MODUL 06 PROYEK AKHIR

Anthony (13212105)Merakarno Rahusna (13212106)

Asisten: Dwi Syaftinah Luvitasari (13210121)Tanggal Percobaan: 02/05/2014EL2205-Praktikum Elektronika

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Pada percobaan kali ini, praktikan akan merancang rangkaian penguat dua tahap dengan spesifikasi resistansi input 1KΩ, resistansi output 300Ω dan penguat -10 V/V. Percobaan diawali dengan merancang rangkaian penguat dengan software Spice untuk simulasi. Setelah simulasi berhasil dan menunjukkan hasil yang diingikan maka percobaan dilanjutkan dengan mengimplementasikan rangkaian di breadboard. Setelah itu rangkaian akan dirangkai pada PCB yang telah didesain sesuai rangkaian menggunakan software Altium Designer. Hasil percobaan yang teramati menunjukkan rangkaian penguatan dengan penguatan 10,3. Permasalahan mendasar yang terjadi adalah sulitnya menepatkan nilai fL pada rangkaian penguat.

Kata kunci: rangkaian penguat, resistansi input, resistansi output, penguatan, PCB.

1. PENDAHULUAN

Praktikum kali ini bertujuaan untuk mendesain dan mengimplementasikan rangkaian penguat dua tahap denganspesifikasi tertentu. Spesifikasi yang kami buat adalah rangkaian penguat dengan resistansi input 1KΩ, resistansi output 300Ω dan penguatan -10V/V. Perancangan diawal dengan mendesain melalui software, lalu mengimplementaiskan rangkaian di breadboard dan diakhiri dengan mengimplementasikannya pada PCB.

2. STUDIPUSTAKA

Rangkaian penguat dua tahap terdiri dari dua rangkaian penguat yang di cascade. Berikut adalah beberapa bentuk rangkaian penguat dasaryang dapat digunakan.

2.1 RANGKAIAN COMMON EMITTER

Rangkaian penguatini cocok untuk membentuk rangkaian yang memiliki penguatan yang besar. Karakteristik selaian penguatan yangbesar adalah penguatannya bernilai negatif.

Gambar2-1Rangkaian dan Spesifikasi Penguat Common Emitter

Gambar diatas memperlihatkan rangkaian dasar dan spesifikasi rsistansi input, resistansi output dan penguatan pada rangkaian penguat Common Emitter.

2.2 RANGKAIAN COMMON BASE

Rangkaian penguat Common Basemerupakan rangkaian penguat yang penggunaannya spesifik. Rangkaian ini bagus untuk sinyal input dengan frekuensi tinggi.

Gambar2-2Rangkaian dan Spesifikasi Penguat Common Base

Berbeda dengan rangkaian penguat Common Emitter, rangkaian ini memiliki penguatan positif.

Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB1

2.3 RANGKAIAN COMMON GATE

Rangkaian penguat Common Gate diaplikasikan sebagai rangkaian buffer tegangan yang menghubungkan sumber resistansi tinggi ke beban yang memiliki resistansi rendah.

Gambar2-3Rangkaian dan Spesifikasi Penguat Common Gate

3. METODOLOGI

Alat dan bahan yang digunakan pada praktikum kali ini adalah:

Sumber tegangan DC (2 buah)

Osiloskop (1 buah)

Multimeter Digital (1 buah)

Transistor BJT (1 buah)

Kabel Jumper

Kapasitor 100μF, 35V (3 buah)

Resistor 2kΩ (2 buah)

Resistor 1kΩ (2 buah)

Resistor 470Ω (1 buah)

PCB Cetak (1 buah)

Solder (1 buah)

Timah

Breadboard (1 buah)

Gambar3-2 Diagram Langkah Kerja Proyek Akhir

4. HASILDANANALISIS

Spesifikasi rangkaian penguat yang dibuat adalah rangkaian dengan penguatan 150V/V, reistansi input 600Ω dan resistansi output 300Ω. Dengan nilai penguatan yang besar, rangkaian penguat yang kami buat terdiri dari dua rangkaian penguat Common Emitter.

