ANALISIS AC PENGUAT BJT SATU TAHAP
Muhammad Rizal Fahlepy
Laboratorium Elektronika Jurusan Fisika FMIPA
LATAR BELAKANG
Hampir semua peralatan elektronika memerlukan sumber arus searah. Penyearah digunakan untuk mendapatkan arus searah dari suatu arus bolak-balik . arus atau tegangan tersebut harus benar-benar rata tidak boleh berdenyut-denyut agar tidak menimbulkan gangguan bagi peralatan yang dicatu dan dunia elektronika perkembangan yang terjadi sangat bermanfaat dalam membantu mobilitas manusia. Dimana pengertian transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan penyambung, 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.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam rangkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.
Salah satu komponen elektronika yang perlu untuk kita ketahui adalah transistor bipolar atau transistor dengan dua kutub yakni N dan P.Transistor kemudian terdiri dari beberapa jenis yang salah satunya memegang peranan penting yaitu Transistor bipolar, yaitu transistor yang terdiri atas dua kutub, hole dan elekton. Pada umumnya transistor bipolar terdiri atas transistor PNP dan transistor NPN. Transistor memiliki tiga kaki yaitu base, emitter dan kolector yang memiliki fungsinya masing-masing. Dan secara umum transistor berfungsi sebagai penguat dalam suatu rangkaian, pemutus dan penghubung arus.Jika memahami dasar kerja transistor maka akan lebih mudah mempelajari cara kerja berbagai peralatan elektronika.Sehingga penting untuk melakukan percobaan mengenai transistor bipolar untuk mengetahui cara kerja transistor sebagai penguat dalam rangkaian
Dalam penggunaan transistor jenis bipolar ini, diperlukan sebuah analisis yang dapat menjelaskan tingkah laku penguatan pada transistor. Sudah kita ketahui bahwa transistor merupakan salah satu komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat rangkaian. Oleh karenanya mengetahui metode yang dilakukan dalam memahami penguatan tersebut adalah hal yang penting dalam percobaan kali ini.
RUMUSAN MASALAH
- Bagaimana proses kerja transistor Bipolar (BJT) sebagai penguat yang dikendalikan oleh arus?
- Bagaimana cara membuat atau merancang amplifier dengan sebuah transistor?
- Apa saja persamaan yang digunakan untuk menentukan besar penguatan transistor berdasarkan teori dan pengukuran/praktikum?
TUJUAN PERCOBAAN
- Memahami proses kerja transistor Bipolar (BJT) sebagai penguat yang dikendalikan oleh arus.
- Merancang amplifier dengan sebuah transistor.
- Menentukan besar penguatan transistor berdasarkan teori dan pengukuran/praktikum.
KAJIAN TEORI
Analisis dan perancangan sebuah penguat (amplifier) transistor membutuhkan pemahaman mendasar tentang dua komponen utama, yaitu : komponen dc dan komponen ac. Komponen ac merupakan komponen sinyal input yang akan dikuatkan pada outputnya sedangkan komponen dc merupakan tegangan bias yang harus diterapkan pada rangkaian untuk membuat transistor dapat bekerja pada daerah aktifnya. Teorema superposisi sangat dibutuhkan dalam hal ini dan penyelidikan terhadap kondisi-kondisi dc dapat dipisahkan secara total dari respon ac. Akan tetapi, perlu diingat bahwa setiap tahap selama proses analisis dan perancangan, pemilihan parameter-parameter dc yang diperlukan akan berakibat pada respon ac, begitu pula sebaliknya.
Kunci dalam menganalisis sinyal kecil ac transistor adalah dengan menggunakan rangkaian setara (model) yang diperkenalkan dalam unit ini. Jika rangkaian setara ac telah ditentukan, simbol komponen yang digunakan dapat digantikan dalam skema oleh rangkaian setara ini dan metode dasar dari analisis rangkaian ac (analisis tautan, analisis pusat, teorema Thevenin) dapat diterapkan untuk menentukan respon rangkaian.
Secara singkat, rangkaian setara ac transistor bipolar dapat ditentukan sebagai berikut.
