TEKNIK BIOMEDIS 1 EB2200 - labdasar.ee.itb.ac.idlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 2 2017-2018/Modul EB-2200... · Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran

PETUNJUK PRAKTIKUM

PRAKTIKUM

TEKNIK BIOMEDIS 1

EB2200

Laboratorium Dasar

Teknik Elektro

Mervin T Hutabarat

Sekolah Teknik Elektro Dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2018

PETUNJUK PRAKTIKUM

EB2200 TEKNIK BIOMEDIS 1

edisi 2017/2018

Disusun oleh

Mervin T. Hutabarat

Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung

2018

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro i

Penulis menghargai semua pihak yang telah membantu dan berkontribusi pada punyusunan petunjuk

praktikum ini. Berikut ini daftar nama yang berkontribusi pada penyusunan petunjuk praktikum ini

Mervin Hutabarat

Amy Hamidah Salman

Esha Ganesha

Rizki Ardianto Priramadhi

Narpendyah Wisjnu Ariwadhani

Ardy Pratama

Harry Septanto

Eric Agustian

Muhammad Luthfi

Muh. Zakiyullah R.

Sandra Irawan

Nina Lestari

Adji Gunhardi

Novi Prihatiningrum

Ulfah Nadiya

Gunawan L. Gaol

DAFTAR KONTRIBUTOR

ii Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

DAFTAR KONTRIBUTOR ...................................................................................................................... i

DAFTAR ISI .............................................................................................................................................. ii

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro ........................................................................... iii

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium ......................................... v

Tabel Sanksi Praktikum ......................................................................................................................... vii

Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum .................................... viii

PERCOBAAN 1 PENGENALAN INSTRUMENTASI LABORATORIUM DAN

KARAKTERISTIK BJT .......................................................................................................................... 1

PERCOBAAN 2 PENGUAT BJT SATU TINGKAT .......................................................................... 19

PERCOBAAN 3 TAHAP OUTPUT PENGUAT ................................................................................. 35

PERCOBAAN 4 PENGUAT DIFERENSIAL ...................................................................................... 43

PERCOBAAN 5 PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK .................................................................. 51

PERCOBAAN 6 OSILATOR ................................................................................................................ 55

LAMPIRAN A ANALISIS RANGKAIAN DENGAN SPICE ............................................................ 65

LAMPIRAN B PETUNJUK PEMBUATAN RANGKAIAN ELEKTRONIK .................................. 69

LAMPIRAN C RESISTOR, OP-AMP, DAN INVERTER ................................................................. 74

DAFTAR ISI

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro iii

Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik

Elektro

Kelengkapan

Setiap praktikan wajib berpakaian lengkap, mengenakan celana panjang/ rok, kemeja dan

mengenakan sepatu. Untuk memasuki ruang laboratorium praktikan wajib membawa kelengkapan

berikut:

• Modul praktikum

• Buku Catatan Laboratorium (BCL)

• Alat tulis dan kalkulator

• Kartu Nama (Name tag)

• Kartu Praktikum.

Persiapan/Sebelum Praktikum

Sebelum mengikuti percobaan sesuai jadwalnya, sebelum memasuki laboratorium praktikan harus

mempersiapkan diri dengan melakukan hal-hal berikut:

• Membaca dan memahami isi modul praktikum,

• Mengerjakan hal-hal yang dapat dikerjakan sebelum praktikum dilaksanakan,

misalnya mengerjakan perhitungan-perhitungan, menyalin source code, mengisi

Kartu Praktikum dlsb.,

• Mengisi daftar hadir di komputer Tata Usaha Laboratorium,

• Mengambil kunci loker dan melengkapi administrasi peminjaman kunci loker

dengan meninggalkan kartu identitas (KTM/ SIM/ KTP).

Selama Praktikum

Setelah dipersilakan masuk dan menempati bangku dan meja kerja, praktikan haruslah:

• Memperhatikan dan mengerjakan setiap percobaan dengan waktu sebaik-baiknya,

diawali dengan kehadiran praktikan secara tepat waktu,

• Mengumpulkan Kartu Praktikum pada asisten,

• Melakukan pengecekan terhadap peralatan praktikum (termasuk kabel di dalam boks

kabel) sebelum memulai praktikum dan melaporkan jika terdapat kekurangan atau

kerusakan alat,

• Mendokumentasikan dalam Buku Catatan Laboratorium (lihat Petunjuk Penggunaan

BCL) hal-hal penting terkait percobaan yang sedang dilakukan.

iv Aturan Umum Laboratorium Dasar Teknik Elektro

Setelah Praktikum

Setelah menyelesaikan percobaan, praktikan harus

• Memastikan BCL dan Kartu Praktikum telah ditandatangani oleh asisten,

• Mengembalikan kunci loker dan melengkapi administrasi pengembalian kunci

loker (pastikan kartu identitas KTM/ SIM/ KTP diperoleh kembali),

• Mengerjakan laporan dalam bentuk SoftCopy (lihat Panduan Penyusunan

Laporan di laman http://labdasar.ee.itb.ac.id),

• Mengumpulkan file laporan dengan cara mengunggah di laman http://praktikum.ee.itb.ac.id.

Waktu pengiriman paling lambat jam 11.00 WIB, dua hari kerja berikutnya setelah praktikum,

kecuali ada kesepakatan lain antara Dosen Pengajar dan/atau Asisten.

Pergantian Jadwal

Kasus Biasa

Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran jadwal hanya dapat dilakukan

per orang dengan modul yang sama. Langkah untuk menukar jadwal adalah sebagai berikut:

• Lihatlah format Pertukaran Jadwal di http://labdasar.ee.itb.ac.id pada halaman

Panduan

• Salah satu praktikan yang bertukar jadwal harus mengirimkan e-mail ke

[email protected]. Waktu pengiriman paling lambat jam 16.30, satu hari kerja sebelum

praktikum yang dipertukarkan.

• Pertukaran diperbolehkan setelah ada email konfirmasi dari Lab. Dasar

Kasus Sakit atau Urusan Mendesak Pribadi Lainnya

Jadwal pengganti dapat diberikan kepada praktikan yang sakit atau memiliki urusan mendesak

pribadi. Praktikan yang hendak mengubah jadwal untuk urusan pribadi mendesak harus

memberitahu staf tata usaha laboratorium sebelum jadwal praktikumnya melalui email.

Segera setelah praktikan memungkinkan mengikuti kegiatan akademik, praktikan dapat mengikuti

praktikum pengganti setelah mendapatkan konfirmasi dari staf tata usaha laboratorium dengan

melampirkan surat keterangan dokter bagi yang sakit atau surat terkait untuk yang memiliki urusan

pribadi.

Kasus ”kepentingan massal”

”Kepentingan massal” terjadi jika ada lebih dari sepertiga rombongan praktikan yang tidak dapat

melaksanakan praktikum pada satu hari yang sama karena alasan yang terkait kegiatan akademis,

misalnya Ujian Tengah Semester pada jadwal kelompoknya. Jadwal praktikum pengganti satu hari

itu akan ditentukan kemudian oleh laboratorium.

Sanksi

Pengabaian aturan-aturan di atas dapat dikenakan sanksi pengguguran nilai praktikum terkait.

http://labdasar.ee.itb.ac.id/

Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium v

Panduan Umum Keselamatan dan

Penggunaan Peralatan Laboratorium

Keselamatan

Pada prinsipnya, untuk mewujudkan praktikum yang aman diperlukan partisipasi seluruh praktikan

dan asisten pada praktikum yang bersangkutan. Dengan demikian, kepatuhan setiap praktikan

terhadap uraian panduan pada bagian ini akan sangat membantu mewujudkan praktikum yang aman.

Bahaya Listrik

Perhatikan dan pelajari tempat-tempat sumber listrik (stop-kontak dan circuit breaker) dan cara

menyala-matikannya. Jika melihat ada kerusakan yang berpotensi menimbulkan bahaya, laporkan

pada asisten.

• Hindari daerah atau benda yang berpotensi menimbulkan bahaya listrik (sengatan

listrik/ strum) secara tidak disengaja, misalnya kabel jala-jala yang terkelupas dll.

• Tidak melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya listrik pada diri sendiri

atau orang lain.

• Keringkan bagian tubuh yang basah karena, misalnya, keringat atau sisa air wudhu.

• Selalu waspada terhadap bahaya listrik pada setiap aktivitas praktikum.

Kecelakaan akibat bahaya listrik yang sering terjadi adalah tersengat arus listrik. Berikut ini adalah

hal-hal yang harus diikuti praktikan jika hal itu terjadi:

• Jangan panik,

• Matikan semua peralatan elektronik dan sumber listrik di meja masing-masing dan

di meja praktikan yang tersengat arus listrik,

• Bantu praktikan yang tersengat arus listrik untuk melepaskan diri dari sumber listrik,

• Beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di sekitar anda

tentang terjadinya kecelakaan akibat bahaya listrik.

Bahaya Api atau Panas berlebih

Jangan membawa benda-benda mudah terbakar (korek api, gas dll.) ke dalam ruang praktikum bila

tidak disyaratkan dalam modul praktikum.

• Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan api, percikan api atau panas

yang berlebihan.

• Jangan melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan bahaya api atau panas berlebih

pada diri sendiri atau orang lain.

• Selalu waspada terhadap bahaya api atau panas berlebih pada setiap aktivitas

praktikum.

Berikut ini adalah hal-hal yang harus diikuti praktikan jika menghadapi bahaya api atau panas

berlebih:

vi Panduan Umum Keselamatan dan Penggunaan Peralatan Laboratorium

• Jangan panik, beritahukan dan minta bantuan asisten, praktikan lain dan orang di

sekitar anda tentang terjadinya bahaya api atau panas berlebih, Menjauh dari ruang

praktikum.

Bahaya Lain

Untuk menghindari terjadinya hal-hal yang tidak diinginkan selama pelaksanaan percobaan

perhatikan juga hal-hal berikut:

• Jangan membawa benda tajam (pisau, gunting dan sejenisnya) ke ruang praktikum

bila tidak diperlukan untuk pelaksanaan percobaan.

• Jangan memakai perhiasan dari logam misalnya cincin, kalung, gelang dll.

• Hindari daerah, benda atau logam yang memiliki bagian tajam dan dapat melukai

• Hindari melakukan sesuatu yang dapat menimbulkan luka pada diri sendiri atau

orang lain, misalnya bermain-main saat praktikum

Lain-lain

Praktikan dilarang membawa makanan dan minuman ke dalam ruang praktikum.

Penggunaan Peralatan Praktikum

Berikut ini adalah panduan yang harus dipatuhi ketika menggunakan alat-alat praktikum:

• Sebelum menggunakan alat-alat praktikum, pahami petunjuk penggunaan alat itu.

Petunjuk penggunaan beberapa alat dapat didownload di http://labdasar.ee.itb.ac.id.

• Perhatikan dan patuhi peringatan (warning) yang biasa tertera pada badan alat.

• Pahami fungsi atau peruntukan alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat tersebut

hanya untuk aktivitas yang sesuai fungsi atau peruntukannya. Menggunakan alat

praktikum di luar fungsi atau peruntukannya dapat menimbulkan kerusakan pada alat

tersebut dan bahaya keselamatan praktikan.

• Pahami rating dan jangkauan kerja alat-alat praktikum dan gunakanlah alat-alat

tersebut sesuai rating dan jangkauan kerjanya. Menggunakan alat praktikum di luar

rating dan jangkauan kerjanya dapat menimbulkan kerusakan pada alat tersebut dan

bahaya keselamatan praktikan.

• Pastikan seluruh peralatan praktikum yang digunakan aman dari benda/ logam tajam,

api/ panas berlebih atau lainnya yang dapat mengakibatkan kerusakan pada alat

tersebut.

• Tidak melakukan aktifitas yang dapat menyebabkan kotor, coretan, goresan atau

sejenisnya pada badan alat-alat praktikum yang digunakan.

• Kerusakan instrumentasi praktikum menjadi tanggung jawab bersama rombongan

praktikum ybs. Alat yang rusak harus diganti oleh rombongan tersebut.

Sanksi

Pengabaian uraian panduan di atas dapat dikenakan sanksi tidak lulus mata kuliah praktikum yang

bersangkutan

Tabel Sanksi Praktikum vii

Tabel Sanksi Praktikum

Lab Dasar Teknik Elektro

Catatan:

1. Pelanggaran akademik menyebabkan gugur praktikum, nilai praktikum E

2. Dalam satu praktikum, praktikan maksimal boleh melakukan

a. 1 pelanggaran berat dan 1 pelanggaran ringan; atau

b. 3 pelanggaran ringan

3. Jika jumlah pelanggaran melewati point 2, praktikan dianggap gugur praktikum.

4. Praktikan yang terkena sanksi gugur modul wajib mengganti praktikum pada hari lain

dengan nilai modul tetap 0. Waktu pengganti praktikum ditetapkan bersama asisten. Jika

praktikan tidak mengikuti ketentuan praktikum (pengganti) dengan baik, akan dikenakan

sanksi gugur praktikum.

