M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 1

P R O G R A M S T U D I F I S I K A – F M I P A I T B LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

MODUL 04

PENGENALAN TRANSISTOR SEBAGAI SWITCH

1 TUJUAN Memahami karakteristik kerja transistor BJT dan FET sebagai saklar. Memahami perbedaan transistor BJT dan FET ketika beroperasi sebagai saklar. Memahami prinsip dasar gerbang logika menggunakan transistor

2 PERSIAPAN Pelajari perbedaan transistor BJT dan FET secara teori dari referensi yang terpercaya Pelajari Datasheet dari komponen transistor yang digunakan. Datasheet dapat ditemukan

dengan mudah di internet Patuhi peraturan yang berlaku di laboratorium elektronika ini Jangan lupa berdoa

3 PERALATAN PRAKTIKUM DC Power Supply + kabel power 1 buah Breadboard 1 buah Multimeter 2 buah Kabel jumper seperlunya Transistor BJT (tipe 2N3904) 5 buah Transistor FET (tipe IRF540) 1 buah Resistor 220 Ω 10 buah

Resistor 2,2 kΩ 1 buah

Resistor variable 100 kΩ 1 buah

Resistor lain secukupnya LED 1 buah

4 DASAR TEORI Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Transistor adalah

suatu devais yang terdiri dari tiga lapisan semikonduktor yang berfungsi ganda sebagai penguatan dan saklar. Kedua hal ini sangat penting dalam elektronika. Terdapat dua jenis transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar (Bipolar Junction Transistor) dan unipolar (Field-Effect Transistor)[1]. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan.

1. Transistor BJT (Bipolar) Transistor adalah kependekan dari

transfer varistor. Transistor merupakan komponen elektronik yang dapat mengontrol besar arus atau tegangan dengan sejumlah kecil arus atau tegangan. Transistor BJT secara umum terdiri dari dua jenis, yaitu tipe npn(negative-positive-negative) dan tipe pnp (positive-negative-positive).

Transistor BJT pada dasar adalah dua diode yang disambungkan. Oleh karena itu akan ada selisih tegangan ~0.7V antara kaki

Gambar 1. Struktur dan symbol transistor.

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 2

basis dan emitter. Pada pemanakaian standar, jika ada arus kecil yang mengalir antar pin basis dan emitter (BE), maka arus yang lebih besar akan mengalir di antar pin collecter dan emitter (CE).

Saat kondisi antara pin basis dan emitter berada dalam posisi panjar mundur (𝑉𝐵 < 0.7V) transistor berperan sebagai saklar terbuka (open switch). Pada konsisi seperti ini transistor berada pada keadaan cut-off. Besarnya tegangan 𝑉𝐶𝐸 akan sama dengan 𝑉𝐶𝐶.

Ketika sambungan antara basis dengan emitter berada pada posisi panjar maju (𝑉𝐵 > 0.7V), transistor beperan sebagai saklar tertutup (closed switch). Konsisi seperti ini disebut sebagai keadaan saturasi. Besar arus yang melalu kolektor yaitu:

𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) ≅𝑉𝐶𝐶

𝑅𝐿

Besarnya arus minimum pada bais untuk menghasilkan keadaan saturasi:

𝐼𝐵(𝑚𝑖𝑛) ≅𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡)

𝛽𝐷𝐶

𝛽𝐷𝐶 merupakan penguatan arus DC transistor, ini tertera pada datasheet transistor, biasa ditulis sebagai ℎ𝑓𝑒.

2. Transistor FET (Field Effect Transistor)

FET dibagi menjadi dua: Junction FET (JFET) dan Insulated Gate FET (IGFET) atau juga dikenal sebagi Metal Oxide Silicon (atau Semiconductor) FET (MOSFET). Berbeda dengan IGFET, terminal gate dalam JFET membentuk sebuah diode dengan kanal (materi semikonduktor antara source dan drain).

3. Gerbang Logika (Logic Gate)

Transistor dapar digunakan sebagai gerbang logika dengan memanfaatkan keadaan saturasi dan cut-off transistor sebagai keadaan high (1) dan low (0). a. Gerbang NOT

Dalam keadaan saturasi, arus collector bernilai

maksimum sehingga tegangan 𝑉𝐶𝐸(output) mendekati nol. Keadaan ini disebut low. Sebalikanya dalam keadaan cut-off, tidak ada arus collector yang mengalir,

hal ini menyebabkan tegangan 𝑉𝐶𝐸 (output) sama dengan 𝑉𝐶𝐶. Keadaan ini disebut keadaan high. Dalam elektronika digita, keadaan high dan low dilambangkan dengan angka 1 dan 0. Keadaan high adalah keadaan di mana ada tegangan (mendekati 𝑉𝐶𝐶), sedangkan keadaan low adalah keadaan di mana tegangan sama dengan nol.

b. Gerbang NAND

NAND atau NOT AND adalah rangkaian gerbang NOT yang disusun secara seri dengan output pada collector yang atas.

c. Gerbang NOR

NOR atau NOT OR adalah invers dari OR adalah rangkaian transistor yang disusun secara parallel, sehingga walaupun hanya satu transistor yang diberi tegangan, arus collector dapat menghasilkan keadaan saturasi.

Gambar 2. Struktur dan symbol MOSFET.

Gambar 3. Gerbang NOT.

Gambar 4. Gerbang NAND.

