Docstoc

PENGUAT COMMON EMITOR dan COMMON COLLECTOR

Document Sample
PENGUAT COMMON EMITOR dan COMMON COLLECTOR Powered By Docstoc
					                                            BAB I
                                      PENDAHULUAN


1.1 Latar Belakang

     Transistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai
penguat, transistor harus berada di daerah kerja aktif. Hasil bagi antara sinyal output dengan
sinyal input inilah yang disebut faktor penguatan, yang sering diberi notasi A atau C.Ada 3
macam konfigurasi dari rangkaian penguat transistor yaitu : Common-Base (CB), Common-
Emitter (CE) dan Common-Collector (CC). Konfigurasi yang paling banyak dipakai sebagai
penguat adalah Common-Emitter, karena mempunyai penguat arus (AI) dan penguatan tegangan
(AV) yang tinggi.Untuk menentukan penguatan teoritis-nya, terlebih dahulu akan kita hitung
resistansi input dan outputnya.

     Penguat Common Emiter sering dirancang dengan sebuah resistor emitter (RE). Resistor
tersebut menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif yang dapat digunakan untuk menstabilkan
titik operasi DC dan penguatan AC.

     Penguat Common Collector juga disebut dengan pengikut emitter karena tegangan sinyal
keluaran pada emitter hamper sama dengan tegangan sinyal masukan pada basis. Penguatan
tegangan penguat ini selalu lebih kecil dari 1, tetapi mempunyai penguatan arus yang tinggi dan
biasanya digunakan untuk mencocokkan sumber dengan impedansi tinggi ke beban yang
impedansinya rendah. Penguat impedansi masukan besar dan impedansi keluaran kecil.

1.2 Tujuan Percobaan

       Adapun tujuan percobaan ini adalah sebagai berikut :
   1. Mengerti cara kerja rangkaian common emitor dan common colector.

   2. Membuat penguat common emitor dan common colector.




Sukesi J1D106018                                                                        Page 1
                                              BAB I
                                     TINJAUAN PUSTAKA


       Penguat pada rangkaian elektronika komunikasi sering diklasifikasikan sebagai penguat
sinyal kecil. Pada penguat sinyal kecil, sinyal masukan dan sinyal keluarannya cukup kecil/lemah
sehingga karakteristik dari penguat ini bisa digambarkan secara linier.
       Untuk memperkenalkan karakteristik dari transistor bipolar dipergunakan rangkaian
emitter bersama (common-emitter), yang mana kaki emitter dimiliki oleh gerbang input dan
gerbang output. Gerbang be (basis-emitter) adalah gerbang masukan (input port) dan gerbang ce
(collector-emitter) adalah gerbang keluaran (output port).

       Jika kita berikan suatu tegangan tertentu      pada gerbang be, maka akan mengalir arus

  , yang mempunyai karakteristik seperti pada komponen dioda (karena memang transistor
bipolar bisa dianggap sebagai komponen yang mengandung dua dioda/ karena dua pn-junction

yang dimilikinya).       yang mengalir sebagai fungsi dari tegangan          dikatakan sebagai
karakteristik masukan dari transistor.
       Secara perhitungan kuantitatif sangatlah sulit dengan hanya menggunakan kurva
karakteristik. Oleh sebab itu transistor yang dipergunakan di atas, dengan bantuan kurva
karakteristik, digantikan dengan rangkaian yang ekuivalen dengannya. Rangkaian ini dinamakan
rangkaian pengganti, yang di bawah ini akan kita lihat lebih mendalam.


Rangkaian pengganti sebuah transistor bipolar:




                                           Gambar. 2.1


Sukesi J1D106018                                                                         Page 2
Resistor      mempunyai besar 10                        .. 50         resistor ini menggambarkan kerugian dari
semikonduktor yang menyusun struktur kaki basis dari transistor


Resistor                                                          ...........................................(2.1)

dengan          :    Gain arus transistor basis ke kolektor

                                                     : Arus DC pembias pada kolektor
                                                 :     Muatan elektron
                                            k:         Konstanta Boltzmann
                                            T:         Temperatur


Pada temperatur T = 290 K, Volt


              ...........................................(2.2)

Resistor     adalah resistor kolektor ke emitter (besarnya sekitar 50k )

Resistor     adalah resistor kolektor ke basis (besarnya beberapa M )

    adalah transkonduktansi dari transistor


                                                            ...........................................(2.3)

         pada T = 290 K



         Rangkaian di atas bisa disederhanakan dengan mengabaikan besaran                                            (short, karena

dianggap kecil) dan dengan menganggap                            sangat besar (open), sehingga didapat rangkaian
sederhana pengganti berikut ini, yang digambarkan dengan tiga besaran.




