LAPORAN 5 - R. Achmad Nafi' Firdausi [PDF]

Citation preview

LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA DASAR I KARAKTERISTIK TRANSISTOR



Nama



: R. Achmad Nafi’ Firdausi



NIM



: 205090801111026



Kelompok



: 09



Tgl. Praktikum



: 22 Mei 2021



Nama Asisten



: Akhmad Ashabil Yamin



LABORATORIUM INSTRUMENTASI DAN PENGUKURAN JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG



LEMBAR PENILAIAN PRAKTIKUM LAPORAN ELEKTRONIKA DASAR I KARAKTERISTIK TRANSISTOR



Tanggal Masuk Laporan : _____________________________________________________ Pukul



: _____________________________________________________



Korektor



Asisten



...............................



Nama Asisten



...... CO Asisten



Nama Co Asisten Kelas ......



Catatan:



Tanggal Masuk Revisi : ______________________________________________________ Pukul



: ______________________________________________________



Nilai Sementara



Nilai Akhir



BAB I PENDAHULUAN



1.1 TUJUAN Tujuan dilakukannya praktikum ini adalah supaya karakteristik transistor konfigurasi common emitor saat dibias di bagian masukan dan keluarannya dapat dipahami oleh peserta praktikum. 1.2 DASAR TEORI Transistor merupakan suatu perangkat semikonduktor yang mengontrol arus antara dua terminal berdasarkan arus atau tegangan pada terminal ketiga dan digunakan untuk amplifikasi atau switching sinyal listrik. Struktur dasar transistor pertemuan bipolar, BJT menentukan karakteristik operasinya. Bias DC penting untuk pengoperasian transistor dalam hal mengatur arus dan tegangan yang tepat dalam rangkaian transistor. Dua parameter penting adalah 𝛼𝐷𝐶 dan 𝛽𝐷𝐶 (Floyd & Buchla, 2014). Istilah transistor berasal dari kata transfer resistor. Transistor merupakan komponen elektronika yang dapat berguna sebagai penyambung, penguat, penstabil tegangan, modulasi sinyal, dan lain-lain. Transisor didesain supaya dapat menjadi penyalur aliran listrik berdasarkan tegangan masukan dari sumber tegangan dan bisa mengalihkan aliran listrik pada suatu rangkaian dengan tepat. Prinsip kerja dari transistor adalah arus yang mengalir pada rangkaian input mempengaruhi arus yang mengalir pada rangkaian output. Transistor memiliki dua macam, yaitu tipe PNP dan NPN seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.1 (Ponto, 2018).



Gambar 1.1 Transistor tipe PNP (kiri) dan tipe NPN (kanan) (Ponto, 2018).



Transistor dibagi menjadi tiga bagian yang meliputi: emitter, basis dan kolektor. Jika tanda panah mengarah ke arah basis, maka dapat ditunjukkan bahwa transistor tersebut adalah transistor PNP. Jika menjauh maka itu adalah transistor NPN. Tanda panah di emitor dapat ditentukan dengan arah arus ketika persimpangan basis emitor dibias maju. Ketika transistor PNP dibias maju, sebuah lubang akan disuntikkan ke basis. Sehingga, lubang berpindah dari emitor ke basis, dan arus normal mengalir ke arah lubang. Oleh karena itu, panah akan sejajar dengan basis transistor PNP. Demikian pula, untuk transistor NPN. Arus emitor DC dinyatakan sebagai IE, IB sebagai arus basis, dan IC sebagai arus kolektor. Ketika arus dialirkan ke transistor, arus IE diasumsikan positif. Pada saat yang sama, VEB kembali ke tegangan basis emitor. Tegangan emitor (E) diukur relatif terhadap basis B dan VCB dan VCE (Kishore, 2008).



Gambar 1.2 Rangkaian transistor penguat sederhana (Lowe, 2017). Pada umumnya, transistor digunakan sebagai penguat seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.2. Jenis rangkaian ini terkadang disebut dengan rangkaian common-emitter karena bagian emitter terhubung dengan ground. Hal ini berarti sinyal masuk dan sinyal keluarannya berbagi dengan koneksi emitter (Lowe, 2017). Dalam menggunakan transistor sebagai penguat, terdapat dua cara lain yang disebut dengan common base dan common collector. Penghubungan basis dan kolektor ke ground dilibatkan pada kedua cara tersebut. Jika dibandingkan dengan rangkaian common base dan common collector, rangkaian common-emitter lebih sering digunakan (Lowe, 2017). Sepasang resistor digunakan sebagai pembagi tegangan seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.2 untuk mengontrol jumlah tegangan yang melewati basis dan emitor dari transistor. Sinyal AC dari input kemudian ditumpangkan pada tegangan bias ini untuk memvariasikan arus bias. Kemudian, keluaran yang diperkuat diambil dari emitor dan kolektor. Variasi pada arus bias diperkuat dalam arus keluarannya (Lowe, 2017).



