PRAKTIKUM DASAR ELEKTRONIKAMODUL 5KARAKTERISTIK DAN PENGUAT FETLABORATORIUM ELEKTRONIKAJURUSAN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS SYIAH KUALABANDA ACEH2012

BAB IPENDAHULUAN

1.1. TUJUAN1. Mengetahui dan mempelajari karakteristik transistor FET.2. Mengetahui dan mempelajari penguatan dari sebuah sinyal untuk FET dalam Common Source Circuit.3. Menyelidiki amplifikasi sinyal dengan sebuah FET dalam rangkaian Common Drain.

1.2. DASAR TEORIGambar 4.1.1 memperlihatkan sebuah penguat common source. Bila sebuah sinyal AC kecil digandeng ke gerbang, sinyal ini menimbulkan perubahan pada tegangan gerbang-sumber (common-gate). Hal ini menghasilkan arus penguras sinusoidal. Karena arus bolak-balik mengalir melalui tahanan penguras, kita mendapatkan tegangan AC yang diperkuat pada keluaran.

Gambar 5.1.1. Penguat common source

Gambar memperlihatkan rangkaian ekivalen AC untuk penguat common source. Pada sisi masukan, R1 paralel dengan R2; tahanan dalam RGS cukup tinggi untuk diabaikan. Tegangan keluar ac adalah

dimana tanda kurang menunjukkan pembalikan fasa. Karena sumber AC dihubungkan langsung di antara sambungan-sambungan gerbang-sumber, tegangan masuk ac sama dengan

Dengan mengambil perbandingan antara tegangan keluar terhadap tegangan masuk, diperoleh:

yang dapat di tulis sebagai

Gambar 5.1.2. Rangkaian ekivalen ac

Gambar 5.1.3 memperlihatkan penguat common drain. Bentuknya mirip dengan pengikut emitter. Sebuah sinyal AC menggerakkan gate, menghasilkan arus drain AC. Arus ini mengalir melalui tahanan sumber yang tidak pantas dan menghasilkan tegangan keluar AC yang hampir sama dan sefasa dengan tegangan masuk. Itulah sebabnya, rangkaian ini disebut pengikut sumber (source follower). Karena impedansi masuknya yang tinggi, souce follower sering digunakan pada ujung depan peralatan-peralatan pengukur seperti voltmeter elektronika dan osiloskop.

Gambar 5.1.3. Penguat common drainGambar 5.1.4 memperlihatkan rangkaian ekivalen AC dari common source.

Gambar 1.4. Rangkaian ekivalen ac

Untuk menurunkan rumus gain tegangan, kita mulai dengan menambahkan tegangan-tegangan melingkari simpul masuk:

atau

Tegangan keluarnya adalah

Kita ambil perbandingan keluaran terhadap masukan untuk mendapatkan

yang dapat ditulis lagi menjadi

BAB IIPROSEDUR PERCOBAAN

2.1.ALAT DAN BAHANTabel 5.2.1. Alat dan BahanNo.Alat dan BahanJumlah

1.2.

3.4.5.6.7.UniTr@inKartu percobaan Field effect transistors SO4201-7JVoltmeterFunction GeneratorOsiloskopJumperKabel Penghubung11

111SecukupnyaSecukupnya

2.2.PROSEDUR PERCOBAAN Common Source CircuitPercobaan Set-up

Gambar 5.2.1. Rangkaian percobaan common source circuit1. Suatu percobaan dihubungkan dengan UniTr@in di interface dan kartu percobaan Field effect transistors SO4201-7J dimasukkan.Jumper dimasukkan seperti yang ditunjukkan olehgarispadatdalam diagram rangkaiandan dihubungkankeUniTr@inseperti yang tercantum dalam daftar sambungan.Tabel 5.2.2. Daftar SambunganDariUntuk

Interface S (analog out)Interface (analog out)Interface S (analog)Interface (analog out)MP2 (operating point)/MP7 (output)Interface AMP3MP5 (mungkin dihilangkan)Interface A+Interface AInterface B+Interface B

