Laporan Karaktersitik BJT [PDF]

Citation preview

Percobaan II Karakteristik BJT Robert Novianto (13117108) Asisten : Ismail Hakim (13116016) Tanggal Percobaan : 28/09/2019 EL3102 Praktikum Elektronika Laboratorium Teknik Elektro Institut Teknologi Sumatera



Abstrak—Praktikum kali ini, praktikan dapat memahami karakteristik transistor BJT, memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan juga memahami teknik bias dengan sumber arus konstan. Kata Kunci — transistor BJT, teknik bias



I. PENDAHULUAN ALAM membuat rangkaian, kita harus mengetahui karakteristik transistor BJT terlebih dahulu. Tujuan dalam praktikum kali ini, yaitu :  Memahami karakteristik transistor BJT.  Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit.  Memahami teknik bias dengan sumber arus konstan.



D



II. LANDASAN TEORETIS A. Transistor BJT Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan unipolar. Dalam hal ini akan kita pelajari transistor bipolar. Transistor bipolar terdiri atas dua jenis, bergantung susunan bahan yang digunakan, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol hubungan antara arus dan tegangan dalam transistor ditujukkan oleh gambar berikut ini.



Transistor BJT PNP Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus basis (IB), dan arus emitor (IE), yaitu beta (β) = penguatan arus DC untuk common emitter, alpha (α) = penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematissebagai berikut. β = IC / IB dan α = IC / IB, sehingga β = α / (1 - α) dan α= β / (β + 1). Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dan tegangan pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan ground), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.



Transistor BJT NPN



B. Kurva Karakterisitik IC - VBE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan: IC = α IESevbe/nkT. Persamaan ini dapat di gambarkan sebagai kurva seperti



ditunjukkan pada gambar berikut ini.



c.



Dari kurva diatas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan kemiringan dari kurva di atas, yaitu gm = ∆IC / ∆VBE. C. Kurva Karaktersitik IC - VCE Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja) transistor debedakan menjadi tiga bagian, yaitu daerah aktif, saturasi, dan cut-off.



III. METODOLOGI A. Alat dan bahan  Sumber tegangan DC.  Kit Percobaan Karakteristik Transistor dan Rangkaian Bias.  Sumber arus konstan.  Multimeter (2 buah).  Osiloskop. B. Langkah Kerja 1. Karakteristik Input Transistor IC – VBE a. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan :  Gelombang segitiga ~1KHz.  Amplituda sinyal 0,8 V.  Set offset positif sehingga nilai minimum sinyal berada di titik nol (ground). b. Susunlah rangkaian berikut ini :



Hubungkan osiloskop :  Probe positif (+) Ch-1 (X) ke titik B.  Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C.  Ground osiloskop ke titik A. d. Gunakan setting osiloskop :  Skala X pada nilai 0,1 V/div dengan kopling AC.  Skala Y pada nilai 1 V/div dengan kopling DC, dan tekan tombol invert-nya.  Osiloskop pada mode X-Y. e. Tempatkan tegangan X minimum pada garis grid paling kiri (nilai VBE = 0). Tempatkan tegangan Y terkecil (minimum) pada garis grid kedua paling bawah (nilai IC = 0). Apabila kurva tampak sebagai dua garis, naik atau turunkan frekuensi generator sinyal hingga diperoleh kurva yang lebih baik. f. Gambarkan plot IC (mA) -VBE (Volt) di BCP anda. Catatan: Skala Y osiloskop menunjukkan tegangan pada resistor Rc. Arus kolektor (Ic) adalah tegangan tersebut dibagi resistansi itu (VY / RC), dengan nilai Rc sekitar 82 Ω. 2. Karakteristik Output Transistor IC – VCE a. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan : (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop ber-kopling DC)  Gelombang segitiga ~1KHz.  Amplituda sinyal 12 Vpp.  Set offset positif sehingga nilai minimum sinyal berada di titik nol (ground). b. Susunlah rangkaian berikut ini :



c.



Hubungkan osiloskop :



 Probe positif (+) Ch-1 (X) ke titik E.  Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik A.  Ground osiloskop ke titik C. d. Gunakan setting osiloskop :  Skala X pada nilai 1 V/div dengan kopling AC.  Skala Y pada nilai 0,5 V/div dengan kopling DC, dan tekan tombol invert-nya.  Osiloskop pada mode X-Y.  Titik nol X (VCE = 0) pada di garis grid ketiga dari kiri, dan titik nol Y (IC = 0) pada garis grid kedua dari bawah. e. Apabila kurva tampak sebagai dua garis, naik atau turunkan frekuensi generator sinyal hingga diperoleh kurva yang lebih baik. f. Amati kurva arus IC – VCE yang ditunjukkan osiloskop. Gambarkan di BCL anda. g. Ubah-ubah nilai IB untuk semua nilai keluaran sumber arus yang tersedia. Sesuaikan skala Ch-2 untuk mendapatkan pembacaan yang lebih baik. Gambarkan semua kurva itu pada grafik yang sama. 3. Early Effect a. Pilihlah nilai arus basis (IB) dari sumber arus yang kemiringan kurva-nya cukup besar b. Pada kurva IC-VCE itu, pilihlah dua titik koordinat yang mudah dibaca, dan masih dalam garis lurus. Baca dan catat nilai IC dan VCE pada kedua titik tersebut.







Ch-1 (X) ke Generator Sinyal dengan kabel koaksial konektor BNC-BNC,  Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C,  Ground osiloskop ke titik E. c. Gunakan setting osiloskop :  Skala Ch-1 pada nilai 10mV/div dengan kopling AC,  Skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC,  Osiloskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500µS/div.  Titik nol Ch-1 dan titik nol Ch-2 pada garis tengah layar. d. Gunakan multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari VCE. e. Set IB pada 25µA (minimum sumber arus). f. Set RC minimum (sekitar 82 Ω). g. Baca dan catat tegangan VCE kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output. h. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik IC-VCE yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa distorsi pada langkah-8 terjadi. i. Ulangi langkah 7-10. Untuk nilai-nilai IB : 200µA dan 400µA. j. Ubah nilai RC menjadi nilai maksimum-nya (sekitar 5 KΩ). Ulangi langkah 8-10 untuk nilai RC ini. k. Ubah nilai IB menjadi 150µA. Atur nilai RC sehingga VCE yang terbaca di multimeter sekitar 5V. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik IC-VCE yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan mengapa kondisi ini terjadi. l. Naikkan amplitude input (dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output (VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya. m. Naikkan lagi amplituda input. Amati apakah amplituda gelombang output masih bisa membesar, dan catat nilai maksimum amplituda tersebut.



iC



c.



Hitunglah nilai tegangan Early dengan persamaan berikut : d. 𝑉𝐴 = [ (𝑉𝐶𝐸2𝐼𝐶1) – (𝑉𝐶𝐸1𝐼𝐶2) ] / (𝐼𝐶2 − 𝐼𝐶1) Dan catat di BCL anda. e. Pilih nilai arus basis (IB) yang lain, dan lakukan langkah 1 s/d 3 diatas untuk mengkonfirmasi nilai tegangan Early yang sudah didapatkan. 4. Pengaruh Bias pada Penguat Transistor a. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan: (pastikan dengan menyambungkannya ke osiloskop)  Gelombang Sinusoid ~1KHz.  Amplituda sinyal 50 mVpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang kecil).  Gunakan T konektor pada terminal output. b. Hubungkan Osiloskop ke rangkaian :



1.



IV. HASIL DAN PEMBAHASAN Percobaan 1 : Karakteristik Input Transistor IC – VBE a. Transistor 2N2222A  IB = 0,2 mA  IC = 0,16 mA  VCE = 5V  VBE = 1,6 V



Gambar Grafik Input-Output Gambar Grafik X-Y di Invert



Gambar Grafik X-Y di Invert



b.



Gambar Grafik pada Simulasi Transistor BD139  IB = 0,30 mA  IC = 102 mA  VCE =5V  VBE = 1,6 V



Gambar Grafik pada Simulasi Pada percobaan pertama ini kita menggunakan transistor 2N2222A dan BD139, kemudian mencari nilai IB, IC, VBE, dan VCE. Dari data diatas dapat dilihat bahwa nilai I B dan IC pada kedua transistor berbeda, tetapi nilai VCE dan VBE kedua transistor adalah sama. Hal ini dapat terjadi karena kurang kencang pemasangan kabel terhadap rangkaian. Dalam percobaan ini menunjukkan bahwa transistor 2N2222A lebih kuat di bandingkan dengan transistor BD139. Dari gambar diatas dapat dilihat bahwa grafik X-Y yang telah di invert pada kedua transistor memiliki gambar grafik yang sama meskipun hanya berbeda sedikit. 2. Percobaan 2 : Karakteristik Output Transistor IC – VCE a. Transistor 2N2222A  IB = 13,5 x 10-6 A  IC = 220 x 10-6 A  VCE =5V  VBE = 12 V



Gambar Grafik Input-Output Gambar Grafik Input-Output



Grafik X-Y di Invert



Grafik pada Simulasi b. Transistor BD139  IB = 37,5 x 10-6 A  IC = 199,6 x 10-6 A  VCE =6V  VBE = 12 V



Grafik pada Simulasi Pada percobaan kedua ini kita mencari nilai IB, IC, VBE, dan VCE dari kedua transistor. Dari data diatas dapat di lihat bahwa nilai yang didapatkan berbeda meskipun tidak terlalu besar perbandingan. Kemudian dari gambar diatas dapat dilihat bahwa terjadi perbedaan gambar baik pada grafik input-output maupun pada grafik x-y di invert dari kedua reistor tersebut. 3. Percobaan 3 : Early Effect  IC1 = -0,4  IC2 = 4,4  VCE1 =0  VCE2 =6



Gambar Grafik X-Y di Invert -Va



=



-Va



=



(𝑉𝐶𝐸2 𝑥 𝐼𝐶1)−(𝑉𝐶𝐸1 𝑥 𝐼𝐶2) 𝐼𝐶2−𝐼𝐶1



=



(6 𝑥 (−0,4))−(0 𝑥 4,4) 4,4−0,4



−2,4 4



Va Grafik Input-Output



Grafik X-Y di Invert



= 1,6 Pada percobaan ketiga ini kita mencari nilai IC1, IC2, VCE1, VCE2. Nilai-nilai tersebut di dapatkan dengan membaca grafik di atas. Dari data di atas kita mencari nilai tegangan early effect. Dengan menggunkan rumus yang telah ada di dapatkan tegangan early effect sebesar 1,6. V. KESIMPULAN DAN SARAN Dari praktikum yang telah kami lakukan, dapat diambil kesimpulan: 1. Transistor 2N2222A lebih kuat dibandingkan dengan transistor BD139. 2. Dipercobaan ini mencari nilai IC, IB, VBE, VCE, IC1, IC2, VCE1, VCE2, Va. 3. Grafik input-output yang didapat harus di ubah dalam bentuk grafik x-y dan di invert. 4. Dalam transistor terdapat Emitter, Base, Collector. VI. REFERENSI Modul Praktikum Elektronika (Institut Teknologi Sumatera)



https://krishnabayu20.wordpress.com/2015/05/06/apa-itutransistor/ https://djukarna.wordpress.com/tag/bd139/ https://mikroavr.com/fungsi-transistor/



LAMPIRAN