5. Setiap pelanggaran berat dan ringan dicatat/diberikan tanda di kartu praktikum

6. Waktu acuan adalah waktu sinkron dengan NIST

7. Sanksi yang tercantum di tabel adalah sanksi minimum.

8. Sanksi yang belum tercantum akan ditentukan kemudian.

Level Kasus Sanksi Pengurangan

nilai per modul

Akademik

Saat dan

setelah

praktikum

Semua kegiatan plagiasi (mencontek): tugas pendahuluan,

test dalam praktikum, laporan praktikum

Gugur praktikum

Sengaja tidak mengikuti praktikum

Berat Saat

praktikum

Terlambat hadir praktikum

Pakaian tidak sesuai: kemeja, sepatu

Tugas pendahuluan tidak dikerjakan/hilang/tertinggal Gugur modul

Ringan

Saat

Praktikum

Tidak mempelajari modul sebelum

praktikum/tidak mengerti isi modul

Dikeluarkan dari

praktikum

Pertukaran jadwal tidak sesuai ketentuan -25 nilai akhir

BCL tertinggal/hilang -100% nilai BCL

Name Tag tertinggal/hilang -10 nilai akhir

Kartu praktikum tertinggal/hilang -25 nilai akhir

Kartu praktikum tidak lengkap data dan foto -10 nilai akhir

Loker tidak dikunci/kunci tertinggal -10 nilai akhir

Setelah

Praktikum

Tidak minta paraf asisten di BCL/kartu praktikum -25 nilai akhir

Terlambat mengumpulkan laporan -1/min nilai akhir, maks

-50

Terlambat mengumpulkan BCL -1/min nilai BCL, maks

-50

Tidak bawa kartu praktikum saat pengumpulan BCL

-50 nilai BCL

Tidak minta paraf admin saat pengumpulan BCL -50 nilai BCL

viii Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum

Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan

Simulasi Rangkaian Praktikum

Tugas Pendahuluan Simulasi

a. Simulasi dilakukan secara individu.

b. Simulasi dibuat menggunakan software LTSpice/Multisim/WinSpice atau software

sejenis lainnya.

c. Pada seluruh lembar kerja skematik rangkaian cantumkan Nama dan NIM.

d. Pada hasil simulasi diberi keterangan nilai input dan output rangkaian (tidak hanya

gambar grafik)

e. Simulasi dikumpulkan pada kertas HVS berupa tangkapan layar gambar skematik

rangkaian dan grafik hasil simulasi. Grafik dan rangkaian tidak digambar manual.

f. Praktikan diharapkan untuk mengerti hasil simulasi.

Segala bentuk kecurangan termasuk copy-paste akan dikenakan sanksi.

Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT 1

Tujuan

• Mengenal multimeter sebagai pengukura tegangan (Voltmeter), sebagai pengukur

arus (Amperemeter) dan sebagai pengukur resistansi (Ohmmeter) dan dapat

menggunakan alat ukur tersebut,

• Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran arus DC

• Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan jatuh DC dan AC pada

resistansi besar,

• Memahami keterbatasan alat ukur pada pengukuran tegangan AC dengan frekuensi

tinggi dan bentuk gelombang nonsinusoidal,

• Dapat menggunakan osiloskop sebagai pengukur tegangan dan sebagai pengukur

frekuensi dari berbagai bentuk gelombang

• Memahami karakteristik transistor BJT

• Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan

Persiapan

Baca appendix berjudul “Osiloskop, Generator Sinyal, dan Power Supply”. Pelajari

keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul instrumentasi laboratorium ini. Agar

mempermudah saat praktikum, praktikan disarankan untuk menyiapkan tabel-tabel hasil

percobaan pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) sebelum praktikum dimulai. Kerjakan

tugas pendahuluan dan kumpulkan sesuai ketentuan yang berlaku.

Multimeter Berikut ini beberapa Catatan tentang Penggunaan Multimeter:

• Perhatikan baik-baik beberapa catatan tentang penggunaan multimeter berikut ini.

Kesalahan penggunaan multimeter dapat menyebabkan fuse pada multimeter putus.

Putusnya fuse dapat mengakibatkan pemotongan nilai sebesar minimal 10.

• Dalam keadaan tidak dipakai, selektor sebaiknya pada kedudukan AC volt pada harga

skala cukup besar (misalnya 250 V) atau posisi “OFF”. Hal ini dimaksudkan untuk

menghindari kesalahan pakai yang membahayakan multimeter.

• Sebelum mulai mengukur suatu besaran listrik perhatikanlah lebih dahulu besaran

apakah yang hendak diukur dan kira-kira berapakah besarannya, kemudian pilihlah

PERCOBAAN 1 PENGENALAN INSTRUMENTASI LABORATORIUM

DAN KARAKTERISTIK BJT

2 Pengenalan Instrumentasi Lab dan Karakteristik BJT

kedudukan selektor dan skala manakah yang akan dipergunakan. Perhatikan pula

polaritas (tanda + dan -) bila perlu.

• Jangan menyambungkan multimeter pada rangkaian, baru kemudian memilih

kedudukan selektor dan skala yang akan digunakan. Jika arus/tegangan melebihi batas

maksimal pengukuran multimeter, fuse dapat putus.

• Pada waktu mulai melakukan pengukuran arus dan tegangan, bila tidak dapat

dipastikan besarnya arus/ tegangan tersebut, maka mulailah dari batas ukur yang

paling besar. Setelah itu selektor dapat dipindahkan ke batas ukur yang lebih rendah

untuk memperoleh ketelitian yang lebih baik.

• Pada pengukuran tegangan dan arus, pembacaan meter akan paling teliti bila

penunjukan jarum terletak di daerah dekat skala penuh, sedangkan pada pengukuran

resistansi bila penunjukan jarum terletak di daerah pertengahan skala.

• Harus diperhatikan: pengukuran resistansi hanya boleh dilakukan pada

komponen atau rangkaian yang tidak mengandung sumber tegangan dan/atau

tidak tersambung ke sumber listrik apapun.

Osiloskop

Mengukur Tegangan Kesalahan yang mungkin timbul dalam pengukuran tegangan, dapat disebabkan oleh

osiloskopnya sendiri seperti kalibrasi osiloskop yang sudah buruk dan kesalahan

penggunaan-nya, misalnya pengaruh impedansi input, kabel penghubung serta gangguan

parasitik. Untuk mengurangi kesalahan yang disebabkan oleh impedansi input, dapat

digunakan probe yang sesuai (dengan memperhitungkan maupun dengan kalibrasi dari

osiloskop).

Besar tegangan sinyal dapat langsung dilihat dari gambar pada layar dengan mengetahui

nilai volt/div yang digunakan. Gunakan skala tegangan V/div yang terkecil yang masih

memberikan gambar sinyal tidak melewati ukuran layar osiloskop.

Osiloskop mempunyai impedansi input yang relative besar (1M , 10-50pF) jadi dalam

mengukur rangkaian dengan impedansi rendah, maka impedansi input osiloskop dapat

dianggap open circuit untuk pengukuran DC atau gelombang frekuensi rendah.

Mengukur Beda Fasa Pengukuran beda fasa antar dua buah sinyal dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu:

dengan osiloskop “dual trace”, dan

dengan metoda “lissajous”.

Pengukuran beda fasa hanya dapat dilakukan pada sinyal dengan frekuensi yang tepat sama.

Dengan Osiloskop Dual Trace


Sinyal pertama dihubungkan pada kanal A, sedangkan sinyal kedua dihubungkan pada kanal

B dari osiloskop. Pada layar osiloskop akan terlihat gambar bentuk tegangan kedua sinyal

tersebut. Beda fasa dapat dihitung = t/T*360o.

Gambar 1 Pengukuran beda fasa dengan dual trace

Dengan Metoda Lissajous Sinyal pertama dihubungkan pada kanal B, dan sinyal kedua dihubungkan pada kanal A

osiloskop. Ubah mode osiloskop menjadi mode x-y. Pada layar akan terlihat suatu lintasan

berbentuk lingkaran, garis lurus, atau elips dimana dapat langsung ditentukan beda fasa

antara kedua sinyal tersebut dengan

1 csin

d

.

Mengukur Frekuensi Pengukuran frekuensi suatu sinyal listrik dengan osiloskop dapat dilakukan dengan

beberapa cara, antara lain:

Cara langsung,

Dengan osiloskop dual trace,

Metoda Lissajous,

Metoda cincin modulasi.

Beberapa osilokop yang dimiliki Lab. Dasar memiliki penghitung frekuensi langsungnya.

Hati-hati menggunakannya, karena frekuensi yang ditampilkan tidak selalu benar

bergantung setting pengukurannya.

c d

Gambar 2 Pengukuran beda fasa dengan lissajous


Cara Langsung Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal B osiloskop. Frekuensi sinyal langsung

dapat ditentukan dari gambar, dimana f = 1/T, untuk T = periode gelombang.

Gambar 3 Perhitungan perioda

Pengukuran langsung hanya dapat dilakukan bila kalibrasi skala waktu osilokop dalam

keadaan baik.

Dengan Osiloskop Dual Trace Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A. Generator dengan frekuensi yang

diketahui dihubungkan pada kanal B. Bandingkan kedua gelombang tersebut dengan

menampilkannya secara bersamaan. Frekuensi generator kemudian diubah sampai perioda

sinyal yang diukur sama dengan perioda sinyal generator. Pada keadaan ini, frekuensi

generator sama dengan frekuensi sinyal yang diukur.

Pengukuran dengan cara dual trace ini dapat dilakukan pada osiloskop yang kalibrasi

waktunya kurang baik, tetapi frekuensi generator sinyal harus terkalibrasi baik.

Metoda Lissajous Sinyal yang akan diukur dihubungkan pada kanal A, sedangkan generator dengan frekuensi

yang diketahui (sebagai sinyal rujukan) dihubungkan pada kanal B. Ubah mode osiloskop

menjadi mode x-y. Frekuensi generator sinyal kemudian diatur, sehingga pada layar didapat

suatu lintasan seperti pada Gambar 4.

Gambar 4 Contoh lissajous 1:2

Pada Gambar 4 tersebut, perbandingan fx:fy adalah 1:2. Cara ini hanya mudah dilakukan

untuk perbandingan frekuensi yang mudah dan bulat (1:2, 1:3, 3:4 dan seterusnya).

Mengukur Faktor Penguatan Ada beberapa cara pengukuran faktor penguatan antara lain:


Cara langsung,

Dengan osiloskop dual trace.

Cara Langsung Hubungkan keluaran Generator Sinyal pada masukan rangkaian penguat. Input rangkaian

penguat ini juga dihubungkan pada kanal 1 osiloskop. Hubungkan keluaran rangkaian

penguat pada kanal 2 osiloskop. Gunakan mode ‘X-Y’.

Rangkaian Penguat

GND

Generator Sinyal Mode x-y

Konektor T

Vin Vout

GND

Kanal BKanal A

osiloskop

Gambar 5 Pengukuran penguatan dengan membaca slope pada mode xy

Pada layar osiloskop akan didapat suatu garis lurus dengan sudut terhadap sumbu

horizontal.

Besar faktor penguatan langsung dapat diketahui dari gambar, dimana penguatan merupakan

gradient kemiringan.

Dengan Osiloskop Dual Trace Generator sinyal dihubungkan pada input rangkaian penguat yang akan diamati

penguatannya, dan pada kanal A osiloskop. Output rangkaian penguat dihubungkan pada

kanal B osiloskop.

Rangkaian Penguat

GND

Generator Sinyal

Konektor T

Vin Vout

GND

Kanal BKanal A

osiloskop

Gambar 6 Pengukuran penguatan dengan membaca dan membandingkan dua

amplituda

Pada layar akan didapat sinyal input dan output rangkaian penguat.

Dengan mengukur tegangan sinyal input dan sinyal output rangkaian penguat, maka faktor

penguatan dapat ditentukan.


Cara ini dapat juga dilakukan dengan osiloskop single trace dengan membaca input dan

output bergiliran. Namun untuk ini, perlu diyakinkan pembebanan rangkaian tidak berubah

pada kedua pengukuran tersebut.

Transistor BJT Transistor merupakan salah satu komponen elektronika paling penting. Terdapat dua jenis

transistor berdasarkan jenis muatan penghantar listriknya, yaitu bipolar dan unipolar. Dalam

hal ini akan kita pelajari transistor bipolar. Transistor bipolar terdiri atas dua jenis,

bergantung susunan bahan yang digunakan, yaitu jenis NPN dan PNP. Simbol hubungan

antara arus dan tegangan dalam transistor ditujukkan oleh gambar berikut ini.