JumperB1, B2 (awal)B4 (ditambahkan kemudian)

2. Semuainstrumenvirtual ditutup yangmungkin telah dibuka daninstrumen virtualberikut dibukadari menuInstrumen- Voltmeter B- Function Generator- Osiloskop (Voltmeter ditutup terlebih dahulu) dan menyesuaikanseperti yang ditunjukkandalam tabel.Karenavoltmeterdanosiloskoptidak dapat digunakanpada saat yang bersamaan,mungkin akan membantuuntuk menyimpan saturuang kerja denganvoltmetermengaturdan lain dengan pengaturan untuk osiloskop.Kemudian Anda dapatberalih di antararuang kerja daripada harus membuka dan menutupVsdan menyesuaikanpengaturannya setiap kali.

Tabel 5.2.3. Daftar SettingSetting

Voltmeter BRange 10VDC dan AV untuk mengukur titik operasiAC dan Vpp untuk mengukur gain

OsiloskopA volt/div 100mV AC merahB volt/div 100mV AC biruTime/div 500sMode X/TTrigger A meningkat

Function GeneratorTegangan 1:10, 20%Frekuensi 1 kHzMode SinusPower ON

3. DenganB1dan B2jumperdimasukkan,potensiometerR3 digunakan un tukmengatur tingkatoperasidarisetengahpasokanlistrik tegangan VB padadrainFET(MP2)yang diukursehubungan dengan pentanahan (MP5).Kemudiantegangan VGSditentukan antara gate dan source.4. Sinyal 1 kHzgelombang sinus400mVamplitudo diaplikasikan ke input diMP3.Tegangan input(MP3-MP5) dan output(MP7-MP5)pada osilos kop dicatat dan disalinke dalam Grid 1.5. Gain tegangan dari rangkaian ditentukan.6. JumperB4 ditambahkan sehinggasumberterhubung ketanah melalui kapasitorC4. Sinyalgelombang sinus 1 kHzyang sama dari 400 mV amplitudo diterapkanke inputdiMP3.Masukandan tegangan keluaran pada osiloskop dicatat dan disalinke dalam Grid2.7. Tegangan gain ditentukan dari rangkaian dengan kapasitor pada sumbernya.8. Hasil yang Anda peroleh disimpulkan.9. Persamaan dan perbedaan rangkaian beroperasi dijelaskan dengan rangkaian penguat menggunakan transistor bipolar. Common Drain CircuitPercobaan set-upGambar 5.2.1. Rangkaian percobaan common source circuit

1. Suatu percobaan dihubungkan dengan UniTr@in di interface dan kartu percobaan Field effect transistors SO4201-7J dimasukkan.Jumper dimasukkan seperti yang ditunjukkan olehgarispadatdalam diagram rangkaiandan dihubungkankeUniTr@inseperti yang tercantum dalam daftar sambungan.Tabel 5.2.4. Daftar SambunganDariUntuk

Interface S (analog out)Interface (analog out)Interface S (analog)Interface (analog out)MP6 (operating point)/MP8 (output)Interface AMP3MP5 (mungkin dihilangkan)Interface A+Interface AInterface B+Interface B

JumperB1, B2, B3

2. Semuainstrumenvirtual ditutup yangmungkin telah dibuka daninstrumen virtualberikut dibukadari menuInstrumen- Voltmeter B- Function Generator- Osiloskop (Voltmeter ditutup terlebih dahulu) dan menyesuaikanseperti yang ditunjukkandalam tabel.Karenavoltmeterdanosiloskoptidak dapat digunakanpada saat yang bersamaan,mungkin akan membantuuntuk menyimpan saturuang kerja denganvoltmetermengaturdan lain dengan pengaturan untuk osiloskop.Kemudian Anda dapatberalih di antararuang kerja daripada harus membuka dan menutupVsdan menyesuaikanpengaturannya setiap kali.Tabel 5.2.3. Daftar SettingSetting