- Mengatur semua sumber dc menjadi nol dan mengganti posisinya oleh sebuah rangkaian hubungsingkat,
- Mengganti semua kapasitor dengan sebuah rangkaian hubungsingkat,
- Mengganti semua elemen yang dipintas oleh kapasitor dengan rangkaian hubungsingkat.
Pada bagian ini akan diperkenalkan model re dan rangkaian setara hybrid untuk menganalisis sinyal ac penguat transistor bipolar untuk konfigurasi common emitter yang hubungannya dapat dilihat pada gambar berikut.
di mana IE adalah arus emitter yang diperoleh dari analisis dc rangkaian.
Sebagai rangkaian uji dalam mengkaji fungsi transistor bipolar sebagai penguat tegangan, digunakan rangkaian penguat transistor bipolar 1 tahap system pembagi tegangan seperti pada gambar berikut:
Gambar 2. Rangkaian Penguat BJT 1 Tahap dengan Pembagi Tegangan.
Analisis dc rangkaian di atas untuk memperoleh IE menghasilkan :
dengan
Selanjutnya, IE dapat ditentukan :
Gambar 3. Rangkaian Setara model re dari Rangkaian Pada Gambar 2.
Untuk model rangkaian setara hybrid, cukup mengganti simbol parameternya berdasarkan kesetaraannya. Besar penguatan tegangan yang dihasilkan berdasarkan rangkaian setara di atas :
Metode Penrcobaan
Alat dan Bahan
Alat dan bahan yang akan digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut :1. Osiloskop Sinar Katoda + Probe, 1 set
2. Audio Function generator (AFG), 1 buah
3. Multimeter, 1 buah
4. Kit Percobaan Penguat satu Transistor, 1 set
5. Power Supply, 10 Vdc
6. Kabel Penghubung.
Identifikasi Variabel
a. Variabel manipulasi : Frekuensi (f (Hertz) ).b. Variabel respon : Tegangan Keluaran (Vo (volt) ).
c. Variabel kontrol : Resistansi resistor (R (kΩ) ), Tegangan Masukan Vin (volt) , Tegangan Sumber Vcc (volt), kapasitansi kapasitor (C) dan Tegangan Colector-emitor VCE (volt).
Definisi Operasional Variabel
a. Frekuensi merupakan variabel manipulasi yang merupakan input dari AFG (Audio Function Generator) yang besarnya diatur dengan kenaikan nilai secara logaritmik.b. Tegangan Keluaran ialah tegangan output yang merespon setiap besar frekuensi yang diberikan pada rangkaian dan merespon penguatan oleh Op-Amp dengan menunjukan kurva sinusoidal pada osiloskop.
c. Resistansi Resistor yang digunakan adalah RB1= 55,9 kΩ , RB2 = 10 kΩ, RC = 4,7 kΩ, RE = 1 kΩ yang pada rangkaian yang digunakan sebagai penghambat arus.
d. Tegangan masukan adalah variabel kontrol yang besarnya 0,26 volt pada frekuensi 100 Hz.
e. Tegangan Sumber yang digunakan adalah sebesar 10 Volt.
f. Kapasitansi Kapasitor (C) adalah pengumpul arus yang berlebih pada rangkaian dimana digunakan 3 kapasitor ( C1 = 22 µF, C2 = 100 µF, C3 = 22 µF).
g. Tegangan Colector-emitor ,VCE besar tegangan pada collector-emmitor yang besarnya setengah dari tegangan sumber yaitu 5 volt.
Prosedur Kerja
- Siapkan Curve – Tracer dan pelajarilah cara peggunaannya.
- Lakukan pengukuran BETA atau hfe transistor bipolar yang akan Anda gunakan dalam rangkaian penguat.
- Rakitlah rangkian penguat BJT satu tahap berikut di atas papan kit.
- Hubungkan output AFG pada frekuensi 100 Hz sinusoidal ke terminal input penguat dan input CRO dengan terminal output penguat.
- Amati sinyal keluaran penguat pada layar CRO. Jika penguatan cacat, berupa gelombang terpotong, atur R1 dan level amplitude masukan secara perlahan hingga membentuk gelombang keluaran yang stabil.
- Pada kondisi sinyal keluaran stabil, naikkan frekunsi AFG dengan dengan cepat untuk melihat pada frekuensi berapa penguatan mulai menurun setelah itu turunkan kembali ke frekuensi awal untuk memulai pengukuran.
