu Basis (B), Emitor (E) dan Kolektor (C).

Tegangan yang di satu terminalnya misalnya Emitor dapat dipakai untuk mengatur arus dan tegangan

yang lebih besar daripada arus input Basis, yaitu pada keluaran tegangan dan arus output Kolektor.

Transistor merupakan komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam

rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi

pengeras suara, sumber listrik stabil (stabilisator) dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-

rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga

dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori dan fungsi

rangkaian-rangkaian lainnya.

1.2 Tujuan

1. Untuk menentukan titik kerja DC teori dan praktik

2. Untuk membandingkan penguat tegangan teori dan praktik

3. Untuk mengetahui pengaruh CE pada gain

4. Untuk mengetahui hubungan impedansi dengan frekuensi

Halaman 1

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

BAB II

DASAR TEORI

Banyak rangkaian elektronik yang dapat menggunakan VT tapi tidak pernah berhasil karena kesukaran

dalam pemanasan katoda. Pada rangkaian penguat NPN dan PNP digandengkan langsung. Dengan

menggunakan catu daya positif, di atas tanah, PNP dihubungkan “terbalik” agar IC mengalir melaluinya.

Perubahan arus pada RL akan menghasilkan perubahan yang dikuatkan pada RL2. Transistor BJT Q2

mendapatkan prategangan maju melalui Q1. Sinyal masukan berarah positif pada basis Q1 akan

memperkecil resistansi EC sebanding dengan beta dari Q1. Hal ini akan memperbesar prategangan maju

pada Q2, sehingga semakin menguatkan perubahan sinyal masukan. Penguatan total kira-kira RL.

Penguat yang sangat banyak digunakan adalah pasangan Darlington. Penguat ini menyerupai

penguat pada penguat dc transistor lain kecuali bahwa kawat kolektor Q1 dihubungkan ke ujung

berlawanan dari RL. hal ini menimbulkan degenerasi, dan rangkaian secara termal lebih stabil sewaktu

pirantinya menjadi panas selama bekerja.

Penguat differensial tanggap terhadap perbedaan antara kedua sinyal. Misalnya ada penguat

sebesar 10 pada masing-masing 2 besarnya +1 V juga, maka arus pada RL1 dan RL2 akan naik dengan

besar yang sama sehingga tidak terdapat perbedaan tegangan pada terminal keluaran. Bila masukan 1

bernilai +1 V , tetapi masukan 2 besarnya hanya +0,5 V, maka arus pada RL2 akan naik hanya sebesar

setengah arus pada RL1 sehingga perbedaan kedua jatuh tegangan adalah 10 – 5, atau 5 Volt. Penguat

differensial menguatkan perbedaan sebesar 0,5 V menjadi 5V.

Potensiometer digunakan untuk menyetimbangkan kedua rangkaian pada tegangan keluaran dc

nol pada keadaan tanpa tegangan masukan. Penguatan pada penguat tersebut diatur oleh R3. Dengan

resistansi nol, keluarannya harus nol; dengan resistansi tinggi, penguatannya besar. Untuk mendapatkan

kemantapan panas yang lebih baik penguat differensial dapat menggunakan semacam umpan-balik

kebalikannya. Setiap sinyal yang diberikan sefasa dengan kedua masukan dikenal sebagai sinyal mode-

bersama,dan saling menghilangkan di keluarannya. Bila rangkaian dalam keadaan tidak setimbang

dengan sempurna, akan ada sedikit tegangan dc keluaran, yang dikenal sebagai “offset”.

Sepasang penguat derau-rendah dihubungkan seri yang piranti pertamanya bereaksi terhadap

tegangan masukan dan piranti kedua bereaksi terhadap perubahan arus yang terdapat di piranti pertama

dinamakan penguat ”kaskade”. Gerbang Q2 dijaga pada nilai postif tetap oleh dioda zener, D, dengan

sumbernya pada potensial positif yang lebih besar (prategangan negative terhadap gerbang). Bila

diberikan sinyal arah positif pada gerbang Q1, arus akan membesar melalui Q1, RL1, Q2, RL2, dan catu

daya. Gerbang Q1 yang arah positif menarik tegangan salurnya ke bawah sampai bernilai kurang positif.