BAB II METODOLOGI



2.1 PERALATAN PERCOBAAN Alat-alat yang digunakan pada praktikum kali ini antara lain, voltmeter DC, amperemeter DC, 2 buah variable power supply¸rangkaian uji transistor, transistor Q1 2N3904, tahanan RB1 47 kΩ 2 watt, tahanan RB2 1 kΩ 1 watt, dan tahanan RC2 220 Ω 5 watt. 2.2 TATA LAKSANA PERCOBAAN 2.2.1 Kurva Karakteristik Transistor



Gambar 2.1 Rangkaian transistor. Pada tahap persiapan, transistor T1 (2N3904) dipilih pada rangkaian uji. Kemudian, saklar S2, S3, dan S5 diputus sebagaimana pada gambar 2.1 di atas. Mode DC pada voltmeter dan amperemeter dipilih. Lalu, terminal voltmeter dihubungkan ke titik X-E (terminal positif ke titik X, terminal negatif ke titik E), sehingga tegangan keluaran variable power supply 1 atau tegangan VBB akan ditunjukkan oleh voltmeter. Setelah itu, variable power supply 1 diatur supaya dapat tegangan keluaran yang sekecil mungkin dapat diperoleh. Kemudian, terminal voltmeter dihubungkan ke titik D-E (terminal positif ke titik D, terminal negatif ke titik E), sehingga tegangan keluaran variable power supply 2 atau tegangan VCC akan ditunjukkan oleh voltmeter. Variable power supply 2 diatur supaya dapat tegangan keluaran yang sekecil mungkin dapat diperoleh. Setelah itu, saklar S1 dan S4 dihubungkan.



Pada tahap pengaturan arus IB dalam pengujian karakteristik transistor untuk IB 0 𝜇𝐴, terminal voltmeter kembali dihubungkan ke titik X-E. Lalu, amperemeter diposisikan di posisi I1. Keluaran variable power supply 1 diatur supaya didapat nilai IB sekecil mungkin. Kemudian, tegangan VXE dan arus I1 dicatat. Setelah itu, dilakukan tahapan pengaturan VCE yang diawali dengan terminal voltmeter dihubungkan ke titik C-E. Lalu, amperemeter diposisikan di posisi I2. Tegangan VCE dan arus I2 dicatat. Kemudian, tegangan VCE dinaikkan dengan cara dinaikkannya keluaran variable power supply 2 supaya dapat diperoleh kenaikan 0,1 V. Tegangan VCE dan arus I2 dicatat kembali. Langkah-langkah ini diulangi beberapa kali hingga diperoleh nilai VCE setinggi mungkin. Setelah itu, dilakukan pengujian karakteristik transistor untuk nilai IB yang bervariasi. Langkah-langkahnya sama dengan tahapan pada paragraf 2, hanya saja keluaran variable power supply 1 diatur supaya dapat diperoleh nilai IB sebesar 50 𝜇𝐴, 100 𝜇𝐴, 150 𝜇𝐴, 200 𝜇𝐴, 250 𝜇𝐴, dan 300 𝜇𝐴. Hasil pengukuran untuk masingmasing nilai IB dapat dicatat dengan bantuan format tabel yang ada pada buku pedoman praktikum. 2.2.2 Penempatan Titik Kerja Transistor (Titik Q) di Tengah Garis Beban DC



Gambar 2.2 Rangkaian transistor. Pada tahap persiapan, langkah pertama yang dilakukan adalah transistor T1 (2N3904) dipilih pada rangkaian uji. Kemudian, saklar S2, S3, dan S5 diputus hubungkan. Lalu, saklar S1 dan S4 dihubungkan dan terminal voltmeter dihubungkan ke titik D-E. Setelah itu, tegangan output variable power supply 2 diatur supaya dapat diperoleh nilai tegangan sebesar 9V.



