PERCOBAAN IIIKARAKTERISTIK BJT, BJT SEBAGAI SAKLAR DAN PENGUAT3.1 Tujuan Percobaan1. Memeriksa serta menentukan jenis dari BJT (NPN dan PNP).2. Meneliti dan mempelajari karakteristik BJT.3. Mengetahui karakteristik transistor sebagai penguat dan sebagai saklar

3.2 Tinjauan Pustaka3.2.1 BJT (Bipolar Junction Transistor) BJT (Bipolar Junction Transistor) Transistor ini adalah transistor yang dapat kita umpmakan sebagai dua buah dioda yang terminal positif atau negatifnya disatukan sehingga ada tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah basis (B), emitter (E), kolektor (C). BJT ini terdiri dari 2 tipe, yakni NPN dan PNP.1. NPN (Negatif Positif Negatif) atau N-Chanel. Transistor tipe NPN ini dapat kita umpamakan dua buah diode yang terminal positinya bertemu, kemudian pertemuannya itu dinamakan basis (B) sedangkan yang 2 terminal lainnya adalah emitter (E) dan colector (C). Lihat gambar dibawah ini:Gambar 3.1 BJT NPN

2. PNP (Positif Negatir Positif) atau P-Chanel. Transistor tipe PNP ini dapat kita umpamakan dua buah diode yang terminal negatifnya bertemu, kemudian pertemuannya itu dinamakan basis (B) sedangkan yang 2 terminal lainnya adalah emitter (E) dan colektor (C). Lihat gambar dibawah ini :Gambar 3.2 BJT PNPTerdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus Basis (IB), dan arus emitter (IE), yaitu beta ()=penguatan arus DC untuk common emitter, alpha () = penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut : ..(3.1)

IE = IC + IB de = IC ; de = hFE = IC ; de = de(3.2)

IE IB 1 - de

3.2.2 Pengujian dan Penentuan BJT Menguji karakteristik statis BJT akan digambarkan dengan dua cara yaitu 1. Pengukuran dengan Multimeter.Karakteristik digambarkan menggunakan kertas milimeter blok dengan mengukur besar arus dan tegangan.a. Karakteristik IC terhadap VCE dengan mengukur masing-masing besaran atau [Ie = f(VCE)].b. Karakteristik VBE terhadap IB untuk berbagai nilai VBE atau [VBE = f(IB)].c. Karakteristik hFE terhadap IC atau hFE = f(IC).2. Pengukuran dengan Osiloskop Pada pengukuran ini hanya akan mengukur karakteristik IC terhadap VCE untuk 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.3.2.3 Konfigurasi Common Basis (CB):Basis adalah common/bersama antara Input dan output atau Basis paling dekat atau pada ground.Panah pada simbol grafis menyatakan arah arus emiter (arus konvensional) melalui device. Karakteristik/watak Input/titik driving untuk CB Si ialah :

Gambar 3.3 Grafik Karakteristik CB Silikon

Menghubungkan arus Input IE dengan tegangan Input VBE untuk bermacam level tegangan output VBC. Karakteristik kolektor atau output untuk CB ialah :

Gambar 3.4 Grafik Karakteristik Kolektor Output CB

Saturasi: JE , JC , di VF.Aktif : JE di VF , JC di VR.Cutoff: JE & JC VR.VBE = 0,7 VVCE = 0,2 VVBC = 0,5 V

Karakteristik output menghubungkan arus output IC dengan tegangan output VBC untuk bermacam level arus Input IE .

3.2.4Bias dalam Transistor BJTAnalisis atau desain terhadap suatu penguat transistor memerlukan informasi mengenai respon sistem baik dalam mode AC maupun DC. Kedua mode tersebut bisa dianalisa secara terpisah. Dalam tahap desain maupun sintesis, pilihan parameter untuk level DC yang dibutuhkan akan mempengaruhi respon AC-nya. Demikian juga sebaliknya. 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 di tunjukkan 4 buah titik kerja transistor. Rangkaian bias bisa di-disain untuk memperoleh titik kerja pada titik-titik tersebut, atau titik lainnya dalam daerah aktif. Rating maksimum ditentukan oleh Ic max dan VCE max. Daya maksimum dibatasi oleh kurva Pc max. 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 3.1 Grafik BiasSupaya 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).