Bila sumber pada Q2 lebih negative, gerbang yang berpotensial tetap sekarang relative harus lebih positif,

sehingga semakin memperbesar arus yang mengalir melalui RL2. Karena tidak dipintaskan, RL1

Halaman 2

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

menyebabkan degenerasi bagi rangkaian, sehingga memberi kestabilan termal ke keseluruhan tahap.

Kestabilan amplitude dan lebar-pita adalah baik sampai pada pita UHF dengan JFET dan BJT dan paling

baik sampai pita UHF dengan JFET dan BJT dan paling sedikit sampai 400 MHz dengan IC.

Rangkaian kaskade setimbang mempunyai kestabilan termal yang lebih baik bila dianggap bahwa

piranti yang digunakan keduanya serupa. Jika basis Q2 ditanahkan, penguat tersebut dapat digunakan

sebagai penguat kaskade berakhir tunggal setimbang maupun sebagai pembalik fasa kaskade bila kedua

pengeluarannya digunakan. Pada waktu tegangan diberikan ke basis Q1 dan ke basis Q2, rangkaian bekerja

sebagai penguat kaskade dorong-tarik atau differensial. Diode zener (D) menjaga basis Q3 dan Q4 pada

potensial yang tetap. Rheostat dengan garis putus-putus akan bekerja sebagai suatu control penguatan

(gain control). Potensiometer R1 digunakan untuk menyetimbangkan rangkaian.

Salah satu rangkaian dari rangkaian elektronik yang paling banyak digunakan adalah penguat

operasional (operational amplifier) atau op amp. Rangkaian ini merupakan dua-penguat masukan dengan

penguatan yang sangat tinggi. Salah satu masukannya menguatkan sinyal, menghasilkan keluaran terbalik

(berlawanan fasa). Masukannya yang lain akan menguatkan sama besar, tetapi keluarannya sefasa dengan

masukannya. Di dalam banyak penerapannya op amp memerlukan catu daya positif dan negative,

meskipun terminal negative dapat ditanakan dan pada beberapa hal dapat digunakan sebuah catu daya.

Beberapa kegunaan op amp yaitu:

1. Bila dua impedansi masukan terpisah diberikan pada SJ, tegangan keluarannya akan merupakan

penjumlahan aljabar dari kedua masukan, dan rangkaian dapat digunakan pada computer analog

(bukan digital).

2. Bila Zf berupa kapasitor dan Zi adalah resistor, rangkaian bekerja sebagai integrator presisi,

menghasilkan tegangan tanjak yang naik secara linier.

3. Bila Zf berupa resistor dan Zi adalah kapasitor, maka rangkaian dapat digunakan sebagai

diferensiator presisi untuk menghasilkan puncak tegangan yang tajam yang berasal dari sinyal

masukan gelombang-persegi.

4. Bila Zf berupa resistor dan Zi adalah diode, rangkaian menjadi penguat logaritmik (penguat yang

menguatkan menurut suatu kurva logaritma, tidak mengikuti kurva linier). (Robert L. Shrader,

1985)

Transistor hubungan (junction transistor) merupakan salah satu alat semikonduktor yang paling

penting. Transistor - transistor ini membentuk elemen kunci dalam computer, pesawat angkasa dan satelit,

dalam semua komunikasi modern dan system daya. Transistor hubungan merupakan versi benda padat

dari trioda tabung hampa. Transistor ini terdiri dari semikonduktor Kristal tunggal (yaitu germanium atau

silicon) di mana lapisan tipis jenis p diselipkan diantara di antara lapisan n. struktur yang terbentuk

disebut transistor n-p-n. transistor dapat pula terdiri dari lapisan jenis n yang disisipkan di antara dua

lapisan jenis p, dan susunan yang terbentuk dinamakan transistor p-n-p. bagian tengah dinamakan basis

(base) sedangkan dua ujungnya dinamakan emiter dan kolektor seperti ditunjukkan. Hubungan antara

Halaman 3

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

emitter dan basis dinamakan hubungan emitter-basis, atau hubungan emiter saja, dan hubungan

antara kolektor dan basis dinamakan hubungan kolektor-basis, atau hubungan kolektor ( ) saja. Seluruh

bahan semikondukor ditutup rapat kedap terhadap kelembapan di dalam paket (kemasan) logam atau

plastic dengan sambungan logammenonjol keluar untuk sambungan ke emitter, basis dan kolektor.

