LAPORAN PENGUAT GANDENGAN RC

BAB I

PENDAHULUAN

I.1 Latar Belakang

Pada kebanyakan penguat, sumber isyarat dihubungkan dengan masukan melalui suatu kapasitor penggandeng, agar arus panjar pada basis tidak masuk ke dalam sumber isyarat. Jika hal ini terjadi, maka tegangan panjar transistor akan terganggu. Hal serupa juga dilakukan pada keluaran, yaitu untuk menghubungkan penguat dengan suatu beban. Gandengan yang menggunakan kapasitor disebut gandengan RC.

Dalam praktikum ini akan diamati isyarat penguatan tegangan dari rangkaian penguat gandengan RC yang menggunakan dua penguat, yaitu penguat A dan penguat B. Kedua penguat tersebut merupakan penguat emitor ditanahkan (common emitter). Selain itu, terdapat tanggapan amplitudo penguat, yaitu grafik yang melukiskan hubungan antara penguatan tegangan (dalam dB) berubah dengan frekuensi (dalam skala log).

I.2 Ruang Lingkup

Ruang lingkup pada praktikum ini meliputi pengukuran resistansi pada resistor berdasarkan warna cincin yang tertera pada resistor tersebut, membuat rangkaian penguat gandengan RC dengan menggunakan dua transistor emitor ditanahkan, dan mengamati serta mengukur input dan output rangkaian penguat.

I.3 Tujuan

Setelah melakukan praktikum ini, diharapkan telah memiliki kemampuan berikut:

-          Menentukan titik-titik pengukuran pada rangkaian penguat.

-          Mengukur hilangnya tegangan pada penggandengan dua penguat.

-          Mengukur tanggapan amplitudo penguat.

-          Memahami kegunaan kapasitor copling, kapasitor miller, dan kapasitor pintas serta pengaruhnya terhadap lebar jalur frekuensi kerja.

I.4 Waktu & Tempat Praktikum

            Praktikum Penguat Gandengan RC ini dilakukan pada hari Jumat, 27 April 2012 pukul 09.00-11.30 WITA, bertempat di Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi, Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Hasanuddin, Makassar.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

II.1 Pendahuluan

            Pada kebanyakan penguat, sumber isyarat dihubungkan dengan masukan melalui suatu kapasitor penggandeng agar arus panjar pada basis tidak masuk ke dalam sumber isyarat. Jika hal ini terjadi, maka tegangan panjar transistor akan terganggu. Hal serupa juga dilakukan pada keluaran, yaitu untuk menghubungkan penguat dengan suatu beban. Gandengan yang menggunakan kapasitor disebut gandengan RC.

            Salah satu contoh dengan gandengan RC adalah penguat emitor di tanahkan, seperti yang terlihat pada gambar dibawah ini:

Gambar 1.1 Penguat Gandengan RC

            Pada umumnya tanggapan amplitudo adalah seperti pada gambar 1.2 yang menunjukkan bahwa tanggapan amplitudo dapat didekati dengan suatu bagan Bode seperti pada tanggapan amplitudo tapis RC. 

Gambar 1.2 Tanggapan amplitudo suatu penguat

            Tampak penguat berlaku sebagai suatu tapis lolos pita. Frekuensi  disebut frekuensi potong bawah dan  disebut frekuensi potong atas. Daerah frekuensi di sekitar  dan di bawahnya disebut daerah frekuensi rendah, sedang antara  dan  tanggapan amplitudo tak berubah dengan frekuensi. Daerah frekuensi ini disebut daerah frekuensi tengah. Daerah frekuensi sekitar dan diatas  disebut daerah frekuensi tinggi.

            Pada daerah frekuensi rendah penguat berlaku sebagai tapis lolos tinggi dengan  adalah kutub daripada fungsi alih . Di belakang akan ditunjukkan bahwa kapasitansi yang seri dengan arus isyarat (misalnya ), yaitu yang ditembus oleh seluruh arus isyarat akan berpengaruh pada frekuensi rendah. Akibatnya  akan ditentukan oleh kapasitor penggandeng  dan kapasitor pintas .

            Pada daerah frekuensi tinggi, yaitu di sekitar  dan di atasnya, penguat berlaku sebagai suatu tapis lolos rendah. Kapasitansi yang berpengaruh adalah kapasitansi yang paralel, dengan arus isyarat, misalnya  dan . (gambar 1.1).
Pada frekuensi tinggi, reaksitansi untuk kapasitansi ini mempunyai nilai yang cukup rendah sehingga harus diperhitungkan peranananya dalam mengurangi arus isyarat yang masuk ke dalam basis yang akan diperkuat menjadi arus kolektor. Pada daerah frekuensi tinggi kapasitansi seri  boleh dianggap terhubung singkat.