Voltmeter BRange 10VDC dan AV untuk mengukur titik operasiAC dan Vpp untuk mengukur gain

OsiloskopA volt/div 100mV AC merahB volt/div 100mV AC biruTime/div 500sMode X/TTrigger A meningkat

Function GeneratorTegangan 1:10, 20%Frekuensi 1 kHzMode SinusPower ON

3. DenganB1, B2dan B3 jumperdimasukkan,potensiometerR3 digunakan un tukmengatur tingkatoperasidarisetengahpasokanlistrik tegangan VB padadrainFET(MP2)yang diukursehubungan dengan pentanahan (MP5).Kemudiantegangan VGSditentukan antara gate dan source.4. Sinyal 1 kHzgelombang sinus4 Vamplitudo diaplikasikan ke input diMP3.Tegangan input(MP3-MP5) dan output(MP8-MP5)pada osilos kop dicatat dan disalinke dalam Grid 1.5. Tegangan gain dari rangkaian ditentukan.6. Persamaan dan perbedaan rangkaian beroperasi dijelaskan dengan menyoroti rangkaian penguat menggunakan transistor bipolar.7. Perbedaan antara sumber yang sama dan sirkuit saluran umum diringkas dengan mengisi didalam tabel dengan karakteristik yang telah diamati selama percobaan.

BAB IIIANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

3.1. DATA HASIL PERCOBAAN Tabel 5.3.1. Data Hasil PercobaanNo.Bentuk Gelombang

1.

2.

3.

3.2.ANALISA DATACommon Source CircuitDik : V= 1 : 10Vin= 1 VVout= 10 VVpp A= 1,8 div x 100 mV/div= 180 mVVpp B= 4 div x 500 mV/div= 2000 mVAmplitudo A= Vpp A= x 180 mV= 90 mVAmplitudo B= Vpp B= x 2000 mV= 1000 mVWaktu (T)= 2 div x 500s= 1 msFrekuensi= 1/T= 1/1 ms= 1 kHzGain Vu= = = 0,2 V

Setelah ditambahkan jumper B4, makaDik : V= 1 : 10Vin= 1 VVout= 10 VVpp A= 4 div x 100 mV/div= 400 mVVpp B= 4 div x 500 mV/div= 2000 mVAmplitudo A= Vpp A= 400 mV= 200 mVAmplitudo B= Vpp B= 2000 mV= 1000 mVWaktu (T)= 2 div x 500s= 1 msFrekuensi= 1/T= 1/1 ms= 1000 HzGain Vu= = = 0,2 V

Common Drain CircuitDik : V= 1 : 10Vin= 1 VVout= 10 VVpp A= 0,2 div x 500 mV/div= 100 mVVpp B= 0,8 div x 500 mV/div= 400 mVAmplitudo A= Vpp A= 100 mV= 50 mVAmplitudo B = Vpp B= 400 mV= 200 mVWaktu (T)= 2 div x 500s= 1 msFrekuensi= 1/T= 1/1 ms= 1000 HzGain Vu= = = 1 V

