PENGUAT DASAR TRANSISTOR - PENGUAT BERTINGKAT
MODUL DARING TIPE C
TUJUAN PERCOBAAN
Setelah selesai melakukan percobaan ini, Anda diharapkan dapat :
1. Menjelaskan jenis-jenis penguat dasar transistor .
2. Mengukur parameter-parameter penguat transistor antara lain penguatan arus,
penguatan tegangan, resistansi masukan dan resistansi keluaran.
3. Menyebutkan sifat-sifat masing-masing konfigurasi penguat.
4. Mejelaskan fungsi transistor by-pass dan pengaruhnya terhadap penguatan sinyal.
5. Menyelidiki fungsi kapasitor kopling pada penguat dua tingkat.
6. Mengukur frekuensi respon dari penguat dua tingkat.
DASAR TEORI
A. Penguat Dasar Transistor
Transistor memiliki 3 elektroda (basis, emitor, dan kolektor) sehingga pada dasarnya
transistor dapat dirangkai menjadi 3 macam penguat dasar yang dikenal dengan
konfigurasi penguat yaitu :
1. Konfigurasi basis emitor (common base).
2. Konfigurasi emitor bersama (common emitor).
3. Konfigurasi kolektor bersama (common collector) yang dikenal sebagai
rangkaian pengikut emiter (emitter follower).
Ketiga jenis konfigurasi ini memiliki sifat atau harga parameter yang berbeda.
1. Konfigurasi Basis Bersama
Rangkaian dasar dari penguat transistor konfigurasi base bersama adalah sebagai berikut:
Gambar 6.1 Penguat basis bersama
Sinyal masukan, masuk lewat monitor, sedangkan keluaran diambil lewat kolektor.
Tegangan Eeb adalah bias maju pada pertemuan E dan B, sedangkan Ecb adalah bias
mundur kolektor. Pada rangkaian penguat base bersama, salah satu parameter yang penting
adalah penguatan arus hubung singkat (hfb) yaitu perbandingan antara perubahan arus
kolektor dengan perubahan arus emiter, sementara VCB dipertahankan konstan.
hfb = Ic / Ib
Penguatan arus pada penguat transistor base bersama (hfb) mempunyai nilai kurang dari
satu, sebab arus emitor memiliki penjumlahan arus base dan arus kolektor.
Pada penguat base bersama sinyal tegangan msukan dan sinyal tegangan keluaran
mempunyai fase yang sama artinya, penambahasn sinyal tegangan masukan akan
menghasilkan penambahan sinyal tegangan keluaran.
2. Konfigurasi Emiter Bersama
Rangkaian dasar penguat dengan konfigurasi emiter bersama adalah sebagai berikut
Gambar 6.2 Penguat emiter bersama
Arus pada basis ditentukan ditentukan dengan persamaan berikut:
𝐼𝐵 =𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸
𝑅2
𝐼𝐶 = 𝛽𝐷𝐶 . 𝐼𝐵
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 . 𝑅𝐶
Gambar 6.3 Rangkaian penguat common emitter dengan sinyal AC
Untuk menghitung besaran-besaran pada rangkaian tersebut, digunakan persamaan
berikut:
𝑉𝐵𝐵 =𝑅𝐵
𝑅𝑉 + 𝑅𝐵. 𝑉𝐶𝐶
𝑉𝐸 = 𝑉𝐵𝐵 − 𝑉𝐵𝐸
𝐼𝐸 =𝑉𝐸
𝑅𝐸 𝑑𝑖𝑚𝑎𝑛𝑎 𝐼𝐶~𝐼𝐸
𝑉𝐶 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 . 𝑅𝐶
𝑉𝐶𝐸 = 𝑉𝐶 − 𝑉𝐸
Besar penguatan pada rangkaian common emitter dinyatakan sebagai perbandingan antara
tegangan output dengan tegangan input.