Gambar 7 Transistor BJT NPN Gambar 8 Transistor BJT PNP

Terdapat suatu hubungan matematis antara besarnya arus kolektor (IC), arus Basis (IB), dan

arus emitor (IE), yaitu beta () = penguatan arus DC untuk common emitter, alpha ()=

penguatan arus untuk common basis, dengan hubungan matematis sebagai berikut.

B

C

I

I dan

E

C

I

I , sehingga

1

1

Karakteristik sebuah transistor biasanya diperoleh dengan pengukuran arus dan tegangan

pada rangkaian dengan konfigurasi common emitter (kaki emitter terhubung dengan

ground), seperti ditunjukkan pada gambar berikut ini.

Gambar 9 Rangkaian Common Emitter

Dari Terdapat dua buah kurva karakteristik yang dapat diukur dari rangkaian diatas, yaitu:

• Karakteristik IC - VBE

• Karakterinstik IC - VCE


Kurva Karakteristik IC - VBE Arus kolektor merupakan fungsi eksponensial dari tegangan VBE, sesuai dengan persamaan:

kTVBE

ESC eII / . Persamaan ini dapat digambarkan sebagai kurva seperti ditunjukkan

pada gambar berikut ini.

Gambar 10 Kurva Karakteristik IC - VBE

Dari kurva di atas juga dapat diperoleh transkonduktansi dari transistor, yang merupakan

kemiringan dari kurva di atas, yaitu BE

C

mV

Ig

Kurva Karakteristik IC – VCE Arus kolektor juga bergantung pada tegangan kolektor-emitor. Titik kerja (mode kerja)

transistor dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu daerah aktif, saturasi, dan cut-off.

Persyaratan kondisi ketiga mode kerja ini dapat dirangkum dalam tabel berikut ini.

Mode

kerja

IC VCE VBE VCB Bias B-

C

Bias B-

E

Aktif =.IB =VBE+VCB ~0.7V 0 Reverse Forward

Saturasi Max ~ 0V ~0.7V -

0.7V<VCE<0

Forward Forward

Cut-Off ~ 0 =VBE+VCB 0 0 - -

Dalam kurva IC-VCE mode kerja transistor ini ditunjukkan pada area-area dalam gambar

berikut ini.

Gambar 11 Kurva Karakteristik IC – VCE


Alat dan Komponen yang Digunakan

• Multimeter Analog

• Multimeter Digital Genggam

• Multimeter Digital Benchtop

• Sumber tegangan DC

• Generator Sinyal

• Osiloskop

• Kit Multimeter

• Kit Penguat Transistor

• Kit Osiloskop & Generator Sinyal

• Sumber arus konstan

• Kabel-kabel

• Resistor Variabel

• PEAK Atlas DCA Pro

Tugas Pendahuluan

1. Carilah lembar data (data sheet) yang menunjukkan spesifikasi instrumen

berikut: Power Supply Rigol DP832, Sinyal Generator DG1022U, Osiloskop

Rigol DS1052E. Pelajari dan tandai parameter-parameter yang perlu

diperhatikan pada spesifkasi alat-alat tersebut.

2. Lakukan perhitungan tegangan dan arus yang diharapkan terukur pada langkah

perobaan ini.

3. Pada pengukuran tegangan bolak-balik, apa yang disebut dengan tegangan

efektif? Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan osiloskop?

Tegangan apakah yang diukur dengan menggunakan multimeter?

4. Apakah yang dimaksud dengan kalibrasi? Jelaskan!

5. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan

modul ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi

Rangkaian Praktikum.

Langkah Percobaan


Memulai Percobaan

1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang

diberikan oleh asisten ketika praktikum dimulai. Catat juga nomor meja dan Kit

Praktikum yang digunakan dalam Buku Catatan Laboratorium.

2. Kumpulkan tugas pendahuluan pada asisten yang bertugas.

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik Multimeter

Perhatikan spesifikasi alat ukur yang diperoleh dari lembar data. Bila ada besaran yang juga

ditampilkan pada instrumen, catatlah pada Buku Catatan Laboratorium (BCL) spesifikasi, batas

ukur, batas aman, dll seperti tabel berikut.

No. Spesifikasi Keterangan

1 Sensitivitas 20 k /V DC, 9

k /V DC250V UP, 9 k /V AC

Nilai sensitivitas multimeter bergantung

pada skala pembacaan tegangan

2 Batas tegangan Cat 3 1000 V Batas tegangan aman pada terminal input

alat ukur

3 dst

Mengukur Arus Searah

1. Gunakan Kit Multimeter. Buatlah rangkaian seri dengan Vs=6 V dan R1

= R2 = 120 .

Gambar 12 Rangkaian Percobaan Pengukuran Arus

R2

A

6V

R1

I


2. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah I (tidak menggunakan

Amperemeter!) dan cantumkan hasil perhitungan tersebut pada tabel.

3. Lakukan kembali pengukuran arus searah I (dengan tiga harga R yang berbeda)

menggunakan multimeter digital.

R1 = R2 = 1,5 k

R1 = R2 = 1,5 M

4. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran arus I dalam Buku Catatan

Laboratorium.

Nilai

R1 dan

R2

( )

Hitungan DMM 2

I

(mA

)

I(p)

(mA)

120

1.5k

1,5M

5. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran

sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.

Mengukur Tegangan Searah

Gambar 13 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan


1. Buatlah rangkaian tersebut dengan VS = 6 V dan R1 = R2 = 120 .

2. Dengan harga-harga VS dan R tersebut, hitunglah tegangan Vab (tidak

menggunakan Voltmeter!), cantumkan hasil perhitungan tersebut pada tabel.

3. Lakukan kembali pengukuran tegangan searah Vab tersebut (dengan tiga harga R

yang berbeda) menggunakan multimeter digital.

R1 = R2 = 1,5 k

R1 = R2 = 1,5 M

4. Catatlah semua hasil perhitungan dan pengukuran tegangan Vab tersebut dalam

Buku Catatan Laboratorium.

5. Perhatikan hasil perhitungan dan pengukuran tersebut. Apakah hasil pengukuran

sama dengan hasil perhitungan? Diskusikan dan masukkan dalam laporan.

Mengukur Tegangan AC

1. Buatlah rangkaian seperti pada Gambar 14. Pada rangkaian ini G (Generator

Sinyal) digunakan sebagai sumber tegangan bolak-balik.

2. Atur frekuensi generator sinyal pada 50 Hz dan amplituda generator 6 Vrms

(menggunakan multimeter). Gunakan resistor R1 = R2 = 1,5 k.

Gambar 14 Rangkaian Percobaan Pengukuran Tegangan AC

3. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur frekuensi

generator pada 500 Hz, 5 kHz, 50 kHz, 500 kHz, dan 5 MHz.

4. Lakukan kembali pengukuran tegangan Vab dengan mengatur bentuk gelombang

segi tiga dan segi empat.

Mengumpulkan/ Mencari Spesifikasi Teknik 2

1. Catatlah dalam Buku Catatan Laboratorium, spesifikasi-teknik yang tampak

pada osiloskop yang akan dipergunakan!

Mengecek Kalibrasi

2. Hubungkan output kalibrator dengan input X osiloskop.


3. Ukur tegangan serta periodanya untuk dua harga “Volt/Div” dan “Time/Div”,

catat ke dalam Tabel 1-7.

4. Lakukan percobaan ini untuk kanal 1 dan kanal 2.

Gambar 15 Port Osiloskop

5. Bandingkan hasil pengukuran dengan harga kalibrator sebenarnya. Diskusikan

dan masukkan dalam laporan.

Mengukur TeganganSearah

6. Atur tegangan output dari power supply DC sebesar 2 V diukur dengan

multimeter digital.

7. Kemudian ukur besar tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi source

coupling pada DC.

8. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel.

Tegangan terukur (V)

Multimeter Osiloskop Ch1 Osiloskop Ch2

Mengukur Tegangan Bolak-balik

9. Atur generator sinyal pada frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan

sebesar 2 Vrms diukur dengan multimeter digital.

10. Kemudian ukur tegangan ini dengan osiloskop. Yakinkan posisi Source

Coupling pada AC.

11. Lakukan lagi untuk frekuensi 100 Hz dan 10 kHz.

12. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel.

Kanal

Harga Kalibrator Skala Pembacaan Hasil Pengukuran

Tegangan (V) Frekuensi

(Hz)

Vert.

(V/div)

Hors.

(s/div)

Tegangan (V) Perioda (s) Frekuensi

(Hz)

1

2


Mengukur Beda Fasa

13. Gunakan kit Osiloskop dan Generator Sinyal. Atur generator sinyal pada

frekuensi 1 kHz gelombang sinus, dengan tegangan sebesar 2 Vpp.

14. Hubungkan generator sinyal ini dengan input rangkaian penggeser fasa pada kit

praktikum (rangkaian RC).

Gambar 16 Rangkaian Penggeser Fasa

15. Ukur beda fasa antar sinyal input dan output rangkaian penggeser fasa dengan

menggunakan cara membaca dual trace dan Lissajous. Pada pengukuran beda

fasa dengan dual trace, yakinkan Source Trigger bukan vertical.

16. Amatilah untuk sekurangnya 2 (dua) kedudukan potensio R!

17. Tuliskan hasil pengukuran pada tabel. Lakukan analisa dan sampaikan hasilnya

dalam laporan.

Posisi

Tombol

± % maks

Dual

Trace

Lissajous

Sketsa Tampilan 𝜃 (o) Sketsa Tampilan 𝜃 (o)

Mengukur Faktor Penguatan

1. Gunakan bagian “Penguat” (pada kit Osiloskop dan Generator Sinyal, jangan lupa

menghubungkan catu dayanya ke jala-jala). Sebagai inputnya, gunakan gelombang

sinus 1 kHz 2 Vpp dari Generator Fungsi.

2. Ukur penguatan (Vo/Vi) dari sinyal di input ke output menggunakan cara

langsung (mode xy) dan dengan dual trace.

3. Tuliskan hasil pengukuran pada Buku Catatan Laboratorium.


Karakteristik BJT

1. Nyalakan komputer dan sambungkan USB Power Atlas DCA Pro ke komputer

2. Sambungkan kabel Atlas DCA Pro dengan kaki-kaki transistor BJT yang

digunakan secara bebas (warna tidak berpengaruh).

3. Buka aplikasi DCA pro yang tersedia di komputer

4. Pastikan DCA Pro connected pada pojok kiri bawah layar

5. Tekan tombol test pada DCA Pro maupun pada jendela Peak DCA Pro.

6. Perhatikan spesifikasi dan konfigurasi kaki-kaki BJT yang terbaca oleh alat Atlas

DCA Pro.

Gambar 17 Peak Atlas DCA Pro

Gambar 18 Icon DCA Pro

Gambar 19 Jendela Aplikasi DCA Pro

Karakteristik Input Transistor IC-VBE 1. Buka tab Graph BJT Ic/VBE , atur pengaturan tracing VCE 0-10V dengan point 11,

VBE 0-1 V dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing.

2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis.


3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save

Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh

data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis

lebih mendalam pada data ini.

Karakteristik Output Transistor IC-VCE

1. Buka tab Graph BJT Ic/VCE , atur pengaturan tracing Vcc 0-12V dengan point 26, IB

0-10µA dengan point 11 kemudian klik Start. Tunggu proses tracing.

2. Amati grafik yang terbentuk, catat di BCL dan lakukan analisis.

3. Simpan data tabulasi hasil sampling dengan klik kanan pada grafik dan pilih Save

Data. File yang terbentuk adalah *.txt. Buka file .txt yang terbentuk dan copy seluruh

data yang ada di dalam file tersebut dan paste-kan di spreadsheet. Lakukan analisis

lebih mendalam pada data ini.

Early Effect

Dengan menggunakan hasil pengamatan grafik sebelumnya

1. Pilihlah nilai arus basis (IB) dari grafik curve tracer yang kemiringan kurva-nya

cukup besar

2. Pada kurva IC-VCE itu, pilihlah dua titik koordinat yang mudah dibaca, dan masih

dalam garis lurus. Baca dan catat nilai IC dan VCE pada kedua titik tersebut.

Gambar 20 Early Effect

3. Hitunglah nilai tegangan Early dengan persamaan berikut :

𝑉𝐴 = 𝑉𝐶𝐸2𝐼𝐶1 − 𝑉𝐶𝐸1𝐼𝐶2

𝐼𝐶2 − 𝐼𝐶1

Dan catat di BCL anda.