3.3.PEMBAHASANPada percobaan penguatan FET ini dilakukan dua kali percobaan yaitu percobaan rangkaian Common Source Circuit dan Common Drain Circuit. Tujuan dari percobaan dengan Common Source Circuit ini yaitu untuk melihat penguatan dari sebuah sinyal untuk FET dalam rangkaian Common Source Circuit; dan tujuan dari percobaan dengan Common Drain Circuit yaitu untuk meneliti dan menyelidiki amplifikasi sinyal dengan sebuah FET dalam rangkaian Common Drain Circuit.Percobaaan pertama adalah percobaan rangkaian Common Source Circuit. Dengan mengikuti prosedur percobaan yaitu suatu percobaan dihubungkan dengan UniTr@in di interface dan kartu percobaan Field effect transistors SO4201-7J dimasukkan. Setelah selesai dirangkai, tutup aplikasi UniT@rain kemudian buka kembali. Selanjutnya diatur pula ketentuan yang sesuai dengan yang ada pada prosedur percobaan yaitu menentukan besar tegangan pada voltmeter B. Setelah selesai menutup voltmeter B, langkah selanjutnya yaitu mengatur Function Generator dan osiloskop sesuai dengan Tabel 2.3. Daftar Setting pada prosedur percobaan.Setelah semua selesai dilakukan maka UniTr@in dihidupkan dan tampak bentuk sinyal pada osiloskop. Jumper B1 dan B2 dimasukkan kemudian dengan menggunakan potensiometer R3 di atur tingkat operasi dari setengah pasokan listrik tegangan VB pada drain FET (MP2) yang diukur sehubungan dengan ground (MP5). Bentuk gelombang A adalah setengah dari gelombang B. Hasilnya adalah bentuk amplitudo gelombang A lebih tinggi daripada gelombang B dan diperoleh waktu untuk gelombang A dan B yang sama besar. Kemudian pada percobaan ini ditambahkan jumper B4 sehingga sumber terhubung ke ground melalui kapasitor C4. Maka diperoleh bentuk gelombang A dan gelombang B sama besar dan amplitudo serta periode juga sama besarnya.Untuk percobaan kedua yaitu percobaan rangkaian Common Drain Circuit. Dengan cara yang sama pada percobaan pertama namun jumper B1, B2 dan B3 dimasukkan dengan menggunakan potensiometer R3 di atur tingkat operasi dari setengah pasokan listrik tegangan VB pada drain FET (MP2) yang diukur sehubungan dengan ground (MP5). Diperoleh bentuk gelombang A setengah dari gelombang B dan amplitudo serta periode juga sama besarnya namun bentuk gelombang pada percobaan Common Drain Circuit lebih kecil dibanding pada percobaan Common Source Drain.Pada percobaan ini juga dapat dilihat perbedaan yang dihasilkan antara percobaan Common Source Circuit dan percobaan Common Drain Circuit. Seperti yang terdapat pada tabel 3.2, output resistansi ra yang dihasilkan pada common source berbeda dengan output resistansi pada common drain. Bentuk gelmbang yang dihasilkan pada common source lebih besar daripada common drain. Perbedaan juga dapat dilihat dari beda fasanya. Sementara input resistansi pada kedua percobaan tersebut bernilai sama. Tegangan gain yang dihasilkan pada kedua percobaan ini juga sama. Input resistansi pada common source dapat dihitung dengan menggunakan rumus :

Dan pada Common Drain, input resistansi dapat dihitung dengan rumus:

Tegangan gain yang dihasilkan pada kedua percobaan ini juga sama.

Tabel 5.3.2 Perbedaan Antara Common Source dan Common Drain Common SourceCommon drain

Input resistansi reSamaSama

Output resistansi raBerbedaBerbeda

Tegangan gain VuSamaSama

Perbedaan Berbeda Berbeda

BAB IVPENUTUP

4.1.KESIMPULANDari percobaan yang telah dilakukan dapat di ambil kesimpulan antara lain sebagai berikut :1. Transistor merupakan komponen elektronika yang berfungsi sebagai penguat arus, stabilisasi, penyaklaran dan lain-lain.2. Pada transistor FET, arus yang dihasilkan/dikontrol dari Drain, dilakukan oleh tegangan antara Gate dan Source.3. FET, arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya. Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat dirubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut.4. Pada percobaan pertama dengan B1 dan B2 di jumper diperoleh hasilnya adalah bentuk amplitudo gelombang A lebih tinggi daripada gelombang B.5. Pada percobaan pertama dengan menambahkan jumper ke B4 diperoleh bentuk gelombang A dan gelombang B yang sama besarnya.6. Pada percobaan kedua diperoleh bentuk gelombang A dan gelombang B sama besar namun bentuk gelombang pada percobaan Common Drain Circuit lebih kecil dibanding pada percobaan Common Source Drain.7. Potensiometer digunakan untuk mengatur besar atau kecilnya sinyal gelombang keluaran yang dihasilkan.