            Pada daerah frekuensi tengah kapasitansi seri seperti mempunyai reaktansi  cukup kecil sehingga dapat dianggap terhubung singkat sedang kapasitansi-kapasitansi parallel seperti  dan mempunyai nilai amat kecil, menghasilkan reaktansi amat tinggi sehingga dapat dianggap terbuka atau tidak terpasang. Akibatnya pada daerah frekuensi tengah tidak ada komponen reaktif, sehingga tanggapan amplitudo menjadi tidak tidak tergantung pada frekuensi (datar).
Kapasitor Decoupling

            Pada tahap awal biasanya diperlukan arus bias kecil, ini dimasukkan agar  berharga besar sekaligus diperoleh noise yang kecil. Hal ini dilakukan dengan cara memasang . Titik  harus diusahakan berada pada ground AC, yaitu dengan memasang kapasistor decoupling CD₂, kapasitor elektrolit yang berharga cukup besar. Disamping itu, kapasitor ini berfungsi untuk mencegah terjadinya osilasi pada frekuensi rendah. Sedang untuk mencegah osilasi yang terjadi pada frekuensi tinggi dipasang kapasitor keramik CD₁.

II.2 Daerah Frekuensi Rendah Untuk Penguat Satu Tahap

            Tanggapan amplitudo pada daerah frekuensi rendah dipengaruhi oleh kapasitansi yang seri dengan arus isyarat, yaitu kapasitor penggandeng dan  serta kapasitor pintas emitor . Pengaruh kapasitor penggandeng dan  berkaiatan dengan pengaruh kapasitor pintas emitor . 

Pengaruh Kapasitor Penggandeng

            Kita anggap  mempunyai nilai sangat besar, sehingga nilai reaktansi  amat kecil, atau  dapat dianggap terhubung singkat.

 
                           (a)                                                               (b)

Gambar 2.1 (a) Penguat gandengan RC. (b) Rangkaian setara parameter-h untuk penguat pada gambar a.

Marilah kita tentukan fungsi alih

Dari gambar 2.1 (b) dapat dihitung jika diketahui:

Dengan

Selanjutnya:

Untuk membahas tegangan keluaran rangkaian setara Norton dapat diubah menjadi bentuk Thevenin seperti pada gambar 2.2 (b).

 

(a)                                                               (b)

Gambar 2.2 (a) Rangkaian keluaran untuk penguat dalam bentuk rangkaian setara Norton. (b) rangkaian a dilukiskan kembali sebagai rangkaian setara Thevenin.

Dari gambar 2.2 (b) dapat dihitung:

                                                            (1)

Dengan                                                   (2)
Persamaan (1) dan (2) memberikan:

                                                     (3)
adalah penguatan pada frekuensi tengah.

Akhirnya fungsi alih   dapat diperoleh dari persamaan (3).

dengan kutub pada  dan  , dan nol orde dua pada  = 0. Bagan Bode dan tanggapan amplitudo untuk penguat dengan rangkaian setara pada gambar 2.1 (b) dilukiskan pada gambar 2.3 (dimisalkan  > ).

Gambar 2.3 Bagan Bode dan tanggapan frekuensi untuk penguat dengan rangkaian setara pada gambar 2.1 (b).

Tampak kapasitor penggandeng  dan C2 membentuk frekuensi patah  dan  .

Pengaruh Kapasitor Pintas Emitor

            Bahwa frekuensi patah oleh kutub pada fungsi alih oleh kapasitor penggandeng adalah jauh di bawah frekuensi patah oleh kapasitor pintas emitor . Untuk keadaan ini rangkaian setara penguat pada gambar 2.1 (a) dilukiskan seperti pada gambar 2.4.

Gambar 2.4 Rangkaian setara penguat pada gambar 2.1 (a)

            Jika arus yang mengalir melalui  kita abaikan terhadap arus yang mengalir melalui  dan , maka  dan  akan dialiri arus sebesar:

Sehingga:

Dari hubungan kedua persamaan tersebut, diperoleh:

II.3 Daerah Frekuensi Tinggi Untuk Penguat Satu Tahap

Kapasitansi sambungan p-n

            Pada frekuensi tinggi, reaktansi kapasitansi sambungan antara basis dan kolektor serta antara basis dan emitor mempunyai nilai yang tak terlalu tinggi, sehingga menyimpangkan arus isyarat dari basis. Ini mengakibatkan tegangan isyarat keluaran menjadi berkurang untuk frekuensi yang makin tinggi.
Kapasitansi sambungan p-n antara basis dan kolektor, yang disebut , terjadi oleh karena adanya lapisan pengosongan pada sambungan p-n itu. Oleh karena itu, sambungan p-n berada pada tegangan mundur, maka daerah pengosongannya lebar, sehingga kapasitansinya kecil.