4. Pilih nilai arus basis (IB) yang lain, dan lakukan langkah 1 s/d 3 diatas untuk

mengkonfirmasi nilai tegangan Early yang sudah didapatkan.

Pengaruh Bias pada Penguat Transistor 1. Ubah setting Sinyal Generator sehingga mengeluarkan: (pastikan dengan

menyambungkannya ke osiloskop)

a. Gelombang Sinusoid ~1KHz.

b. Amplituda sinyal 20 mVpp (tarik tombol amplituda agar didapat nilai yang

kecil)

c. Gunakan T konektor pada terminal output.

-VA VCP1 VCE2

vCE

iC

IC2

IC1

0


2. Susunlah rangkaian seperti pada gambar dibawah ini.

Gambar 21 Rangkaian Bias Penguat Transistor

3. Hubungkan Osiloskop ke rangkaian :

- Ch-1 (X) ke Generator Sinyal dengan kabel koaksial konektor BNC-BNC,

- Probe positif (+) Ch-2 (Y) ke titik C,

- Ground osiloskop ke titik E.

4. Gunakan setting osiloskop :

- Skala Ch-1 pada nilai 10mV/div dengan kopling AC,

- Skala Ch-2 pada nilai 1V/div dengan kopling AC,

- Osiloskop pada mode waktu dengan skala horizontal 500µS/div.

- Titik nol Ch-1 dan titik nol Ch-2 pada garis tengah layar.

5. Gunakan multimeter digital pada mode Volt-DC untuk mengukur tegangan dari VCE

dan multimeter digital pada mode Arus-DC untuk mengukur arus dari IB.

6. Atur tegangan VCE menjadi 8 volt, dengan memutar knob pada Rvar secara perlahan

7. Baca dan catat arus IB kemudian gambarkan bentuk gelombang tegangan output VCE

yang ditunjukkan osiloskop. Amati adanya distorsi pada bentuk gelombang output.

8. Dari nilai IB dan VCE yang terbaca, tentukan letak titik kerja kondisi ini pada plot grafik

IC-VCE yang telah dibuat sebelumnya. Dengan memperhatikan titik kerja ini, jelaskan

mengapa distorsi pada langkah-7 terjadi.

9. Ulangi langkah 6-8. Untuk nilai-nilai VCE : 2V dan 5V.

10. Dengan setting terakhir (VCE = 5V), lakukan pengukuran arus kolektor (IC), arus base

(IB), dan arus emitter (IE). Catat nilai arus ini.

11. Lakukan juga pengukuran nilai resistansi bias RB. Cata nilai resistansi ini.


12. Amati dan gambar bentuk tegangan yang terlihat di osiloskop, naikkan amplituda input

(dari generator sinyal) hingga tampak terjadi distorsi pada gelombang tegangan output

(VCE). Catat besar amplituda input dan gambarkan bentuk gelombang outputnya.

13. Naikkan lagi amplituda input. Amati apakah amplituda gelombang output masih bisa

membesar, dan catat nilai maksimum amplituda tersebut.

Mengakhiri Percobaan 1. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator sinyal

serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam

keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off).

2. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.

3. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar

penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan

mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.

4. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku

Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani

oleh asisten tidak akan dinilai.

18

Penguat BJT Satu Tingkat 19

Tujuan

• Memahami karakteristik transistor BJT

• Memahami teknik bias dengan rangkaian diskrit dan sumber arus konstan

• Mengetahui dan mempelajari fungsi transistor sebagai penguat

• Mengetahui karakteristik penguat berkonfigurasi Common Emitter, Common Base,

dan Common Collector

• Mengetahui dan mempelajari resistansi input, resistansi output, dan faktor penguatan

dari masing-masing konfigurasi penguat

Persiapan

Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini.

Penguat BJT Transistor 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.

PERCOBAAN 2

PENGUAT BJT SATU TINGKAT

20 Penguat BJT Satu Tingkat

Gambar 22 Rangkaian Penguat Transistor

Untuk membuat penguat CE, CB, dan CC, maka terminal X, Y, dan Z dihubungkan ke

sumber sinyal atau ground tergantung pada konfigurasi yang digunakan.

Konfigurasi Common Emitter Konfigurasi 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.

Gambar 23 Rangkaian Penguat Common Emitter

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.

Gambar 24 Rangkaian Model Pi untuk Commen Emitter

Dengan model ini, Ri (resistansi input) adalah:

Ri = RB // rπ

Jika RB >> rπ maka resistansi input akan menjadi :

Ri ≈ rπ

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

gmvπ = 0, maka:

RO = RC // ro

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

RO ≈ RC

Dan untuk faktor penguatan tegangan, Av merupakan perbandingan antara tegangan

keluaran dengan tegangan masukan:

S

o

vRr

rRLRCA

)////(

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

Ri = RB//rπ(1 + gmRe)

RO ≈ RC

ee

vRr

RLRCA

//

Konfigurasi Common Base Konfigurasi ini memiliki resistansi input yang kecil dan menghasilkan arus kolektor yang

hampir sama dengan arus input dengan impedansi yang besar. Konfigurasi ini biasanya

digunakan sebagai buffer. Konfigurasi common base ditunjukkan oleh gambar berikut ini.


Gambar 25 Rangkaian Penguat Common Base

Resistansi input untuk konfigurasi ini adalah: ei rR

Resistansi outputnya adalah: RCRo

Faktor penguatan keseluruhan adalah: )//( RLRCGmRR

RAv

si

i

dengan, sR adalah resistansi sumber sinyal input dan Gm adalah transkonduktansi.

Konfigurasi Common Collector Konfigurasi ini memiliki resistansi output yang kecil sehingga baik untuk digunakan pada

beban dengan resistansi yang kecil. Oleh karena itu, konfigurasi ini biasanya digunakan

pada tingkat akhir pada penguat bertingkat. Konfigurasi common collector ditunjukkkan

oleh gambar berikut ini.

Gambar 26 Rangkaian Penguat Common Collector


Pada konfigurasi ini berlaku:

Resistansi input: Li RrR )1(

Resistansi output: 1

)//(

RBRrR s

eo

Faktor penguatan: oL

L

RR

RAv

Alat dan Komponen yang Digunakan

• Sumber tegangan DC


• Kit Penguat Transistor


• Multimeter (3 buah)


• Kabel-kabel

• Resistor Variabel

• Osiloskop

• PEAK Atlas DCA Pro

Tugas Pendahuluan

1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul

ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian

Praktikum.

2. Hitung parameter-parameter transistor serta parameter rangkaian penguat di bawah ini

dengan menggunakan nilai arus (IB, IC, dan IE) dan resistansi bias (RB) yang didapatkan

dari percobaan sebelumnya.

Q = 2N2222; RB1 = 150 kΩ; RL = 10 kΩ; RC = 10 kΩ;

RE = 1 kΩ; C1 = C2 = C3 = 10 µF; VCC = 10 V

Besaran Ukur Nilai

IC

IB

IE


Parameter Formula Nilai

Model Ekivalen Transistor

gm

T

Cm

V

Ig

B

C

I

I

r

mgr

re

E

Te

I

Vr

Penguat CE

Av

S

o

vRr

rRLRCA

)////(

Rin rRR Bi //

Rout oCo rRR //

Penguat CE dengan RE

Av

ee

vRr

RLRCA

//

Rin rrgRR emBi 1//

Rout oCo rRR //

Penguat CB

Av )//( RLRCGm

RR

RAv

si

i

Rin ei rR

Rout RCRo

Penguat CC

Av

oL

L

RR

RAv

Rin Li RrR )1(


Rout

1

)//(

RBRrR s

eo

Langkah Percobaan

Common Emitter

A. Faktor Penguatan 1. Buatlah suatu sinyal sinusoidal kecil dari generator sinyal dengan tegangan Vpp =

10-20 mV dan frekuensi 10 kHz.

2. Hubungkan rangkaian di atas dengan sinyal sinusoidal seperti yang ditunjukkan

oleh gambar di bawah ini.

Gambar 27 Rangkaian Common Emitter

3. Amati dan gambar sinyal di titik X dan Y menggunakan osiloskop.

4. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di

buku log praktikum.

5. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai

terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi.

6. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan menambahkan resistor pada kaki emitor dengan

kapasitor by pass seperti yang ditunjukkan oleh gambar berikut ini.


Gambar 28 Rangkaian Common Emitter dengan RE

7. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan mengganti nilai RL menjadi 10k.

8. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang sumber arus seperti yang ditunjukkan

oleh gambar berikut ini.

Gambar 29 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus

9. Ulangi langkah 4 dan 5 dengan memasang kapasitor bypass seperti yang

ditunjukkan oleh gambar berikut ini.


Gambar 30 Rangkaian Common Emitter dengan sumber arus dan kapasitor bypass

B. Resistansi Input 10. Lepaskan hubungan Frekuensi Generator dan Osiloskop dari rangkaian.

11. Atur kembali fungsi generator untuk menghasilkan sinyal sinusoidal sebesar Vpp

= 10 – 20 mV dengan frekuensi 10 kHz seperti yang ditunjukkan oleh gambar di

bawah ini. Rs adalah Resistansi Internal Frekuensi Generator, kita tidak perlu

menambahkan resistor apapun untuk membentuk skema ini.

12. Dengan tidak merubah nilai-nilai komponen dari rangkaian penguat dan tidak

merubah amplituda output Generator sinyal, susunlah rangkaian seperti pada

gambar di bawah ini.

Gambar 31 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Emitter


13. Ubah nilai Rvar dan catat nilainya yang membuat tegangan vi menjadi ½ dari

tegangan osiloskop sebelum terpasang pada rangkaian penguat. Maka Ri = Rvar

+ Rs (Rs=50Ω untuk generator fungsi berkonektor koaksial).

14. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

C. Resistansi Output 15. Atur kembali fungsi generator seperti pada langkah 12. Sambungkan dengan

rangkaian pada gambar di bawah ini dan catat hasil bacaan Vo di osiloskop.

Gambar 32 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Emitter

16. Sambungkan rangkaian di atas dengan Rvar kemudian atur nilai Rvar yang

memberikan Vo di osiloskop yang bernilai ½ dari nilai tegangan sebelum dipasang

Rvar. Maka Ro = Rvar.

17. Ulangi percobaan ini untuk seluruh rangkaian pada percobaan A.

Common Base

A. Faktor Penguatan 18. Lakukan langkah 1 sampai langkah 2.

19. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut ini.


Gambar 33 Rangkaian Common Base

20. Amati dan gambar gelombang di titik kolektor dan emiter menggunakan

osiloskop.

21. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi, gambar grafik tersebut di

buku log praktikum.

22. Naikkan amplituda generator sinyal dan amati vo sampai bentuk sinyalnya mulai

terdistorsi. Catatlah tegangan vi pada saat hal tersebut terjadi.

23. Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti nilai RL menjadi 10k.

24. Ulangi langkah 20-22 dengan mengganti resistor 1k menjadi sumber arus dengan

arus 0.5 mA. Amati untuk nilai RL 10 k dan 5 k.

Gambar 34 Rangkaian Common Base dengan Sumber Arus


B. Resistansi Input 25. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common

Emitter pada rangkaian di percobaan A.

Gambar 35 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Base

C. Resistansi Output 26. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk Common

Emitter pada rangkaian di bawah ini.

Gambar 36 Rangkaian Pengukuran Resistansi Output Common Base


Common Collector

A. Faktor Penguatan 1. Hubungkan rangkaian seperti pada gambar berikut.

Gambar 37 Rangkaian Common Collector

2. Amati dan gambar gelombang di titik base dan emiter menggunakan osiloskop.

3. Gunakan mode osiloskop xy untuk mengamati vo/vi dan vo/vi, gambar grafik

tersebut di buku log praktikum.

4. Naikkan amplituda frekuensi generator dan amati vo sehingga bentuk sinyal vo

mulai terdistorsi. Catat tegangan vi.

5. Ulangi dengan mengganti resistor 1 k dengan sumber arus seperti gambar berikut.

B. Resistansi Input 6. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Input untuk Common

Emitter pada rangkaian berikut ini.

Rvar


Gambar 38 Rangkaian Pengukuran Resistansi Input Common Collector

C. Resistansi Output 7. Lakukan hal yang sama seperti pada percobaan Resistansi Output untuk

Common Emitter pada rangkaian di percobaan A.

Mengakhiri Percobaan 1. Selesai praktikum rapikan semua kabel dan matikan osiloskop, generator

sinyal serta pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan

dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off).

2. Matikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.

3. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar

penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan

mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10.

4. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku

Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak

ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Rvar


Tabel Data Pengamatan

Pengaruh Bias pada Kerja Transistor

Vin Vout

Daerah cutoff

IB =…………

mA

IC =…….. mA

VCE =……..V

VBE = …….. V

Daerah aktif

IB =…………

mA

IC =…….. mA

VCE =……..V

VBE = …….. V

Daerah saturasi

IB =…………

mA

IC =…….. mA

VCE =……..V

VBE = …….. V

Analisis dan Kesimpulan

Dari hasil pengamatan yang anda peroleh untuk ketiga konfigurasi penguat BJT, bandingkanlah

karakteristik ketiganya, lakukan analisis, dan tariklah kesimpulan pada laporan anda.


Tahap Output Penguat 35

TUJUAN

• Mengamati dan mengenali klasifikasi penguat berdasarkan bagian fungsi sinusoidal saat

transistor konduksi

• Mengukur dan menganalisa distorsi pada tahap output penguat pada kelas A, B, dan AB.

• Mengukur dan menganalisa daya dan efisiensi penguat kelas A, B, dan AB.

• Mengamati, mengukur, dan menganalisa rangkaian termal sederhana untuk transistor daya

(opsional).

PENGETAHUAN PENDUKUNG

Tahap Output Penguat Kelas A

Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Emitor Bersama (Common Emitter) tampak

pada Gambar 1 di bawah ini.

Gambar 39 Rangkaian Tahap Output Penguat Kelas A

Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus IBias

menarik arus dari transistor Q1 dan beban RL. Saat tegangan input sekitar nol, arus yang

ditarik sumber IBias akan diberikan oleh transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan

tegangan mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A

menghantarkan arus sebesar arus biasnya.

Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban RL

sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif –Ibias RL. Saat tegangan input

tertinggi maka transistor Q1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus

sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh

ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi

hubungan sebagai berikut.

PERCOBAAN 3

TAHAP OUTPUT PENGUAT

36 Tahap Output Penguat

Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisar dari 0 hingga 2xIBias.

Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini

terjadi ketika isinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor

mencapai nilai tegangan saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu

dayanya.

Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasikan

dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan ini

digunakan rangkaian sumber arus dengan seperti digambarkan pada Gambar 55.

Gambar 40 Rangkaian Sumber Arus Bias untuk Penguat Tahap Output Kelas A

Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan

berikut.

Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati

VCC IBIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari VCC

IBIAS saat amplituda tegangan input nol hingga VCC IBIAS/2 saat amplituda input

maksimum (mendekati VCC).

Penguat Kelas B Push-Pull

Penguat kelas B pushpull menggunakan pasangan transistor NPN dan PNP (juga nMOS dan

pMOS) yang seimbang dengan konfigurasi emitor bersama. Rangkaian dasar untuk tahap

ouput penguat kelas B pushpull tampak pada Gambar 3.

Gambar 41 Penguat Pushpull Kelas B


Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus

tegangan input positif maka junction base-emitter transistor QN akan mendapat tegangan

maju sehingga transistor QN konduksi sedangkan junction base-emitter transistor QP akan

mendapat tegangan mundur sehingga transistor QP dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat

siklus tegangan input negatif junction base-emitter transistor QP yang akan mendapat

tegangan maju dan transistor QP konduksi dan QN dalam keadaan cut-off.

Adanya tegangan cut-in pada perilaku junction menyebabkan proses transisi transistor yang

konduksi dari QN ke QP dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan

cut- off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal output terdistorsi.

Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu

daya dapat didekati sebagai half wave rectifed sinusoidal wave untuk masing-masing

transistor. Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati.

Daya yang disampaikan pada beban

Dengan demikian daya terdisipasi pada masing-masing transistor akan bergantung pada

amplituda tegangan output atau tegangan inputnya.

Ouput pada penguat kelas B pushpull mengalami distorsi cross over saat pergantian

transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk

menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaian umpan balik dengan penguat

operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti ini tampak pada Gambar 4. Umpan balik

dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan distorsi cross over tetapi juga menekan

distorsi akibat ketidakseimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP. Penguat

operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan

inputnya. Selisih tegangan input dan output akan membuat penguat operasional

memmberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata lebih rendah dari

input dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 42 Rangkaian Penguat Pushpull Kelas B dengan Umpan Balik dengan Op

Amp


Penguat Kelas AB Push-Pull

Cara lain untuk memekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor

tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan

bias yang cukup pada junction base-emitor. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB.

Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan

konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan dioda

seperti ditunjukkan pada Gambar 5.

Gambar 43 Penguat Pushpull Kelas AB dengan Dioda untuk Pemberi Tegangan Bias

KOMPONEN DAN PERALATAN

a. Kit Praktikum Penguat Daya

b. Generator Sinyal

c. Osiloskop Digital dengan fungsi FFT

d. Multimeter (minimum 2 bh)

e. Catu Daya Ter-regulasi (2 bh)

f. Kabel dan asesori pengukuran

g. Termometer Infra Merah

Tugas Pendahuluan

1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul

ini sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian

Praktikum.

PERCOBAAN

Penguat Kelas A

Menyusun Rangkaian

1. Susunlah rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada

Gambar 1. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1 =


5,6k , R2 = 1,2k , R3 = 1,2 , RL = 56 W, Q1 = Q2 =BD139, dan VCC = 6V.

2. Berikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp 1KHz.

Gambar 44 Rangkaian Pengamatan Penguat Kelas A

Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

3. Gunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada

DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X),

dan gambarkan bentuk sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya.

4. Gunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer

characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati.

Gambar dan catat batas saturasinya.

5. Amati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode

dual trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

6. Ubah nilai resistansi beban RL menjadi 33 1W dan amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga

batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya dan perhatikan apa yang menentukan

batas saturasinya.

Pengamatan Linieritas Kuantitatif

7. Kembalikan beban ke nilai semula RL = 56Ω dan osiloskop pada mode dual trace, serta

turunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan

saturasinya (pada kisaran 9-10 Vpp, bergantung pengamatan pada langkah 4).

8. Gunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum

sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa fungsi MATH dilakukan

untuk sumbersinyal dari kanal 2 (sinyal output). Atur tampilan display sehingga dapat diperoleh

pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Untuk memudahkan

pembacaaan nonaktifkan tampilan trace sinyal kanal 1 dan kanal 2 pada tampilan osiloskop

dengan menekan tombol ch1 dan ch2 cukup lama hingga lampu indikator mati. Amati spektrum

sinyal output ini untuk amplituda sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik

ketiga.

9. Lakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input


fungsi MATH.

10. Aktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah

sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan

tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati

spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Lakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi

batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya. Perhatikan apa

yang menentukan munculnya distorsi yang diamati dengan meningkatnya amplituda sinyal

harmonik.

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

11. Kembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT dengan

menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari

generator sinyal, amati dan catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban).

Hitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal input.

12. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 Vpp. Perhatikan

besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Penguat pushpull kelas B

Menyusun Rangkaian

1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 41. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus

dari kedua catu daya.


Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.


3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan

distori bentuk sinyal dan penyebabnya.

4. Ubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga

tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop

untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Amati dan catat kuva VTC

yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini.


5. Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, gunakan fungsi FFT pada

osilokop. Amati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi

dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

6. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari

saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan input yang lebih besar dari batas

saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp). Amati dan catat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik

ketiganya.


7. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan

pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

8. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan


Pengamatan Tahap Output Kelas B dengan Umpan Balik Penguat Operasional

9. Ubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 42. Komponen yang digunakan transistor Q1

BD139 dan Q2 BD 140, resistansi beban RL 33 1W, penguat operasional LM741, dan

tegangan catu VCC 6V. Gunakan juga ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu


daya.


Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Amati dan catat bentuk

gelombang outputnya. Bandingkan dengan hasil dengan hasil pengamatan sebelumnya tanpa

umpan balik.

11. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi

dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan

(VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Bandingkan dengan hasil pengamatan

rangkaian tanpa umpan balik.

12. Pindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional.

Amati dan catat juga bentuk kurva VTC ini. Perhatikan fungsi transfer rangkaian umpan

baliknya.

13. Kembalikan titik pengamatan output ke beban. Atur tegangan input sehingga tegangan output

sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum

sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi

harmonik ke tiga. Bandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik.

14. Gunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya

untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10Vpp. Hitung dan perhatikan daya catu, daya

disipasi dan daya pada bebannya.

Penguat pushpull kelas AB

1. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 43 dengan resistansi Resistor R1 dan R2 1,8k , dioda

D1 dan D2 1N4001, transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140, resistansi beban RL = 33 1W dan

tegangan catu daya VCC 6V. Gunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya.


Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.


3. Amati dan catat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan

bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Amati dan catat arus

dari catu daya.

4. Lakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2

= 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4,7kΩ.

5. Ubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi

dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan

(VTC). Amati dan catat bentuk kurva VTC ini. Perhatikan secara khusus daerah tegangan input

kecil atau mendekati nol.

6. Lakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 =

4,7kΩ. Perhatikan juga area kurva VTC sekitar tegangan input nol.


7. Kembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1kΩ atur tegangan input sehingga tegangan output

sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum

sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi

harmonik ke tiga.

8. Lakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari

saturasi dan untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Amati dan catat amplitudo

frekuensi dasar dan harmonik ketiganya.



9. Gunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan

pada beban. Hitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

10. Lakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan


Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (Opsional).

11. Susunlah rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 40 dengan resistansi R1 5,6k , R2

1,2k , R3 1,2 dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan heatsink (pendingin). Gunakan

amperemeter untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektor-

emitor.

Catatan: Rangkaian sumber arus ini dilengkapi dengan resistor R3 yang bertindak sebagai umpan

balik negatif untuk membatasi peningkatan penguatan arus karena kenaikan temperatur. Namun

demikian bila arus awal terlalu tinggi disipasi panas dapat melebihi kapasitas heatsink untuk

melepaskannya. Pada keadaan demikian dapat terjadi thermal runaway, yaitu pemanasan yang

tidak terkendali akibat umpan balik positif antara disipasi dengan penguatan arus. Oleh karena itu,

pada pengamatan ini bila arus tampak masih terus naik bersama dengan peningkatan suhu, segera

putuskan hubungan ke catu daya untuk mencegah transistor rusak.

12. Hubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Berikan tegangan –VCC 6V dan amati dan

ukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh

heatsink dan pada casing transistor.

13. Turunkan tegangan –VCC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan

ukur arus serta temperatur seperti di atas.

14. Ulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal.

ANALISIS DAN DISKUSI

Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan

hal-hal berikut:

1. Perilaku penguat secara kualitatif dan kuantitif dari pengamatan bentuk gelombang dan kurva

karakteristik alih tegangannya termasuk bentuk sinyal tegangan pada rangkaian umpan balik.

2. Linieritas penguat dari pengamatan distorsi harmonik hasil FFT pada sinyal input dan output.

3. Daya output pada beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat untuk sinyal dengan amplituda

besar dan amplituda kecil.

4. Perhitungan termal pada penguat dan penggunaan heatsink pada transistor daya. Informasi

untuk resistansi termal dari junction ke casing untuk jenis casing transistor TO- 126 yang

digunakan dapat dicari di dunia maya. (Opsional).

Penguat Diferensial 43

TUJUAN

a. Memahami bagaimana memperkuat lemah (kecil) sinyal di tengah interferensi dengan

penguat diferensial.

b. Mengevaluasi peran masing-masing komponen/ rangkaian pada penguat diferensial.

c. Mengamati perilaku tahap penguatan diferensial dengan transistor bipolar dengan berbagai

konfigurasi.

d. Mengamati, mengukur, dan menganalisa penguatan differential-mode dan common-mode

pada tahap penguat diferensial dengan berbagai konfigurasi.


Prinsip Penguat Diferensial

Pengguat diferensial adalah penguat yang memiliki dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua

input tersebut. Pada keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal yang

sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan pada proses penguatan karena hanya

selisih tegangan yang diperkuat. Namun demikian pada implementasinya penguat diferensial juga

memberikan output yang berasal dari sinyal bersama tersebut. Hubungan input dan ouput pada penguat

diferensial tampak pada Gambar 45.

Gambar 45 Prinsip Penguatam Diferensial

Pada penguat seperti ini diinginkan penguat dengan penguatan diferensial yang besar dan penguat common

mode nol atau sangat kecil. Dengan demikian penguat ini dapat digunakan untuk memperkuat sinyal kecul

yang mucul bersamaan dengan sinyal interferensi yang besar.

Besaran perbandingan penguatan diferensial Ad dan penguatan common mode Acm disebut sebagai CMMR

Common Mode Rejection Ratio, sbb.:

PERCOBAAN 4

PENGUAT DIFERENSIAL

44 Penguat Diferensial

Rangkaian Dasar Penguat Diferensial

Rangkaian dasar penguat diferensial terdiri dari rangkaian pasangan transistor dengan emitor bersama,

bias arus, dan rangkaian beban seperti tampak pada

Gambar 46 Rangkaian Dasar Penguatan Diferensial

Penguat diferensial tersebut akan memberikan penguatan diferensial sbb.:

dimana gm adalah trankondutansi transistor pada arus bias yang diberikan. Penguatan diferensial ini

sebanding dengan arus bias pada transistornya.

