ELEKTRONIKA DASAR 2

Elektronika Dasar 2

Modul 1 4.1 Kegiatan Belajar 1 PENGUAT JFET 4.1.1 Uraian dan Contoh 1

ELEKTRONIKA DASAR 2

4.1.1.1 Pengantar Semua transistor yang telah kita bahas di sini adalah dari jenis transistor bipolar. Penguat dengan transistor bipolar pada umumnya mempunyai hambatan masukan yang kecil oleh karena kerja transistor bipolar berdasar pada masukan transistor yaitu basis-emitor yang berperilaku sebagai diode dengan panjar maju. Pada kegiatan belajar ini kita akan membahas penguat yang menggunakan transistor efek medan atau FET (Field Effect Transistor). Di dalam transistor FET arus isyarat di dalam transistor menembus satu jenis bahan semi konduktor saja. Transistor FET mempunyai hambatan masukan amat besar, sehingga dapat digunakan untuk mengolah isyarat dari sumber dengan hambatan masukan yang amat besar, seperti foto, rangkaian RLC paralel pada radio, dan sebagainya. Transistor FET kini juga digunakan di dalam elektronika digital dalam bentuk rangkaian terpadu (IC). Selain itu kini telah dibuat FET untuk daya tinggi. Dalam hal ini sifat FET di mana arus isyarat keluaran dikendalikan oleh tegangan tanpa perlu arus isyarat yang besar, membuat FET amat populer. 4.1.1.2 Transistor JFET Selain transistor bipolar ada lagi satu jenis transistor yang banyak digunakan yaitu yang dikenal sebagai transistor efek medan. Ada dua macam transistor efek medan yaitu JFET (Junction Field Effect Transistor) dan MOSFET (Metal Oxyde Semiconductor Field Effect Transistor).

Secara diagram susunan JFET adalah seperti pada gambar 22

2

ELEKTRONIKA DASAR 2

D

RD

D G

DP N N S P

G RG

P

N N

P

G S

S VGG VDD

(a) 1. 2. 3. Susunan JFET Lambang JFET

(b)

(c)

Daerah pengosongan di dalam JFET oleh adanya tegangan panjar.

Pembawa muatan bebas dikeluarkan oleh sumber dan diteruskan oleh penguras (drain) D. saluran dikendalikan dari pintu (gate) G. pengendalian hambatan saluran dilakukan dengan mengatur besar tegangan mundur antara pintu (G) dan sumber (S). Adanya tegangan mundur antara pintu dan sumber serta penguras pada tegangan lebih positif dari sumber akan terjadi daerah pengosongan seperti pada gambar. Walhasil transistor JFET memiliki ciri keluaran seperti pada gambar 23.

ID IDss

VGS = 0 VGS = - 0,5 V VGS = - 0,1 V VGS = - 1,5 V VGS = - 2,0 V VGS = - 2,5 V VP

Gambar 23. Ciri keluaran transistor JFET Pada gambar Vp disebut tegangan penjepitan. Pada keadaan ini saluran tertutup rapat sehingga tak dapat mengalirkan arus penguras, arus ID = 0. Pada VGS = 0 nilai arus dimana VDS = Vp disebut IDSS yaitu arus dari penguras D ke sumber S dengan kaki ketiga yaitu pintu G terhubung singkat dengan sumber. Kedua besaran ini merupakan ciri JFET.

3

ELEKTRONIKA DASAR 2

Perhatikan bahwa arus penguras ID dikendalikan oleh tegangan antara pintu (G) dan sumber (S). pada transistor dikendalikan oleh arus basis IB. Adanya tegangan mundur antara pintu dan sumber membentuk dioda bertegangan mundur pada masukan sehingga JFET mempunyai hambatan masukan yang tinggi. Transistor efek Medan jenis MOSFET menggunakan lapisan isolator berupa oksida silikon pada pintu transistor, yaitu seperti pada gambar 24.Lapisan oksida silikon

bipolar arus kolektor, yaitu IC

S G

DS

N

P

N

G D(a)Gambar 24a. Susunan MOSFET pertambahan 24b. Lambang MOSFET pertambahan Dengan adanya oksida pada pintu maka hambatan masukan MOSFET amatlah besar. Orang menggunakan transistor JFET dan MOSFET terutama kalau