𝐴 = ⌈𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛⌉ =
𝑉𝐶
𝑉𝐸
3. Konfigurasi Kolektor Bersama
Rangkaian dasar penguat dengan konfigurasi kolektor adalah sebagai berikut :
Gambar 6.4 Penguat kolektor Bersama
Pada penguat ini, masukan dihubungkan pada elektroda base, sedangkan beban
dipasangkan pada emitor. Penguat arus pada konfigurasi ini adalah :
hfc = Ic / Ib
= 1 / (1 - hfb)
= hfe + 1
Karena hfe mempunyai nilai yang besar, maka penguatan arus pada kolektor bersama
adalah hampir sama dengan penguatan arus pada emitor bersama sifat yang khas dari
rangkaian ini, adalah resistansi masukan biasanya lebih besar dari resistansi beban sinyal
tegangan masukan sefasa dengan tegangan sinyal keluaran, sehingga penguat kolektor
bersama sering dipergunakan sebagai rangkaian penyesuaian impedansi.
B. Penguat Bertingkat
Penguat bertingkat maksudnya adalah penguat yang terdiri dari dua tingkat atau
lebih. Dengan kata lain rangkaian yang memiliki penguat lebih dari satu. Penguat
bertingkat yang menggunakan transistor sebagai penguat dapat terdiri dari semua transistor
BJT atau semua FET atau kombinasi.
Penguatan total 𝐴𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 dari penguat bertingkat merupakan perkalian seluruh
penguatannya
𝐴𝑉𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝐴𝑉1. 𝐴𝑉2. 𝐴𝑉3. 𝐴𝑉4.… 𝐴𝑉𝑛
dimana n merupakan jumlah tingkatan penguat.
Penguatan sering dinyatakan didalam decibel (dB) seperti berikut
𝐴𝑣 (𝑑𝐵) = 20 log 𝐴𝑣
Sehingga untuk penguatan total dari keseluruhan tingkatan penguat merupakan
penjumlahan dari masing-masing penguat.
𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 𝐴𝑣1(𝑑𝐵) + 𝐴𝑣2(𝑑𝐵) + ⋯ + 𝐴𝑣𝑛(𝑑𝐵)
Sebagai contoh misalnya ada tiga tingkatan penguat dengan nilai sesuai urutan adalah 10,
15, dan 20 kali.
Jumlah total penguat adalah perkalian ketiga penguat yaitu
𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = (10)(15)(20) = 3000 𝑘𝑎𝑙𝑖
Dalam dB yaitu
𝐴𝑣1 = 20 log 10 = 20 𝑑𝐵
𝐴𝑣2 = 20 log 15 = 23.5 𝑑𝐵
𝐴𝑣3 = 20 log 20 = 26 𝑑𝐵
Sehingga penguatan total dalam dB
𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 20 + 23.5 + 26 = 69.5 𝑑𝐵
Atau 𝐴𝑣𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙(𝑑𝐵) = 20 log 3000 = 20 (3.477) = 69.5 𝑑𝐵
Sebagai contoh menggunakan rangkaian berikut
Gambar 6.5 Penguat emitter Bersama dua tingkat
Kapasitor gandeng berfungsi sebagai penggandeng keluaran penguat tahap 1 ke
masukan penguat tahap 2. Kapasitor gandeng mencegah pembiasan DC dari satu tahap
penguat mempengaruhi tahapan penguat lainnya. Akan tetapi melewatkan sinyal AC tanpa
mengalami peredaman pada frekuensi kerjanya karena asumsinya 𝑋𝑐 ≅ 0 𝛺. Dalam
menentukan penguatan tahap 1, harus mempertimbangkan pengaruh pembebanan dari
tahap 2. dalam hal ini semua nilai tahanan masukan penguat tahap 2 muncul sebagai beban
AC dari penguat tahap 1.
Menentukan Tanggapan Frekuensi (Frekuensi Response).
Setiap perubahan frekuensi masukan penguatan transistor akan berubah. Ini disebabkan
faktor-faktor yang ada di dalam transistor (seperti kapasitor sambungan) atau komponen
pendukungnya. Untuk melakukan pengukuran dapat melakukan dengan mengukur
tegangan masukan dan tegangan keluaran, untuk daerah frekuensi yang lebar. Sehingga
diperoleh penguatan tegangan yang turun sebesar 0,707 kali penguatan max. Pada
frekuensi yang penguatan turun sebesar X Vmax adalah batas frekuensi yang diizinkan
lewat (frekuensi cut off).