LEMBAR KERJA/TUGAS

1. Carilah dasar teori tentang Voltmeter, Osiloskop dan Transistor FET!Jawab :VoltmeterVoltmeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur beda potensial listrik .Voltmeter biasanya disusun secara paralel (sejajar) dengan sumber tegangan atau peralataan listrik. Cara memasang voltmeter adalah dengan menghubungkan ujung sumber tegangan yang memiliki potensial lebih tinggi (kutub positif) harus dihubungkan ke terminal positif voltmeter,dan ujung sumber tegangan yang memiliki potensial lebih rendah (kutub negatif) harus dihubungkan ke terminal negatif voltmeter. Biasanya voltmeter digunakan untuk mengukur sumber tegangan seperti baterai, elemen Volta, atau aki.

Gambar 4.1. Rangkaian Voltmeter yang dipasang terhadap beban

Bagian-bagian voltmeter hanya terdiri dari skala penunjuk besarnya tegangan, setup pengatur fungsi, dan kutub positif serta negatif.Selain voltmeter sederhana, juga tedapat voltmeter elektronik yaitu voltmeter elektronik analog dan voltmeter digital.

OsiloskopOsiloskop adalah alat ukur yang di gunakan untuk memetakan atau membaca sinyal listrik maupun frekuensi. Osiloskop di gunakan dalam pengukuran rangkaian elektronik seperti stasiun pemancar radio, TV, atau dalam kegunaan memonitor frekuensi elektronik seperti di rumah sakit dan untuk kegunaan-kegunaan lainnya.Beberapa fungsi osiloskop antara lain untuk:* Mengukur besar tegangan listrik dan hubungannya terhadap waktu.* Mengukur frekuensi sinyal yang berosilasi.* Mengecek jalannya suatu sinyal pada sebuah rangkaian listrik.* Membedakan arus AC dengan arus DC.* Mengetahui noise pada sebuah rangkaian listrik.

Transistor FETTransistor Bipolar dinamakan demikian karena bekerja dengan 2 (bi) muatan yang berbeda yaitu elektron sebagai pembawa muatan negatif dan hole sebagai pembawa muatan positif. Ada satu jenis transistor lain yang dinamakan FET (Field Efect Transistor). Berbeda dengan prinsip kerja transistor bipolar, transistor FET bekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu elektron atau hole. Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatan saja, transistor ini disebut komponen unipolar. Umumnya untuk aplikasi linear, transistor bipolar lebih disukai, namun transistor FET sering digunakan juga karena memiliki impedansi input (input impedance) yang sangat besar. Terutama jika digunakan sebagai switch, FET lebih baik karena resistansi dan disipasi dayanya yang kecil. Ada dua jenis transistor FET yaitu JFET (junction FET) dan MOSFET (metal-oxide semiconductor FET). Pada dasarnya kedua jenis transistor memiliki prinsip kerja yang sama, namun tetap ada perbedaan yang mendasar pada struktur dan karakteristiknya. Transistor JFETGambar dibawah menunjukkan struktur transistor JFET kanal N dan kanal P. Kanal N dibuat dari bahan semikonduktor tipe N dan kanal P dibuat dari semikonduktor tipe P. Ujung atas dinamakan Drain dan ujung bawah dinamakan Source. Pada kedua sisi kiri dan kanan terdapat implant semikonduktor yang berbeda tipe. Terminal kedua sisi implant ini terhubung satu dengan lainnya secara internal dan dinamakan Gate.

