Hal

aman

1

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN AMPLIFIER

Praktikan: Nicholas Melky S Sianipar (13206010) Asisten: Hifni Ashif dan Eka

Waktu Percobaan: 7-18 Mei 2009EL2140 – Praktikum Elektronika

Laboratorium Dasar Teknik ElektroSekolah Teknik Elektro dan Informatika – ITB

Abstrak

Pada praktikum ini praktikan akan mencoba merancang sebuah penguat amplifier satu tingkat sesuai spesifikasi yang diinginkan. Dengan mencari karakteristik transistor seperti yang dilakukan pada percobaan sebelumnya, mengukur perubahan tengangan dan arus pada kaki transistor maka dapat ditentukan titik penguatan yang maksimal. Pengukukran dilakukan menggunakan 3 buah multimeter, maka praktikan dapat memahami data-data tersebut pada kurva yang dapat melakukan desain alat yang sesuai. Dan akhirnya, praktikan mencoba rangkaian transistor ini dengan menggunakan osiloskop dan mengamati bagaimana kurva rangkaian apabila diberi suatu input tegangan tertentu dan mengamati hasil penguatan rangkaian.

1. Pendahuluan Pada Praktikum Elektronika EL2140 yang terakhir ini, praktikan akan melakukan percobaan dan perancangan sebuah amplifier yang bertujuan untuk dapat mengimplementasikan pengetahuan mengenai penguatan dari komponen yang telah dipelajari pada praktikum sebelumnya yaitu komponen transistor BJT. Jenis transistor yang digunakan pada praktikum adalah Bipolar Junction Transistor yang bertipe yang bertipe 2N2222. Adapun tujuan dari percobaan Transistor Sebagai Switch adalah : Merancang sebuah penguat

berdasarkan pengetahuan komprehensif yang telah didapatkan pada percobaan‐percobaan sebelumnya

Mengetahui dan mempelajari pemilihan konfigurasi penguat dan komponen yang akan gunakan

Mengetahui dan mempelajari disipasi daya dan pengaruhnya penguatan terhadap temperatur ruangan

2. Dasar Teori

2.1 Penguat BJTTransistor merupakan komponen dasar untuk sistem penguat. Untuk bekerja sebagai penguat, transistor harus berada dalam kondisi aktif. Kondisi aktif dihasilkan dengan memberikan bias pada transistor. Bias dapat dilakukan dengan memberikan arus yang konstan pada basis atau pada

kolektor. Untuk kemudahan, dalam praktikum ini akan digunakan sumber arus konstan untuk “memaksa” arus kolektor agar transistor berada pada kondisi aktif. Jika pada kondisi aktif transistor diberikan sinyal (input) yang kecil, maka akan dihasilkan sinyal keluaran (output) yang lebih besar. 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‐Emitter (CE), Common‐Base (CB), dan Common‐Collector (CC). Konfigurasi umum transistor bipolar penguat ditunjukkan oleh gambar berikut ini.

Untuk membuat penguat CE, CB, dan CC, maka terminal X, Y, dan Z dihubungkan ke sumber sinyal atau ground tergantung pada konfigurasi yang digunakan.

2.2 Konfigurasi Common EmitterKonfigurasi ini memiliki resistansi input yang sedang, transkonduktansi yang tinggi, resistansi output yang tinggi dan memiliki penguatan arus (AI) serta penguatan tegangan (AV) yang tinggi. Secara umum, konfigurasi common emitter digambarkan oleh gambar rangkaian di bawah ini.

Hal

aman

2

Untuk menentukan penguatan teoritis‐nya, terlebih dahulu akan kita hitung resistansi input dan outputnya. Resistansi Input (Ri) adalah nilai resistansi yang dilihat dari masukan sumber tegangan vi. Perhatikan bahwa Rs adalah resistansi dalam dari sumber tegangan. Sedangkan Resistansi Output (Ro) adalah resistansi yang dilihat dari keluaran.Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model‐π, maka rangkaian dapat menjadi seperti gambar berikut ini.