Sukesi J1D106018                                                                                                            Page 3
         Ketiga besaran di atas juga bisa ditentukan dari karakteristik masukan dan keluaran dari

transistor yang diamati.      bisa ditentukan dari kemiringan karakteristik masukan pada titik A,



dengan                  , sedangkan yang kedua lainnya dengan bantuan karakteristik keluaran



                 dan       dengan bantuan penguatan arus   dan

     Pada rangkaian elektronika sering kali sinyal yang diproses harus diperbesar level dayanya
sampai mencapai suatu besar tertentu. Untuk melakukan hal ini diperlukan rangkaian penguat
(amplifier) yang di dalamnya terdapat suatu komponen tertentu yang mampu melakukan hal ini.
Komponen itu dinamakan komponen aktif, contohnya transistor bipolar, transistor efek medan
(FET). Secara skematis proses penguatan digambarkan di bawah ini




                                           Gambar. 2.2

         Sinyal keluaran memiliki daya yang lebih besar dari sinyal masukan, sehingga dikatakan
adanya penguatan. Supaya hal ini mungkin terjadi, haruslah ada daya lain yang masuk ke dalam
rangkaian penguat ini, yang akan „mengangkat‟ level daya sinyal keluaran ke atas. Daya ini
diambil dari sinyal DC yang digunakan untuk meletakkan titik kerja dari transistor tersebut di
titik yang optimal, sehingga terjadi penguatan ini.



Sukesi J1D106018                                                                          Page 4
         Penguat dengan basis bersama terlihat di samping ini, yang mana kaki basis dipergunakan
secara bersama oleh gerbang masukan dan keluaran.




                                                       Gambar. 2.3


Rangkaian pengganti dari gambar tersebut diperlihatkan di atas. Penguatan tegangan dari
rangkaian penguat basis bersama:



                          , ...........................................(2.4)


dengan



                     ...........................................(2.5)

Penguatan arus dari rangkaian penguat basis bersama



                              ...........................................(2.6)

Impendasi masukan:




Sukesi J1D106018                                                                         Page 5
                   ....................................................(2.7)

dan impedansi keluaran



                              ...........................................(2.8)




                                                    Gambar. 2.4




                                                    Gambar. 2.5

Sukesi J1D106018                                                                 Page 6
Penguatan tegangan:




                                                            ...........................................(2.9)



Penguatan arus:                       ...........................................(2.10)



Impedansi masukan:                              ...........................................(2.11)



Impedansi keluaran:                            ...........................................(2.12)

(http://telecom.mercubuana.ac.id/mudrik/elka/_03PenguatSinyalKecil.htm)
        Penguat Common Base juga dikenal dengan penguat dengan basis ditanahkan. Penguat ini
dapat menghasilkan penguatan tegangan antara sinyal masukan dan keluaran, tetapi tidak
penguatan arus. Karakteristiknya adalah impedansi masukan kecil dan impedansi keluaran seperti
pada penguat Common Emitter. Karena arus masukan dan keluaran mempunyai nilai yang
hampir sama, kapasitor stray dari transistor tidak terlalu berpengaruh dibandingkan pada penguat
common emiter. Penguat common basis sering digunakan pada frekuensi tinggi yang
menghasilkan penguatan tegangan lebih besar daripada rangkaian dengan 1 transistor lainnya.
    Penguat Common Base ditunjukkan dalam Gambar 1.1. Diatas frekuensi corner kapasitor
antara basis dan ground pada rangkaian menghasilkan pentanahan sinyal AC yang efektif pada
basis transistor.




Sukesi J1D106018                                                                                               Page 7
                                    Gambar. 2.6 Penguat Common Base



         Penguat Common Emitter sering dirancang dengan sebuah resistor emiter (RE) seperti
ditunjukkan dalam Gambar 1.5. Resistor tersebut menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif
yang dapat digunakan untuk menstabilkan titik operasi DC dan penguatan AC.




