BAB I PERCOBAAN II BJT DAN JFET
2.1
Tujuan Percobaan 1. Memeriksa serta menentukan jenis dari BJT (NPN dan PNP) dan JFET (channel P atau channel N). 2. Meneliti dan mempelajari karakteristik BJT dan JFET.
2.2
Tinjauan Pustaka Transistor
adalah
piranti
elektronik
yang
menggantikan
fungsi
tabung
elektrontrioda, dimana transistor ini mempunyai tiga elektroda , yaitu Emitter, Collector dan Base. Fungsi utama atau tujuan utama pembuatan transistor adalah sebagai penguat (amplifier), namun dikarenakan sifatnya, transistor ini dapat digunakan dalam keperluan lain misalnya sebagai suatu saklar elektronis. Susunan fisik transistor adalah merupakan gandengan dari bahan semikonduktor tipe P dan N. Transistor berasal dari kata transfer resistor yang dikembangkan oleh Berdeen, Schokley, dan Brittam pada tahun 1948 di perusahaan elektronok Bell Telephone Laboratories. Penamaan tersebut berdasarkan prinsip kerjanya, yaitu mentransfer ataumemindahkan arus. Pada dasarnya, transistor dan tabung vakum memiliki fungsi yang serupa; keduanya mengatur jumlah aliran arus listrik. Untuk mengerti cara kerja semikonduktor, misalkan sebuah gelas berisi air murni. Jika sepasang konduktor dimasukan kedalamnya, dan diberikan tegangan DC tepat dibawah tegangan elektrolisis (sebelum air berubah menjadi Hidrogen dan Oksigen), tidak akan ada arus mengalir karena air tidak memiliki pembawa muatan (char ge carriers). Sehingga, air murni dianggap sebagai isolator. Jika sedikit garam dapur dimasukan ke dalamnya, konduksi arus akan mulai mengalir, karena sejumlah pembawa muatan bebas (mobile carriers, ion) terbentuk. Menaikan konsentrasi garam akan meningkatkan konduksi, namun tidak banyak. Garam dapur sendiri adalah non-konduktor (isolator), karena pembawa muatanya tidak bebas. Silikon murni sendiri adalah sebuah isolator, namun jika sedikit pencemar ditambahkan, seperti Arsenik, dengan sebuah proses yang dinamakan doping, dalam jumlah yang cukup kecil sehingga tidak mengacaukan tata letak kristal silikon, Arsenik akan memberikan elektron bebas dan hasilnya memungkinkan terjadinya konduksi arus listrik. Ini karena Arsenik memiliki 5 atom di orbit terluarnya, sedangkan Silikon hanya 4. Konduksi terjadi karena pembawa muatan bebas telah ditambahkan
(oleh kelebihan elektron dari Arsenik). Dalam kasus ini, sebuah Silikon tipe-n (n untuk negatif, karena pembawa muatannya adalah elektron yang bermuatan negatif) telah terbentuk. Selain dari itu, silikon dapat dicampur dengan Boron untuk membuat semikonduktor tipe-p. Karena Boron hanya memiliki 3 elektron di orbit paling luarnya, pembawa muatan yang baru, dinamakan "lubang" (hole, pembawa muatan positif), akan terbentuk di dalam tata letak kristal silikon. Dalam tabung hampa, pembawa muatan (elektron) akan dipancarkan oleh emisi thermionic dari sebuah katode yang dipanaskan oleh kawat filamen. Karena itu, tabung hampa tidak bisa membuat pembawa muatan positif (hole). Dapat disimak bahwa pembawa muatan yang bermuatan sama akan saling tolak menolak, sehingga tanpa adanya gaya yang lain, pembawa-pembawa muatan ini akan terdistribusi secara merata di dalam materi semikonduktor. Namun di dalam sebuah transistor bipolar (atau diode junction) dimana sebuah semikonduktor tipe-p dan sebuah semikonduktor tipe-n dibuat dalam satu keping silikon, pembawa-pembawa muatan ini cenderung berpindah ke arah sambungan P-N tersebut (perbatasan antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n), karena tertarik oleh muatan yang berlawanan dari seberangnya. Kenaikan dari jumlah pencemar (doping level) akan meningkatkan konduktivitas dari materi semikonduktor, asalkan tata-letak kristal silikon tetap dipertahankan. Dalam sebuah transistor bipolar, daerah terminal emiter memiliki jumlah doping yang lebih besar dibandingkan dengan terminal basis. Rasio perbandingan antara doping emiter dan basis adalah satu dari banyak faktor yang menentukan sifat penguatan arus (current gain) dari transistor tersebut. Jumlah doping yang diperlukan sebuah semikonduktor adalah sangat kecil, dalam ukuran satu berbanding seratus juta, dan ini menjadi kunci dalam keberhasilan semikonduktor. Dalam sebuah metal, populasi pembawa muatan adalah sangat tinggi; satu pembawa muatan untuk setiap atom. Dalam metal, untuk mengubah metal menjadi isolator, pembawa muatan harus disapu dengan memasang suatu beda tegangan. Dalam metal, tegangan ini sangat tinggi, jauh lebih tinggi dari yang mampu menghancurkannya. Namun, dalam sebuah semikonduktor hanya ada satu pembawa muatan dalam beberapa juta atom. Jumlah tegangan yang diperlukan untuk menyapu pembawa muatan dalam sejumlah besar semikonduktor dapat dicapai dengan mudah. Dengan kata lain, listrik di dalam metal adalah inkompresible (tidak bisa dimampatkan), seperti fluida. Sedangkan dalam semikonduktor, listrik bersifat seperti gas yang bisa dimampatkan. Semikonduktor dengan doping dapat dirubah menjadi isolator, sedangkan metal ti dak.
Gambaran di atas menjelaskan konduksi disebabkan oleh pembawa muatan, yaitu elektron atau lubang, namun dasarnya transistor bipolar adalah aksi kegiatan dari pembawa muatan tersebut untuk menyebrangi daerah depletion zone. Depletion zone ini terbentuk karena transistor tersebut diberikan tegangan bias terbalik, oleh tegangan yang diberikan di antara basis dan emiter. Walau transistor terlihat seperti dibentuk oleh dua diode yang disambungkan, sebuah transistor sendiri tidak bisa dibuat dengan menyambungkan dua diode. Untuk membuat transistor, bagian-bagiannya harus dibuat dari sepotong kristal silikon, dengan sebuah daerah basis yang sangat tipis. Dalam dunia elektronika, transistor disimbolkan sebagai berikut :
(a)
(b)
Gambar 2.2.1 Transistor BJT (a) tipe pnp (b) tipe npn
Kedua jenis PNP dan NPN tidak ada bedanya, kecuali hanya pada cara pemberian biasnya saja. Bentuk fisik transistor ini bermacam-macam kemasan, namun pada dasarnya karena transistor ini tidak tahan terhadap temperatur, maka tabungnya biasanya terbuat dari bahan logam sebagai peredam panas bahkan sering dibantu dengan pelindung (peredam) panas (heat-sink). 2.2.1 Pengujian Transistor Dengan menganggap transistor adalah gabungan dua buah dioda, maka anda dapat menguji kemungkinan kerusakan suatu transistor dengan menggunakan ohmmeter dari suatu multitester. Kemungkinan terjadinya kerusakan transistor ada tiga penyebab yaitu : a.
Salah pemasangan pada rangkaian
b.
Penangan yang tidak tepat saat pemasangan
c.
Pengujian yang tidak professional
Sedangkan kemungkinan kerusakan transistor juga ada tiga jenis, yaitu : a.
Pemutusan
b.
Hubung singkat
c.
Kebocoran
Pada pengujian transistor kita tidak hanya menguji antara kedua dioda tersebut, tapi kita juga harus melakukan pengujian pada elektroda kolektor dan emiternya. Menguji Karakteristik statis BJT dan JFET akan digambarkan dengan dua cara: a.
Dengan Multimeter. Karakteristik digambarkan menggunakan kertas milimeter blok dengan mengukur
besar arus
b.
1.
karakteristik Ic terhadap Vce dengan mengukur masing-masing besaran
2.
karakteristik VBE terhadap IB untuk berbagai nilai VBE
3.
karakteristik hfe terhadap IC
Dengan Osiloskop Pada pengukuran ini hanya akan mengukur karakteristik IC terhadap VCE berbagai
nilai IB Input vertikal (Y) dari osiloskop digunakan untuk mengamati besarnya IC yaitu dengan cara mengukur tegangan pada RC. Sedangkan input horisontal (X) dari osiloskop, digunakan untuk mengamati besarnya VCE. Gambar yang terbentuk pada layar osiloskop, sumbu horisontal ke kiri adalah tegangan positif sedangkan arah kanan adalah negatif.
BJT Transistor bipolar (BJT) adalah suatu jenis transistor, alat penguat atau pemilih yang dibuat dari semikonduktor yang dikotori. Transistor bipolar adalah gabungan dari bagian yang dikotori secara berbeda, bisa NPN atau PNP. N berarti negatif, dan P berarti positif.
PNP
NPN
Gambar 2.2.2 Lambang rangkaian BJT tipe PNP dan NPN.
-
Bias dalam Transistor BJT Analisis atau disain terhadap suatu penguat transistor memerlukan informasi
mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC. Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap disain maupun sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya. Persamaan mendasar dalam transistor yang penting adalah :
Dalam mencari solusi dari suatu rangkaian, umumnya nilai arus basis IB yang pertama dihitung. Ketika IB sudah diperoleh, hubungan persamaan di atas bisa digunakan untuk mencari besaran yang diinginkan. Titik Operasi (Q) Bias pemberiaan tegangan DC untuk membentuk tegangan dan arus yang tetap. Tegangan dan arus yang dihasilkan menyatakan titik operasi (quiescent point ) atau titik Q yang menentukan daerah kerja transistor. Pada gambar di bawah ditunjukkan 4 buah titik kerja t ransistor. Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titik-titik tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh Icmax dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pcmax. BJT bisa di-bias di luar batasan maksimum tersebut, tapi bisa memperpendek usia piranti atau bahkan merusaknya. Untuk kondisi tanpa bias, piranti tidak bekerja, hasilnya adalah titik A dimana arus dan tegangan bernilai nol.
Gambar 2.2.3 Grafik Bias.
Supaya BJT bisa di-bias dalam daerah linear (daerah aktif), beberapa syarat berikut harus dipenuhi: - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)
Daerah kerja transistor (cut-off, aktif atau saturasi) ditentukan oleh bias yang diberikan pada masing-masing junction : 1.
Daerah aktif/daerah linear - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)
2.
Daerah saturasi - Junction base-emitter dibias maju (forward bias) - Junction base-collector dibias maju (forward bias)
3.
Daerah cut-off - Junction base-emitter dibias mundur (reverse bias) - Junction base-collector dibias mundur (reverse bias)
Fixed Bias Bias model ini ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar 2.2.4 Bias Model.
Rangkaian di atas menggunakan transistor npn. Untuk transistor pnp, persamaan dan perhitungan adalah serupa, tapi dengan arah arus dan polaritas tegangan berlawanan. Untuk analisis DC, rangkaian bisa di -isolasi (dipisahkan) dari input AC dengan mengganti kapasitor dengan rangkaian terbuka (open circuit). Untuk tujuan analisis, supply tegangan VCC bisa dipisahkan menjadi dua, masing-masing untuk input dan output. Rangkaian pengganti DC menjadi :
Gambar 2.2.5 Bias Model npn.
Bias maju basis-emitter a.
Loop basis-emitter :
Gambar 2.2.6 Loop basis-emiter
Dengan hukum tegangan Kirchhoff :
Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi :
Dan
b.
Loop collector-emitter
Saturasi transistor Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi di bias mundur
-
Bias Emitter stabil
Gambar 2.2.7 Bias emiter stabil
a.
Loop Base-Emitter
b.
Loop Collector - Emitter
Saturasi :
-
Bias Pembagi Tegangan
Gambar 2.2.8 Bias pembagi tegangan
-
Bias dengan umpan balik Untuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik
dari collector menuju base.
Gambar 2.2.9 Bias dengan umpan balik
Persamaan tegangan untuk loop di sebelah kiri ( loop base-emitter) :
Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan I’ C, dimana :
Tapi nilai IB yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan
yang lebih sederhana (asumsi I’C ≅ IC ≅ β IB dan IC ≅ IE):
Sehingga :
a.
Loop collector-emitter
Gambar 2.2.10 Loop collector-emiter
Dengan I’C ≅ IC dan IC ≅ IE maka
-
Perbedaan BJT dan JFET Perbedaan utama antara JFET dengan BJT adalah apabila pada JFET gerbang
dibias mundur sedangkan pada BJT basis dibias maju. Hal ini berarti arus keluaran pada JFET dikendalikan oleh tegangan gerbang (VGS) sedangkan pada BJT arus keluaran dikendalikan oleh arus basis (IB). Berdasarkan pembawa muatan mayoritasnya, JFET dibagi menjadi 2 tipe yaitu tipe-n dan tipe p. Perbandingan antara JFET tipe-n dan tipe-p ditampilkan dalam tabel berikut:
Table 1.1 Perbandingan JFET tipe-n dan tipe-p
No
Keterangan
JFET Kanal n
1. Simbol
Kanal p
2. Kurva Karakteristik
3. Rumus ID
4. Kurva Tracer
5. Mode Operasi
-
Depletion
JFET FET (juga dinamakan transistor unipolar) hanya menggunakan satu jenis
pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Dalam FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya (dibandingkan dengan transistor bipolar dimana daerah Basis memotong arah arus listrik utama). Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. JFET (Junction FET) terdapat isolasi oleh sambungan pn (junction). Dalam hal ini akan dibahas mengenai bangun JFET saluran n. Ada 2 jenis JFET, yaitu JFET saluran n dan JFET saluran p. Dalam JFET saluran n terdapat 1 bahan semikonduktor n yang membentuk saluran arus antara kedua sambungan pada ujungnya. Kedua sambungan ini disebut dengan drain (D) atau pengosongan dan source (S) atau sumber. Di samping balok saluran n dibentuk dua daerah semikonduktor p+. Semikonduktor p+ adalah semikonduktor p dengan konsentrasi atom asing yang tinggi, sehingga terdapat banyak pembawa muatan positif (maka dinamakan p+). Kedua daerah semikonduktor p+ tersambung dan membentuk sambungan keluaran yang disebut sebagai gate (G) atau
gerbang. Antara semikonduktor p dan semikonduktor n terdapat daerah pengosongan dimana tidak ada pembawa muatan. Karena konsentrasi atom asing dalam semikonduktor p+ jauh lebih tinggi daripada yang terdapat dalam semikonduktor n, maka daerah pengosongan lebih jauh masuk ke dalam daerah semikonduktor n. Besar arus yang mengalir dari drain ke source ditenyukan oleh resistivitas dari saluran n yang terdapat antara kedua daerah pengosongan di samping saluran. Resistivitas tersebut tergantung dari konsentrasi pembawa muatan n dan dari ukuran saluran (panjang, lebar dan tinggi saluran n).
-
Grafik Keluaran JFET Pada voltase drain-source yang kecil arus nai k dengan cepat dengan kenaikan V DS
sampai nilai arus tertentu, kemudian arus manjadi hampir konstan dan hanya naik sedikit ketika VDS semakin besar. Daerah dalam grafik dimana I D konstan disebut daerah saturasi. Daerah saturasi dimulai pada voltase V DS yang lebih tinggi daripada voltase V CE pada transistor bipolar yang mana daerah aktif transistor tercapai. Voltase dimana daerah saturasi mulai disebut sebagai threshold voltage V T. Besar dari threshold voltage V T tergantung dari voltase VGS antara gate dan source. Threshold voltage ini merupakan voltase dimana pinch off mulai terjadi.
Ketika I VGS I semakin besar, V T semakin kecil. Terdapat hubungan sebagai berikut :
| | dimana VP : Voltase pinch off, yaitu voltase gate – source dimana arus drain menjadi nol (kecuali adanya arus bocor yang kecil)
2.2.2 Nilai Batas Suatu Transistor Sebagaimana telah disebutkan bahwa bahan semikonduktor akan berubah sifat jika menerima panas yang berlebihan. Suhu maksimal sutu transistor Germanium adalah sekitar 75o C sedangkan jenis Silikon sekitar 150o C. Daya yang disalurkan pada sebuah transistor harus sedemikian rupa sehingga suhu maksimalnya tidak dilampaui dan untuk itu diperlukan bantuan pendingin baik dengan Heat Sink atau dengan kipas kecil (Fan). Pada saat penyolderan kaki-kaki transistor, harus dipertimbangkan juga temperatur solder dan selain itu biasanya digunakan alat pembantu dengan jepitan (tang) guna pengalihan
penyaluran panas. Peralihan panas transistor ke pendingin yang baik adalah dengan bantuan Pasta Silikon yang disapukan antara transistor dengan badan pendinginnya. Selain itu biasanya pendingin tersebut diberi cat warna hitam guna memudahkan penyaluran panas. Doping pada bagian tengah diberikan lebih sedikit dibandingkan dengan bagian luar (sekitar 10:1). Doping rendah ini mengurangi konduktiviti material dengan membatasi jumlah elektron bebas. Istilah bipolar berasal dari kenyataan bahwa elektron dan holes berpartisipasi dalam proses pembangkitan arus. Kaki kolektor pada transistor NPN selalu berada pada kutub positif, sedangkan kaki kolektor pada transistor PNP selalu pada kutub negatif. Pada badan transistor juga tertera huruf dank kode – kode lain. Berikut ini adalah arti huruf – huruf pengkodean pada komponen elektronika buatan Eropa : 1.
Huruf pertama menyatakan bahan semikonduktir yang digunakan untuk membuat komponen tersebut. A = Germanium B = Silikon C = Arsenida Galium D = Antimonida Indium E = Sulfida Cadmium
2.
Huruf kedua manyatakan fungsi penerapannya pada rangkaian elektronika. A = dioda detektor, dioda pencampur, dioda kecepatan tinggi, B = dioda kapasitas variable, C = transistor frekuensi rendah, D = transistor daya frekuensi rendah, E = dioda terobosan, F = transistor frekuensi radio, G = macam ragam keperluan L = transistor daya frekuensi radio, N = kopling foto, P = detektor radiasi seperti dioda foto, transistor foto, Q = generator radiasi seperti LED, R = piranti kemud dan saklar, seperti TRIAC, dsb, S = transistor saklar, daya rendah, T = piranti kemudi dan switching, seperti TRIAC, U = transistor saklar daya tinggi,
X = dioda pengganda, Y = penyearah, dioda efisiensi X = dioda zener, pengatur (regulator ). 3.
Huruf – huruf atau angka – angka yang lain menyatakan nomor seri. Untuk transistor
– transistor buatan Amerika, kode yang biasa digunakan adalah 1N, 2N, dan sebagainya. Berbeda dengan Jepang, karena Jepang menggunakan kode lain lagi, yaitu 2SA, 2SB, dan lain – lain.
2.2.3 Operasi Transistor Pada gambar 2.2.11a diperlihatkan keping horizontal transistor jenis NPN. Pengoperasian transistor dapat diterangkan secara kualitatif dalam hal distribusi potensial pada sambungan (gambar 2.2b). Sambungan emitor berpanjar maju, dengan efek dari tegangan panjar eb V terjadi penurunan tegangan penghalang pada sambungan emitor dan memberi kesempatan pada elektron melakukan injeksi ke basis dimana pada daerah ini miskin elektron (minoritas). Sambungan kolektor berpanjar mundur; sebagai efek dari pemasangan tegangan panjar CB V 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. (Sebenarnya terjadi pengambilan elektron oleh baterai eksternal, meninggalkan lubang untuk proses rekombinasi). Sebagai hasilnya terjadi transfer arus dari rangkaian emitor ke rangkaian kolektor yang besarnya hampir tidak tergantung pada tegangan kolektor-basis. Seperti akan kita lihat, transfer tersebut memungkinkan pemasangan hambatan beban yang besar untuk mendapatkan penguatan tegangan.
(a)
(b)
Gambar 2.2.11 Pengoperasian transistor jenis NPN a). kondisi panjar b). distribusi potensial
2.2.4 Karakteristik DC Karakteristik DC dari BJT dapat diprediksi dengan melihat aliran pembawa muatan melewati sambungan dan ke basis. Dengan sambungan emitor berpanjar maju dan sambungan kolektor berpanjar mundur (biasa disebut operasi normal, pengoperasian di daerah aktif). Komponen terbesar dari arus emitor I E terdiri atas elektron yang mengalir melewati penurunan tegangan potensial ( V O - V EB) ke sambungan emitor-basis. Efisiensi emitor ( γ ) berharga mendekati satu sehingga arus hampir terdiri atas semua elektron yang terinjeksi dari emitor. Komponen lain adalah aliran lubang dari basis yang juga difasilitasi oleh penurunan tegangan penghalang tersebut. Daerah basis memiliki tingkat doping yang lebih rendah dibandingkan daerah emitor, sehingga arus lubang relatif lebih rendah. Kedua jenis muatan mengalir melalui proses difusi.
Elektron yang “terinjeksi” dari emitor ke basis dapat mengalir melalui sambungan emitor-basis secara bebas karena beberapa sebab : 1.
tidak ada tegangan yang melawannya,
2.
hanya terdapat jarak yang pendek pada daerah basis (tipis) dan
3.
hanya terdapat jumlah lubang yang relatif rendah sehingga tidak banyak elektron yang tertangkap lubang dan hilang, yaitu dengan proses rekombinasi. Dengan proses pabrikasi transistor yang benar, kurang lebih 99 - 99,9% elektron
yang terinjeksi berhasil mencapai sambungan basis-kolektor (factor α biasanya berharga sekitar 0,98). Elektron tersebut tidak mengalami kesulitan akibat penurunan tegangan penghalang. Arus elektron α i E mendominasi besarnya arus kolektor. Komponen lain dari arus kolektor berupa arus drift melewati sambungan kolektor-basis dari pembawa muatan minoritas hasil generasi termal. Jika kita memasang tegangan V EB pada sambungan emitor-basis, kita menginjeksi arus yang diberikan oleh persamaan ar us diode :
⁄ dimana V T = 25 mV pada temperatur ruang. I CBO adalah penulisan yang benar namun biasanya lebih sering ditulis sebagai I O . Fuge factor ( η ) untuk transistor biasanya tidak diperlukan. Tanda negatif hanya untuk memenuhi perjanjian konvensional, tidak perlu terlalu dirisaukan. Harga arus i E sangat tergantung pada tegangan V EB . Sebagian besar elektron mencapai kolektor atau
dimana = 1. Arus lain sebesar
terlihat sebagai arus basis
⁄ yaitu
disebut penguatan arus ( current gain ), dimana harganya akan sangat bervariasi dari satu transistor ke yang lain walaupun mempunyai seri dan tipe yang sama, dapat berharga serendah 20 dan dapat berharga setinggi 2000, namun biasanya berharga sekitar 100-200.
2.2.5 Karakteristik Keluaran a.
Konfigurasi Basis-Bersama (Common-Base Configuration). Rangkaian transistor seperti pada gambar 2.2.12 disebut konfigurasi basis
bersama karena i-v basis digunakan untuk terminal masukan maupun keluaran. Karakteristik BJT dengan konfigurasi ini dapat kita kembangkan dari pemahaman kita tentang diode dan pengoperasian transistor.
Gambar 2.2.12 Transistor dengan konfigurasi basis bersama
Karena sambungan emitor-basis seperti diode berpanjar maju, maka karakteristik masukan rangkaian ini (gambar 2.2.13-b) mirip dengan karakteristik diode (gambar
2.2.13-a). Terlihat bahwa efek dari tegangan kolektor-basis V CB cukup kecil. Dengan V CB berharga positif dan emitor hubung terbuka, i E = 0 volt dan bagian basis - kolektor pada dasarnya berpanjar mundur. ( V CB berharga negatif akan membuat sambungan kolektor basis berpanjar maju dan akan mengalir iC berharga negatif). Untuk i E = 0, iC ≈ iCBO (lihat gambar 2.2.13-c), karakteristik kolektor mirip dengan karakteristik diode gambar 2.2.13-a pada kuadran tiga. Untuk i E = -5 mA, arus kolektor meningkat sebesar i E ≈ menampakkan bentuk kurva. Karena faktor selalu lebih kecil dari satu
+5 mA dan
⁄ maka
secara praktis konfigurasi basis -bersama tidak baik sebagai penguat arus.
(a)
(b)
(c)
Gambar 2.2.13 Karakteristik transistor NPN untuk konfigurasi basis-bersama
a) karakteristik basis, b) karakteristik emitter, c) karakteristik kolektor
b.