4.1 PERANCANGAN RANGKAIAN PENGUAT SECARA TERTULIS

Untuk memenuhi spesifikasi rangkaian, kami merancang rangkaian penguat menggunakan konfigurasi Common Emitter.

Gambar4-1Rancangan Penguat yang Dipilih

Perancangan awal memlilih kondisi sinyal besar yaitu IC = 5mA, VBE = 0,7V dan β = 330. Pemilihan ini didasari dari nilai yang ditunjukkan pada pengukuran transistor BJT dengan mengunakan DCA Pro. Dari karakteristik dasar tersebut dapat dicari nilai

gm=ICV T

=200 A /V . Karena nilai ro yang

berbanding terbalik dengan IC, maka nilai ro

yang didapat akan sangat besar sehingga dapat diabaikan. Parameter lain yang dapat

ditentukan adalah r π=βV TIC

=1650Ω. Dengan

syarat RIN = 1KΩ, maka r π||R1||R2=1000Ω.

Sesuai dengan resistor di pasaran , maka pilih R1 = 6,8kΩ dan R2 = 6,8kΩ. Dengan nilai kedua resistor ini diperoleh RIN = 3200 Ω ≈ 3300 Ω. didapat RC1 = 338,54Ω ≈ 330Ω. Nilai ini telah sesuai dengan nilai ROUT = RC2 = 300Ω. Untuk penentuan VCC, dapat diperoleh menggunakan persamaan VCC – VCE = ICRC, maka didapat VCC ≈ 9V. Untuk VDD, dipilih VBE

= 0,7V agar masih dalam kondisi aktif.Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

Dari analisis perhitungan diatas maka rancangan rangkaian didapat seperti pada gambar berikut:

Gambar4-2 Rancangan Penguat yang Dipilih Beserta Nilai Tiap Komponen

Perlu diketahui, nilai kapasitor dipilih cukup besar agar kapasitor dapat bertindak lebih baik sabagai filter DC. Filter DC diperlukan agar sinyal DC tidak mempengaruhi respon dari sinyal AC yang dikuatkan pada rangkaian.

4.2SIMULASI

Simulasi dilakukan menggunakan beberapa Software. Dengan PSIM, konfigurasi simulasi adalah sebagai berikut:

Gambar4-3 Rangkaian dengan mengukur Vout dan Vin untuk dibandingkan

Gambar4-4Output yang Teramati menggunakan Spice

Analisis: Terjadi sedikit perbedaan antara simulasi dan hasil perhitungan, yaitu pada bagian VDD. Hasil simulasi menggunakan nilai

VDD yang lebih rendah dikarenakan perhitungan mengabaikan ro. Karena PSIM menghitung pengaruh ro, maka nilai ROUT tiap stage berkurang. Untuk mendapatkan penguatan yang sama, maka ada parameter lain yang harus disesuaikan, diantaranya dengan mengurangi VDD, maka IC akan semakin berkurang sehingga nilai rπ dan ro

akan meningkat. Hal ini meningkatkan nilai Vout yang akan menguatkan nilai penguat dan juga meningkatkan nilai ro yang akan meningkatkan nilai ROUT sehingga penguatan yang didapat dapat menuju nilai yang diharapkan. Jika dipilih sinyal input yangbesar maka output yang teramati akan terdistorsi.

4.3 IMPLEMETASI KE PCB

Untuk implementasi ke PCB, digunakan software Altium Designer. Rangkaian yang digunakan dan implementasi ke PCB adalah sebagai berikut:

Gambar4-5Skematik Rangkaian Menggunakan Altium Designer

Gambar4-6Gambar PCB Menggunakan Altium Designer

4.4 SETUP DAN HASIL PENGUKURAN

Dalam pengukuran secara aktual yangd ilakukan di lab, penguatan yang teramati

Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB3

hampir mendekati penguatan yang diinginkan. Adapun hasil pengamatan yang diperoleh di lab dapat dilihat pada gambar 4-7 berikut ini.