Setelah dilakukan tahap persiapan, pengujian dilanjutkan ke tahapan pengaturan arus IB agar titik Q berada di tengah garis beban DC yang langkah awalnya adalah terminal voltmeter dihubungkan ke titik C-E. Lalu, amperemeter diposisikan di I2. Kemudian, keluaran variable power supply 1 diatur supaya dapat diperoleh nilai VCE = 4,5 V (IC = 20,45 mA). Setelah itu, amperemeter diposisikan di I1 dan arus IB (arus I1) dicatat. Langkah yang terakhir adalah terminal voltmeter dihubungkan ke titik X-E dengan diselingi nilai tegangan VXE dicatat serta terminal voltmeter juga dihubungkan ke titik B-E dan nilai tegangan VBE juga dicatat. Selain itu, juga perlu diperhatikan bahwa, setiap pembacaan arus, amperemeter dipastikan sudah diatur dengan range yang tepat supaya hasil pembacaannya teliti. 2.3 GAMBAR ALAT DAN RANGKAIAN PERCOBAAN



Gambar 2.3 Voltmeter DC.



Gambar 2.4 Amperemeter DC.



Gambar 2.5 Variable Power Supply.



Gambar 2.6 Rangkaian uji transistor.



Gambar 2.7 Transistor Q1 2N3904.



Gambar 2.8 Tahanan.



BAB III ANALISIS DAN PEMBAHASAN



3.1 DATA HASIL PERCOBAAN 3.1.1 Kurva Karakteristik Transistor 3.1.1.1 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟏𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 = 10mikroA Vbb = Vxe = 1.00V Vce



Ic = I2



0,5



1.22 mA



0,6



1.23 mA



0,7



1.24 mA



0,8



1.25 mA



0,9



1.20 mA



1



1.21 mA



1,1



1.22 mA



3.1.1.2 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟓𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =50mikroA Vbb = Vxe = 3.12V Vce



Ic = I2



0,5



7.052 mA



0,6



7.367 mA



0,7



7.546 mA



0,8



7.580 mA



0,9



7.680 mA



1



7.750 mA



1,1



7.780 mA



3.1.1.3 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟏𝟎𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =100mikroA Vbb = Vxe = 5.64V Vce



Ic = I2



0,5



12.970 mA



0,6



13.620 mA



0,7



13.890 mA



0,8



14.320 mA



0,9



14.650 mA



1



14.970 mA



1,1



15.170 mA



3.1.1.4 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟏𝟓𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =150mikroA Vbb = Vxe = 7.33V Vce



Ic = I2



0,5



16,37 Ma



0,6



16,75 Ma



0,7



17,23 ma



0,8



17,62 ma



0,9



18,11 ma



1



18,49 ma



1,1



18,82 ma



3.1.1.5 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟐𝟎𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =200mikroA Vbb = Vxe = 10.27V Vce



Ic = I2



0,5



21,33 ma



0,6



21,90 ma



0,7



22,53 ma



0,8



23,14 ma



0,9



23,61 ma



1



24,14 ma



1,1



25,66 ma



3.1.1.6 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟐𝟓𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =250mikroA Vbb = Vxe = 12.22V Vce



Ic = I2



0,5



24,07 ma



0,6



24,88 ma



0,7



25,48 ma



0,8



26,07 ma



0,9



26,59 ma



1



27,15 ma



1,1



27,71 ma



3.1.1.7 Data Karakteristik Transistor 𝑰𝑩 = 𝑰𝟏 = 𝟑𝟎𝟎𝒎𝒊𝒌𝒓𝒐𝑨 ib = i1 =300mikroA Vbb = Vxe = 14.52V Vce



Ic = I2



0,5



27,23 ma



0,6



28,18 ma



0,7



28,70 ma



0,8



29,44 ma



0,9



30,03 ma



1



30,61 ma



1,1



31,17 ma



3.1.2 Titik Kerja Transistor Besaran



Nilai



Vcc



9v



Vce



4,34 v



i2=ic



20,45 ma



vbb=vxe



6.62 v



vbe



0,724 v



ib=i1



0,13 ma



3.2 PEMBAHASAN 3.2.1 ANALISIS PROSEDUR 3.2.1.1 FUNGSI ALAT Dalam praktikum kali ini alat dan bahan yang digunakan diantaranya voltmeter DC, amperemeter DC, variable power supply, dan rangkaian uji transistor. Voltmeter DC digunakan sebagai pengukur tegangan. Amperemeter DC digunakan sebagai pengukur arus. Variable power supply digunakan sebagai sumber tegangan yang dapat diubah-ubah tegangannya. Rangkaian uji transistor digunakan sebagai rangkaian yang akan diukur tegangan dan arusnya. Komponen yang digunakan agar dapat disusunnya rangkaian antara lain adalah sebuah transistor 𝑄1 2N3904, tahanan 𝑅𝑠1 47𝑘Ω 2watt, tahanan 𝑅𝑠2 1𝑘Ω 1watt, dan tahanan 𝑅𝑐2 220Ω 5watt yang dimana masing-masing komponen dimiliki fungsi masing-masing dalam rangkaian dan secara umum transistor digunakan agar arus yang masuk rangkaian dapat diperkuat dan tahanan sebagai hambatan dalam rangkaian. 3.2.1.2 FUNGSI PERLAKUAN Dari alat-alat yang digunakan dalam praktikum karakteristik transistor ini dimilikinya fungsi yang berbeda-beda, perlakuan atau tata cara penggunaan yang dimiliki setiap alat berbeda-beda dan dimilikinya tujuan dari adanya proses demi proses. Peralatan percobaan dipersiapkan ketika praktikum akan dimulai dengan login software Remlab dan tak lupa dengan software VLC. Lalu dilakukan beberapa percobaan dimana pada percobaan pertama yaitu percobaan kurva karakteristik transistor dimana arus IB dihubungkan ke terminal voltmeter pada titik X-E, kemudian amperemeter diletakkan pada titik I1. Nilai tegangan Vxe dicatat sebagai data hasil percobaan. Kemudian dilakukan pengaturan untuk teganagn Vce dimana terminal termometer dihubungkan pada titik C-E dan amperemeter diletakkan pada titik I2. Nilai tegangan Vce kemudian dicatat sebagai data hasil percobaan. Kemudian langkah diulangi untuk nilai IB 50A, 100A, 150A, 200A, 250A, 300A. Selanjutnya dilakukan juga percobaan dimana titik operasi transistor (titik Q) ditempatkan pada tengah jalur beban DC dimana nilai VCC yang digunakan adalah 9 V. Pada percobaan ini transistor T1 dipilih , kemudian saklar S2, S3, dan S5 dimatikan dan saklar S1 dan S4 dihubungkan. Voltmeter dihubungkan pada titik D-E, yang kemudian output power supply diatur hinga didapatkan nilai tegangan 9 V.



Selanjutnya untuk arus IB terminal voltmeter dihubungkan pada titik C-E yang kemudian amperemeter diletakkan pada posisi I2. Kemudian, dihubungkan terminal voltmeter ke titik X-E, dan dicatat voltase VXE. Terakhir, terminal voltmeter ke titik B-E disambung dan dicatat voltase VBE. 3.2.2 ANALISIS HASIL



Ib = 10 mikroampere 1,26 1,25 1,24 1,23 1,22 1,21 1,2 1,19 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.1 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 10 𝜇𝐴.



Ib= 50 mikroampere 8 7,8 7,6 7,4 7,2 7 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.2 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 50 𝜇𝐴.



Ib= 100 mikroampere 15,5 15 14,5 14 13,5 13 12,5 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.3 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 100 𝜇𝐴.



Ib= 150 mikroampere 19 18,5 18 17,5 17 16,5 16 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.4 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 150 𝜇𝐴.



Ib= 200 mikroampere 30 25 20 15 10 5 0 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.5 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 200 𝜇𝐴.



Ib = 250 mikroampere 28 27,5 27 26,5 26 25,5 25



24,5 24 23,5 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.6 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 250 𝜇𝐴.



Ib = 300 mikroampere 32 31 30 29 28 27 0



0,2



0,4



0,6



0,8



1



1,2



Gambar 3.7 Kurva karakteristik pada Ib yang bernilai 300 𝜇𝐴. Pada praktikum karakteristik transistor dilakukan sebanyak 7 kali percobaan dengan masing-masing percobaannya dilakukan sebanyak 7 kali percobaan juga dengan nilai tegangan 𝑉𝐶𝐸 yang berbeda-beda. Setelah melakukan pencatatan data tegangan dan arus pada tiap tahapan percobaan, diperoleh suatu kurva karakteristik dimana VCE bertindak sebagai sumbu x dan IC sebagai sumbu y. Pada percobaan pertama dilakukan dengan nilai 𝐼𝐵 = 10𝜇𝐴 dan nilai 𝑉𝐵𝐵 = 𝑉𝑋𝐸 = 1,00𝑉 sehingga didapatkan suatu kurva karakteristik yang tampak pada gambar 3.1. Dari kurva tersebut dapat diamati bahwa, kurva mengalami fluktuasi atau naik turun dengan nilai arus basis yang mendadak turun ke 1,2 mA pada saat tegangan mencapai 0,9 V. Kemudian pada percobaan kedua yang memiliki nilai 𝐼𝐵 = 50𝜇𝐴 hingga percobaan ketujuh yang memiliki nilai 𝐼𝐵 = 300𝜇𝐴 memiliki bentuk kurva karakteristik yang hampir sama, yaitu konsisten mengalami peningkatan (naik) tanpa adanya penurunan maupun mendatar. Pada percobaan Penempatan Titik Kerja Transistor (Titik Q) di Tengah Garis Beban DC didapatkan hasil 𝑉𝐶𝐶 = 9𝑉, 𝑉𝐶𝐸 = 4,34𝑉, 𝐼2 = 𝐼𝐶 = 20,45𝑚𝐴, 𝑉𝐵𝐵 = 𝑉𝑋𝐸 = 6,62𝑉, 𝑉𝐵𝐸 = 0,724𝑉, 𝑑𝑎𝑛 𝐼𝐵 = 𝐼1 = 0,13𝑚𝐴. Tegangan DC yang dibiaskan pada rangkaian transistor bertujuan untuk memperoleh level tegangan dan arus kerja transistor yang konstan. Dalam penguat transistor, beda potensial dan arus tersebut akan menempatkan titik kerja pada kurva karakteristik untuk menentukan area kerja transistor. Dikarenakan titik kerja adalah titik tetap pada kurva karakteristik, maka disebut titik Q (atau titik statis). Pada dasarnya, titik operasi rangkaian penguat dapat ditempatkan di mana saja pada kurva karakteristik. Untuk membuat rangkaian penguat secara linier atau tanpa cacat memperkuat sinyal, titik kerja transistor ditempatkan di tengah area aktif. Selain itu, untuk mencegah kerusakan pada



transistor, maka hindari penempatan titik kerja di luar batas kemampuan arus atau tegangan maksimum yang ditentukan oleh pabrik. Transistor dibagi menjadi dua jenis utama, yaitu transistor BJT (Bipolar Junction Transistor) dan JFET (Junction Field Effect Transistor). Dari kedua jenis transistor ini memiliki cara kerja yang sedikit berbeda. Transistor BJT bekerja sebagai komponen aktif yang memiliki tiga terminal, terbuat dari bahan semikonduktor yang berbeda, dan dapat menggunakan tegangan dan sinyal kecil sebagai isolator atau konduktor. Kemampuan transistor untuk membuat komponen ini sering digunakan pada sakelar (perangkat elektronik digital) atau amplifier (perangkat elektronik analog). Sedangkan untuk cara kerja transistor JFET atau lebih dikenal dengan nama FET adalah transistor yang menggunakan tegangan pada terminal inputnya, hal ini dalam istilah dunia rangkaian elektronik disebut gerbang, gerbang ini mengontrol arus yang mengalir melalui kaki terminal komponen transistor ini dan menghasilkan arus keluaran yang sebanding dengan tegangan input. Secara kontruksi dan karakteristik, transistor FET sama dengan transistor BJT, penggunaan yang praktis, tahan lama dan juga murah dan dapat digunakan pada hampir semua perangkat elektronika yang ada saat ini serta dapat menggantikan fungsi transistor BJT.



BAB IV PENUTUP



4.1 KESIMPULAN Setelah melakukan praktikum, para peserta praktikum sudah memahami bagaimana karakteristik transistor konfigurasi common emitor saat dibias di bagian masukan dan keluarannya. 4.2 SARAN Berdasarkan pengalaman praktikum kali ini, maka pada percobaan selanjutnya seharusnya dibutuhkan koneksi internet yang stabil sehingga tidak terdapat kendala, terutama pada saat memuat video stream pada RemLab dan percobaan berjalan dengan sesuai tujuan yang ada. Selain itu, dibutuhkan kecermatan dan fokus praktikan dalam memperhatikan proses pengambilan data nantinya.



DAFTAR PUSTAKA



Floyd, T. L & Buchla, D. L. 2014. Electronics Fundamentals Circuits, Devices and Applications. Eight Edition. Harlow : Pearson Education Limited Kishore, K. L. 2008. Electronic Devices and Circuits. First Edition. Hyderabad: BS Publications Lowe, D. 2017. Electronics All-in-One For Dummies. Second Edition. Hoboken: John Wiley & Sons Inc Ponto, H. 2018. Dasar Teknik Listrik. Edisi Pertama. Yogyakarta: Penerbit Deepublish



LAMPIRAN



(Floyd & Buchla, 2014).



(Ponto, 2018).



(Kishore, 2008).



(Lowe, 2017).



Gambar rangkaian percobaan.



Data hasil percobaan pada tahapan kurva karakteristik transistor.



Data hasil percobaan pada titik kerja transistor.