- Ukur amplitude keluaran AFG dengan CRO dan catat sebagai vi lalu pindahkan probe CRO ke keluaran penguat. Ukur sebagai vo.
- Naikkan frekuensi AFG secara logaritmik dan catat amplitude keluaran penguat setiap perubahan frekuensi AFG yang Anda lakukan.
HASIL PERCOBAAN DAN ANALISIS DATA
Untuk hasil pengamatan dan analisis data dari laporan penyearah gelombang ini, dapat diperoleh pada link disini (PDF)
PEMBAHASAN
Pada praktikum kali ini yaitu tentang Analisis AC Penguat BJT Satu Tahap. Adapun alat dan bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah 1 buah transistor, resistor, kapasitor 47 μF(2 buah) dan 100μF (1 buah) osiloskop sinar katoda, audio function generator, dan power supply. Dimana transisitor yang diganakan adalah transistor tipe NPN. Pada rangkaian ini kapasitor berfungsi dalam meratakan tegangan output yang dihasilkan. Osiloskop digunakan sebagai keluaran output berupa gambar sinyal-sinyal, power supply digunakan sebagai sumber arus DC. Serta AFG digunakan untuk dapat mengatur kuantitas frekuensi yang masuk pada penguat sebagai outpu dari osiloskop.
Secara teori, karakteristik transistor akan mempengaruhi besar kemampuan dalam memperkuat arus dan tegangan. Terdiri dari tiga karakteristik transistor, yaitu Common Emitter, Common Base, dan Common Colector. Transistor yang memiliki karakteristik Common Emitter memiliki besar kemampuan arus yang sangat tinggi. Hal ini disebabkan karena emitor di dalam transistor tersebut ditahan. Pada struktur transistor ini, kaki emitor terdiri dari gerbang input dan output. Dimana gerbang input merupakan gerbang basis-emitor sedangkan gerbang output merupakan gerbang kolektor-emitor. Apabila transistor ini diberikan suatu tegangan pada gerbang basis-emitor, maka pada basis akan mengalir arus yang dinamakan sebagai arus basis.
Berdasarkan hasil analisis data yang dilakukan telah diperoleh besar penguatan transistor BJT. Adapun cara analisisnya ditinjau berdasarkan teori yang ada dan ditinjau secara praktikum. Adapun hasil analisis data secara teori diperoleh besar penguatan adalah Av = 1,04 kali sedangkan secara praktikum diperoleh nilai penguatan tarnsistor BJT sebesar 2,11 kali. Nilai penguatan sesungguhnya dapat diketahui dengan cara merata-ratakan nilai penguatan secara teori dan praktikum diperoleh hasil penguatannya adalah Av = 1,575 kali dengan persentase kesalahan %diff = 67,94%. Adapun lebar pita yang dihasilkan dalam percobaan penguatan ini adalah Deltaf= 999,900 Hz.
KESIMPULAN
1. Merancang sebuah penguat dengan menggunakan transistor jenis dwikutub dengan menggunakan satu buah tranistor dan emiter ditanahkan kemudian dianalisis menggunakan rangkaian setara model re ataupun model hybrid.
2. Penguat membalik (inverting) adalah penguat sinyal dimana sinyal outputnya berbeda fasa 180º dengan sinyal inputnya, sedangkan penguat tak membali (non inverting) adalah penguat sinyal dimana sinyal outputnya sefasa dengan sinyal inputnya.
3. Besar penguatan secara praktikum diperoleh pada penguatan inverting yaitu -10 dan penguatan non inverting yaitu 10, penguatan pada non-inverting tidak sama penguatan yang di tentukan dalam teori dan penguat inverting sebesar -10 (tanda minus menunjukkan beda fasa).
DAFTAR PUSTAKA
Boylestad, R., & Nashelsky, L. (1989). Electronic Devices and Circuit Theory, Fourth Edition. Delhi : Prentice Hall of India.
Malvino, A.P. (2003). Prinsip-Prinsip Elektronika, Buku 1, Jakarta : Salemba Teknika.
Tim Elektronika Dasar 2. 2016. Penuntun Praktikum Elektronika Dasar1. Makassar Laboratorium Fisika FMIPA UNM.