Penguatan common mode untuk pasangan diferensial ini adalah

dimana REE adalah resistansi sumber arus bias yang digunakan dan re adalah parameter resistansi emitor

transistor pada sinyal kecil. Penguat common mode dapat ditekan dengan menggunakan resistansi sumber

arus yang besar. Untuk rangkaian dengan bias sumber arus resistor hal ini dapat dilakukan dengan

memperbesar nilai resistansi biasnya. Namun demikian untuk menjaga penguatan diferensialnya maka

perlu digunakan juga tegangan bias yang lebih tinggi agar arus biasnya tetap.

Penguat Diferensial dengan Resistor Degenerasi pada Emitor

Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan penguatan linier yang sangat kecil (jauh di bawah VT).

Untuk memperoleh penguat diferensal dengan jangkauan penguatan linier yang lebih besar digunakan

resistansi degenerasi emitor Re. Pada rangkaian demikian diperoleh penguatan diferensial

dimana adalah penguatan arus emitor ke kolektor. Penambahan resistor Re ini akan mengurangi penguatan

diferensialnya.

Pada penguat seperti ini penguatan common modenya adalah sbb.:

Tampak dari persamaan terakhir penambahan resistansi degerasi emitor juga akan memperbaiki atau

menekan penguatan common mode.


Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

Peningkatan resistansi rangkaian sumber arus bias dapat dilakukan dengan menggantikan resistor dengan

sebuah cermin arus. Dalam keadaan demikian resistansi sumber arus adalah resistansi output transistor

cermin arus ybs.

Resistansi kolektor pada pasangan diferensial dapat juga digantikan dengan beban aktif berupa cermin arus.

Sinyal output untuk pasangan diferensial seperti ini diambil pada salah satu terminal kolektor pasangan

diferensialnya.

Dimana gm adalah transkonduktasi sinyal kecil transistor pasangan diferensial dan ro adalah resistansi

output transisor beban aktif. Penguatan yang diperoleh akan sangat besar mengingat umumnya resistansi

output ro juga sangat besar.

Penguatan common mode untuk rangkaian dengan beban aktif ini akan mendekati

dimana ro4 adalah resistasi output transistor beban pada terminal ouput, 3 adalah penguatan arus

transistor beban pasangannya, dan REE resistansi output sumber arus bias.

Nonidealitas pada Penguat Diferensial Penguat diferensial ideal bila pasangan diferensial yang digunakan seluruh paramter sepenuhnya sama.

Namun pada kenyataannya akan sangat diperoleh komponen yang demikian. Pada kasus rangkaian

diferensial dengan beban resistor akan ada ofset tegangan input VOS penguat diferensial sebesar:

Demikian juga dengan transistor yang digunakan, bila arus saturasinya tidak persis sama maka

akan diperoleh tegangan ofset sebesar

Selain itu perbadaan penguatan arus juga akan memberikan arus ofset input IOS sebesar


• Kit Praktikum Penguat Diferensial


• Osiloskop

• Multimeter

• Catu Daya Ter-regulasi (2 bh)

• Kabel dan asesori pengukuran

Tugas Pendahuluan


1. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai

dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

PERCOBAAN

Pemberian dan Pengukuran Tegangan untuk Pasangan Diferensial

1. Untuk pemberian tegangan input Common Mode pada pasangan diferensial pada percobaan ini,

gunakan hubungan seperti pada Gambar 10. Besaran amplituda tegangan yang diberikan dapat

diberikan hingga mendekati tegangan catu daya VCC. Dalam percobaan ini digunakan VCC 9V, maka

amplituda tegangan common mode dapat diberikan hingga maksimum 9Vp.

2. Untuk Differential Mode pemberian tegangan input menggunakan hubungan seperti pada Gambar 10.

Amplituda tegangan yang diberikan berada pada kisaran mV. Rangkaian pada Gambar 10 (a)

memerlukan penguat operasional yang mempunyai tegangan offset dan derau rendah. Berikan

amplituda yang cukup besar untuk mengatasi derau namun tidak terlalu besar untuk menghindari

output lebih banyak pada keadaan saturasi. Amplituda yang digunakan dapat berada antara 10-

40mVpp.

Gambar 47 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Common Mode

Gambar 48 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Diferensial (a) -1/2 Vd dan +1/2 Vd dan (b) 0

dan Vd

Pasangan Diferensial dengan Bias Resistor

3. Susunlah rangkaian penguat dengan pasangan diferensial seperti pada Gambar 6. Nilai- nilai

komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah RC1 = RC2 = 10k , Rbias= 5k , Q1 =

Q2 = 2N3094, dan VCC = 9V. Ukurlah arus bias yang mengalir pada RC1, RC2, dan Rbias.


Gambar 49 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 5kΩ

4. Amati penguatan mode diferensial untuk penguat tersebut dengan membaca tegangan output single

ended (hanya pada salah satu vO+ atau vO- terhadap ground), mau pun diferensial (selisih vO+ dan vO-).

Saat mengamati tegangan diferensial, jangan hubungkan terminal output dengan ground karena cara

tersebut akan mengubah rangkaian percobaan. Catatlah hasil pengamatan vO+, vO- dan vO+ - vO-

tersebut.

5. Gunakan mode xy untuk melihat kurva karakteristik transfer tegangan VTC tegangan output vO (satu-

satu secara terpisah) terhadap input diferensial vid.

6. Lanjutkan pengamatan untuk penguatan mode bersama pada output yang sama vO+, vO- dan vO+ - vO-.

Catat hasil pengamatan tersebut.

7. Ulangi pengamatan arus DC, penguatan mode diferensial, dan penguatan mode bersama ini untuk

rangkaian dengan resistansi bias dan tegangan bias negatif yang lebih tinggi seperti pada Gambar 50.

Gambar 50 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 8,6k

8. Lakukan juga pengamatan yang sama untuk rangkaian diferensial dengan bias resistor dan dan

degenerasi emitor seperti pada Gambar 51.

-15 V


+9V

+9V

Gambar 51 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor dan Emitor Degeneratif

Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus

9. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 14 di bawah ini. Gunakan transistor 2N3904 untuk Q3 dan

Q4. Ukurlah arus DC yang mengalir pada RC1, RC2, dan RRef serta arus pada kolektor Q4 IC4.

Gambar 52 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus

10. Lakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama.

Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

3. Susunlah rangkaian seperti pada Gambar 14 di bawah ini. Gunakan transistor 2N3904 untuk Q5 dan

Q6. Ukurlah arus DC yang mengalir antara kolektor Q1 dan Q5, antara kolektor Q2 dan Q6, dan arus

kolektor Q4.

39Ω 39Ω 5kΩ


+9V

Gambar 53 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

4. Lakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama. Perhatikan bentuk

output yang diperoleh.

5. Ubahlah rangkaian dengan memberikan beban pada output seperti pada Gambar 16 berikut ini. Amati

penguatan diferensial dan penguatan bersama pada terminal output vo (pada beban RL).

Gambar 54 Rangkaian Penguat Diferensial Cermin Arus Beban Aktif


Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal

berikut:

1. Apa yang menentukan penguatan diferensial pada pasangan penguat diferensial.

2. Apa yang menentukan penguatan bersama pada pasangan diferensial.

3. Apa keuntungan penggunaan cermin arus sebagai sumber arus bias.

4. Apa keuntungan penggunaan cermin arus sebagai beban aktif


Penguat dengan Umpan Balik 51

TUJUAN

• Mengamati dan mengenali prinsip umpan balik pada rangkaian

• Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik pada frekuensi pole rangkaian orde satu

filter frekuensi rendah dan filter frekuensi tinggi

• Mengamati dan menganalisa efek umpan balik pada rangkaian dengan distorsi saturasi

• Mengamati dan mengenali cara memberikan umpan balik pada penguat satu transistor

• Mengamati, mengukur, dan menganalisa efek umpan balik pada karakteristik penguat: resistansi

input, resistansi output, dan penguatan


Sistem dengan Umpan Balik

Sistem dengan loop terbuka sangat rentan terhadap gangguan dari luar. Berapa pun besarnya ketelitian

sistem tersebut akan menghasilkan keluaran yang buruk saat gangguan misalnya derau masuk pada sistem,

misalnya bercampur dengan input. Untuk memperoleh sistem yang lebih baik digunakan umpan balik. Pada

seperti ini output dikembalikan ke input untuk melihat perbedaan ouput dengan rujukan yang diharapkan.

Sistem dengan umpan balik ini tampak pada Gambar 55 berikut.

Gambar 55 Diagram Blok Umum Sistem dengan Umpan Balik

TUGAS PENDAHULUAN

1. Untuk rangkaian opamp pada Gambar 56 dan Gambar 57,

i. hitunglah besar penguatan loop terbuka (Av) dari input ke output dan hitung juga penguatan

rangkaian umpan baliknya (β) melalui masing-masing resistor yang tersedia RA 110kΩ, RB

220kΩ, dan RC 440kΩ.

ii. Hitung resistansi input dan frekuensi sudutnya untuk keadaan loop terbuka dan loop tertutup di

atas.

2. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini sesuai

dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.

PERCOBAAN 5

PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK



• Kit Praktikum Umpan Balik


• Osiloskop

• Multimeter



PERCOBAAN

Respons Umum Rangkaian Opamp dengan Umpan Balik

1. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian LPF orde 1 seperti tampak pada

Gambar 18. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan

osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

2. Dengan memanfaatkan selektor S1 untuk memilih RA, RB, atau RC guna menentukan nilai skala

umpan balik output ke inputnya,

a. Amati perilaku rangkaian untuk penguatan pada frekuensi passband (rendah, sekitar 1kHz atau

kurang). Pilih amplituda output sekitar

b. Naikkan frekuensi sehingga mencapaicapai frekuensi sudut (cut-off 3dB)

c. Lakukan untuk rangkaian loop terbuka dan loop tertutup. Catat nilai-nilai tersebut.

3. Dengan menggunakan resistor tambahan pada input rangkaian, amati dan ukurlah resistansi input

rangkaian untuk rangkaian loop terbuka dan rangkaian upan balik untuk semua nilai skala umpan balik

yang tersedia. Catat nilai-nilai tersebut dalam tabel yang sama dengan data sebelumnya.

Gambar 56 Rangkaian LPF orde 1 dengan Op Amp

4. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian HPF orde 1 seperti tampak pada

Gambar 19. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan

osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

Penguat dengan Umpan Balik 53

5. Lakukan pengamatan perilaku rangkaian untuk penguatan pada frekuensi passband (tinggi, sekitar 12-

15 kHz) dan turunkan frekuensi sehingga mencapai frekuensi sudut (cut-off 3dB) untuk rangkaian loop

terbuka dan loop tertutup dan rangkaian dengan umpan balik. Catat nilai-nilai tersebut. Bandingkan

hasilnya denganhasil pada langkah no. 2 di atas.

Gambar 57 Rangkaian HPF orde 1 dengan Op Amp

Linierisasi Rangkaian Opamp dengan Umpan Balik

6. Susunlah rangkaian pada pada kit untuk memperoleh rangkaian nonlinier seperti tampak pada Gambar

58. Hubungkan generator sinyal sinusoidal untuk memberikan input pada rangkaian dan osiloskop

untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

Gambar 58 Rangkaian Penguat LPF orde 1 Nonlinier

7. Gunakan osiloskop dalam mode dual trace. Dalam keadaan loop terbuka, berikan amplituda sinyal

input yang cukup besar sehingga pada sinyal output tampak saturasi pada puncak dan lembah

sinyalnya. Amati juga kurva alih tegangan (VTC) dalam xy. Catat kedua hasilnya.


8. Dengan memanfaatkan selektor S1 untuk memilih RA 15kΩ, RB 22kΩ, atau RC 110kΩ guna

menentukan nilai skala umpan balik output ke inputnya, dalam mode xy amati VTC untuk rangkaian

dengan umpan balik. Amati juga sinyal keluarannya dalam mode dual trace. Catat hasil keduanya.