Konfigurasi Emitor-Bersama (Common-Emitter Configuration) Konfigurasi emitor-bersama seperti diperlihatkan pada gambar 2.2.14 lebih sering
digunakan sebagai penguat arus. Sesuai dengan namanya emitor dipakai bersama sebagai terminal masukan maupun keluaran. Arus input dalam konfigurasi ini adalah i B , dan arus emitter i E = -iC + i B , karenanya besarnya arus kolektor adalah
atau
Gambar 2.2.14 transistor dalam konfigurasi emitter bersama
Untuk menyederhanakan persamaan diatas kita telah mendifinisikan “nisbah transfer arus” sebagai
dan kita dapat mencatat besarnya arus cutoff kolektor sebagai
Dengan demikian bentuk sederhana persamaan arus keluaran (kolektor) dalam bentuk arus masukan (basis) dan nisbah transfer-arus adalah
(a)
(b)
Gambar 2.2.15 Karakteristik transistor NPN untuk konfigurasi emitter bersama
a) karakteristik basis, b) karakteristik kolektor
Bentuk karakteristik emitor-bersama diperlihatkan pada gambar 2.2.15. besarnya arus masukan i B relatif kecil untuk tegangan kolektor-emitor lebih besar 1 V, dan harganya tergantung pada besarnya tegangan sambungan emitor-basis. Untuk BJT silicon misalnya, untuk tegangan panjar maju sekitar 0,7 V akan memberikan i B yang cukup besar. Pada gambar 2.2.15-b, untuk i B = 0 , arus iC berharga relatif kecil dan hampir konstan pada harga I CEO . Setiap ada kenaikan arus i B , akan diikuti kenaikan arus iC sebesar β i B . Untuk α = 0.98, β = α / 1- α = 0.98 / 1 - 0.98 = 49 jelas sedikit perubahan pada i B akan memberikan kenaikan yang sangat besar. Sedikit kenaikan pada α akan menghasilkan perubahan yang lebih besar pada β , dan efek dari V CE pada konfigurasi ini akan lebih nampak dibandingkan pada konfigurasi basis-bersama.
2.2.6 Karakteristik Masukan Karakteristik transistor lain yang perlu diketahui adalah karakteristik masukan, yaitu hubungan eksponensial I-V pada sambungan emiter-basis. Karakteristik masukan pada konfigurasi basis bersama adalah hubungan antara V BE dengan i E , sedangkan pada konfigurasi emitor-bersama adalah hubungan antara V BE dengan i B.
2.2.7 Karakteristik Transfer-Arus Karakteristik transfer-arus berupa plot iC terhadap i B untuk suatu harga V CE tertentu. Ini dapat diperoleh dengan mudah dari karakteristik keluaran. Kemiringan dari kurva yang diperoleh secara langsung akan memberikan harga dari hubungan :
2.2.8 Karakteristik Transfer Karakteristik i-v dari FET menunjukkan bahwa arus keluaran dapat dikontrol
oleh tegangan masukan, dengan demikian FET dapat digunakan sebagai “saklar” dengan tegangan sebagai pengontrol. Jika arus keluaran dilewatkan pada suatu resitor, tegangan yang terjadi mungkin akan lebih besar dibandingkan tegangan masukan, atau FET dapat
digunakan sebagai “penguat”. Karena karakteristik piranti secara individu tidak dapat diketahui secara pasti, maka biasanya digunakan analisa pendekatan. Pada daerah jenuh, yaitu antara pinch-off atau turn-on dengan daerah breakdown, arus D ( i D ) hampir tidak tergantung pada besarnya tegangan D-S ( V DS
), dan “karakteristik transfer” yang
menggambarkan hubungan antara arus keluaran dengan tegangan masukan diperlihatkan seperti pada gambar 2.2.16. Dari analisis teori dan pengukuran praktis, dapat diperlihatkan bahwa karakteristik transfer untuk ketiga jenis FET dapat didekati berbentuk parabolik. Untuk JFET, arus D pada daerah arus-konstan adalah
Gambar 2.2.16 karakteristik transfer pada arus konstan untuk JFET
( ) dimana i DS = arus D pada daerah arus-konstan I DSS = nilai i DS dengan G terhubung langsung dengan S V P = tegangan pinch-off
2.2.9 Penguat Sumber-Bersama (Common-Source Amplifier) Konfigurasi sumber bersama (common-source) paling banyak digunakan pada penguat FET. Dalam berbagai hal konfigurasi ini mirip dengan konfigurasi emitorbersama pada BJT. Isyarat masukan dikenakan pada G-S dan isyarat keluaran diambil dari D-S. Titik S terhubung dengan masukan dan keluaran. Salah satu bentuk praktis rangkaian sumber bersama diperlihatkan pada gambar 2.2.17. Pada prinsipnya rangkaian ini sama dengan rangkaian dasar penguat JFET yang telah kita bahas sebelumnya. Pada rangkaian dapat dipasang piranti JFET, D-MOSFET atau E-MOSFET. Karakteristik rangkaian pada dasarnya sama untuk ketiga piranti tersebut.
Gambar 2.2.17 Penguat JFET sumber bersama (common-source)
Isyarat yang akan diproses pada sumber bersama diumpankan pada GS. Panjar mandiri pada rangkaian diperoleh dengan memasang resistor sumber R2. Tegangan ini menentukan karakteristik statik titik pengoperasian rangkaian. Tegangan isyarat yang datang akan tergabung (superimpossed) dengan tegangan G. Ini menyebabkan tegangan G bervariasi mengikuti AC. Variasi ini akan diikuti oleh arus drain I D . Tegangan 0
keluaran yang diambil dari S-D akan mengalami pembalikan 180 . Penguatan tegangan adalah sebesar AV = V DS / V GS dengan harga sekitar 5 – 10. Impedansi masukan berharga sangat tinggi (berorde mega ohm). Impedansi keluaran relatif cukup tinggi (beberapa kilo ohm) dan pada dasarnya tidak tergantung pada harga R L .
2.2.10 Penguat Gerbang-Bersama (Common-Gate Amplifier) Konfigurasi gerbang-bersama (common-gate) dalam berbagai hal mirip dengan konfigurasi basis-bersama pada BJT. Isyarat masukan dikenakan pada S-G dan isyarat keluaran diambil dari D-G. Konfigurasi gerbang-bersama dapat digunakan sebagai penguat tegangan tetapi mempunyai penguatan arus lebih kecil dari satu. Konfigurasi ini dapat digunakan untuk piranti JFET, DMOSFET atau E -MOSFET.
Gambar 2.2.18 Penguat JFET sumber bersama (common-source)
Salah satu bentuk praktis rangkaian gerbang-bersama diperlihatkan pada gambar 2.2.18. Pada rangkaian ini digunakan penguat JFET. Panjar mandiri pada rangkaian diperoleh dengan memasang resistor sumber R1 . Tegangan ini menentukan karakteristik statik titik pengoperasian rangkaian. Isyarat masukan dikenakan pada R1 melalui C 1 . Variasi yang terjadi pada isyarat masukan menyebabkaan perubahan pada tegangan S. Pada periode positif isyarat masukan akan membuat S semakin positif, ini akan membuat I D semakin negatif. Demikian halnya pada saat periode isyarat masukan negatif, akan
terjadi kenaikan I D. Penurunan tegangan pada R2 akan mengalami kenaikan atau penurunan mengikuti masukan. Dengan kata lain isyarat masukan sefase dengan isyarat keluaran. Penguat gerbang-bersama mempunyai karakteristik yang agak spesifik. Besarnya penguatan tegangan relatif lebih rendah dibandingkan penguat sumber bersama, yaitu berharga sekitar 2 - 5. Penguat ini memiliki impedansi masukan yang sangat rendah (sekitar 200 – 1500 ) dan impedansi keluaran sedang (sekitar 5 – 15kΩ). Konfigurasi ini banyak dipakai untuk penguat isyarat frekuensi radio (RF).
2.2.11 Penguat Saluran-Bersama (Common-Drain Amplifier) Penguat saluran-bersama mempunyai isyarat masukan yang dikenakan pada G dan isyarat keluaran diambil dari S. D terhubung baik dengan masukan maupun dengan keluaran. Penguat ini juga disebut sebagai pengikutsaluran ( drain follower ) dan memiliki
karakteristik mirip dengan rangkaian pengikut emitor pada transistor BJT. Gambar 2.2.19 memperlihatkan bentuk praktis rangkaian saluran-bersama dengan menggunakan JFET saluran-n. Konfigurasi ini memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi dengan memasang R1. Titik operasi transistor ditentukan oleh R2. Pada rangkaian ini, resistor R3 telah digeser dari D ke S. Kombinasi resistor R2 dan R3 membentuk hambatan beban dan akan menjadi impedansi keluaran.
Gambar 2.2.19 Penguat JFET saluran-bersama ( common-drain).
Saat isyarat masukan AC diumpankan ke G, maka akan terjadi perubahan tegangan G. Titik operasi DC ditentukan oleh resistor R2 . Pada periode positif isyarat masukan, akan membuat G negatif. Ini akan membuat saluran-n menjadi semakin konduktif. Dengan bertambahnya arus yang melewati R3 dan R2 , maka S akan berubah/bergoyang positif. Demikian sebaliknya pada saat periode isyarat masukan negatif, akan membuat saluran-n menjadi kurang konduktif. Penguat saluran-bersama banyak digunakan sebagai piranti penyesuai impedansi ( impedance-matching), yaitu untuk menyambung rangkaian dengan beban impedansi tinggi dengan rangkaian dengan beban impedansi rendah.