Dalam transistor hubungan baik pembawa mayoritas maupun minoritas ikut serta dalam proses.

Karena itu transistor – transistor hubngan dinamakan alat bipolar (dwikutub), atau transistor hubungan

bipolar, atau cukup dengan transistor bipolar. Dalam operasi normal transistor, hubungan emitter-basis

dicatu maju sedangkan hubungan kolektor-basis dicatu balik. Biasanya symbol huruf E, B dan C

digunakan untuk terminal – terminal emitter, basis dan kolektor. Tanda panah pada emitter menunjukkan

arah aliran arus kalau hubungan emitter-basis dicatu maju. Jadi, arus masuk ke transistor lewat terminal

emitter dalam transistor p-n-p, sedangkan dalam transistor n-p-n, arus keluar transistor lewat terminal

emitter. Dalam kedua jenis transistor tersebut, arus – arus emitter, basis dan kolektor, berturut-turut diberi

tanda dan yang diambil positif kalau arus mengalir ke dalam transistor. Penurunan tegangan

dari emitter ke basis, dan kolektor ke emitter ditunjukkan berturut – turut oleh symbol

tegangan – tegangan ini diambil positif kalau terminal yang ditunjukkan oleh subskrip pertama positif

dibandingkan dengan terminal yang ditunjukkan oleh subskrip kedua. Arah arus acuan yang dipilih dan

kutub – kutub tegangan ditunjukkan dalam gambar. Dalam keadaan normal, karena karena hubungan

emitter basis dicatu maju, negatif untuk transistor n-p-n dan positif untuk transistor terhadap acuan

yang dipilih. Kalau hubungan kolektor – basis dicatu balik, tegangan positif untuk transistor n-p-n

dan negative untuk transistor p-n-p terhadap acuan. Catatan bahwa tanda – tanda tersebut berlawanan

untuk transistor n-p-n dan p-n-p.

Konstruksi transistor : teknik berikut ini umumnya digunakan untuk pembuatan transistor yaitu

( I ) Dalam tekinik penumbuhan (grown technique), suatu kristal tunggal ditarik dari lelehan

silicon (germanium) yang mengandung, katakan, pencampuran jeniss n. selama proses penarikan jenis n

ditambahkan lagi membentuk transistor jenis n-p-n. demikian pula, transistor p-n-pdapat pula dibuat.

( II ) Dalam teknik aloi atau teknik leleh (fused), bintik kecil indium (elemen aseptor)

ditempatkan pada masing – masing sisi wafer tipis semikonduktor jenis n. gabungan tersebut dipanaskan

dalam waktu singkat pada temperature tinggi. Selama proses tersebut indium meresap dan masuk ke

dalam semikonduktror. Susunan pada waktu mendingin pada waktu transistor p-n-p. dengan cara yang

sama transistor n-p-n dapat dibuat.

( III ) Dalam teknik difusi, semikonduktor ekstrinsik (katakan jenis n) berperan sebagai kolektor

dipanaskan dalam pembakar berisi pencampur jenis p. di sini pencampur dalam bentuk gas berdifusi

masuk ke dalam permukaan semikonduktor membentuk daerah p yang kemudian digunakan sebagai basis

Halaman 4

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

transistor. Irisan ini kemudian ditutup dengan kedok (mask) dengan bukaan tertentu dan dipanaskan lagi

dalam uap gas dari pencampuran jenis n. pada saat ini suatu lapisan bahan jenis n terbentuk di atas lapisan

jenis p. lapisan n ini membentuk emitter dari transistor. Ini merupakan proses rombongan (batch) dan

sejumlah besar transistor dapat dibuat dalam satu kali pembuatan. Dalam tekinik difusi tebal irisan

(kolektor), yang digunakan sebagai bahan awal, tidak dapat dibuat sangat tipis. Ha ini menyebabkan

kolektor sangat resistif dan tidak cocok untuk penggunaan tertentu.

( IV ) Dalam teknik epitaksial, lapisan tipis jenis n atau jenis p dari semikonduktor

dikembangkan pada bahan semikonduktor yang diresapi (doping) berat. Bahan diresapi berat ini

dinamakan landasan. Lapisan yang terbentu demikian dapat berperan sebagai kolektor, basis dan emitter

dari transistor. Dapat disebutkan disini bahwa perkembangan terakhir dalam teknik ini memungkinkan

menumbuhkan lapisan amat tipis dengan tebal beberapa puluh atau ratus angstrom. Kata epitaksi diambil

dari kata yunani epi – berarti “pada” dan taxis – berarti “susunan”.