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 3

5 TUGAS PENDAHULUAN 1. Bagaimana karakteristik suatu Switch Ideal? (10) 2. Gambarkan struktur dari jenis-jenis transistor (BJT dan FET), jelaskan masing-masing fungsi

kakinya? (10) 3. Jelaskan perbedaan transistor BJT dengan transistor FET! (20) 4. Jelaskan cara kerja transistor sebagai switch untuk jenis transistor BJT dan FET! (20) 5. Buatlah tabel kebenaran dari gerbang logika NOT, NAND, NOR, AND dan OR (10) 6. Buat simulasi rangkaian AND dan OR dengan menggunakan software Proteus dnegan

menggunakan baik transistor FET maupun BJT! (Print screen gambar rangkaian, sinya Vin, dan sinyal Vout) (30)

6 LANGKAH PERCOBAAN Transistor BJT Sebagai Saklar

Gunakan kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor BJT sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc = 5 Vdc

PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri (gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B).

Posisikan Rvar dengan nilai minimum sehingga (VBE = 0). Catat nilai VCE awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan – lahan. V dengan

kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V – 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 – 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Base-Emitter dan Collector-Emitter.

VCC

5V

R10.8Ω

R2

0.97Ω

Vi

Vo

2N3904

A

Gambar 5. Gerbang NOR.

Gambar 6. Transistor BJT sebagai Saklar

B

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 4

Transistor FET Sebagai Saklar

Buat rangkaian transistor FET sebagai saklar seperti gambar di atas dengan Vcc =

5 Vdc PERHATIAN: Secara Default gambar yang digunakan adalah gambar sebelah kiri

(gambar A). Konsultasikan kepada asisten jika harus menggunakan gambar sebelah kanan (gambar B).

Posisikan Rvar dengan nilai minimum sehingga (VBE = 0). Catat nilai VDS awal Naikkan tegangan di base dengan memutar Rvar perlahan – lahan. V dengan

kenaikan 0,1 V untuk rentang 0 V – 2 V dan kenaikan 0,5 V untuk rentang 2 – 4,5 V. Amati dan catat tegangan yang terukur pada kaki Gate-Source dan Drain-Source.

Transistor Sebagai Gerbang Logika

Percobaan I (Gerbang Logika NOT) o Gunakan komponen pada kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor

sebagai gerbang NOT seperti gambar 3. o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input, ukur tegangan output o Beri tegangan input sebesar 5 V, ukur tegangan output

Percobaan II (Gerbang Logika NAND)

o Gunakan komponen kit praktikum untuk membuat rangkaian transistor sebagai gerbang NAND seperti gambar 4.

o Hubungkan Vcc dengan tegangan 5 V o Tanpa tegangan input a dan b, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input a saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada input b saja, ukur tegangan output o Beri tegangan sebesar 5 V pada kedua input a dan b, ukur tegangan keluaran

Percobaan III (Gerbang Logika NOR)

o Ulangi langkah kerja percobaan II dengan menggunakan rangkaian gerbang NOR pada gambar 7.

Percobaan IV (Gerbang Logika AND) o Hubungkan output rangkaian gerbang NAND dengan input gerbang NOT o Ulangi percobaan II dengan mengukur output akhir pada rangkaian

Percobaan V (Gerbang Logika OR)

o Hubungkan output rangkaian gerbang NOR dengan inputgerbang NOT o Ulangi percobaan iii dengan mengukur output pada gerbang NOT

VCC

5V

R10.8Ω

R2

0.97Ω

Vi

Vo

Q11IRF540

Gambar 7. Transistor FET sebagai Saklar

A B

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 5

7 TUGAS LAPORAN 1. Berdasarkan data yang didapat, apakah tegangan keluaran berbanding lurus atau

berbanding terbalik dengan tegangan masukan? Jelaskan! 2. Pada tegangan berapa rangkaian bekerja sebagai saklar? Apakah saklar pada rangkaian

tersebut termasuk saklar ideal? Jelaskan kondisi dimana Transistor menjadi saklar on dan saklar off!

3. Jelaskan hasil yang didapat ketika menggunakan transistor FET dan BJT sebagai saklar! 4. Berdasarkan data yang diperoleh, apakah hasilnya sesuai dengan tabel kebenaran gerbang

logika? Mengapa demikian? Jelaskan! 5. [Opsional] Apa manfaat penggunaan transistor sebagai saklar

8 REFERENSI [1] Diodes and Transistors, URL : https://inst.eecs.berkeley.edu/~ee100/su07/handouts/

DiodeTransistorNotes.pdf [2] Malvino, Albert., David J. Bates. Electronic Principles 7ed.

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 6

LOG AKTIVITAS Nama : NIM : Shift :

Transistor BJT Sebagai Saklar

VBE (V) VCE (V)

Transistor FET Sebagai Saklar

VGS (V) VDS (V)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5

VC

E (o

utp

ut)

VBE (input)

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

0 1 2 3 4 5

VD

S (o

utp

ut)

VGS (input)

M O D U L P R A K T I K U M E L E K T R O N I K A D A S A R – 7

Transistor Sebagai Gerbang Logika NOT

Vin (V) Vout (V)

0

5

NAND, NOR, AND, OR

Vin (V) NAND NOR AND OR

Vout (V) Vout (V) Vout (V) Vout (V) Va Vb

0 0

5 0

0 5

5 5