2.2.12 PENGGUNAAN TRANSISTOR Sebagaimana tujuan dari pembuatan transistor, maka transistor awalnya dibuat untuk menguatkan (amplifier) signal-signal, daya, arus, tegangan dan sebagainya. Namun
dikarenakan karakteristik listriknya, penggunaan transistor jauh lebih luas dimana transistor ini banyak digunakan juga sebagai saklar elektronik dan juga penstabil tegangan.
a.
Transistor sebagai saklar Dengan memanfaatkan sifat hantar transistor yang tergantung dari tegangan
antara elektroda basis dan emitter (Ube), maka kita dapat menggunakan transistor ini sebagai sebuah saklar elektronik, dimana saklar elektronik ini mempunyai banyak kelebihan dibandingkan dengan saklar mekanik, seperti : a.
Fisik relative jauh lebih kecil,
b.
Tidak menimbulkan suara dan percikan api saat pengontakan.
c.
Lebih ekonomis.
Prinsip saklar elektronik dengan transistor diperlihatkan seperti gambar 2.2.20 dimana dalam gambar tersebut diperlihatkan kondisi ON dan OFF nya.
Gambar 2.2.20. Prinsip Saklar Transistor
Kondisi OFF terjadi jika IC . RL = 0, dimana dalam kondisi ini tegangan UBE lebih kecil dari tegangan konduk transistor, sehingga tegangan UCE = UCC. Sedangkan kondisi ON atau disebut juga kondisi saturasi akan terjadi jika IC . RL = UCC , dimana dalam kondisi ini UBE sudah mencapai tegangan konduk transistor sehingga UCE = 0. Selain itu prinsip switching ini juga diterapkan dalam rangkaian kaskade , yaitu rangkaian yang terdiri dari dua buah transistor dengan pengutuban berbeda PNP dan NPN yang dihubung seri seperti gambar 2.2.20 dimana saklar ini akan terbuka jika persambungan antara Kolektor transistor – 1 (Q1) dan Basis transistor-2 (Q2) diberikan signal penyulut (trigger).
Gambar 2.2.21 Rangkaian Kaskade Transistor
b.
Transistor sebagai pengatur tegangan (Voltage-Regulator)
Gambar 2.2.22 . Regulator Tegangan dengan Transistor
Jika terjadi fluktuasi tegangan jala-jala pada sisi input atau jika ada perubahan beban RL, maka tegangan UCB akan berubah dengan jumlah yang sama, karena UZ tetap konstan sedangkan Ui = UCB + UZ. Pada saat terjadi perubahan tegangan ini, Uo akan konstan karena UBE praktis tidak terpengaruh oleh perubahan UCB. Transistor mempunyai tiga buah elektroda, yaitu Emiter, Basis dan Kolektor dan juga terdiri atas dua jenis pengutuban yaitu PNP dan NPN. Transistor dibuat untuk keperluan penguatan arus, tegangan, daya (Amplifier). Karena karakteristik listriknya, transistor penggunaannya lebih luas diantaranya dapat digunakan sebagai saklar elektronik. Kondisi transistor dapat diuji dengan sederhana dengan menggunakan alat ohmmeter dari sebuah multitester pada tiga titik pengutuban dan dua arah (Forward dan Reverse), Suhu maksimal untuk transistor jenis germanium sekitar 75 oC, sedangkan o
silikon sekitar 15 C Karena transistor tidak tahan terhadap temperature yang berlebihan,
maka biasanya digunakan peralatan pendingin seperti Heat-Sink, Fan atau Pasta Silikon guna menurunkan suhu tersebut agar terhindar dari kerusakan.
Transistor Darlington Transistor Darlington adalah rangkaian elektronika yang terdiri dari sepasang transistor bipolar (dwi kutub) yang tersambung secara tandem (seri). Sambungan seri seperti ini dipakai untuk mendapatkan penguatan (gain) yang tinggi, karena hasil penguatan pada transistor yang pertama akan dikuatkan lebih lanjut oleh transistor kedua. Keuntungan dari rangkaian Darlington adalah penggunaan ruang yang lebih kecil dari pada rangkaian dua buah transistor biasa dengan bentuk konfigurasi yang sama. Penguatan arus listrik atau gain dari rangkaian transistor Darlington ini sering dituliskan dengan notasi β atau hFE. Rangkaian transistor Darlington ditemukan pertama kali oleh Sidney Darlington yang bekerja di Laboratorium Bell di Amerika Serikat. Jenis rangkaian hasil penemuannya ini telah mendapatkan hak paten, dan banyak dipakai dalam pembuatan Sirkuit terpadu (IC atau Integrated Circuits) chip. Jenis rangkaian yang mirip dengan transistor Darlington adalah rangkaian pasangan Sziklai yang terdiri dari sepasang transistor NPN dan PNP. Rangkaian Sziklai sering dikenal sebagai rangkaian 'Complementary Darlington' atau 'rangkaian kebalikan dari Darlington'. Transistor Darlington bersifat seolah-olah sebagai satu transistor tunggal yang mempunyai penguatan arus yang tinggi. Penguatan total dari rangkaian ini merupakan hasil kali dari penguatan masing-masing transistor yang dipakai:
Nilai penguatan total dari transistor Darlington bisa mencapai 1000 kali atau lebih. Dari luar transistor Darlington nampak seperti transistor biasa dengan 3 buah kutub: B (basis), C (Kolektor), dan E (Emitter). Dari segi tegangan listriknya, voltase base-emitter rangkaian ini juga lebih besar, dan secara umum merupakan jumlah dari kedua tegangan masing-masing transistornya, seperti nampak dalam rumus berikut:
2.3 Daftar Komponen dan Alat a.
modul praktikum elektronika dasar.
b. Osiloskop dua channel. c.
2 buah multimeter analog maupun digital.
d. 2 buah variable Power supply e.
kertas milimeter block
f.
disket 3½ “ 1,44 MB
g. flash disk h. mistar i.
Datasheet transistor yang digunakan
2.4 Cara Kerja 2.4.1 Testing kondisi BJT dan JFET
Untuk BJT periksalah kondisi transistor, dengan cara memeriksa dioda emiter dan dioda kolektor dari transistor.
isilah tabel 2.1.
Untuk JFET periksalah hambatan antara drain dan source untuk gate pada keadaan terbuka. Kemudian periksa pula hubungan antara gate dengan source.
Isilah tabel 2.2
Tabel 2.1 Resistansi dioda BJT No
BJT
AVO
No Seri
Type
BC547
NPN
Hambatan Dioda Basis Emiter
Basis Kolektor
Keterangan Baik
Keterangan
Buruk
Analog 1
Digital Analog 2
BC557
PNP Digital
Tabel 2.2 Resistansi channel JFET FET
AVO
No Seri
Type
2SK19
channel-N
Meter Analog Digital
Hambatan Drain Source
Gate Source
Keterangan Baik
Buruk
Keterangan
IV.II. Karakteristik BJT dan JFET 1.Karakteristik BJT
Buat rangkaian seperti pada gambar 2.1.
Aturlah tegangan catu basis dan tegangan catu kolektor sehingga didapatkan harga-harga IB dan VCE sesuai dengan tabel 2.3.
Gunakan multimeter untuk mengukur IB (Tegangan dari RB), IC (tegangan dari RC), dan VCE.
Catat pengamatan anda pada tabel 2.3
Gambar 2.4.1 Rangkaian karakteristik BJT
Tabel 2.3 Hasil pengamatan karakteristik BJT
No
IB
VCE
1
0.1
2
0.2
3
0.3
4
0.4
5
0.5
VRE
IC
IE
β
Keterangan
2. Karakteristik JFET
Buat rangkaian seperti pada gambar 2.2
Aturlah tegangan agar harga VGS dan VDS sesuai dengan tabel 2.4
catat besar ID pada tabel 2.4
Gambar 2.4.2 Rangkaian karakteristik JFET
Tabel 2.4 Hasil Pengamatan karakteristik JFET
No
VGS
VDS VR
ID
IG
Keterangan
D
1
1.5
2 3
4
2.5
5 2.4.3. Karakteristik BJT dan JFET dengan osiloskop 1. Karakteristik transistor
Buat rangkaian seperti pada gambar 2.3.
Gunakan osiloskop dua channel . Input horisontal (X/CH1) hubungkan dengan E (emitor transistor hubungkan dengan ground osiloskop) dan input vertikal (Y/CH2) hubungkan dengan ground R C (kolektor sebagai ground)
Pada layar osiloskop sumbu horisontal arah kiri merupakan tegangan positif sedangkan arah kanan merupakan tegangan negatif
Besarnya arus kolektor dapat diketahui dengan membagi nilai tegangan vertikal dengan nilai tahanan RC
Gambar hasilnya pada kertas milimeter block, untuk harga IB 30, 50, dan 75 mA
Gambar 2.4.3 Rangkaian karakteristik BJT dengan osiloskop
2. Karakteristik JFET
Buat rangkaian seperti pada gambar 2.4.
Gunakan osiloskop dua channel. Input horisontal (X/ CH1) hubungkan dengan DS (drain JFET hubungkan dengan ground osiloskop) dan input Vertikal (Y/CH2) hubungkan dengan RD ( Drain sebagai ground ).
Pada layar osiloskop sumbu horisontal arah kiri merupakan tegangan positif sedangkan arah kanan merupakan tegangan negatif
Besarnya arus drain dapat diketahui dengan membagi nilai tegangan vertikal dengan nilai tahanan RD.
Gambar hasilnya pada kertas milimeter block, untuk harga V GS 0; 0,3; dan 0,7 volt
Gambar 2.4.4 Rangkaian karakteristik JFET dengan osiloskop
2.4.4 Konfigurasi BJT 2.4.4.1 Emiter stabilized bias
sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya h fe transistor dengan multimeter digital.
Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.6
Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).
Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari I B, IC, VCE, dan VBE.
Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 2.6
Gambar 2.4.5 Konfigurasi Emiter stabilized bias
Tabel 2.6 Hasil Pengamatan Konfigurasi Emiter stabilized bias
No
IB
IC
VCE
VBE
β
Keterangan
1 2 3 4
2.4.4.2 Voltage divider bias
sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya h fe transistor dengan multimeter digital.
Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.7
Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).
Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari I B, IC, VCE, dan VBE.
Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 2.7
Gambar 2.4.6 Konfigurasi Voltage divider bias
Tabel 2.7 Hasil Pengamatan Konfigurasi Voltage divider bias
No
IB
IC
VCE
VBE
β
Keterangan
1 2 3 4
2.4.5 Konfigurasi JFET 2.4.5.1 Fixed bias
Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.9
Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).
Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari ID, IG, V DS, dan VGS.
Setiap 5 menit catatlah nilai dari ID, IG, VDS, dan VGS. Isi tabel 2.9
Gambar 2.4 .7 Konfigurasi Fixed bias
Tabel 2.8 Hasil Pengamatan Konfigurasii Fixed bias
No
ID
IG
VDS
VGS
Keterangan
1 2 3 4
2.4.5.2 Voltage divider bias
Buatlah rangkaian seperti pada gambar 2.11
Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).
Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari ID, IG, V DS, dan VGS.
Setiap 5 menit catatlah nilai dari ID, IG, VDS, dan VGS. Isi tabel 2.11
Gambar 2.4.8 Konfigurasi Voltage divider bias
Tabel 2.9 Hasil Pengamatan Konfigurasi Voltage divider bias
No
ID
IG
VDS
VGS
Keterangan
1 2 3 4
2.5
Lembar Kerja dan Data Hasil Percobaan
Tabel 2.10 Resistansi Dioda BJT
No
BJT
AVO
No Seri
Type
BC547
NPN
Meter Analog
1
Hambatan Dioda
Keterangan
Basis Emiter
Basis Kolektor
Baik
550
0
500
0
√
500
0
500
0
√
Digital Analog 2
BC557
PNP Digital
Buruk
Ket
Tabel 2.11 Hasil Pengukuran Konfigurasi emitter dan stabilized bias
No
IB
IC
VB
VC
VCE
VBE
β
Keterangan
1
0,675
0,1078
10,13
10,78
9,84
9,2
0,159
-
Tabel 2.12 Hasil Pengamatan Konfigurasi Voltage divider bias
No
IB
IC
VB
VC
VCE
VBE
β
Keterangan
1
1,05
0,02
10,50
2,34
2,34
10,5
10,02
-
Tabel 2.13 Hasil Pengamatan Konfigurasi Fixed Bias
No
ID
IG
VDS
VG
VD
VGS
keterangan
1
5,33
0,02
7,52
0,476
7,53
0,978
Baik
Tabel 2.14 Pengamatan Konfigurasi Voltage Divider Bias
No
ID
IG
VDS
VG
VD
VGS
Keterangan
1
2,7
6,72
12,81
1,098
12,18
1,09
Baik
2.6 2.6.1
Analisa Pembahasan Hasil Percobaan Testing kondisi BJT dan JFET Sebuah transistor apabila dalam kondisi baik maka akan mempunyai suatu nilai
hambatan dan apabila nilai hambatannya nol atau tidak bisa di hitung nilainya maka transistor dalam keadaan rusak. Dalam percobaan i ni kita memeriksa transistor jenis NPN (BC547) dan jenis PNP (BC557). berikut data yang diperoleh.
Tabel 2.15 Hasil Pengukuran Resistansi dioda BJT
No
BJT
AVO
No Seri
Type
BC547
NPN
Meter Analog
1
Hambatan Dioda
Keterangan
Basis Emiter
Basis Kolektor
Baik
550
0
500
0
√
500
0
500
0
√
Digital Analog 2
BC557
PNP Digital
Buruk
Ket
Memeriksa BJT kita lakukan dengan cara memeriksa hambatan dioda Emiter dan dioda kolektornya. Pada kedua jenis transistor diatas memiliki hambatan yang berarti jadi kedua jenis transistor dalam keadaan baik. Antara basis dan emitor terdapat satu sambungan pn. Maka jelas,sifat pada sambungan ini sama dengan sifat diode. Biasanya dalam rangkaian transistor dipakai dambungan pn dalamkeadaan bias maju sehingga antara arus dan voltase basis-emitor terdapat hubungan seperti pada diode. Dalam pengukuran JFET kita menggunakan JFET saluran n. Dala m JFET saluran n terdapat satu bahan semi konduktor n yang membentuk saluran arus antara kedua sambungan pada ujungnya. kedua sambungan ini disebut dengan drain (D) atau pengosongan dan source (S) atau sumber. Dalam pengukuran JFET kita memeriksa hambatan antara drain dan source untuk gate terbuka dan memeriksa hambatan antara gate dan source. Dari data hasil percobaan kita mendapatkan nilai hambatan yang berarti. Meskipun dalam pengukuran pada hubungan gate dengan source pada bias balik tidak mendapat nilai akan tetapi tetap bisa disimpulkan bahwa JFET yang kita ukur dalam keadaan baik. Dari table dapat dilihat pada pengujian transistor BJT type NPN terlihat pada saat Basis-Emiter dikenakan arus maju artinya pada Basis dikenakan kutub positif sumber
listrik dan Emiter dikenakan kutub negatif sumber listrik pada Avometer terlihat adanya resistansi yang terukur, sedangkan pada saat dikenakan arus mundur, yaitu pada Basis dikenakan kutub negatif sumber listrik dan Emiter dikenakan kutub positif sumber listrik maka pada Avometer tidak menunjukkan hasil. Ini menandakan pada saat dikenakan arus mundur pada Basis-Emiter , arus listrik tersebut tidak dapat mengalir. Pada BasisKolektor , ketika dikenakan arus maju, yaitu Kolektor dikenakan kutub negatif sumber
listrik dan Basis dikenakan kutub positif sumber listrik maka pada Avometer menunjukkan hasil, sedangkan jika dikenakan arus mundur pada Avometer tidak menunjukkan hasil. Hal ini menandakan bahwa transistor tersebut dalam keadaan baik, karena pada transistor type NPN arus hanya akan mengalir dari bagian P ke bagian N atau dengan kata lain dari kaki Basis ke kaki Emiter dan dari kaki Basis ke kaki Kolektor. Untuk BJT type PNP terlihat pada table ketika dikenakan arus maju pada Basis Emiter dan Basis-kolektor pada Avometer tidak menunjukkan hasil pengukuran (mati),
sedangkan pada saat dikenakan arus mundur Avometer menunjukkan hasil pengukuran. Hal ini menandakan bahwa transistor tersebut dalam keadaan baik, sesuai dengan sifat
semikonduktor yang hanya akan mengalirkan arus dari P ke N atau dengan kata lain, pada Transistor PNP arus akan mengalir dari Emiter ke Basis dan dari Kolektor ke Basis. Pada transistor JFET, ketika dikenakan voltase maju atau voltase mundur pada Drain Source Avometer menunjukkan hasil pengukuran. Sedangkan pada Gate Source
hanya pada saat dikenakan voltase maju saja memberikan hasil pada Avometer. Hal tersebut menunjukkan bahwa transistor JFET tersebut dalam keadaan baik, karena pada Drain Source merupakan satu saluran yaitu saluran N sehingga walaupun dikenakan
voltase maju ataupun mundur maka akan terdapat aliran listrik, yang berupa aliran elektron, sedangkan pada Gate Source Avometer hanya akan menunjukkan hasil ketika
dikenakan voltase maju karena pada Gate merupakan daerah semikonduktor P sehingga aliran listik hanya dapat mengalir satu arah saja, yaitu dari Gate ke Source dan tidak
sebaliknya. Semikonduktor P adalah semikonduktor P dengan konsentrasi atom asing yang tinggi, sehingga terdapat banyak pembawa muatan positif.