Pengaruh Frekuensi pada Penguat
Penguat memiliki respon terhadap perubahan frekuensi masukannya yang dinyatakan
sebagai “fungsi penguatan terhadap frekuensi masukan penguat”, sehingga penguatan
mengalami perubahan (penaikan atau penurunan). Perubahan penguatan ini akibat dari
perubahan input frekuensinya disebut tanggapan frekuensi.
Gambar 6.6 Kurva respon frekuensi penguat
Batas frekuensi di f1 & f2 disebut frekuensi cut-off/ setengah daya maksimum Bw=f2 –
f1=fH – FL (menghasilkan lebar pita penguat).Penguatan maksimum selalu terjadi pada
frekuensi tengah. Semakin rendah frekuensi, maka penguatan semakin bertambah
disebabkan oleh faktor reaktansi kapasitif yg besar ( Ce, Cs input & Cc output). Semakin
tinggi frekuensi, penguatan semakin menurunn disebabkan adanya “stray kapasitif
(kapasitor liar) yg semakin kecil (reaktansi kapasitif kecil)” yang dapat membebani
penguatan. Nilai penguatan di titik f1 dan f2 adalah sebesar setengah daya maksimal
keluaran pada frekuensi menengahnya atau sebesar :
𝐶𝑢𝑡 𝑜𝑓𝑓 = 0,707 𝑥 𝐴𝑣(𝑚𝑖𝑑)
Dalam sistem komunikasi, audio, video, satuan penguatan ini dikonversi ke dalam satuan
decibel (dB), besarnya:
Av/Avmid (dB) = 20 log (Av/Avmid )
Analisis Respon Penguat pada Frekuensi Rendah (Low Frequency)
Sisi input (Cs):
Gambar 6.7 Pengaruh frekuensi pada sisi input CS
Sisi input (Cc)
Gambar 6.8 Pengaruh frekuensi pada sisi input CC
Sisi emiter (CE:Kapasitor bypass)
Gambar 6.9 Pengaruh frekuensi pada sisi input CE
Dengan adanya pemasangan kapasitor pada penguat BJT maka kurva respon frekuensi
menujukkan bahwa “antara kapasitor yang terpasang memiliki pengaruh berbeda
terhadap hasil frekuensi cut off-nya”.
ALAT DAN BAHAN
A. Penguat dasar Transistor
1. Catu daya 1 buah
2. Multimeter 1 buah
3. Generator 1 buah
4. Osiloscope 2 kanal 1 buah
5. Transistor BD 135 1 buah
6. Variabel resistor 10K 1 buah
7. Variabel resistor 47K 1 buah
8. Resistor 1K 2 buah
9. Resistor 10K 1 buah
10. Resistor 47K 1 buah
11. Kapasitor 100µF 1 buah
12. Kapasitor 470µF 1 buah
13. Papan percobaan 1 buah
14. Kawat penghubung secukupnya
B. Penguat Bertingkat
1. Catu daya 1 buah
2. Multimeter 1 buah
3. Generator fungsi 1 buah
4. Osiloscope 1 buah
5. Transistor BC 2N3055 1 buah
6. Kapasitor 100µF 1 buah
7. Resistor 10K, 37k, 150 Ohm 1 buah
8. Resistor 1K, 3k3 Ohm 1 buah
9. Pottensiometer 220 Ohm 1 buah
10. Kawat penghubung 1 buah
11. Kapasitor 100µF 2 buah
12. Kapasitor 470µF 2 buah
13. Papan percobaan 1 buah
LANGKAH PERCOBAAN
Catatan:
1. Setiap nilai pengukuran dengan satuan Vpp, maka alat ukurnya adalah Osiloskop
2. Setiap nilai pengukuran selain Vpp, Vp atau Vmaks, maka alat ukur yang
digunakan adalah Multimeter (Voltmeter).