(b)

menginginkan hambatan masukan yang amat besar. Panjar tegangan pada MOSFET boleh maju (pada MOSFET pertambahan) atau mundur (pada MOSFET perkurangan). Pada hakekatnya MOSFET perkurangan adalah seperti JFET, hanya

mempunyai impedansi masukan yang lebih besar, dan dapat digunakan dengan panjar maju maupun mundur. JFET tidak boleh diberi panjar maju, sebab akan memiliki impedansi masukan yang amat rendah.

4

ELEKTRONIKA DASAR 2

Rangkaian suatu penguat JFET ditunjukkan pada gambar 25

VDD

RD C2

DC1

GID IG

Vi RG

SC3 RS

Vo

Gambar 25. Rangkaian penguat JFET Adanya arus ID yang melalui RS membuat sumber S ada pada tegangan AC sebesar VS = ID RS. Sedangkan IG adalah arus mundur untuk sambungan antara pintu dan sumber. Arus IG ini mempunyai nilai amat kecil. Nilai R G dipilih agar tegangan pada pintu G, yaitu IGRG amat kecil, sehingga pintu boleh dikata ada pada tegangan tanah (GV). Dengan demikian maka sumber berada pada tegangan dc lebih tinggi dari pintu, yaitu berada pada tegangan mundur. Penguatan :

Dengan gm adalah transkonduktansi, yang secara kasar dapat ditentukan dari hubungan

Hambatan masukan penguat JFET adalah Ri = RG dan hambatan keluarannya

5

ELEKTRONIKA DASAR 2

Contoh Perhatikan rangkaian penguat JFET pada gambar 26

VDD = 10 V RD C2 C1

Diketahui: IDSS = 10 mA, Vp = -4V

GID 1M Vo C3 RSGambar 26

VGS (kerja) = -2V Hambatan keluaran transistor = 1M

Vi RG

1. 2. 3. 4. 5.

Tentukan arus yang melalui RD Tentukan RS Tentukan Ri Tentukan Ro Penguatan. Penyelesaian

1.

Arus drain

1.

VG = 0 maka VS = RS =

VGS = 2V

2. 3. 4.

Ri = RG = 1 m RO = RD = 2 k Penguatan

Dengan

6

ELEKTRONIKA DASAR 2

( Penguatan = 5 4.1.2 Latihan 1 1.

)

Pernyataan mana yang benar 1. Arus drain pada FET dikendalikan arus pada gate. 2. FET menggunakan semikonduktor jenis n dan jenis p. 3. FET mempunyai hambatan masukan yang kecil. 4. FET mempunyai hambatan keluaran kecil. Untuk soal nomor 2 : berilah tanda silang pada huruf 1. Jika pernyataan benar, alasan benar, dan berhubungan. 2. Jika pernyataan benar, alasan benar, tetapi tidak berhubungan. 3. Jika pernyataan benar /salah, alasan salah/benar. 4. Jika pernyataan salah, alasan salah.

5.

Di dalam suatu penguat, FET mempunyai hambatan masukan kecil Sebab Panjar pada FET memberikan tegangan maju antara gate dan source.

6.

Pada gambar 25 1. Resistor RS digunakan agar titik kerja penguat stabil terhadap perubahan suhu. 2. Kalau CS dilepas maka penguatan akan turun. 3. Resistor RG adalah untuk memberi tegangan panjar pada gate. 4. Resistor RG berpengaruh pada penguatan.

5.

Untuk rangakaian pada gambar 25 andaikan RD = 4 k , VGS (q) = V. VP = adalah 1. 32 kali 2. 16 kali 3. 4. 8 kali 4 kali

1,5

3 V dan IDSS = 6 mA , RS = 1 k , RG = 1 M Penguatan

7

ELEKTRONIKA DASAR 2

5.

Hambatan keluaran adalah 1. 1 k 2. 5 k 3. 4 k 4. 3 k

5.