                           Gambar. 2. 7. Penguat Common Emitter dengan RE
(http://www.elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=1)


Karakteristik transfer tegangan dari rangkaian CE


vO = vCE = VCC – RCiC...........................................(2.13)


vI = vBE < 0,5 V → transistor cutoff.
0 < vI < 0,5 V, iC kecil sekali, dan vO akan sama dengan tegangan catu VCC (segmen XY pada
kurva)



Sukesi J1D106018                                                                     Page 8
   •                      VCEsat
       vI > 0,5 V  Vtransistor mulai aktif, iC naik, vO turun.
             I Csat → CC
                         RC

   •   Nilai awal vO tinggi, BJT bekerja pada mode aktif yang menyebabkan penurunan yang
       tajam pada kurva karakteristik transfer tegangan (segmen YZ), Pada segmen ini:




                              iC  I S e vEB VT
                                 I S e vI   VT


                              vO  VCC  RC I S e vI      VT   ...........................................(2.14)


       Mode aktif berakhir ketika vO = vCE turun sampai 0,4 V di bawah tegangan base (vBE
atau vI) → CBJ „on‟ dan transistor memasuki mode jenuh (lihat titik Z pada kurva).
Pada daerah jenuh kenaikan vBE menyebabkan vCE turun sedikit saja. vCE = VCEsat berkisar
antara 0,1 – 0,2 V. ICsat juga konstan pada harga:


                                                  VCC  VCEsat     ........................................(2.15)
                                    I Csat 
                                                      RC

       Pada daerah jenuh, BJT menunjukkan resistansi yang rendah, RCEsat antara collector dan
emitter. Jadi ada jalur yang mempunyai resistansi rendah antara collector dan ground, sehingga
dapat dianggap sebagai saklar tertutup. Sedangkan ketika BJT dalam keadaan cut off, arus sangat
kecil (idealnya nol), jadi beraksi seperti saklar terbuka, memutus hubungan antara collector dan
ground. Jadi keadaan saklar ditentukan oleh harga tegangan kendali vBE.
       Penguat audio (amplifier) secara harfiah diartikan dengan memperbesar dan menguatkan
sinyal input. Tetapi yang sebenarnya terjadi adalah, sinyal input di-replika (copied) dan
kemudian di reka kembali (re-produced) menjadi sinyal yang lebih besar dan lebih kuat. Dari
sinilah muncul istilah fidelitas (fidelity) yang berarti seberapa mirip bentuk sinyal keluaran hasil
replika terhadap sinyal masukan. Ada kalanya sinyal input dalam prosesnya kemudian terdistorsi
karena berbagai sebab, sehingga bentuk sinyal keluarannya menjadi cacat. Sistem penguat
dikatakan memiliki fidelitas yang tinggi (high fidelity), jika sistem tersebut mampu menghasilkan
sinyal keluaran yang bentuknya persis sama dengan sinyal input. Hanya level tegangan atau
amplituda saja yang telah diperbesar dan dikuatkan. Di sisi lain, efisiensi juga mesti diperhatikan.
Sukesi J1D106018                                                                                                    Page 9
Efisiensi yang dimaksud adalah efisiensi dari penguat itu yang dinyatakan dengan besaran
persentasi dari power output dibandingkan dengan power input. Sistem penguat dikatakan
memiliki tingkat efisiensi tinggi (100 %) jika tidak ada rugi-rugi pada proses penguatannya yang
terbuang menjadi panas.
PA kelas A
Contoh dari penguat class A adalah adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor.
Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada
garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva
VCE-IC dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Gambar berikut adalah
contoh rangkaian common emitor dengan transistor NPN Q1.




                            Gambar. 2. 9 : rangkaian dasar kelas A


       Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor Rc dan Re dari rumus VCC = VCE +
IcRc + IeRe. Jika Ie = Ic maka dapat disederhanakan menjadi VCC = VCE + Ic (Rc+Re). Selanjutnya
pembaca dapat menggambar garis beban rangkaian ini dari rumus tersebut. Sedangkan resistor Ra
dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Pembaca dapat menentukan sendiri besar resistor-
resistor pada rangkaian tersebut dengan pertama menetapkan berapa besar arus Ib yang
memotong titik Q.
Sukesi J1D106018                                                                        Page 10
                        Gambar. 2.10 : Garis beban dan titik Q kelas A


       Besar arus Ib biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan. Besar
penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal AC. Analisa rangkaian
AC adalah dengan menghubung singkat setiap komponen kapasitor C dan secara imajiner
menyambungkan VCC ke ground. Dengan cara ini rangkaian gambar-1dapat dirangkai menjadi
seperti gambar-3. Resistor Ra dan Rc dihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung
singkat.