Gambar 4.2. Struktur JFET (a) kanal-n (b) kanal-p

Istilah field efect (efek medan listrik) sendiri berasal dari prinsip kerja transistor ini yang berkenaan dengan lapisan deplesi (depletion layer). Lapisan ini terbentuk antara semikonduktor tipe N dan tipe P, karena bergabungnya elektron dan hole di sekitar daerah perbatasan. Sama seperti medan listrik, lapisan deplesi ini bisa membesar atau mengecil tergantung dari tegangan antara gate dengan source. Pada gambar di atas, lapisan deplesi ditunjukkan dengan warna kuning di sisi kiri dan kanan.

Transistor MOSFET Mirip seperti JFET, transistor MOSFET (Metal oxide FET) memiliki drain, source dan gate. Namun perbedaannya gate terisolasi oleh suatu bahan oksida. Gate sendiri terbuat dari bahan metal seperti aluminium. Oleh karena itulah transistor ini dinamakan metal-oxide. Karena gate yang terisolasi, sering jenis transistor ini disebut juga IGFET yaitu insulated-gate FET.Ada dua jenis MOSFET, yang pertama jenis depletion-mode dan yang kedua jenis enhancement-mode. Jenis MOSFET yang kedua adalah komponen utama dari gerbang logika dalam bentuk IC (integrated circuit), uC (micro controller) dan uP (micro processor) yang tidak lain adalah komponen utama dari komputer modern saat ini.2. Ditentukan gain tegangan dari rangkaian dengan kapasitor pada sumbernya.Jawab :Gain Vu = = = 0,2 V

3. Apa yang dapat disimpulkan dari hasil yang Anda peroleh ?Jawab :Berdasarkan hasil yang telah diperoleh, maka dapat disimpukan bahwa transistor FET bekerja bergantung dari satu pembawa muatan, apakah itu elektron atau hole. Karena hanya bergantung pada satu pembawa muatan saja, transistor ini disebut komponen unipolar.Pada percobaan ini dilakukan pengujian pada common source dan common drain dengan menggunakan simulasi UniTr@in untuk menghasilkan gelombang keluarannya.

4. Ditentukan gain tegangan dari rangkaian dengan kapasitor pada sumbernya.Jawab :Gain Vu = = = 0.2 V

5. Jelaskan bagaimana rangkaian beroperasi, menyoroti persamaan dan perbedaan dengan rangkaian penguat menggunakan transistor bipolar.Jawab :Perbedaan utama antara BJT dan FET adalah pengontrol kerja dari transistor tersebut. Jika BJT kerjanya dikontrol oleh arus pengontrol maka FET bekerja dengan dikontrol oleh tegangan pengontrol.FET hanya menggunakan satu jenis pembawa muatan (elektron atau hole, tergantung dari tipe FET). Cara kerja rangkaian FET yaitu arus listrik utama mengalir dalam satu kanal konduksi sempit dengan depletion zone di kedua sisinya. Dan ketebalan dari daerah perbatasan ini dapat diubah dengan perubahan tegangan yang diberikan, untuk mengubah ketebalan kanal konduksi tersebut. Sementara untuk BJT, arus listrik utama harus melewati satu daerah/lapisan pembatas dinamakan depletion zone, dan ketebalan lapisan ini dapat diatur dengan kecepatan tinggi dengan tujuan untuk mengatur aliran arus utama tersebut.6. Ditentukan gain tegangan dari rangkaian.Jawab :Gain Vu = = = 1 V7. Beberapa aplikasi yang disarankan untuk rangkaian common source dan common drain dengan FET.Jawab : Sebagai saklar analog dan digital Sebagai multiplexers Sebagai resistor pengontrol tegangan Sebagai pembatas arus (current limiters) Sebagai sumber arus (current sources)

8.Analisis kesalahan yang terjadi pada saat praktikum.Jawab:Pada saat praktikum dilakukan, ada terjadi kesalahan pada penggunaan alat. Sehingga gelombang yang dihasilkan berbeda dengan yang diharapkan. Penyebab dari kesalahan ini adalah penentuan nilai potensiometer yang tidak sesuai (diset terlalu besar atau terlalu kecil).

117