Jika rangkaian diatas kita modelkan dengan model‐π, maka rangkaian dapat menjadi seperti gambar berikut ini.Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah:

Jika RB >> rπ maka resistansi input akan menjadi :

Kemudian, untuk menentukan resistansi output konfigurasi CE, kita buat Vs = 0, sehingga gmvπ = 0, maka:

untuk komponen diskrit yang RC << ro, persamaan tersebut menjadi

Dan untuk faktor penguatan tegangan, Av merupakan perbandingan antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan:

Jika terdapat resistor Re yang terhubung ke emiter, maka berlaku:

3. Metodologi

Gambar 3-1 Metodologi Percobaan

Pada praktikum ini telah tersedia kit praktikum yang akan mempermudah melakukan pengukuran karakteristik. Praktikan dipermudah karena cukup menghubung-hubungkan komponen tersebut sesuai model rangkaian seperti pada percobaan modul 3. Power supply disetting sebesar 12V VCC. Untuk VIN pada pengukuran menggunakan osiloskop, akan telebih dahulu dilakukan pengukuran tegangan dan frekuensi generator sinyal dengan besar 50mV peak to peak dengan frekuensi 10KHz. Untuk mengetahui karakteristik sebenarnya dari transistor yang digunakan, praktikan diberikan kesempatan untuk melakukan percobaan mandiri di laboratorium laboratorium dasar elektronika STEI ITB. Adapun peralatan dan komponen yang digunakan dalam percobaan ini adalah sebagai berikut : Sumber tegangan DC Osiloskop Kit Transistor sebagai Switch Multimeter Analog dan Digital Kabel‐kabel

4. Hasil dan Analisis

4.1 Karakteristik Transistor 2N2222 IB-VBE

Gambar 4.1-1 Rangkaian Percobaan Karakteristik IB-VBE

Lakukan Pengukuran Karakteristik

Transistor

Proyeksikan Data dalam Kurva dan

tentukan Titik Q Point

Lakukan Perhitungan

untuk rancangan penguatan yang

diinginkan

Amati dan Lakukan analisis

penguat / amplifier yang telah dibuat tsb pada osiloskop

Hal

aman

3

Hasil pengukuran dari rangkaian karakteristik transistor pada Gambar 4.1-1 dilakukan dengan mengubah-ubah resistor variable RB2 yang mana RB2 sebagai pembagi tegangan VCC menjadi VBE. Akibat perubahan pada VBE, dapat diukur perubahan IC dan IB. Data yang diperoleh dapat dilihat pada tabel berikut.

Tabel 4.1-1 Karakteristik Input IB-VBE

VBE IB

0 00.2 00.4 00.5 00.54 00.58 00.62 0.110.66 0.40.68 0.720.7 1.41

Apabila data karakteristik diatas diproyeksikan dalam sebuah kurva, diperoleh kurva sebagai berikut.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.20.40.60.81

1.21.41.6

Gambar 4.1-2 Kurva Karakteristik IB-VBE

4.2 Karakteristik Transistor 2N2222 Ic-VBE

Tabel 4.2-1 Karakteristik Input Ic-VBE

VBE IB

0 0.750.2 0.710.4 0.670.5 0.650.54 0.640.58 0.640.62 1.320.66 2.250.68 2.260.7 2.26

Apabila data karakteristik diatas diproyeksikan dalam sebuah kurva, diperoleh kurva sebagai berikut.

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.80

0.5

1

1.5

2

2.5

Gambar 4.2-2 Kurva Karakteristik Ic-VBE

4.3 Karakteristik Transistor 2N2222 IC-VCE

Gambar 4.3-1 Rangkaian NMOS menggunakan multimeter

Pada praktikum ini sudah terdapat sumber arus/current source yang besarnya dapat dipilih dan telah terukur. Oleh sebab itu tidak diperlukan lagi pengukuran IB

menggunakan multimeter. Jadi dengan mengubah-ubah tegangan VCE dari power supply, dapat diukur perubahan IC untuk setiap besar arus IB yang berbeda-beda, seperti pada tabel berikut.

Tabel 4.3-1 Karakteristik Output Ic-VCE

VCE

(F)

IC (mA)IB=0mA

IB=0.2mA

IB=0.4mA

IB=0.8mA

IB=1.2mA

IB=1.6mA

0 0 0 0 0 0 00.1 0 2.53 5.33 10.48 15.17 19.650.2 0 2.66 5.52 11.08 16.6 21.310.3 0 2.68 5.57 11.17 16.73 21.490.4 0 2.69 5.61 11.24 16.84 21.620.5 0 2.7 5.64 11.3 16.93 21.751 0 2.78 5.78 11.58 17.34 22.252 0 2.9 6.06 12.08 18.08 23.115 0 5.73 13.08 25 34.8 42.2210 0 - - - - -

Apabila data tabel diatas diproyeksikan dalam sebuah kurva, diperoleh kurva sebagai berikut.

Hal

aman

4

0 1 2 3 4 5 605

1015202530354045

Gambar 4.3-2 Kurva Karakteristik IB-VCE

4.4 Merancang Penguat Berkonfigurasi Common Emitter

Setelah mendapatkan karakteristik transistor diatas, dapat ditentukan nilai komponen yang akan digunakan untuk menghasilkan penguat dengan spesifikasi sebagai berikut :

1. Penguatan tegangan: |Av| > 102. Rentang frekuensi: 1kHz – 20 kHz3. Resistansi input: Rin > 2 kOhm4. Resistansi output: Rout < 10 kOhm5. Disipasi daya maksimum: P > 20

mW6. Spesifikasi ini harus dapat dicapai

pada kondisi operasi 0 – 70 oC

Gambar 4.4-1 Rangkaian Core Amplifier yang akan dirancang

Dari karakteristik yang diperoleh tadi dapat diperoleh beberapa perhitungan yaitu :

Penguatan yang dirancangan adalah besarnya 12 yang merupakan jumlah kedua NIM akhir praktikan. Sehingga dapat dihitung komponen-komponen penguat sbb:

Setelah diperoleh R1,R2,RE,RC, maka komponen tersebut dirangkai sehingga menjadi seperti gambar berikut :

Hal

aman

5

Gambar 4.4-2 Rangkaian Penuh Penguat Amplifier

Gambar 4.4-3 Implementasi Penguat Amplifier pada PCB

Gambar 4.4-4 Simulasi EWB Hasil Penguatan Amplifier

Dapat terlihat bahwa penguatan yang diperoleh diharapkan dapat terimplementasikan dengan benar sesuai simulasi akan tetapi kelompok kami tidak memperoleh penguatan yang tepat. Hal ini kemungkinan disebabkan karena komponen resistor yang dibeli tidak ada yang nilainya seperti yang dicantumkan diatas. Resistor yang dijual memiliki suatu kelipatan nilai tertentu. Oleh sebab itu kelompok praktikan hanya dapat memilih resistor yang mendekati nilai tersebut dan akhirnya tegangan penguatan (Q Point dan Tegangan kaki transistor) tidak seperti yang disimulasikan.

Gambar 4.4-5 Hasil Penguatan Amplifier Yang diharapkan

Seperti yang terdapat pada dasar teori 2.2 bahwa penguat ini berkonfigurasi common emitter sehingga pada model analsis sinyal kecilnya dapat dimodelkan seperti pada gambar hal 2. Nilai-nilai Ri, Av, Rout, sesuai seperti pada dasar teori tersebut. Namun pengaruh suhu pada transistor dapat mempengaruhi karakteristik β yang menyebabkan penguatan semakin besar dan dapat terdistorsi. Akan tetapi adanya RE menyebabkan rangkaian core amplifier tersebut menjadi common emitter degerate yang mempunyai feedback terhadap nilai β sehingga pengaruh nilai β menjadi minim.

5. KesimpulanTransistor merupakan komponen utama pada penguatan amplifier tingkat satu. Untuk merancang amplifier perlu dilakukan pengukuran karakteristik untuk dapat menghitung komponen penguatan dengan tepat. Penguatan tegangan konfigurasi common emitter dapat diatur sesuai dengan komponen yang diberikan. Oleh karena itu, penguat konfigurasi common emitter paling banyak digunakan. Resistansi output dari kondigurasi common emitter sama dengan resistansi kolektor, sehingga kita dapat mengatur resistansi output dari resistansi kolektor.

6. Daftar Pustaka

[1] A. S. Sedra et.al., Microelectronic Circuits 5th Ed, Hal. 377-458, Oxford University Press, New York, 2004

[2] Mervin T. Hutabarat, Petunjuk Praktikum Elektronika EL-2140, Hal 13-24, Laboratorium Dasar Teknik Eletro STEI-ITB, Bandung, 2009