            Adanya muatan simpanan ini berpengaruh besar pada penggunaan transistor sebagai saklar, yaitu mempengaruhi berapa cepat tegangan keluaran dapat berubah. Ini berarti adanya muatan simpangan ini juga membatasi operasi rangkaian logika yang menggunakan transistor dwikutub yaitu TTL atau transistor- transistor logic.

Rangkaian setara hibrida –π

            Untuk frekuensi tinggi rangkaian setara parameter –h tidak digunakan hal ini disebabkan dalam rangkaian parameter –h kita tidak dapat memasang kapasitansi  dan , oleh karena kapasitansi ini menghubungkan kolektor dan emitor dengan bagian tengah basis.

            Rangkaian setara T untuk transistor pada penguat basis ditanahkan adalah seperti gambar 3.1.

 
                           (a)                                                                 (b)

Gambar 3.1 Rangkaian setara untuk penguat basis ditanahkan, (a) untuk daerah frekuensi tengah; (b) untuk daerah frekuensi tinggi.

            Untuk penguat emitor ditanahkan masukan dihubungkan dengan , dan sumber arus harus dinyatakan terhadap arus masukkan yaitu , ini dilukiskan pada gambar 3.2.

 

(a)                                                               (b)

Gambar 3.2 Rangkaian setara untuk transistor dalam penguat emitor ditanahkan

Frekuensi potong –β dan

            Untuk dapat menentukan frekuensi potong atas pada tanggapan amplitudo penguat, kita perlu tahu  dan . Kapasitansi  biasanya ada disebutkan pada lembaran data transistor. Namun tidak demikian halnya dengan kapasitansi . Lembaran data transistor biasanya menyebutkan suatu frekuensi yang disebut , yaitu frekuensi untuk mana β=1. Oleh karena pengaruh  dan  penguat arus β akan berubah dengan frekuensi seperti gambar 3.3.

Gambar 3.3 Tanggapan frekuensi β

            Frekuensi patah disebut frekuensi potong β, dan  adalah nilai frekuensi dimana β = 0 dB atau β = 1;  disebut frekuensi transisi. Hubungan antara  dan  dapat diperoleh dengan pemikiran sebagai berikut.

            Untuk mendapatkan bagaimana β berubah dengan frekuensi, keluaran pada rangkaian setara hibrida –π kita hubungkan singkat. Ini ditunjukkan pada gambar 3.4.

Gambar 3.4 Keluran (a) rangkaian hibrida –π dihubungkan singkat; (b) gambar (a) dilukiskan sedikit berbeda.

Dari gambar 3.4 (b) diperoleh

 =

           

            Akan tetapi  dengan  untuk frekuensi rendah. Akibatnya dapat dirumuskan sebagai berikut :

kemudian diperoleh:

Tanggapan amplitudo keseluruhan penguat Common-Emitter

            Untuk seluruh daerah cukup kita perhatikan adanya satu frekuensi potong bawah dan satu frekuensi potong atas . Frekuensi potong bawah disebabkan oleh kapasitor pintas emitor, dan frekuensi potong atas  disebabkan oleh kapasitansi antara basis emitor  serta kapasitansi basis-kolektor . Bagan bode untuk penguatan dan fasa, beserta tanggapan amplitudonya dilukiskan pada gambar berikut.

(a)

(b)
Gambar 3.5 Tanggapan amplitudo dan fasa

II.4 Tanggapan Amplitudo Penguat JFET Satu Tahap

            Rangkaian penguat JEFT biasanya dapat digambarkan seperti gambar berikut.

Gambar 4.1 Rangkaian penguat JEFT

            Kapasitor ,  dan  terhubung seri dengan arus isyarat. Ketiga kapasitor ini berpengaruh pada daerah frekuensi rendah. Seperti halnya transistor dwikutub, pada transistor FET juga ada kapasitor yang parallel dengan isyarat , yaitu kapasitansi antara pintu dan penguras ( ) serta antara pintu dan sumber ( ). Keduanya akan berpengaruh pada daerah frekuensi tinggi.

Daerah frekuensi tengah

            Untuk daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitansi seri mempunyai nilai amat kecil dibandingkan dengan hambatan yang berhubungan dengan kapasitansi ini, sehingga dapat dianggap terhubung singkat. Sebaliknya terjadi dengan kapasitansi parallel seperti  dan . Pada frekuensi tengah, reaktansi Xc = 1/ωC masih mempunyai reaktansi terlalu besar, oleh karena  dan  mempunyai nilai dalam orde pF.

           

Daerah frekuensi rendah

            Untuk daerah frekuensi rendah ada tiga buah kapasitor yang berpengaruh, yaitu kapasitor gandengan  dan  dan kapasitor pintas sunber . Kapasitor penggandeng  berhadapan dengan yang amat tinggi ( ) dan kapasitor penggadeng  berhadapan dengan hambatan yang cukup tinggi yaitu:

            Akibat kedua kapasitor ini dapat dibuat memberikan frekuensi patah tanggapan amplitudo pada nilai frekuensi amat rendah. Seperti halnya pada penguat transistor dwikutub, kapasitor  harus mempunyai nilai besar agar frekuensi patah pada tanggapan amplitudo yang disebabkan oleh  menjadi cukup rendah.

II.5 Rangkaian Penguat Dua Tahap Dengan Gandengan Rc

            Suatu penguat transistor dwikutub dua tahap dengan gandengan RC dilukiskan pada gambar berikut.

Gambar 5.1 Penguat transistor dwikutub dua tahap

Daerah frekuensi tengah

            Pada frekuensi tengah kapasitansi yang seri dengan arus isyarat, yatu dapat dianggap terhubung singkat dan kapasitansi yang parallel dengan arus isyarat seperti misalnya kapsistansi antara basis kolektor , dan kapasitansi antara basis emitor dapat dianggap terbuka. Akibatnya, rangkaian setara daerah frekuensi tengah nampak seperti gambar dibawah ini.

Gambar 5.2 Rangkaian setara penguat transistor dua tahap gandengan RC untuk daerah frekuensi tengah

Tanggapan amplitudo penguat dua tahap gandengan RC (daerah frekuensi tinggi)

Gambar 5.3 Rangkaian penguat dua tahap gandengan RC

 BAB III

METODOLOGI PRAKTIKUM

III.1 Alat dan Bahan

III.1.1 Alat 

            Alat yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

-          Papan Rangkaian

Papan rangkaian berfungsi sebagai tempat untuk membuat rangkaian.

-          Catu Daya

Catu daya berfungsi sebagai sumber tegangan AC dan DC.

-          Osiloskop

Osiloskop berfungsi untuk mengukur dan menampilkan tegangan sinusoidal, dan berbagai bentuk gelombang yang ditemukan dalam rangkaian yang dibuat.

-          Signal Generator

Signal generator berfungsi sebagai piranti pembangkit isyarat.

-          Multimeter

Multimeter berfungsi sebagai alat ukur resistansi, kuat arus, dan tegangan.

-          Kabel Jumper

Kabel jumper berfungsi sebagai penghubung dalam suatu rangkaian.

III.1.2 Bahan

            Bahan yang digunakan dalam praktikum ini adalah sebagai berikut.

-          Transistor

Transistor adalah komponen elektronika aktif yang berfungsi sebagai penguat tegangan dan penguat arus.

-          Resistor

Resistor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menghambat aliran arus listrik.

-          Kapasitor

Kapasitor adalah komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk menyimpan muatan listrik dalam bentuk medan listrik.

III.2 Prosedur Praktikum

Adapun prosedur pada praktikum penguat gandeng RC ini yaitu:

1.      Menyiapkan seluruh peralatan dan komponen yang digunakan.

2.      Membuat rangkaian pengauat A, seperti pada gambar di bawah ini.

3.      Membuat rangkaian penguat B, seperti pada gambar berikut.

4.      Mengamati dan mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran penguat A. 

5.      Mengamati dan mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran penguat B.

6.      Menyambungkan penguat A dan penguat B menjadi penguat AB dengan menggunakan kabel jumper seperti gambar di bawah ini.

7.      Mengamati dan mengukur tegangan masukan dan tegangan keluaran penguat AB.

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

IV.1 Hasil 

IV.1.1 Tabel Pengamatan

-          Resistor

NO.	Nama Resistor	Resistansi
1.	RB11
2.	RB12
3.	RB21
4.	RB22
5.	RC1
6.	RC2
7.	RD
8.	RE11
9.	RE12
10.	RE21
11.	RE22

-          Kapasitor

No.	Nama Kapasitor	Kapasitansi
1.	C1
2.	C2
3.	C3
4.	C4
5.	CD1
6.	CD2
7.	CE1
8.	CE2

-          dan  penguat

Penguat A		Penguat B		Penguat AB

IV.1.2 Pengolahan data

Penguatan penguat (

a.       Penguat A

b.      Penguat B

c.       Penguat AB

IV.1.3 Gambar isyarat keluaran penguat

Penguat A

(gambar tidak sempat dipotret)

Penguat B

(gambar tidak sempat dipotret)

Penguat AB

IV.2 Pembahasan

            Pada praktikum “Penguat Gandengan RC” ini menggunakan dua buah transistor emitor ditanahkan yang digandengkan. Kedua transistor tersebut memiliki tipe yang sama.