2.6.2
Karakteristik BJT Pada awalnya kita menyusun rangkaian seperti pada gambar. Mengatur tegangan
catu basis dan tegangan catu kolektor sehingga didapatkan harga-harga I B dan VCE. kemudian mengukur IB (Tegangan dari RB), IC (Tegangan dari RC), dan VCE. Maka didapatkanlah data seperti pada tabel . Dalam percobaan karakteristik BJT kita memerlukan nilai IB, I C, IE persamaannya dapat diperoleh dari persamaan berikut : I B = V CC - V BE / R B
I E = I C
I C = V CC - V CE / RC
β = I C / I B
Misalnya pada saat kondisi VB= 0.6 V , IB = VCC – VBE / RB = 12 - 0,51 V / 106 = 1,1x10
-5
= 2,3x10
-4
A
IC = VCC - VCE / RC =4,02 V / 4700 -4
IE = IC
= 8,55x10 A
β = IC / IB -4
= 2,3x10 A / 1,1x10 =20,91
-5
A
dan β, maka
Tabel 2.20 Hasil Pengamatan Karakteristik BJT
No
IB
VB
VBE
IC
1
1,1x10
-5
0,6
0,51
2,3x10
2
1,2x10
-5
0,7
0,53
2,6x10
3
1,2x10
-5
0,8
0,55
3x10
4
1,2x10
-5
0,9
0,55
3,3x10
5
1,2x10
-5
1
0,55
3,7x10
VC
VCE
-4
0,93
10,91
2,3x10
-4
1,1
10,76
2,6x10
1,26
10,6
3x10
-4
1,41
10,44
3,3x10
-4
1,61
10,24
3,7x10
-4
Β
Ket
-4
20,91
-
-4
21,67
-
25
-
-4
27,5
-
-4
30,83
-
IE
-4
2.6.3 Karakteristik JFET Pada percobaan menentukan karakteristik JFET, langkah-langkahnya hampir sama dengan dengan percobaan menentukan karakteristik BJT. Pertama dibuat rangkaian seperti pada gambar 2.25. Kemudian mengatur tegangan VGS dan VDS sesuai dengan tabel 2.23. Kemudian tinggal mencatat besar IG dan ID. Nilai VRD yang di dapatkan dapat dilihat pada tabel. Dan untuk menentukan besar IG dan ID dapat mempergunakan rumus berikut : IG = VG / RG dan IDS = VDS / RD Misalnya pada saat kondisi VG = 0.6 V, dengan R G = 106 IG = VG / RG = 0,6 V / 106 -7
= 6x10 A Misalnya pada saat kondisi VDS = 1 V, dengan R D = 4700 ID = VDS / RD = 1,05 V / 4700 -3
= 2,31x10 A
Sehingga diperoleh hasil sebagai berikut:
Tabel 2.21 Karakteristik JFET
No
VG
VDS
VRD
VGS
ID
IG
1
0,6
1,07
10,85
0,51
2,31x10
2
0,7
1,06
10,85
0,52
2,31x10
3
0,8
1,06
10,87
0,52
2,31x10
4
0,9
1,05
10,87
0,53
2,31x10
5
1
1,05
10,88
0,54
2,31x10
Keterangan
-3
6x10
-7
-
-3
7x10
-7
-
-3
8x10
-7
-
-3
9x10
-7
-
-3
1x10
-6
-
2.6.4 Konfigurasi BJT 2.6.4.1 Emitter Stabilized Bias
Gambar 2.6.1 Konfigurasi Emitter Stabilized Bias
Tabel 2.22 Hasil Pengamatan Konfigurasi Emitter Stabilized Bias
No
IB
IC
VB
VC
VCE
VBE
β
keterangan
1
0,675
0,1078
10,13
10,78
9,84
9,2
0,159
-
Untuk menentukan nilai IB dan IC seperti pada tabel diatas, dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut :
I B = V B / R B
dan I C = V CC - V CE / RC
Untuk VCC = 12 V, VB = 10,13 V dan VCE = 9,84 V dimana: RB = 15 K Ω dan RC = 100 Ω IB =
10,13V
IC =
15k -4
= 6,7x10 A
12V 9,84V 100 = 0,0216 A
Dengan menggunakan cara yang sama seperti diatas maka akan diperoleh hasil analisis untuk mencari nilai IB dan IC seperti yang terdapat dalam tabel. Sedangkan untuk mencari nilai β dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut : β = I C / I B
Untuk IC = 0,0216 A -4
IB = 6,7x10 A maka,
I C I B -4
= 0,0216 A / 6,7x10 A = 32,23
Dengan cara yang sama seperti data yang didapatkan pada tabel di atas. 2.6.4.2 Voltage Divider Bias
Gambar 2.6.2 Konfigurasi Voltage Divider Bias Tabel 2.23 Hasil Pengamatan Voltage Divider Bias
No
IB
IC
VB
VC
VCE
VBE
β
keterangan
1
1,05
0,02
10,5
2,34
2,338
10,5
10,022
-
Untuk menentukan nilai IB dan IC seperti pada tabel diatas, dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut : I B = V B / R B
dan I C = V CC - V CE / RC
Untuk VB = 10,5 V, V CC = 12 V dan VCE = 2,338 V dimana: RB = 10 K dan RC = 100 maka:
IB =
10,5V
IC =
10K -3
= 1,05x10 A
12V 2,238V 100 = 0,097 A
Dengan menggunakan cara yang sama seperti diatas maka akan diperoleh hasil analisis untuk mencari nilai IB dan IC seperti yang terdapat dalam tabel. Sedangkan untuk mencari nilai β dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut : β = I C / I B
Untuk IC = 0,097 A -3
IB = 1,05x10 A maka,
I C I B -3
= 0,097 A / 1,05x10 A = 92,38
Dengan cara yang sama seperti data yang didapatkan pada tabel di atas. 2.6.5 Konfigurasi JFET 2.6.5.1 Fixed Bias
Gambar 2.6.3 Konfigurasi Fixed bias
Tabel 2.24 Hasil Pengamatan Konfigurasi Fixed Bias
No
ID
IG
VDS
VG
VD
VGS
keterangan
1
5,33
0,02
7,52
0,476
7,53
0,978
Baik
Untuk mencari nilai ID dan IG dalam tabel dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut : I D = V D / R D
dan I G = V G / RG
Untuk VD = 7,53 V dan VG = 0,476 V dimana: RD = 1 KΩ dan RG = 1 MΩ , maka maka:
ID =
7,53V
IG =
1K -3
= 7,53 x 10 A
0,476V 1 M -7
= 4,76 x 10 A
Nilai IG bernilai 0 hal ini disebabkan karena pada saat proses perhitungan V G didapatkan hasil yang bernilai 0 . Ini disebabkan oleh karena ID dan IG selalu berbanding lurus dengan V D dan VG.
2.6.5.2 Voltage Divider Bias
Gambar 2.6.4 Konfigurasi Voltage divider bias
Tabel 2.25 Hasil Pengamatan Konfigurasi Voltage Divider Bias
No
ID
IG
VDS
VG
VD
VGS
keterangan
1
2,7
672
12,81
1,098
12,18
1,09
Baik
Untuk mencari nilai ID dan IG dalam tabel dapat diperoleh dengan menggunakan rumus analisa berikut : I D = V D / R D
dan I G = V G / RG
Untuk VD = 12,18 V dan VG = 1,098V dimana: RD = 1 KΩ dan RG = 10 KΩ ,maka maka:
ID =
12,18V
IG =
1K -3
= 12,18 x10 A
1,098V 10 K -4
= 1,098x10 A
2.7 Pertanyaan dan Tugas 1.
Jelaskan apa yang dimaksud dengan daerah cut-off, aktif, dan saturasi?