A. Penguat Dasar Transistor
a) Penguatan konfigurasi emiter bersama
Gambar 6.10
1. Jalankan software Multisim hingga akan tampil seperti gambar berikut:
2. Rakitlah rangkaian seperti pada gambar 6.10 di atas.
- Arahkan kursor pada button “Place Source” atau menu Place →
Component →Source seperti tampilan berikut
- Klik button Place Source tersebut hingga muncul tampilan berikut:
- Pilih Power Source→Ground→OK sehingga muncul symbol Ground
pada layar multisim seperti tampilan dibawah ini. Lakukan langkah
yang sama untuk mendapatkan komponen yang berhubungan dengan
source, seperti sumber tegengan DC.
- Pilih komponen2 yang dibutuhkan untuk membuat rangkaian penguat
emitter bersama dengan memilih menu
Place→Component→Database: Master Database→ Group:
Basic→Resistor→ OK sehingga tampil komponen resistor yang
dibutuhkan. Lakukan hal yang sama untuk komponen Kapasitor dan
Transistor.
➔ Untuk Kapasitor: Pilih menu Place→Component→Database:
Master Database → Group: Basic→Capasitor→ OK
➔ Untuk Transistor: Pilih menu Place→Component→Database:
Master Database→Group: Transistor→ Pilih jenis transistor yang
dinginkan→OK
- Atur tata letak komponen dan hubungkan setiap komponen dengan
komponen lainnya sesuai dengan gambar 6.10 dengan memilih menu
Place→Wire sehingga tampilannya seperti gambar dibawah ini.
- Ganti nilai/label komponen dengan klik 2 kali pada komponen yang akan
diganti nilai/labelnya. Pilih Value untuk mengganti nilai dan Label
untuk mengganti label dari komponen.
- Untuk memberi tanda/text pada terminal input dan output, klik menu
Place → Text
- Setelah rangkaian dihubungkan,maka pengukuran dapat dilakukan.
3. Atur tegangan catu daya atau Vcc sekitar 10V dan hubungkan pada
rangkaian.
Ukur tegangan kolektor, atur R1 atau Potensiometer 10 𝑘Ω hingga
tegangan kolektor atau Vc sekitar 5V, generator sinyal pada kondisi off.
Gunakan multimeter untuk mengukur tegangan. Untuk menjalankan
rangkaian pilih menu Simulate → Run. Klik 2x gambar multimeter
sehingga akan tampil hasil pengukuran pada layar multimeter.
Catatan: Pada saat mengukur tegangan Vc, posisi positif (+) multimeter
(Voltmeter) pada terminal kolektor sedangkan negatif (-) multimeter pada
ground
4. Pasang osiloskop, kanal 1 pada masukan dan kanal 2 pada keluaran.
5. Hidupkan generator sinyal aturlah frekuensi pada 1KHz dan amplitudo
hingga sinyal masukan atau Vs = 10 mVpp. Diatur tegangan pada function
generator 5 mVp. Sehingga hasilnya = 10 mVpp.
6. Ukurlah tegangan Vin pada basis transistor atau input transistor.
Vin = …… Vpp
7. Baca dan catatlah penunjukan osiloskop untuk tegangan keluaran Vout
Vout = … Vpp
8. Hitunglah penguatan tegangan penguat emiter bersama.
𝐴𝑣 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑉𝑖𝑛
9. Perhatikan gambar sinyal antara masukan dan keluaran. Berapa beda fase
antara keduanya.
𝐵𝑒𝑑𝑎 𝑃ℎ𝑎𝑠𝑎 = … … .𝑜
10. Gunakan kanal 2 osiloskop untuk mengukur keluaran gelombang sinyal.
Vs = ... Vpp.
11. Hitunglah arus masukan, arus keluaran dan penguatan arus.
𝐼𝑖𝑛 =𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛
𝑅𝑠
𝐼𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅𝐿
𝐴𝑖 = 𝐼𝑜𝑢𝑡
𝐼𝑖𝑛
12. Hitunglah resistansi masukan penguat.
𝑅𝑖𝑛 = 𝑉𝑖𝑛
𝐼𝑖𝑛
13. Pasangkan variabel resistor 10K pada keluaran, atur resistor tersebut
sampai diperoleh tegangan keluaran setengah dari tegangan sebelumnya
atau tegangan keluaran pada langkah ke 7.