            Adapun untuk resistor yang digunakan memiliki nilai resistansi yang yang berbeda-beda dari yang paling kecil, yaitu R_E11, R_E12, dan R_E21 ( , hingga yang paling besar R_E22 ( ). Perbedaan pada nilai resistansi yang dipakai pada rangkaian menyatakan bahwa resistor tersebut memiliki fungsi masing-masing dalam rangkaian yang dibuat penguat gandengan RC. 

            Komponen kapasitor yang digunakan memiliki nilai kapasitansi mulai dari
 sampai . Kapasitor decoupling C_D1 (kapasitor keramik) berfungsi untuk mencegah osilasi yang terjadi pada frekuensi tinggi, sedangkan kapasitor decoupling C_D2 (kapasitor elektrolit) berfungsi untuk mencegah osilasi yang terjadi pada frekuensi rendah . 

            Jika dilihat berdasarkan isyarat keluaran penguat, baik penguat A, penguat B, maupun penguat AB sama-sama mempunyai output yang lebih besar dari pada inputnya, yaitu masing-masing  dan  sehingga penguatan yang diperoleh cukup kecil yaitu penguat A ( , penguat B ( , dan penguat AB ( ), dimana seharusnya penguatannya lebih besar dari hasil yang diperoleh tersebut. Adanya hasil seperti ini, kemungkinan disebabkan oleh pengaruh besar kecilnya harga/nilai komponen yang digunakan. Selain itu, bisa saja disebabkan oleh pengaruh baik tidaknya peralatan yang digunakan ataupun oleh karena pengaruh rangkaian yang dibuat oleh praktikan.

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

            Setelah melakukan praktikum ini dapat disimpulkan bahwa:

-          Praktikan mampu menentukan titik-titik pengukuran pada rangkaian penguat.

-          Praktikan mampu mengukur hilangnya tegangan pada penggandengan dua penguat.

-          Praktikan mampu mengukur tanggapan amplitudo penguat.

-          Praktikan mampu memahami kegunaan kapasitor kopling, kapasitor miller, dan kapasitor pintas serta pengaruhnya terhadap lebar jalur frekuensi kerja.

V.2 Saran

V.2.1 Laboratorium Elektronika dan Instrumentasi

Kritik dan saran untuk laboratorium elektronika dan instrumentasi yaitu:

-          Alat dan bahan praktikum sudah cukup banyak, akan tetapi sebaiknya perlu ditambah lagi.

-          Alat yang tidak dapat berfungsi dengan baik sebaiknya diperbaiki atau diganti.

V.2.2. Asisten

Kritik dan saran untuk asisten yaitu :

-          Sikap asisten sudah cukup baik dalam membimbing praktikan selama praktikum berlangsung, akan tetapi perlu ditingkatkan lagi.

-          Sebaiknya untuk kelas fisika medik, asisten-asistennya lebih diperjelas lagi siapa orangnya, agar di dalam praktikum, praktikan dapat didampingi ataupun dibimbing dengan baik.

DAFTAR PUSTAKA

Hendragalus. 2011. Gandengan RC. http://hendragalus.com/gandengan-rc/. Diakses pada tanggal 25 April 2012, pukul 15.30 WITA. Makassar.

Lilikvengeance. 2009. Elektronika. http://lilikvengeance.wordpress.com/2009/07/ 19/30/elektronika. Diakses pada tanggal 25 April 2012, pukul 15.30 WITA. Makassar.

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan penerapannya. Jilid 2. Bandung: Penerbit ITB.

Wahyunggoro, Oyas. 1998. Pengukuran Besaran Listrik. Yogyakarta: Diktat bahan kuliah Jurusan Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada.

Yohannes, H.C. 1979. Dasar-dasar Elektronika. Jakarta: Ghalia Indonesia.

LAPORAN

ELEKTRONIKA FISIS DASAR 2

PRAKTIKUM PENGUAT GANDENGAN RC

NAMA                      : HARIATI

NIM                         : H211 10 255

KELOMPOK               : V (LIMA)

TGL. PRAKTIKUM        : 27 APRIL 2012

ASISTEN                  : YULIANTI

LABORATORIUM ELEKTRONIKA DAN INSTRUMENTASI

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

2012