Dengan menggunakan hasil pengamatan dan pengukuran lakukanlah analisis dan diskusikan hal-hal

berikut:

1. Resistansi input, output dan penguatan pada rangkaian dengan umpan balik.

2. Frekuensi pole pada LPF dan HPF orde 1 dengan adanya umpan balik.

Osilator 55

PERCOBAAN 6

OSILATOR

TUJUAN

• Mengamati dan mengenali prinsip pembangkitan sinyal sinusoidal dengan rangkaian umpan

balik

• Mengamati dan menganalisa rangkaian-rangkaian osilator umpan balik resistor dan kapasitor

(RC)

• Mengamati dan menganalisa keadaan untuk menjamin terjadinya osilasi

• Mengamati dan menganalisa pengaturan amplituda output osilator


• Kit Praktikum Osilator Sinusoidal


• Osiloskop

• Multimeter



• Aerosol udara terkompresi

• Breadboard

• Komponen aktif Opamp 741

• Komponen pasif Resistor, dan kapasitor

• Kabel AWG 22


TUGAS PENDAHULUAN

1. Bacalah Data Sheet LM741. Perhatikan dan pelajari batas saturasi tegangan outputnya.

Pada percobaan ini gunakan tegangan catu VCC 15Volt.

2. Lakukan simulasi untuk seluruh rangkaian yang akan dilakukan pada percobaan modul ini

sesuai dengan Petunjuk Pengerjaan Tugas Pendahuluan Simulasi Rangkaian Praktikum.


Osilator dan Umpan Balik Positif

56 Osilator

Sistem dengan umpan balik secara umum dapat digambarkan dengan diagram blok pada Gambar

59 berikut.

Blok A merupakan fungsi transfer maju dan blok merupakan fungsi transfer umpan baliknya.

Pada sistem dengan umpan balik ini dapat diturunkan penguatan tegangannya:

Secara umum persamaan di atas menunjukkan adanya tiga keadaan yang ditentukan oleh

denominatornya. Salah satu keadaan tersebut adalah saat denominator menjadi nol. Saat itu nilai

Af menjadi tak hingga. Secara matematis pada keadaan ini bila diberikan sinyal input nol atau vi=0

ini, akan menjadikan tegangan vo dapat bernilai berapa saja. Keadaan seperti inilah yang menjadi

prinsip pembangkitan sinyal atau osilator sinusoidal dengan umpan balik yang disebut sebagai

Kriteria Barkhausen. Dalam rangkaian kriteria tersebut dilihat dari total penguatan loop terbuka L

sbb.:

(𝒋𝝎) = (𝒋𝝎)(𝒋𝝎) = 𝟏

Osilator dengan Opamp, Resistor dan Kapasitor (RC Oscillator)

1. Implementasi Kriteria Osilasi

Ada banyak cara untuk mencapai kriteria terjadinya osilasi di atas, namun untuk kemudahannya

dalam perancangan sering kali dipilih keadaan-keadaan berikut:

Contoh implementasi untuk ketiga keadaan tersebut di atas, secara berurutan adalah Osilator Jembatan

Wien, Osilator Penggeser Fasa, dan Osilator Kuadratur yang rangkaian umumnya tampak pada Gambar

25.

vI vO

Gambar 59 Diagram Blok Sistem dengan Umpan Balik

Osilator 57

Gambar 60 Contoh Implementasi Kriteria Osilasi (a) Jembatan Wien (b) Penggeser Fasa (c) Kuadratur

Osilator Jembatan Wien secara umum mempunyai frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan

untuk terjadinya osilasi sebagai berikut:

Dalam realisasinya, dalam merancang Osilator Jembatan Wien sering kali dipilih R1=R2=R dan

C1=C2=C sehingga frekuensi osilasinya menjadi =1/CR dan penguatan yang diperlukan Am=3.

Nilai lain yang juga sering digunakan adalah R1=R, R2=10R, C1=C/10, dan C2=10C dengan frekuensi

osilasi yang sama yaitu =1/CR namun penguatan hanya Am=1,2.

Untuk Osilator Penggeser Fasa frekuensi osilasi dan penguatan yang diperlukan adalah

Sedangkan untuk osilator kuadratur frekuensi osilasinya adalah

dan untuk masing-masing integrator (inverting dan noninverting) penguatannya adalah

58 Osilator

Dalam perancangannya bila dipilih R1=R2=R, R3=R4 dan C3=C4 maka diperoleh penguatan pada

masing-masing opamp 1 (satu) dan penguatan loop terbuka juga 1 (satu).

2. Pengendalian Amplituda

Kriteria osilasi sangat ketat, bila 𝐿 > 1 maka maka rangkaian umpan balik menjadi tidak stabil dan

bila 𝐿 < 1 osilasi tidak akan terjadi. Oleh karena itu, penguat pada osilator menjamin 𝐿 > 1 saat

mulai dioperasikan dan kemudian dibatasi pada nilai 𝐿 = 1 saat beroperasi. Cara yang umum

digunakan untuk kendali tersebut adalah dengan rangkaian pembatas amplituda (clipper) atau

pengendali penguatan otomatis (automatic gain control, AGC).

Prinsip kerja rangkaian pembatas amplituda adalah memanfaatkan dioda pada resistor penentu

penguatan rangkaian penguat operasional. Dioda akan konduksi dan mempertahankan nilai

tegangannya bila memperoleh tegangan lebih dari tegangan cut-in. Prinsip kerja pengendali

penguatan otomatis adalah dengan menggantikan resistor penentu penguatan rangkaian penguat

operasional dengan transistor (FET). Tegangan output disearahkan dan digunakan untuk

mengendalikan resistansi transistor.

Cara lain adalah dengan menggunakan Piece Wise Linear Limiter. Prinsip cara ini adalah menjadikan

penguat memberikan penguatan pada amplituda yang berbeda yang ditentukan dengan dioda dan

resistor.

PERCOBAAN

Osilator RC

1. Susunlah rangkaian osilator jembatan Wien pada resistansi R = 1,8 kΩ, kapasitansi C = 18 nF, resistansi Ri = 10 kΩ, dan resistansi Rf sedikit di atas 20 kΩ. Tegangan catu daya penguat operasional VCC = 15 V dan -VCC = 15 V. Susunlah rangkaian osilator jembatan Wien pada Gambar 59 berikut dengan nilai

Gambar 61 Osilator Jembatan Wien dengan Penguat Operasional

2. Hubungkan terminal output vO dengan kanal 2 osiloskop. Atur resistansi Rf sehingga

diperoleh rangkaian yang berosilasi dengan output sinyal sinusoid yang baik. Amati dan

Osilator 59

catat ampitudo dan frekuensi sinyal keluarannya, serta ukur resistansi Rf.

3. Putuskan rangkaian pada simpul P dan hubungkan simpul input rangkaian umpan balik

dengan generator sinyal dengan frekuensi sesuai pengamatan atau perhitungan (Gambar

35). Hubungkan juga sinyal dari generator sinyal ini ke input kanal 1 osiloskop. Amati dan

catat amplituda dan fasa penguatan total loop.

Gambar 62 Pengukuran Penguatan Open Loop Osilator Jembatan Wien

4. Pindahkan input kanal 2 osiloskop vX. Amati dan catat amplituda dan fasa peredaman pada

rangkaian umpan balik.

Gambar 63 Osilator Penggeser Fasa (a) dan Pengukuran Penguatan Open Loopnya (b)

5. Susun rangkaian osilator penggeser fasa seperti pada Gambar 36. Gunakan nilai resistansi

R=1,8k, kapasitansi C=18nF, dan resistansi Rf sedikit di atas 52,2k. Tegangan catu daya

penguat operasional VCC=15V dan –VCC=-15V.

6. Ulangi langkah 2-4 di atas untuk rangkaian osilator penggeser fasa ini.

2. Pengendalian Amplituda

60 Osilator

7. Gunakan rangkaian osilator penggeser fasa dan atur resistansi Rf sehingga ouput osilator

diperoleh 18Vpp (atau nilai lain yang lebih rendah yang dapat diperoleh dengan mudah).

8. Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang

terjadi pada amplituda output osilator.

Gambar 64 Osilator Penggeser Fasa dengan Pembatas Ampltiuda

9. Gunakan udara terkompresi untuk mendinginkan penguat operasional dan amati apa yang terjadi

pada amplituda output osilator.

Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE 65

1. PENDAHULUAN

SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasys) adalah program yang digunakan untuk

melakukan simulasi dan analisa rangkaian elektronik. SPICE didasari oleh analisa simpul (node)

rangkaian. Pada awalnya, SPICE dikembangkan untuk keperluan akademis, dan tersedia sebagai

perankat lunak gratis di UC Berkeley. Pada perkembangannya, tersedia berbagai macam versi SPICE

baik yang komersil ataupun yang gratis.

Untuk kuliah di Teknik Elektro, sebaiknya menggunakan Winspice atau Pspice, dengan perbedaan:

Winspice: dilengkapi kemampuan script matematis

Pspice: GUI yang lebih baik

Namun pada tutorial ini, hanya akan dibahas mengenai Winspice.

2. STRUKTUR BAHASA(SINTAKS) SPICE

Secara umum, definisi rangkaian di SPICE menggunakan deskripsi/sintaks khusus, yang terdiri atas

beberapa bagian, yaitu:

1. Baris pertama Judul

2. Blok Uraian Rangkaian

a. NamaDevais Simpul Nilai

b. Bila dimulai dengan * dianggap komentar

c. Bila dimulai dengan + lanjutan baris sebelumnya

3. Blok Perintah Analisis

4. Penutup. Deskripsi rangkaian SPICE harus diakhiri dengan perintah. END

Selain itu, ada beberapa kaidah yang sebaiknya diketahui dalam menyusun rangkaian menggunakan

SPICE, yaitu:

1. SPICE menggunakan prinsip analisis simpul

Nama/nomor simpul bebas, nomor 0 untuk rujukan GND

Arus dapat dibaca bila ada sumber tegangan, gunakan sumber tegangan nol untuk

mencari arus pada cabang tanpa sumber tegangan

2. Elemen selalu dihubungkan pada simpul

Urutan nama devais, simpul-simpul sambungan, dan nilai

Gunakan rujukan tegangan dan arah arus untuk rujukan tegangan positif dan negatif

LAMPIRAN A

ANALISIS RANGKAIAN DENGAN SPICE

66 Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE

3. DESKRIPSI SINTAKS LIBRARY DI SPICE

Komponen-komponen yang umum digunakan di SPICE telah memiliki definisi-nya yang ada dalam

library SPICE. Bentuk Umum 2 terminal: NamaDevais simpul+ simpul- nilai

Jenis Komponen NamaDevais simpul+ simpul- nilai Keterangan

Sumber tegangan V…. s+ s- (DC) nilai tanda DC untuk

sumber sebagai

variabel analisis

DC Sumber Arus I…. s+ s- nilai

Resistor R…. s+ s- nilai

Voltage-Controlled

Voltag

e Source

E…. sv+ sv- sc+ sc- nilai

Voltage-Controlled Current

Source

G… sv+ sv- sc+ sc- nilai

Current-Controlled

Voltag

e Source

H… s+ s- V… nilai

Current-Controlled Current

Source

F… s+ s- V… nilai

Sedangkan untuk perintah analisis rangkaian, terdapat beberapa perintah yang umum dipakai :

Jenis Analisa Perintah

yan

g digunakan Titik kerja DC tunggal OP

Variabel Nilai DC DC

Variabel Frekuensi (linierisasi) AC

Variabel Waktu (transien) TRAN

4. CONTOH DESKRIPSI RANGKAIAN SPICE

Misalkan terdapat rangkaian pada gambar 1 dibawah yang akan dianalisa menggunakan SPICE

Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE 67

RANGKAIAN CONTOH

* Komponen Pasif

* Sumber

V120 1

IB 3 0

0

3

120

.control

OP

print v(1)

.endc

.end

v(2) v(3) v120#branch

Langkah pertama yang perlu kita lakukan adalah memberi nama simpul dan nama devais, seperti yang

digambarkan pada gambar 2 dibawah.

Gambar 1. Pemberian nama node dan komponen di rangkaian.

Sehingga dari rangkaian gambar 2 itu, dapat dibuat deskripsi rangkaiannya di SPICE sebagai berikut:

R12 1 2 20

R23 2 3 10

RA 2 0 30

R3 3 0 40

Baris ke-1 adalah Judul dari rangkaian itu. Baris ke-2 adalah komentar untuk menjelaskan bahwa

beberapa baris dibawahnya adalah deskripsi rangkaian pasif yang ada di rangkaian. Baris ke-3 sampai

ke-6 adalah deskripsi komponen resistor, yang diawali dengan nama resistor, nama node yang terhubung

dengan kaki-1 resistor, nama node yang terhubung dengan kaki-2, dan nilai resistor itu dalam satuan

ohm.

Baris ke-8 adalah definisi sumber tegangan independen, yang dimulai dengan namanya, nama node yang

terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan nilai tegangannya

dalam satuan volt. Baris ke-9 adalah definisi sumber arus independen, yang dimulai dengan namanya,

nama node yang terhubung dengan kaki-positif, nama node yang terhubung dengan kaki-negatif, dan

nilai tegangannya dalam satuan ampere.