Daya MOSFET dapat langsung dikendalikan dari sirkuit mikroelektronik dan terbatas pada

tegangan lebih rendah dari thyristor, tetapi mudah perangkat tercepat bertindak.

Transistor n-p-n dengan dua sumber tegangan dan resistansi beban . Sumber tegangan

mencatu hubungan emitter – basis dalam arah maju (catu maju), dan mencatu hubungan kolektor –

basis menurut arah sebaliknya (catu balik). Kalau sumber tegangan tidak ada, dengan mengabaikan lebar

daerah muatan ruang, perubahan energy telah dimisalkan bahwa resistnsi dari daerah – daerah emitter,

basis dan kolektor diabaikan dan bahwa tegangan yang digunakan muncul seluruhnya digunakan lewat

hubungan – hubungan. Seperti ditekankan dalam seleksi 5.4, pencatuan maju hubungan emitter – basis

menurunkan energy halangan e | | dan pencatu balik hubungan kolektor – basis menaikkan energy

halangan lewat hubungan tersebut sebesar e | |.

Pencatuan maju hubungan emitter – basis memungkinkan sejumlah besar elektron diinjeksikan ke

dalam basis dari emitter. Karena penghantaran elektron membentuk gradien konsentrasi di daerah ini.

Konsentrasi pada daerah hubungan emitter jauh lebih besar daripada konsentrasi dalam daerah kolektor.

Karena itu elektron yang diinjeksikan pada prinsipnya bergerak secara difusi lewat daerah basis menuju

hubungan kolektor. (Chattopadhyay. D, 1989)

Gain arus dari transistor daya dapat sangat ditingkatkan jika arus drive yang terbaik diperoleh dari yang

lain transistor dalam apa yang dikenal sebagai pengaturan Darlington seperti ditunjukkan pada transistor

driver dapat dimasukkan pada chip silikon yang sama, dengan keuntungan saat ini keseluruhan 250

menjadi mungkin, tetapi dengan waktu beralih lagi. Terisolasi gerbang transistor bipolar. Transistor

inbipolar adalah perangkat yang menggabungkan cepat bertindak fitur dan kemampuan daya tinggi dari

transistor bipolar, dengan fitur kontrol tegangan gerbang MOSFET. Dalam hal sederhana karakteristik

kolektor emitor yang mirip dengan transistor bipolar tapi fitur kontrol MOSFET tersebut.

Halaman 5

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

perbedaan menjadi substrat dari IGBT adalah PN daripada NN dari MOSFET. Penerapan tegangan

gerbang membentuk saluran untuk aliran arus, seperti yang dijelaskan untuk MOSFET, yang kemudian

arus basis untuk transistor PNP yang jalan adalah dari kolektor ke emitor. Bukan berarti meskipun

struktur NPN yang selalu digunakan untuk transistor daya bipolar waktu beralih kurang dibandingkan

dengan transistor bipolar, khususnya turn-on waktu, biasanya 0,15 . D.

Dikaitkan dengan karakteristik MOSFET, meskipun waktu turn-off, biasanya 1, lebih terkait

dengan yang karakteristik PNP. Yang di negara-kolektor-emitor tegangan sedikit lebih tinggi daripada

transistor bipolar. Maksimum peringkat tegangan dan arus yang mungkin kira-kira sama dengan yang dari

transistor bipolar. yang controlis gerbang yang dari MOSFET itu adalah tegangan-charge dikendalikan.

Persyaratan gerbang diilustrasikan, dalam prakteknya saklar dua arah yang ditunjukkan menjadi dua

transistor. selama turn-on arus gerbang ditentukan oleh resistensi sirkuit gerbang mempertimbangkan

karakteristik gerbang-charge.