Kalau penguat dihubungkandengan sumber yang mempunyai hambatan keluaram 1 M maka tegangan keluaran sumber akan turun sebesar 1. 10 % 2. 20 % 3. 30 % 4. 50 %

Kunci Jawaban Latihan 3 1. 2. 3. 4. b d b c keterangan

( = 5. 6. c d 4.1.3 Rangkuman . =(2

) 10-3 ) ( 4 k ) = 8

Pada bagian ini anda telah belajar tentang dasar kerja transistor FET. Susunan didalam transistor JEEFT berbeda dengan susunan transistor bipolar. Pada transisitor JEEFT pembawa muatan bergerak melalui yang disebut saluran terdiri dari satu jenis bahan semikonduktor, yaitu jenis n atau jenis p saja. Arus dikendalikan oleh tegangan pada gate yang berada pada tegangan

8

VP

ELEKTRONIKA DASAR 2

mundur terhadap saluran. Tegangan mundur ini mengatur arus yang mengalir melalui saluran. Karena gate ada pada tegangan mundur maka transistor JEEFT mempunyai hambatan masukan yang amat besar. Selain itu transistor JEEFT amat baik digunakan untuk frekuensi radio. Hal yang perlu difahami sehubungan dengan penguat JEEFT adalah tegangan panjar, penguatan, hambatan masukan dan hambatan keluaran. 4.1.4 Tes Formatif 1 1. 1. 2. 3. 4. 1. 1. 2. 3. 4. 3) Pada transistor JEEFT saluran n maka Arah arus listrik mengalir adalah dari drain ke sorce. Tegangan dc gate harus lebih positif dari tegangan source. Tegangan dc pada gate harus lebih negatif dari tegangan source. Pembawa muatan adalah lubang. Ciri transistor JEEFT ditentukan oleh IDSS , yaitu Arus dari gate ke source Arus drain bila gate terbuka Arus drain apabila gate terhubung singkat dengan source Arus drain apabila gate dihubungkan singkat dengan source Pada gambar diibawah VP adalah tegangan penyempitanID (mA) 4 3 2 1 VGS=0 V VGS= -0,2 V VGS= -0,4 V VGS= -0,6 V

1

2

3

4

5

VDS

Gambar 27 1. 2. 3. 4. =1 =2 =3 =4 , , , , =4V =3V =2V =1V 9

ELEKTRONIKA DASAR 2

4)

Pada gambar soal nomor 3 untuk

Vb > 0 0 apabila >0

Atau Atau

maks >maks = -5 V

3.

min = -5 V apabila

atau Va < a

Dalam hal ini

Atau

4.

Gamabar 9

69

ELEKTRONIKA DASAR 2

Vi+5V

0-5V

t

Vo+5V

0-5V

t

4.3.2 Latihan 3 Untuk soal-soal nomor 1 hingga nomor 3 gunakan gambar 10 Gambar 10

1. 2. 1. 2. 3. 4.

Rangakain di atas adalah Mempunyai dua ambang V1 dan V2

70

ELEKTRONIKA DASAR 2

5.

Kalau diinginkan agar terjadi hysteresis seperti pada Gb. 11, maka A harus dilepas dari tanah dan diberi tegangan sebesar Gambar 11

1. 2. 5.

10 V 9V adalah

3. 4.

6V 5V

Pada rangkaian berikut lebar hysteresis V dan tegangan ambang V a Gambar 12

6.

Pada rangkaian berikut Gambar 13

71

ELEKTRONIKA DASAR 2

V0 1. 2. 3. 4.

mempunyai bentuk dan nilai tegangan puncak ke puncak sebagai Sinusoida Vpp = 24 V Persegi Vpp = 24 v Sinusoida Vpp = 16 V Persegi Vpp = 16 V

berikut :

5. Referensi Alley, Charles L & Atwood, K.W, Electronic Engineering, John Wiley, 1973. Sutrisno, Elektronika, Teori Dasar dan Penerapannya. Penerbit ITB, 1986. (akan terbit). Schilling & Belove, Electronic Circuits, Discrete and Integrated, Mc GrawHill, 1981.

72