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
2
14. Lepaskan variabel resistor dan ukur nilai resistansinya. (Karena simulasi
cukup mengalikan persentasi variable resistor dengan nilai variable
resistor→ 14% 𝑥 10 𝐾𝑂ℎ𝑚
RL’ = ... Ohm
Resistansi keluaran sama nilainya dengan resistansi beban saat :
𝑉𝑜′ =
𝑉𝑜
2
Rout = ... Ohm
b) Penguatan konfigurasi kolektor bersama
Gambar 6.11
1. Dengan cara yang sama, rakitlah rangkaian seperti pada gambar 6.11 di
atas.
2. Pasangkan osiloskop pada terminal masukan dan keluaran.
3. Hidupkan generator sinyal, atur frekuensi sinyal pada 1Khz dan
amplitudonya atau Vs sehingga menunjuk pada 2 Vpp.
4. Baca dan catat tegangan keluarannya.
5. Hitung penguatan tegangannya.
Vs = 2 Vpp
Vout = ... Vpp
6. Bandingkan sinyal masukan dan keluarannya berapakah beda phasanya.
Beda phasa = .....o
7. Ukur tegangan keluaran dari generator sinyal.
Vs = ...Vpp
8. Ukurlah tegangan Vin pada basis transistor atau penguat.
Vin = ….. Vpp
9. Hitunglah arus masukan, arus keluaran pada penguatan arusnya :
𝐼𝑖𝑛 =𝑉𝑠 − 𝑉𝑖𝑛
𝑅𝑠
𝐼𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
𝑅𝐿
𝐴𝑖 = 𝐼𝑜𝑢𝑡
𝐼𝑖𝑛
10. Hitunglah resistansi penguat masukan.
𝑅𝑖𝑛 = 𝑉𝑖𝑛
𝐼𝑖𝑛
11. Atur amplitudo generator sinyal sampai tegangan keluaran Vs = 0,1 Vpp.
Pasang variabel resistor pada keluaran, aturlah sampai diperoleh atau
setengah dari Vout pada langlah ke 5:
𝑉𝑜𝑢𝑡 = 𝑉𝑜𝑢𝑡
2 = ……. Vpp
12. Lepaskan variabel Resistor dan ukur nilai resistansinya.
Rout = RL’ = ....Ohm.
B. Penguatan Bertingkat
a) Penguatan CE satu tingkat
1. Rakitlah rangkaian seperti gambar 6.10, R1 di ganti dengan tahanan 10
Kohm.
2. Aturlah tegangan catu daya 12V hubungkan dengan rangkaian.
3. Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1Khz dengan
amplitude 50 mVpp.
4. Amati bentuk gelombang masukan dan keluaran. Berapakah beda fasanya.
Beda Fase = …o
5. Ukurkah tegangan masukan dan keluarnya.
Vin = …
Vout = …
6. Berapakah penguatan tegangannya
Av = …
7. Lepaskan kapasitor 470 μF pada emitor.
8. Ulangi pengukuran tegangan masukan dan keluarnya.
Vin = …
Vout = …
9. Berapakah penguatan tegangannya.
Av = …
10. Pasang kembali kapasitor pada emitter, naikkan amlitudo generator fungsi
sampai tegangan keluaran mulai distorsi (terpotong).
11. Ukur tegangan masukan dan keluarnya serta hitung penguatannya.
Vin = …
Vout = …
Av = …
12. Matikan semua peralatan yang diperlukan.
b) Penguatan RC dua tingkat
Gambar 6.13
1. Rakitlah rangkaian seperti gambar 6.13.
2. Atur tegangan catu daya 12V, hubungkan dengan rangkaian.
3. Pasang generator fungsi pada masukan, atur pada frekuensi 1 KHz dengan
amplitude 100 mVpp.