3.2.3.1Fixed BiasBias model ini ditunjukkan pada gambar berikut.Gambar 4.2 Bias ModelRangkaian 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 4.3 Bias Model npn

3.2.3Bias Maju Basis-Emittera. Loop basis-emitter :

Gambar 4.4 Loop Basis Emitter

Dengan hukum tegangan Kirchhoff :VCC + IBRB + VBE = 0(3.3)Perhatikan polaritas tegangan drop di RB. Arus basis IB menjadi :..(3.4)

Dan, VBE = VB - VE...(3.5)

b. Loop collector-emitter....(3.6)

VCE = VCC ICRC....(3.7)

VCE = VC - VE

Saturasi transistor Transistor saturasi jika juction base collector tidak lagi dibias mundur..(3.8)

VCE = 0 V ICsat = VCC/RC

3.2.4Bias Emitter stabil

Gambar 4.5 Bias Emitter Stabila. Loop Base-emitter.......(3.9)

VCC IBRB VBE IERE = 0......(3.10)

b. Loop collector - Emitter....(3.11)

VCC = IERE + VCE + ICRC

Saturasi :..(3.12)

3.2.5Bias Pembagi Tegangan

Gambar 4.6 Bias Pembagi Tegangan3.2.6Bias dengan umpan balikUntuk meningkatkan stabilitas bisa dilakukan dengan memberikan umpan balik dari collector menuju base.

Gambar 4.7 Bias Dengan Umpan Balik

Persamaan tegangan untuk Loop di sebelah kiri (Loop base-emitter) : ..(3.13)Perhatikan bahwa arus IC yang masuk ke kaki collector berbeda dengan , dimana :....(3.14)Tapi nilai I+ yang jauh lebih kecil bisa diabaikan untuk memperoleh persamaan yang lebih sederhana (asumsi IC IB dan IC IE) :....(3.15).(3.16)Sehingga :

.....(3.17)

a. Loop collector-emitter

Gambar 4.8 Loop collector-emitter

IERE + VCE + ICRC = VCC(3.18)

Dengan IC IC dan IC IE makaVCC = IC (RC + RE) + VCE..(3.19)

VCE = VCC - IC (RC + RE)...(3.20)

3.2.7Transistor Sebagai SaklarJika sebuah transistor digunakan sebagai saklar, maka transistor tersebut hanya dioperasikan pada salah satu dari dua kondisi (mode), yaitu kondisi saturasi (jenuh) dimana transistor seperti saklar tertutup atau kondisi cut off (tersumbat) dimana transistor sebagai yang terbuka. Sedangkan jika transistor bekerja pada on atau off, maka transistor akan bekerja sebagai penguat yaitu jika VBE transistor lebih besar 0,5 volt dan lebih kecil dari 0,8 volt.Ketika transistor berada dalam kondisi saturasi, maka :1.Arus pada kolektor maksimum, Ic = Ic (sat).2.Tegangan pada terminal kolektor emitter, Vce = 0 volt3.Tegangan pada beban yang dihubungkan seri dengan terminal kolektor = Vce.

Sedangkan transistor dalam keadaan cut off, maka :1.Tidak ada arus yang mengalir dikolektor IC = 0 volt.2.Tegangan pada terminal kolektor emitter dengan VCE, yaitu VCE = VCE.3. Tegangan pada beban dihubungkan seri pada kaki kolektor adalah nol.Dalam merancang rangkaian transistor sebagai saklar maka agar saklar dapat menutup, harga IB > IB (sat) untuk menjamin dapat mencapai saturasi penuh. Sebuah saklar ideal harus mempunyai karakteristik pada keadaan off ia tidak dapat dilalui arus sama sekali dan pada keadaan on ia tidak mempunyai tegangan drop. Komponen transistor dapat berfungsi sebagai saklar, walaupun bukan sebagai saklar ideal. Untuk dapat berfungsi sebagai switch, maka titik kerja transistor harus dapat berpindah-pindah dari daerah saturasi (saklar dalam keadaan on) ke daerah cut-off (saklar dalam keadaan off). Untuk jelasnya lihat gambar di bawah ini.

Gambar 4.9 Kurva Daerah Kerja Transistor

3.3 Daftar Komponen dan Alat1. Modul praktikum elektronika dasar2. Osiloskop dua channel1 buah3.Multimeter analog maupun digital2 buah4. Variable Power supply2 buah5. Kertas milimeter blockSecukupnya6. Disket 3 1,44 MB7. Flash disk8. Mistar9.Datasheet transistor yang digunakan

3.4 Cara Kerja3.4.1 Pengujian kondisi BJT1. Untuk BJT periksalah kondisi transistor, dengan cara memeriksa dioda emitter dan dioda kolektor dari transistor.2. Isilah tabel 3.1.