                    Gambar. 2. 11 : rangkaian imajimer analisa ac kelas A


       Dengan adanya kapasitor Ce, nilai Re pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti.
Pembaca dapat mencari lebih lanjut literatur yang membahas penguatan transistor untuk
mengetahui bagaimana perhitungan nilai penguatan transistor secara detail.            Penguatan
didefenisikan dengan Vout/Vin = rc / re`, dimana rc adalah resistansi Rc paralel dengan beban RL
(pada penguat akhir, RL adalah speaker 8 Ohm) dan re` adalah resistansi penguatan transitor.
Nilai re` dapat dihitung dari rumus re` = hfe/hie yang datanya juga ada di datasheet transistor.
Sukesi J1D106018                                                                        Page 11
Gambar-4 menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output
terhadap garis kurva x-y rumus penguatan vout = (rc/re) Vin.




                             Gambar. 2. 12 : kurva penguatan kelas A


        Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif.
Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan
sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal
input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini
tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau
ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan.
Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi
panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti
heatsink yang lebih besar.
(http://www.komputer-masyarakat.com/wiki/index.php/Main_Page)
      Ada dua jenis transistor yaitu Transistor Bipolar atau BJT (bipolar junction transistor) dan
Transistor unipolar seperti misalnya FET (field-effect transistor). Dibandingkan dengan FET,
BJT dapat memberikan penguatan yang jauh lebih besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik.
Pada BJT baik pembawa muatan mayoritas maupun pembawa muatan minoritas mempunyai
peranan yang sama pentingnya. Terdapat dua jenis kontruksi dasar BJT, yaitu jenis n-p-n dan
jenis p-n-p. Untuk jenis n-p-n, BJT terbuat dari lapisan tipis semikonduktor tipe-p dengan tingkat
doping yang relatif rendah, yang diapit oleh dua lapisan semikonduktor tipe-n. Bagian di tengah



Sukesi J1D106018                                                                         Page 12
disebut “basis” (base), salah satu bagian tipe-n (biasanya mempunyai dimensi yang kecil) disebut
“emitor” (emitter) dan yang lainya sebagai “kolektor” (collector).
Pengoperasian transistor jenis n-p-n :
1.   Sambungan emitor berpanjar maju, dengan efek dari tegangan panjar V EB terjadi
     penurunan tegangan penghalang pada sambungan emitor dan memberi kesempatan pada
     elektron melakukan injeksi ke basis dimana pada daerah ini miskin elektron (minoritas).
2.   Sambungan kolektor berpanjar mundur sebagai efek dari pemasangan tegangan panjar V CB
     akan menaikkan potensial penghalang pada sambungan kolektor. Karena daerah basis
     sangat tipis, hampir semua elektron yang terinjeksi pada basis tersapu ke kolektor dimana
     mereka melakukan rekombinasi dengan lubang yang “disediakan” dengan pemasangan
     baterai luar.
3.   Sebagai hasilnya terjadi transfer arus dari rangkaian emitor ke rangkaian kolektor yang
     besarnya hampir tidak tergantung pada tegangan kolektor-basis.
     Dasar pengoperasian BJT, untuk kasus saat sambungan kolektor-basis berpanjar mundur
dan sambungan emitor-basis berpanjar maju. Arus emitor sebagai fungsi dari tegangan emitor-
basis untuk transistor n-p-n, dimana V T = 25 mV pada temperatur ruang.
     Io berasal dari pembawa muatan hasil generasi termal, sehingga secara kuat merupakan
fungsi temperatur, dan harganya hampir berlipat dua untuk setiap kenaikan 10oC. Harga I0
sangat bervariasi dari satu transistor ke transistor yang lain walaupun untuk tipe dan pabrik yang
sama. Arus emiter berdifusi ke daerah basis dan menghasilkan arus kolektor, dimana harganya
lebih besar dari arus basis. Dimana β merupakan parameter transistor terpenting kedua, dan
disebut sebagai penguatan arus (current gain – sering dinyatakan dengan simbul hfe atau hFE
untuk kasus tertentu). Harga β sangat bervariasi dari satu transistor ke transistor lain walaupun
untuk tipe yang sama. Untuk transistor tipe 2N3055 (biasanya digunakan untuk arus besar), hFE
untuk arus 4 A dapat berharga dari 20 – 70. Harga h FE mengalami perubahan terhadap harga
arus kolektor, naik dari 32 pada 10 mA ke maksimum 62 pada arus 3A, dan selanjutnya jatuh ke
harga 15 untuk arus 10A. Untuk transistor tipe LM394C (biasa digunakan untuk arus rendah),
hFE untuk arus 1 mA berubah dari 225 ke harga lebih dari 500. Harga hFE dapat naik dari 390
pada arus 1 mA ke harga 800 pada arus 10 mA Disebut konfigurasi basis bersama karena basis
digunakan untuk terminal masukan maupun keluaran. Karena sambungan emitor-basis seperti
diode berpanjar maju, maka karakteristik masukan rangkaian ini mirip dengan karakteristik
Sukesi J1D106018                                                                         Page 13
diode. Efek dari tegangan kolektor-basis vCB cukup kecil. Dengan vCB berharga positif dan
emitor hubung terbuka, iE = 0 volt dan bagian basis kolektor berpanjar mundur. (vCB berharga
negatif akan membuat sambungan kolektor-basis berpanjar maju dan akan mengalir iC berharga
negatif). Untuk iE=0, iC  ICBO , karakteristik kolektor mirip dengan karakteristik diode pada
kuadran tiga. Untuk iE = - 5 mA, arus kolektor meningkat sebesar            -iE = + 5 mA dan
menampakkan bentuk kurva. Karena faktor  selalu lebih kecil dari satu ( β/(β + 1)), maka secara
praktis konfigurasi basis-bersama tidak baik sebagai penguat arus. Konfigurasi emitor-bersama
lebih sering digunakan sebagai penguat arus. Sesuai dengan namanya emitor dipakai bersama
sebagai terminal masukan maupun keluaran. Arus input dalam konfigurasi ini adalah iB , dan
arus emitor iE = -(iC + iB), karenanya besarnya arus kolektor
(http://www.electroniclab.com/index.php?action=html&fid=48)