Daya mosfet power metal oksida semikonduktor lapangan-efek transistor (MOSFET) adalah

perangkat yang berasal dari transistor efek medan (FET) untuk digunakan sebagai saklar cepat bertindak

pada tingkat daya. Berbeda dengan transistor bipolar yang dikendalikan, MOSFET adalah perangkat

tegangan-dikendalikan. terminal utama adalah drain dan sumber, aliran arus dari drain ke sumber yang

dikendalikan oleh gerbang dengan Zero gerbang ke sumber tegangan, tegangan positif pada saluran relatif

terhadap sumber akan menghasilkan arus hingga kemungkinan beberapa ratus volt diblokir. Jika tegangan

yang cukup positif, sekitar 3 V, diterapkan ke pintu gerbang, muatan negatif diinduksi pada permukaan

silikon di bawah gerbang yang menyebabkan lapisan P untuk menjadi lapisan N diinduksi, yang

memungkinkan elektron mengalir. Oleh karena itu, tegangan gerbang positif mendirikan saluran

permukaan untuk aliran arus dari drain ke sumber. Tegangan gerbang menentukan kedalaman saluran

ininduced dan cara ini menentukan aliran arus. karakteristik MOSFET pada nilai yang sangat rendah

drain-source perangkat tegangan memiliki karakteristik resistansi konstan, tetapi pada nilai-nilai yang

lebih tinggi dari saluran sumber tegangan arus ditentukan oleh tegangan gerbang. Namun, dalam

aplications listrik tegangan drain-source harus kecil untuk meminimalkan on-negara konduksi kerugian.

Kerugian dan pendinginan sumber dalam perangkat semikonduktor daya adalah :

1. Kerugian selama konduksi ke depan, yang merupakan fungsi dari arus volt-drop dan konduksi

maju. Ini adalah sumber utama kerugian pada induk dan rendah frekuensi operasi

2. Kerugian yang terkait dengan kebocoran arus pada negara memblokir.

3. Kerugian terjadi dalam rangkaian gerbang sebagai hasil dari masukan energi dari sinyal gating.

dalam praktek, dengan menembakkan pulsa kerugian diabaikan.

4. kerugian switching, yaitu energi yang hilang dalam perangkat selama turn-on dan turn-off yang

dapat menjadi signifikan ketika berpindah terjadi pada frekuensi tinggi.

Hilangnya konduksi diberikan oleh produk dari volt drop-di perangkat dengan arus itu membawa,

rata-rata selama periode pengulangan. kerugian beralih terjadi sebagai akibat dari kedua arus dan

Halaman 6

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

tegangan berubah secara bersamaan selama periode switching. Rangkaian transistor yang terkenal yaitu

rangkaian basis komon dan rangkian transistor, kemudian mengenai faktor penguatan arusnya, faktor

penguatan tegangannya dan juga mengenai karakteristik fisis dasar transistor. digunakan adalah pasangan

Darlington. Penguat ini menyerupai penguat pada penguat dc transistor lain kecuali bahwa kawat

kolektor Q1 dihubungkan ke ujung berlawanan dari RL. hal ini menimbulkan degenerasi, dan rangkaian

secara termal lebih stabil sewaktu pirantinya menjadi panas selama bekerja. ( Cyril W. Lander, 2001 )

BAB III

METODELOGI PERCOBAAN

3.1 Peralatan dan Komponen

3.1.1 Peralatan dan Fungsi

1. AVO : untuk mengukur tegangan , Hambatan serta arus listrik

2. OSC : Suatu alat yang merupakan gabungan elemen-elemen aktif dan pasif untuk

menghasilkan bentuk gelombang sinusoidal atau bentuk gelombang periodik

lainnya.

3. SG : sebagai alat percobaan yang akan digunakan.

4. Komponen : Sebagai pelengkap suatu alat

5. Power Supply : Untuk mengubah tegangan dari arus AC menjadi tegangan DC

3.1.2 Komponen dan Fungsi

-

3.2 Prosedur Percobaan

1. Dibuat rangkaian seperti gambar berikut ini

2. Diukur titik kerja DC penguat tersebut dan dibandingkan dengan teori

Dicatat :

Pengukuran Tegangan DC Teori (V) Praktek (V)

Halaman 7

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

VEC

VBC

VCC

VBE

VBB

VCE

3. Di ukur gain tegangan V2/V1 untuk setiap kenaikan frekuensi, di buat table seperti berikut :

V1 (Volt) V2(Volt Frekuensi (Hz) Tanpa C Dengan C

100

200

300

400

500

4. Ditentukan impedansi input Z1= V1/I1 dan Impedansi Output Z2= V2/I2 dengan dan tanpa C.

Halaman 8

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DASAR

Halaman 9