2.
Dari percobaan karakteristik transistor dengan multimeter, buatlah grafik, a.
IC terhadap VCE
b. VBE terhadap IB c.
hFE terhadap IC.
3.
Tentukan titik Q pada BJT dan FET, pada tiap konfigurasi!
4.
Berdasarkan percobaan yang sudah anda lakukan jelaskan cara kerja BJT dan FET!
5.
Sebutkan kegunaan dari BJT dan JFET serta aplikasinya?
6.
Apa syarat – syarat transistor yang beroperasi pada daerah cut-off, aktif dan saturasi, jelaskan jawaban anda menurut hasil percobaan!
7.
Dari keempat jenis bias pada BJT, mana yang paling stabil (pergeseran titik kerjanya sangat kecil)? Jelaskan!
8.
Menurut anda apakah definisi dan kegunaan dari bias?
9.
Apa yang dimaksud dengan I DSS,VP,IGSS?
10.
Apa ciri ketiga daerah operasi dari JFET?
11.
Terangkan perbedaan antara BJT dan JFET menurut hasil percobaan (minimal 5 perbedaan)!
12.
Jika hasil percobaan anda tidak sesuai dengan teori, mungkinkah disebabkan oleh kerusakan transistor? jelaskan jawaban anda menurut data percobaan yang diperoleh dan data sheetnya!
13.
Bandingkanlah hasil pengukuran dengan perhitungan jelaskan dan beri kesimpulannya
14.
Berikan kesimpulan anda pada tiap-tiap percobaan dan berikan kesimpulan umumnya pada akhir percobaan.
2.7.1 Jawaban : 1. -
Daerah Cut-Off Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan
VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.
-
Daerah Aktif Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus I C
konstans terhadap berapapun nilai V CE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya tergantung dari besar arus I B. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).
Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan : VCE = VCC - ICRC
Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah : PD = VCE.IC Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.
-
Daerah Saturasi Daerah saturasi adalah mulai dari V CE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt
(transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron. 2.
a. Grafik VCE terhadap IC IB (µA)
11
12
12
12
12
VCE (V)
10,91
10,76
10,6
10,44
10,24
IC (µA)
230
260
300
330
370
b. Grafik VBE terhadap IB IB (µA)
11
12
12
12
12
VCE (V)
0,51
0,53
0,55
0,55
0,55
c. Grafik hFE terhadap IC. IB (µA)
11
12
12
12
12
VCE (V)
10,91
10,76
10,6
10,44
10,24
IC (µA)
230
260
300
330
370
h fe (dB)
26
25,5
24,9
24,4
23,9
3 a. Bias Tetap : Titik Q point terjadi saat Ic saturasi mencapai maximum dan berpotongan dengan Vce saturasi. b. Bias Emiter Terstabilkan : Titik Q point terjadi pada perpotongan garis Ibo dan garis yang menghubungkan Vcc dan Vcc / Rc+Re c. Bias Pembagi Tegangan : Titik Q point terjadi pada pertemuan garis dari k dan Vge. 4.
Dalam pengoperasian JFET saluran n, drain disambungkan positif terhadap source, sehingga electron akan masuk ke dalam saluran dari source dan keluar dari drain. Gate disambungkan dengan voltase negatif terhadap source sehingga saluran pn antara gate dan saluran n dibias balik. Ketika sambungan pn tersebut dibias balik, lebar daerah pengosongan akan bertambah. Lebarnya akan tergantung
dari
voltase
antara
daerah
semikonduktor
p+
dan
daerah
semikonduktor n. Semakin besar voltase, semakin lebar daerah pengosongan. 5.
Kegunaan dari BJT diantaranya berfungsi sebagai saklar. Satu contoh di mana transistor dipakai sebagai saklar adalah dalam rangkaian elektronika digital. Dalam elektronika digital biasanya hanya terdapat dua keadaan, yaitu voltase ada dan voltase nol atau dengan kata lain hanya terdapat keadaan on dan off.
Kegunaan dari JFET salah satunya adalah penguat pemotong. Membangun sebuah penguat tergandeng langsung dengan mangambil kapasitor penggandeng dan bypass kapasitor serta manghubungkan keluaran tiap tingkatan langsung pada input dari tingkatan berikutnya. dengan cara ini tegangan dc digandeng, seperti tegengan ac. Rangkaian yang dapat menguatkan sinyal ac dinamakan dengan penguat dc. Keuntungan utama dari penggandengan langsung adalah drift yaitu, pergeseran rendah tempat tegangan keluaran dc akhir dihasilkan dengan perubahan kecil pada tegangan catu, parameter transistor, dan variasi suhu. 6.
Syarat transistor beroperasi pada daerah cut-off adalah arus kolektor kecil, maka titik cut-off hamper menyentuh ujung bawah garis beban. Titik cut-off menyatakan tegangan kolektor emitter maksimum yang mungkin dalam rangkaian. VCE maksimum yang mungkin sekitar 15 V, yaitu tengangan catu kolektor. Daerah saturation : Pada semua kondisi sering dipilih hambatan basis yang menghasilkan gain arusnya 10. Karena di sana lebih dari cukup arus basis untuk menjenuhkan transistor. Daerah Aktif : Pada daerah ini transistor sebagai garis aliran amplifier ( IC = B * I B). Beta adalah salah satu dari parameter transistor, bagian dari base transistor.
Dimana nilainya berkisar dari 50 – 200, tapi bisa juga sampai 800. Berada pada daerah aktif VBE = 0.6 – 0.7 V . 7. Dari keempat jenis bias BJT di atas yang paling stabil adalah Bias pembagi tegangan. Karena berdasarkan pada prototype bias emitter disebut dengan bias pembagi teganyan. Kita dapat mengenalinya dengan adanya pembagi tegangan pada rangkaian basis. 8. Bias ada dua macam yaitu Forward bias (bias maju) adalah hubungan yang dihasilkan oleh pusat sumber negatif dihubungkan dengan beban tipe-n dan pusat positif dihubungkan dengan beban tipe-p. Reverse Bias adalah hubungan yang terjadi saat pusat negative baterai dihubungkan pada sisi-dan pusat positif baterai dihubungkan dengan sisi-n. 9. IDSS adalah arus batas atas untuk memutuskan atau mencegah kenaikan arus kanal penghubung yang sempit. VP adalah tegangan Pinchoff dimana tegangan minimum pada daerah aktif JFET.
IGSS adalah arus yang menunjukkan drai arus ke sumber dengan gate yang dihubungsingkatkan. Ini adalah arus drain maksimum yang dapat dihasilkan sebuah JFET. 10. Daerah ohmic cirri-cirinya adalah bagian yang hamper vertical pada kurva drain di bawah pichoff. Daerah Aktif ciri-cirinya adalah persamaan garisnya telah melewati tegangan pinchoff dan sampai pada batas VDS max. Daerah breakdown ciri-cirinya adalah tegangan JFET telah mencapai VDS max. 11. BJT dibentuk berdasarkan dua tipe muatan sedangkan JFET satu tipe muatan. BJT memiliki kolektor, basis dan emitter sedangkan JFET memiliki Drain, gate dan source. 12. Tidak sesuainya hasil percobaan dengan teori bisa saja disebabkan oleh rusaknya transistor. Karena kurangnya perawatan atau mungkin umur alat yang sudah lama. Kerusakan transistor bisa saja terjadi karena transistor telah melewati daerah breakdown. 13. Hasil dari pengukuran yang telah dilakukan pada saat percobaan memberikan hasil yang berbeda dari hasil perhitungan berdasarkan teori yang ada. Hal ini kemungkinan disebabkan oleh kesalahan didalam pembacaaan skala pada alat ukur multimeter. 14. - Kondisi BJT dan JFET *
BJT dan JFET dapat dikatakan baik jika memiliki hambatan diode atau
hambatan diodenya dapat dihitung. - Karakteristik BJT dan JFET *
Penambahan VCE secara konstan tidak menyebabkan perubahan IC atau perubahan IC sangat kecil (tidak signifikan)
*
Besar β ditentukan oleh besar IC dan IB
*
Besar arus colektor dan emiter adalah sama
- Konfigurasi BJT *
Nilai IB, IC, VBE,
dan β tetap konstan walaupun terjadi perubahan
waktu tetapi VCE mengalami perubahan nilai (tidak signifikan) - Konfigurasi JFET *
Nilai ID, IG, dan VGS tetap konstan walaupun terjadi perubahan waktu tetapi VDS mengalami perubahan nilai (tidak signifikan)