Rangkaian dasar penguat common-emitter terlihat pada gambar. 2.8.
–    Tegangan masukan total vI (bias + sinyal) dipasang di antara base dan emitter (ground)
–    Tegangan keluaran total vO (bias + sinyal) diambil di antara collector dan emitter (ground)
–    Resistor RC mempunyai 2 fungsi:
     • Untuk menentukan bias yang diinginkan pada collector
     • Mengubah arus collector, iC, menjadi tegangan keluaran vOC atau vO
–    Tegangan catu VCC diperlukan untuk memberi bias pada BJT dan untuk mencatu daya
     yang diperlukan untuk kerja penguat.


Sukesi J1D106018                                                                         Page 14
                                            BAB III
                                   METODE PERCOBAAN


     Alat dan Bahan

        Adapun alat dan bahan yang dipergunakan pada percobaan kali ini adalah
     1. resistor, kapasitor, berfungsi sebagai hambatan dan penyimpan muatan
     2. Power supply sebagai sumber tegangan.
     3. Project board berfungsi untuk tempat meletakkan komponen-komponen listrik.
     4. Transistor, sebagai penguat dalam suatu rangkaian
     5. Osiloskop untuk melihat bentuk-bentuk gelombang keluaran yang dihasilkan.
     6. Frekuensi Generator, berfungsi untuk mengatur jumlah frekunsi yang digunakan


      Prosedur Percobaan

a.    Penguat Common Emitor
      1.    Menyusun rangkaian seperti gambar dibawah ini (frekunsi yang digunakan 1KHz)




                                          Gambar. 3.1




Sukesi J1D106018                                                                       Page 15
     2.   Mengamati dan menggambar sinyal input dan output
     3.   Menghitunh besar sinyal output dari hasil pengamatan pada osiloskop
     4.   Mengubah nilai Rc = 2,7 KΏ dan RE = 1 KΏ dan RL = 1,5 KΏ
     5.   Mengulangi langkah 2 dan 3


b.   Penguat Common Colector
     1.   Menyusun rangkaian seperti gambar dibawah ini (frekunsi yang digunakan 1KHz)




                                        Gambar. 3.2


     2.   Mengamati dan menggambar sinyal input dan output
     3.   Menghitunh besar sinyal output dari hasil pengamatan pada osiloskop




Sukesi J1D106018                                                                  Page 16
                                     DAFTAR PUSTAKA


http://www.elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=1
    Diakses tanggal 3 April 2008
http://www.electroniclab.com/index.php?action=html&fid=48
      Diakses tanggal 3 April 2008
http://www.komputer-masyarakat.com/wiki/index.php/Main_Page
      Diakses tanggal 3 April 2008
http://telecom.mercubuana.ac.id/mudrik/elka/_03PenguatSinyalKecil.htm
    Diakses tanggal 3 April 2008




Sukesi J1D106018                                                        Page 17

				
DOCUMENT INFO
Shared By:
Categories:
Tags:
Stats:
views:26197
posted:2/20/2010
language:Indonesian
pages:17