Baris ke-10 adalah sintaks yang menyatakan bahwa setelah ini adalah sintaks-sintaks kontrol. Baris ke-

11 adalah sintaks perintah analisa titik kerja DC (Operating Point) dari rangkaian. Dan baris ke-12 adalah

perintah untuk mencetak nilai tegangan di node-1 (v(1)), node-2 (v(2)), node-3 (v(3)), dan nilai arus di

cabang V120 (v120#branch).

5. HASIL ANALISIS SPICE

R1 R2

V120 R R

I

68 Lampiran A - Analisis Rangkaian dengan SPICE

Setelah di-RUN, SPICE akan menampilkan hasil analisanya berupa tulisan:

yang artinya dapat dijelaskan melalui gambar 3 dibawah.

Gambar 3. Nilai tegangan di titik-titik yang dianalisa SPICE.

6. ANALISIS WAKTU SPICE3

Pada blok kontrol berikan perintah:

TRAN tstep tstop [tstart tmax]

Perhitungan pada analisis dengan variabel waktu dimulai dari t=0 dengan langkah tstep dan

berakhir pada tstop.

Bila hanya diingin data pada selang waktu tertentu saja dalam selang 0-stop berikan tstart

dan tmax.

Akan dibahas lebih lanjut setelah Kuliah Bab 8 tentang gejala transien

v(1) = 1.200000e+02

v(2) = 3.483871e+01

v(3) = 3.870968e+00

v120#branch = -4.25806e+00

Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik 69

1. BREADBOARD

Gambar B-1 Implementasi rangkaian joystick motor driver untuk Robot pada breadboard [1]

Breadboard adalah suatu perangkat yang seringkali digunakan untuk melakukan implementasi suatu

rancangan rangkaian elektronik secara tidak disolder (solderless, Gambar B-1). Implementasi rancangan

yang demikian bertujuan untuk menguji-coba rancangan tersebut yang biasanya melibatkan pasang-

bongkar komponen. Bentuk implementasi lainnya adalah implementasi dengan melakukan penyolderan

komponen yang dikerjakan pada PCB (Printed Circuit Board).

Tampak pada Gambar B-1 bahwa breadboard memiliki lubang-lubang tempat terpasangnya kaki-kaki

komponen dan kawat kabel. Lubang-lubang tersebut adalah sesungguhnya soket-soket dari bahan logam

(konduktor) yang tersusun sedemikian sehingga ada bagian lubang-lubang yang terhubung secara

horizontal dan ada yang terhubung secara vertikal.

LAMPIRAN B

PETUNJUK PEMBUATAN RANGKAIAN

ELEKTRONIK

PADA BREADBOARD

70 Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik

Gambar B-2 Jenis-jenis breadboard

Gambar B-2 adalah gambar jenis-jenis breadboard yang dimiliki oleh Lab Dasar Teknik Elektro STEI

ITB. Setidaknya ada empat bagian penting yang harus diperhatikan sebelum menggunakan breadboard:

Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara vertikal. Tiap set lubang pada bagian

ini terdiri dari lima lubang yang saling terhubung.

Pada bagian ini lubang-lubang breadboard saling terhubung secara horizontal. Tiap set lubang pada

bagian ini terdiri dari 25 lubang yang saling terhubung. Perhatikan bahwa pada tiap set lubang tersebut

terdapat jarak pemisah antar lubang yang lebih besar setiap lima lubang.

Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling

terhubung secara vertikal di sebelah atas tidak terhubung dengan bagian lubang-lubang breadboard di

sebelah bawah.

Bagian ini adalah pemisah yang menyatakan bahwa bagian lubang-lubang breadboard yang saling

terhubung secara horizontal di sebelah kiri tidak terhubung dengan bagian lubang-lubang breadboard

di sebelah kanan. Pada banyak jenis breadboard, pemisah ini ditandai dengan jarak pemisah yang lebih

besar daripada jarak pemisah antar set lubang pada bagian b.

Breadboard dapat bekerja dengan baik untuk rangkaian ber-frekuensi rendah. Pada frekuensi tinggi,

kapasitansi besar antara set lubang yang bersebelahan akan saling berinterferensi.


2. MERANGKAI KABEL, KOMPONEN DAN INSTRUMEN KABEL

Kabel yang digunakan untuk membuat rangkaian pada breadboard adalah kabel dengan isi kawat tunggal

(biasanya) berdiameter #22 atau #24 AWG. Untuk menghasilkan pemasangkan yang baik pada

breadboard, kupas kedua ujung kabel sehingga diperoleh panjang kawat (yang sudah terkupas) sekitar

12 mm. Kemudian pastikan seluruh bagian kawat yang sudah terkupas tadi masuk ke dalam lubang

breadboard.

Biasakan memasang kabel pada breadboard dengan rapih sejak awal. Hal ini akan mempermudah

penelusuran sebab terjadinya kesalahan akibat salah pasang kabel, misalnya. Berikut ini adalah berbagai

petunjuk penting lainnnya yang harus diperhatikan dalam membuat rangkaian pada breadboard:

1. Pastikan Power Supply dalam keadaan mati atau tidak terpasang para breadboard ketika

merangkai komponen dan kabel pada breadboard

2. Pahami (jika belum ada, buat) terlebih dahulu skema rangkaian elektronik yang akan

diimplementasikan pada breadboard. Dengan demikian, kemungkinan terjadinya kesalahan

akan lebih kecil.

3. Tandai setiap kabel atau komponen yang telah terpasang dengan benar, misalnya dengan

spidol.

4. Gunakan kabel sependek mungkin. Kabel yang terlalu panjang berpotensi membuat rangkaian

pada breadboard menjadi tidak rapih. Selain itu, kabel yang terpasang terlalu panjang dan

berantakan dapat menghasilkan interferensi berupa sifat kapasitif, induktif dan elektromanetik

yang tidak diharapkan.

5. Usahakan kabel dipasang pada breadboard dengan rapih dan, jika memungkinkan, tubuh

kabelnya mendatar pada breadboard.

6. Rangkai komponen (hubungkan suatu komponen dengan komponen-komponen lainnya)

secara langsung tanpa menggunakan tambahan kabel jika itu memungkinkan

7. Usahakan tidak menumpuk komponen atau kabel (komponen/ kabel yang akan dipasang tidak

melangkahi komponen/ kabel lain yang telah terpasang). Hal ini akan menyulitkan

pengecekan rangkain yang telah diimplementasikan pada breadboard. Selain itu, akan

menyulitkan bongkar-pasang komponen ketika diperlukan.

8. Usahakan menggunakan warna kabel berbeda untuk membuat koneksi yang berbeda.

Misalnya mengunakan kabel warna merah untuk koneksi ke Power Supply dan menggunakan

kabel warna hitam untuk koneksi ke ”ground”.

72 Lampiran B - Petunjuk Pembuatan Rangkaian Elektronik

3. KOMPONEN

Gambar B-3 Pemasangan IC pada breadboard

Pada prinsipnya, komponen-komponen elektronik seperti resistor, kapasitor atau Integrated Circuit (IC)

dapat dipasang secara langsung pada lubang breadboard. Khusus untuk resistor, kaki resistor dengan

rating daya lebih dari 0.5 W tidak cocok untuk digunakan pada breadboard karena ukuran kakinya yang

terlalu besar. Namun ini tidak menjadi masalah karena praktikan hanya menggunakan resistor dengan

rating daya 0.25 W di dalam praktikum ini. Di bawah ini adalah beberapa hal penting lainnya yang

berkaitan dengan komponen secara khusus :

1. Ingatlah bahwa IC (terutama MOS) dapat rusak akibat listrik statik, termasuk listrik statik di

dalam tubuh kita. Di negara subtropis, karena kelembaban sangat rendah, gesekan- gesekan

pakaian dengan material lain dapat membangkitkan listrik statik pada tubuh. Listrik statik ini

dapat membentuk tegangan tinggi sesaat bila kita menyentuk kaki-kaki komponen dan

menyebabkan kerusakan. Tapi, karena kita berada di negara tropis yang berkelembaban

tinggi, pengumpulan listrik statik tadi tidak signifikan.

2. Sebelum mencoba dipasang pada breadboard, pastikan kaki-kaki IC lurus. Bila tidak lurus,

gunakan tang untuk meluruskan/ memperbaiki kaki-kaki IC tersebut. Demikian juga ketika

akan mencopot IC dari breadboard; gunakan pinset dengan cara mencungkil kedua ujung IC

tersebut. Usahakan tidak terjadi sudut (antara badan IC dan breadboard) lebih besar dari 10

sehingga dapat meminimalisasi kemungkinan bengkoknya (bahkan patahnya) kaki-kaki IC.

3. Pastikan ikuti Gambar B-5 untuk pemasangan IC pada breadboard. Dengan demikian, kaki-

kaki IC tidak saling terhubung.

4. Perhatikan rating tegangan kapasitor. Jika menggunakan kapasitor elektrolit, perhatikan

polaritasnya. Pemasangan polaritas yang terbalik akan menyebakan rusaknya kapasitor.

5. Pastikan kapasitor dalam keadaan discharge sebelum dipasang. Jika ragu, hubungkan kedua

kaki kapasitornya. Lakukan dua kali untuk kapasitor yang sama karena ada kalanya kapasitor

masih memiliki muatan sisa setelah discharging yang pertama.


4. INSTRUMEN

Di bawah ini adalah hal-hal penting yang harus diperhatikan ketika menggunakan/ menghubungkan

instrumen laboratorium ke rangkaian di breadboard:

1. Gunakan kabel yang tepat untuk menghubungkan suatu instrumen ke breadboard (lihat Kabel

Aksesoris). Pegang badan konektor (bukan badan kabelnya) saat memasang dan mencabut

kabel.

2. Untuk percobaan yang menggunakan Generator Signal dan Power Supply: nyalakan Power

Supply terlebih dahulu, lalu nyalakan Generator Signal. Jika dilakukan dengan cara

sebaliknya, akan menyebabkan kerusakan pada IC. Demikian juga ketika mengakhiri:

matikan Generator Signal terlebih dahulu, kemudian matikan Power Supply.

5. DAFTAR PUSTAKA

[1] www.robotroom.com

[2] Y. Tsividis, A First Lab in Circuits and Electronics, Jons Wiley and Sons, 2001

http://www.robotroom.com/

74 Lampiran C - Resistor, Op-Amp, dan Inverter

1. RESISTO

R

Gambar C-1 Resistor

Resistor yang biasa kita jumpai memiliki nilai resistansi yang direpresentasikan oleh kode warna pada

badan resistor. Resistor tersebut adalah seperti yang ditunjukan pada Gambar D-1.

Warna A

Angka

pertam

a

B

Angka

kedua

C

Faktor

penggal

i

D

Tolerans

i

Hitam

Coklat

Merah

Jingga

Kuning

Hijau

Biru

Ungu

Abu-

abu

Putih

Warna emas

Warna perak

Tanpa warna

-

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1

10

102

103

104

105

106

10-1

10-2

1%

2%

4%

5%

10%

20%

Label kode warna pada badan resistor ada yang berjumlah 4, 5 atau 6 gelang warna. Aturan

pembacaan kode warna tersebut adalah sebagai berikut:

1. warna pertama: angka pertama nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna)

2. warna kedua: angka kedua nilai resistansi (resistor dengan 4, 5 atau 6 gelang warna)

3. warna ketiga: faktor pengali (pangkat dari sepuluh) dengan satuan (resistor dengan 4

gelang warna) atau angka ketiga nilai resistansi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna)

4. warna keempat: toleransi (resistor dengan 4 gelang warna) atau faktor pengali (pangkat dari

sepuluh) dengan satuan (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna)

5. warna kelima: toleransi (resistor dengan 5 atau 6 gelang warna)

6. warna keenam: koefisien temperatur dengan satuan PPM/0C (resistor dengan 6 gelang

warna).

LAMPIRAN C

RESISTOR, OP-AMP, DAN INVERTER

Lampiran C - Resistor, Op-Amp, dan Inverter 75

2. OP AMP 741

Gambar C-2 Konfigurasi IC Op Amp LM741

3. IC CD4007 DAN CMOS INVERTER

Gambar C-3 (kiri) Konfigurasi IC CD4007 (kanan) rangkaian CMOS inverter

4. TRANSISTOR

Gambar C-4 Kaki transistor

2N3904

Documents

TEKNIK BIOMEDIS 1 EB2200 - labdasar.ee.itb.ac.idlabdasar.ee.itb.ac.id/lab/Semester 2 2017-2018/Modul EB-2200... · Pergantian jadwal dilakukan dengan proses pertukaran. Pertukaran