4. Ukurlah tegangan masukan, keluaran TR1, dan tegangan keluaran TR2.
Vin = …
Vout 1 = … 𝑉𝑜𝑢𝑡1
Vout 2 = …
5. Hitunglah penguatan dari TR1 dan TR2 dan penguat bertingkat.
Av 1 = …
Av 2 = …
Av = ….
6. Dengan menggunakan multimeter ukurlah tegangan DC pada base emitter
dan kolektor emitter masing-masing transistor.
VCE 1 = … , VCE 2 = …
VBE 1 = … , VBE 2 = …
7. Gantilah R 15K (pada base TR2) dengan R 3K3.
8. Amati gambar keluaran dengan osiloskop, gambarkan.
9. Ulangi pengukuran seperti padalangkah 6.
VCE 1 = … , VCE 2 = …
VBE 1 = … , VBE 2 = …
10. Kembalikan lagi R 15K sehingga tegangan keluaran menjadi tidak distorsi.
11. Ukurlah frekuensi respon penguat dengan mengukur tegangan keluaran
sebagai fungsi dari frekuensi untuk tegangan masukan konstan. Isikan
dalam tabel berikut :
Frek (Hz) Vin Vout Av
10
30
50
100
300
500
1K
3K
5K
10K
30K
50K
100K
300K
PENGUJIAN DAN HASIL
A. Penguat dasar Transistor
a. Hasil pengujian Penguat konfigurasi emiter bersama
b. Hasil Pengujian Penguat konfigurasi kolektor bersama
B. Penguatan Bertingkat
a. Hasil Pengukuran Penguatan CE Bersama
b. Hasil Pengukuran Penguatan RC 2 Tingkat
Penguatan pada frek. 10 Hz
Penguatan pada frek 1 KHz
Penguatan pada frek 3 KHz
Penguatan pada frek 500 KHz
TUGAS DAN PERTANYAAAN
a) Penguat dasar Transistor
1. Pada percobaan penguat konfigurasi base bersama dan emitor bersama,
dilakukan pengaturan tegangan kolektor sebesar 5V (Vcc/2). Apa
maksudnya !
2. Apa fungsi dari kapasitor 470 F pada penguatan konfigurasi basis bersama.
3. Beda fasa antara sinyal masukan dan sinyal keluaran pada konfigurasi
emitter bersama adalah 180. Jelaskan bagaimana ini bisa terjadi !
4. Pada pengukuran resistansi keluaran, diperlukan resistor variable untuk
memperoleh tegangan keluaran berkurang menjadi setengahnya. Mengapa
hal ini bisa dipergunakan, teorema apa yang digunakan !
5. Pada pengukuran resistansi keluaran untuk konfigurasi kolektor bersama,
tegangan masukan harus diturunkan menjadi 0,1 Vpp. Jelaskan dan jika
tidak terjadi apa yang terjadi !
6. Dari hasil pengukuran, konfigurasi mana yang menghasilkan penguatan
arus paling besar ? apakah ini sesuai teori, jelaskan !
7. Adakah perbedaan antara resistansi masukan rangkaian penguat dengan
resistansi masukan transistor ! jika ada jelaskan dan beri contoh salah satu
perhitungannya.
8. Rangkumkan hasil pengukuran parameter dari ketiga jenis penguat dan beri
kesimpulan dari hasil percobaan di atas.
b) Penguatan bertingkat
1. Apabila hasil pengukuran tegangan pada penguat salah satu tingkat sesuai
dengan teori, beri penjelasan !
2. Apa pengaruh kapasitor emitter (Ce) terhadap penguatan tegangannya !
3. Pada saat amplitude masukan dinaikkan, tegangan keluaran akan terpotong,
jelaskan !
4. Pada penguat RC 2 tingkat apakah terjadi perbedaan penguat antara TR1
dan TR2 !
5. Pada saat resistansi base 15K diganti, gelombang keluaran menjadi cacat
(distorsi), mengapa ?
6. Gambarkan grafik frekuensi respon dan tentukan batas-batas frekuensi cut
offyta.
Top Related