Tabel 3.1 Resistansi dioda BJTNo.BJTAvoHambatan DiodaKeadaanKeterangan

NoTypeMeterBasisEmitterBasisKolektorBaikBuruk

1.BC547NPNAnalog

2.BC557PNPAnalog

3.4.2 Karakteristik BJT Dengan Multimeter1. Buat rangkaian seperti pada gambar 3.1.2. Aturlah tegangan catu basis dan tegangan catu kolektor sehingga didapatkan harga-harga IB dan VCE sesuai dengan tabel 3.2.3. Gunakan multimeter digital untuk mengukur IB (Tegangan dari RB), IC (tegangan dari RC), dan VCE.4. Catat pengamatan anda pada tabel 3.2.RCVBBRBQ1IBBEVCEVCCBC 547NPN

Gambar 3.5 Rangkaian karakteristik BJT dengan MultimeterTabel 3.2 Hasil pengamatan karakteristik BJT dengan MultimeterIBmAVCEVIeVBEIEdcdcKeterangan

0.0

0.1

0.2

0.5

1.0

3.3Daftar Komponen dan Alat1. Modul praktikum elektronika dasar.2. Multimeter digital2 buah3. Variable Power supply2 buah4. Kertas milimeter blockSecukupnya5. Multimeter6. Oscilloscope7. Kabel penghubung8. Disket 3 1,44 MB9. Flash disk10. Mistar11. Datasheet transistor yang digunakan

3.4Cara Kerja3.4.1Fixed Bias Confoguration1. Sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya hFE atau de transistor dengan multimeter digital.2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 3.103. Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).4. Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE.5. Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 3.1

C1CAPACITORRBRCC2CAPACITORQ1deVCC72K RESISTOR120K RESISTOR12 VBATTERYV0V1BC 547

NPN4.7 F

Gambar 3.10 Konfigurasi Fixed BiasTabel 3.1 Hasil Pengamatan hFE Fixed biasWaktu(menit)IBICVCEVBEdeKeterangan

0

2

5

3.4.2Emitter Stabilized Bias1. Sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya hFE atau de transistor dengan multimeter digital.2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 3.113. Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).4. Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE.5. Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 3.2

C1V1CAPACITOR4.7 FRBRC15K RESISTOR100 RESISTORQ1C24.7 FCAPACITORdeRE33 RESISTORBC 547

NPN12 VBATTERY

Gambar 3.11 Konfigurasi Emitter stabilized biasTabel 3.2 Hasil Pengamatan hFE Emitter Stabilized BiasWaktu(menit)IBICVCEVBEdeKeterangan

0

2

5

3.4.3Voltage Divider Bias1. Sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya hFE atau de transistor dengan multimeter digital.2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 3.123. Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).4. Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE.5. Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 3.3C1V1CAPACITOR4.7 FR1RC15K RESISTOR100 RESISTORQ1C24.7 FCAPACITORdeRE33 RESISTORBC 547

NPN12 VBATTERYR22.2K RESISTOR

Gambar 3.12 Konfigurasi Voltage Divider Bias

Tabel 3.3 Hasil Pengamatan hFE Voltage Divider BiasWaktu(menit)IBICVCEVBEdeKeterangan

0

2

5

3.4.4Voltage Collector Feedback Bias1. Sebelum transistor dirangkai, ukurlah dahulu besarnya hFE atau de transistor dengan multimeter digital.2. Buatlah rangkaian seperti pada gambar 3.133. Setiap mulai mengukur, matikanlah dulu catu daya selama 5 menit (agar transistor dingin).4. Kemudian on-kan catu daya dan segera ukur dan catat nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE.5. Setiap 5 menit catatlah nilai dari IB, IC, VCE, dan VBE. Isi tabel 3.4V1C14.7 FCAPACITORRESISTORRF28K Q1RE33 RESISTORBC 547

NPN100 RESISTORRCV0C24.7 FCAPACITOR12 VBATTERY

Gambar 3.13 Konfigurasi Voltage Collector Feedback BiasTabel 3.4 Hasil Pengamatan hFE Voltage Collector Feedback BiasWaktu(menit)IBICVCEVBEdeKeterangan

0

2

5

3.4.5Emitter Follower1. Hubungkan kabel AC ke sumber AC.2. Gunakan gambar 3.14 untuk memandu percobaan.3. Gunakan kabel penghubung untuk membuat rangkaian seperti pada gambar di bawah.

100 F22 F

Gambar 3.14 Emitter - Follower

4. Buka saklar S2 dan S3, tutup saklar S15. Hidupkan power supply6. Atur function generator pada output nol. Hubungkan oscilloscope pada titik DF dan atur penunjukan yang paling tepat.7. Tutup S1, perlahan-lahan naikkan penguatan pada function generator sampai 150 MV, perhatikan pada oscilloscope.8. Catat hasilnya pada tabel 3.5

Tabel 3.5 Hasil Pengamatan hFE Emitter FollowerVout (V)Vin (V)GainVout/VinVAB(V)Iin(A)Rin(Ohm)P(Watt)

9. Ukur dan catat tegangan Input pada titik AC.10. Hitung dan catat penguatan tegangan Vout / Vin