Gambar4-7Hasil Pengamatan Saat Terjadi Distorsi

Percobaan yang dilakukan hampir gagal, karena pada saat melakukan pengukuran ulang terhadap nilai β pada transistor BJT, terdapat perubahan yang cukup signifikan sebesar ≈ 100 dan hal tersebut mempengaruhi perhitungan yang telah dilakuakn sebelumnya. Sehingga sesuai dengan saran dari asisten praktikum, praktikan merangkai ulang rangkaian dengan menggunakan breadboard.

Tabel4-1Perbandingan Spesifikasi dan Perhitungan

No.

Besar Ukur

Spesifikasi

Hasil Perhitungan

1 GV(V/V) -10 -10

2 RIN(Ω) 1K 1K

3 ROUT(Ω) 300 319,7

Untuk lebih menegaskan hasil perhitungan, nilai ini dapat diamati pada percobaan di lab. Untuk penentuan RIN, yang perlu dilakukan adalah menambahkan Rvar yang seri dengan sinyal input. Saat sinyal output berubah menjadi setengah kali sinyal output tanpa resistansi seri maka nilai resistansi seri tersebut menunjukkan nilai RIN. Hal ini sesuai dengan percobaan yang telah dilakuakn pada percobaan sebelumnya. Sinyal output yang teramati adalah setengah kali dari siyal output tanpa Rvar (gambar 4-8). Akan tetapi diperoleh RVAR = RIN = 2000Ω. Nilai RIN yang

diperoleh pada percobaan tidak sesuai dengan perhitunga. Hal ini bisa saja dikarenakan nilai Rsig yang tidak memenuhi dan pengaruh dari susunan rangkaian yang dirangkai pada breadboard. Karena pada saat merangkai rangkaian pertama, penguatan rangkaian tidak dapat diamati tetapi nilai RIN

yang teramati sesuai yaitu sebesar 1000Ω. Kemudian dirangkain rangkaian pada breadboard lain, alhasil terdapat penguatan yang teramati pada osiloskop. Besar nilai ½ VIN ini dapat diamati pada gambar berikut:

Gambar4-8 Sinyal Output yang Teramati dengan Konfigurasi RIN

Untuk ROUT, pengamatan dapat dilakukan dengan menabahkan resistansi beban pada bagian output. Jika reistansi beban sama dengan ROUT maka akan teramati sinyal output menjadi setengah kali dari sinyal output tanpa resistansi beban. Hal ini dilakukan sama dengan percobaan RIN, dimana saat mengganti nilai RVAR = 300Ω, maka nilai sinyal output menjadi setengah kali dari sinyal output awal (gambar 4-9). Dapat disimpulkan nilai ROUT = 300Ω.

Gambar4-9 Sinyal Output yang Teramati dengan Konfigurasi ROUT

BIAYA PEMBUATAN

6x Resistor(1kΩx2, 2kΩx2, 470Ω) Rp 800,-

3x Kapasitor 100μF, 35V Rp 1.500,-

1x PCB Rp 8.000,-

Total Rp 10.300,-

Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB4

5. KESIMPULAN

Transistor telah bekerja sebagai penguat sesuai dengan spesifikasi yang diinginkan dimana penguatan -10V/V, Rin = 1KΩ, dan Rout = 300Ω.

Pengamatan penguatan transistor pada frekuensi rendah atau (fL) tidak dapat teramati.

6. DAFTARPUSTAKA

[1] Mervin T. Hutabarat, Praktikum Elektronika,Laboratorium Dasar

Teknik Elektro, Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2014.

[2] Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, 5th Edition, Oxford University Press, USA, 1997.

Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB5

Laporan Praktikum – Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB6