Percobaan 8. Transistor Sebagai Saklar/Driver dan LED

PERCOBAAN 8

TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR/DRIVER DAN LED

Tujuan:

• Memahami pemilihan arus pada penyalaan LED yang benar
• Memahami penggunaan transistor saklar dan driver

____________________________________________________________________________________

8.1 Teori Dasar

8.1.1  LED ( Light Emitting Diode)

Karena tersedia dalam banyak warna, maka LED biasanya digunakan sebagai lampu indikator. LED dapat memancarkan cahaya yang sangat kuat dengan daya yang kecil. Dalam kisaran arus 20 mA dapat menghasilkan cahaya yang terang. Pada gambar 8.1 ditunjukkan foto sebuah LED dengan warna hijau, merah, dan kuning.

Gamabr 8.1 Foto Sebuah LED

LED mempunyai dua kaki (terminal) yaitu: panjang (anoda) dan pendek (katoda). Karena LED dibungkus dengan bahan transparan maka konstruksi di dalamnya dapat terlihat dengan jelas. Jika panjang dari kedua kaki telah berubah (dipotong), masih dapat ditentukan kaki-kaki anoda dan katoda dengan cara melihat bagian dalam LED. Sisi yang langsing adalah bagian anoda, dan sisi yang gendut adalah bagian katoda. Artinya, dalam aplikasi, sisi yang langsing harus mendapat tegangan lebih positif dibanding dengan sisi yang gendut. Detail uraian ini, dan simbul dari LED ditunjukkan pada gamabar 8.2.

Gambar 8.2 Detail konstruksi LED dan Simbul Listriknya

Karakteristik kelistrikan yang penting untuk diketahui adalah:

1. Arus maju (I_f): adalah besarnya arus listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Ampere (A). 
2. Tegangan maju (V_f): adalah besarnya tegangan listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Volt (V):  
3. Daya (P): adalah besarnya daya listrik yang diperlukan agar LED mengeluarkan cahaya dalam satuan Watt (W).

Jika sejumlah arus listrik diumpankan pada LED, maka akan memancarkan cahaya. LED yang redup berarti arus yang mengalir melaluinya terlalu kecil, jika warnanya berubah menuju orange artinya arus yang melaluinya terlalu besar. Jumlah arus yang tepat menghasilkan kecerahan yang baik tanpa terjadi perubahan warna. Untuk membatasi besarnya arus, biasanya dalam aplikasi dipasang sebuah resistor seri dengan nilai yang tepat, seperti ditunjukkan pada gambar 8.3.

Gambar 8.3 LED Dipasang Seri Dengan Sebuah Resistor

8.1.2. Transistor Sebagai Saklar

Transistor terdiri dari dua junction dengan susunan NPN atau PNP. Urutan junction ini digunakan sebagai identifikasi tipe, yaitu tipe NPN atau tipe PNP, selain itu P atau N adalah menunjukkan material yang digunakan. Masing-masing junction diberi nama, seperti ditunjukkan pada gambar 8.4.

Gambar 8.4. Junction Pada Transistor

Transistor merupakan perangkat terkontrol arus, artinya, jika pada terminal B (basis) diberi arus kecil akan merangsang pada kaki emitor-kolektor atau kolektor emitor untuk mengalirkan arus yang lebih besar puluhan sampai ratusan kali lipat. Sekian kali lipat ini berbeda untuk setiap transistor dan dapat dilihat pada datasheet dengan notasi hfe (atau beta).

 Perhatikan pada gambar 8.5, jika Vs diatur sedemikian rupa mengakibatkan arus mengalir menuju B sebesar 1 mA, dan jika hfe(dc) dari transistor sama dengan 100, maka arus yang mengalir menuju kaki C (kolektor) adalah 100 mA, dan yang mengalir melalui kaki E (emitor) adalah 101 mA. Dengan adanya resistor yang dipasang pada kaki kolektor menyebabkan tegangan jatuh padanya menjadi lebih besar ketika arus yang melaluinya lebih besar. Dengan demikian tegangan pada kolektor-emitor jatuh bahkan bisa mendekati 0,1 volt. Kesimpulannya, transistor tersebut dapat digunakan sebagai saklar. Dalam aplikasi sebenarnya, penggunaan transistor sebagai saklar ini dipekerjakan pada frekuensi ON-OFF yang  tinggi, sebagai gambaran bisa sampai di atas 80 kHz yang diterapkan pada rangkaian switching regulator. Tidak semua transistor dapat digunakan untuk saklar berkecepatan tinggi, jadi harus dipilih transisor yang telah dirancang sesuai kegunaannya.

Gambar 8.5 Rangkaian Pembiasan Pada Transistor

Pada gambar 8.6, transistor digunakan sebagai driver. Fungsi transistor ini adalah untuk menguakan arus dari perangkat kontrol yang terlalu lemah jika digunakan secara langsung untuk mengaktifkan sebuah relay.

Gambar 8.6 Transistor Sebagai Driveer

8.2 Alat dan Bahan

• AVO                                                                                                2 buah
• Resistor                            2,2 k,  1 k, 470, 220, dan 100 Ohm       1 masing-masing 1 buah
• LED                                 merah, kuning, hijau                              1 buah
• Dioda                               1N1002 (atau yang lainnya)                  1 buah
• Transistor                         BD 139 (atau yang lainnya)                  1 buah
• Relay                                5 volt  dan 12 volt                                 1 buah
• Protoboard                                                                                      1 buah
• Power supply (variabel)   5 volt                                                     1 buah

8.3 Langkah Percobaan

  

8.3.1 Percobaan 1

1. Rakitlah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 8.3. dengan tegangan catu 5 volt dan nilai R sebesar 3,3 kilo-Ohm. 
2. Hidupkan sumber catu tegangan, dan amati pancaran cahaya yang dihasilkan. Catat dengan memilih jawaban berikut (redup, agak cerah, cerah, cerah menuju orange).
3. Ukur tegangan pada kedua terminal LED
4. Ulangi langkah 1 s/d 3 untuk beberapa nilai resisansi berikut ini: 2,2 k,  1 k, 470, 220, dan 100 Ohm. Hasilnya: catat dalam sebuah tabel.api menggunakan LED dengan warna yang berbeda.
5. Ulangi percobaan 1 s/d 4 tet
6. Analisis dan beri kesimpulan dari hasil percobaan anda.

8.3.2 Percobaan 2

1. Rakitlah rangkaian seperti pada gambar 8.5. Tegangan Vcc = 12 volt, dan Vb = 0 volt.
2. Pasang volt meter pada resistor Rc ( 100 Ohm) dan Ampmeeter pada Rb ( 1 kilo-Ohm)
3. Naikkan Vb dari 0 sampai 5 volt dalam 6 step (naik 1 volt per step) dan catat arus Ib dan tegangan Vc pada masing-masing step.
4. Analisis dan beri kesimpulan dari hasil percobaan anda.
5. Ulangi percobaan dari poin 1 - 4, tapi dengan terlebih dahulu menambahkan sebuah LED secara seri dengan Rc.

8.3.2 Percobaan3

Ulangi point 1 - 4 pada percobaan 2, tapi terlebih dahulu menggantikan LED dan RC dengan sebuah relay 12 volt. Hasil pengukuran anda beri catatan nilai arus ketika relay mulai beerubah kondisi dari ON menjadi OF (ditandai dengan terdengarnya suara spesifik).

8.4 Tugas

1. Berapa arus LED ketika memancarkan cahaya yang sempurna
2. Berapa nilai hfe(dc)  transistor BD 139 berdasarkan datasheet 
3. Hitung secara teoritis nilai arus yang melalui Rb (1 k-Ohm) dan Rc (100 Ohm) ketika Vb = 3 volt

Percobaan 7. Karakteristik Dioda Zener

PERCOBAAN 7

KARAKTERISTIK DIODA ZENER

Tujuan:

• Memahami karakteristik diode zaner
• Menentukan tegangan lutut dioda zener
• Merakit rangkaian aplikasi menggunakan diode zener sebagai penstabil tegangan

________________________________________________________

7.1 Teori dasar

     

      Dioda zener adalah diode semikonduktor yang berkerja pada daerah dadal (break down). Dioda zener yang tersedia terseddia di pasaran mempunyai tegangan dadal mulai dari 2 V hingga puluhan volt. Kemampuan daya terdisipasi juga bermacam-macam, ada yang berkisar 100 mW, 200 mW, 400 mW, dan lebih besar lagi. Pada gambar 7.1 ditunjukkan gambar, simbul dioda zener, dan karakteristik dioda zener.

 

(a)  Simbul Dioda Zener

(b) Foto Dioda Zener

(c) Karakteristik Dioda Zener

Gambar 7.2 Simbul dan Foto Dioda Zener

Diode zener banyak digunakan sebagai sumber tegangan referensi dalam menghasilkan tegangan yang konstan. Caranya: sebuah dioda zener dengan tegangan dadal tertentu diberi tegangan dari sumber lain melalui sebuah resistor, maka t biasanya bdi pakai untuk manghasilkan tegangan yang konstan dari suatu sumber teerjadi tegangan yang konstan pada kedua terminal dioda zener tersebut. Arus yang diijinkan mengalir melalui dioda zener sangat tergantung dari besarnya daya  terdisipasi yang diijinkan padanya. Untuk merancang besarnya daya terdisipasi yang terjadi dapat dihitung nilai resistansi yang dipasang secara seri terhadap dioda tersebut seeperti ditunjukkan pada gambar 7.2..

 Gambar 7.2. Pemasangan Resistor Seri untuk Membatasi Daya Terdisipasi

Suatu cara sederhana untuk menstabilkan tegangan DC adalah dengan menggunakan diode zener, karena tegangan antara kedua terminal dioda zener yang terbias balik akan mempunyai tegangan yang konstan.

7.2 .      Peralatan dan bahan 

1. 1 buah sumber tegangan DC
2. 1 buah oscilloscope
3. 2 buah multimeter
4. 1 buah papan percobaan elektronika
5. 1 buah resistor 220 ohm
6. 1 buah zener 

7.3.   Langkah Percobaan

7.3.1. Percobaan 1

1. Rangkailah dioda zener seperti pada gambar 7.3 dengan Dioda Zener 7.5 V
2. Pastikan posisi range alat ukur sudah benar sesuai dengan fungsinya dan catu daya
3.  Pada kondisi minimum
4.  Hidupkan Catu daya pada posisi nol volt.
5. Naikkan tegangannya perlahan lahan, sehingga amperemeter menunjukkan 0.06 mA, ukur tegangan dioda zener dan catat pada tabel 1

 Gambar 7.3. Rangkaian Percobaan 1

 

     Tabel.7.1 Diod zener bias balik

If [mA]	0.1	0.6	1	3	5	10	15	20
Vf [V]

 7.3.2. Percobaan 2

1. Ulangi langkah percobaan 1 tapi terlebih dahulu dengan membalik dioda zener, untuk besaran arus seperti pada tabel 7.2.
2. Catat tegangan pada dioda untuk setiap langkah penunjukkan arus (If)
3.  Kembalikan pengatur tegangan pada posisi minimum
4.  Naikkan tegangan catu daya, sehingga amperemeter menunjukkan 0.06 mA, ukur tegangan dioda zener dan catat pada tabel 7.2.

           Tabel.7.2 Diod zener bias maju

If [mA]	0.06	0.6	3	6	20	30	40	60
Vf [V]

  
  7.3.3. Percobaan 3.

 Rakit sebuah rangkaian seperti ditunjukkan pada gambar 7.4.
Amati bentuk gelombang tegangan keluaran dengan menggunakan dioda zener
Gambar bentuk gelombang tegangan masukan dan keluaran yang terjadi dengan skala yang benar.

 Gambar 7.4 Rangkaian Percobaan 3

7.4.  Tugas dan pertanyaan

1.  Gambarkan karakteristik diode zener  pada kertas grafik
2.  Tentukan berapa tegangan breakdown diode zener pada percobaan 7.1
3. Berikan analisis hasil percobaan saudara dari percobaan 1 sampai percobaan 3

Percobaan 6. Regulator Tegangan Ganda

PERCOBAAN 6

REGULATOR TEGANGAN GANDA

Tujuan:

• Dapat merakit rangkaian regulator tegangan ganda menggunakan IC regulator 78**/79**
• Dapat melakukan pengujian rangkaian hasil rakitannya
• Mengetahui bentuk gelombang tegangan input dan output
• Memahami karakterist pembebanan raangkaian regulator

______________________________________________

6.1 Teori Dasar

Banyak perangkat yang memerlukan tegangan ganda ( positif- ground- negatif), baik aplikasi adalah  pada rangkaian analog maupun digital. Banyak rangkaian amplifier, op-amp, driver dan ADC/DAC yang memerlukan umber catu tegangan ganda. Untuk keperluan ini perlu dibuat rangkaian regulator tegangan ganda dengan meminimalisir ripple yang terjadi.

Sebuah regulator terdiri dari rangkaian: 1) penurun teggangan, 2) penyearah, 3) filter untuk membuang ripple, 4) filter untuk membuang noise, 6) regulator pemangkas ripple, dan 7) kapasitor antisipasi beban kejut.

Sebuah rangkaian penyearah mempunyai tegangan output searah (dc). Tegangan dc ini memiliki ripple yang besar. Jika digunakan sebagai sumber catu daya dc, maka tegangan ripple tidak disukai karena dapat menimbulkan noise. Untuk mengurangi atau memperkecil ripple pada umumnya ditambahkan kapasitor sebagai filter. Kapasitor ini mempunyai prinsip kerja memberikan daya pada beban ketika terjadi penurunan tegangan pada beban. Secara teori agar tidak terjadi ripple pada kondisi berbeban maka diperlukan kapasitor dengan kapasitas tak berhingga. Kondisi ini tidak memungkinkan. Untuk antisipasi terjadinya ripple digunakan IC regulator sehingga rangkaiannya seperti ditunjukkan pada gambar 6.1.

Gambar 6.1 Rangkaian Regulator Tegangan Ganda

Pada gambar 6.2 ditunjukkan fungsinal dari IC regulator 7812 dan 7912. Perrhatikan bahwa masing-masing fungsional kaki tidak sama. Hati-hati dalam merealisasi rangkaian.

Gambar 6.2. Fungsional IC Regulator 7812 dan 7912

6.2  Langkah Percobaan

Karena percobaan ini cukup banyak maka gunakan waktu sebaik-baiknya dan jangan terlalu banyak bergurau yang dapat mengganggu jalannya percobaan. Durasi percobaan hanya 4 x 45 menit termasuk mengerjakan tugas pada sub-bab 6.3. Jika tidak dikumpulkan hari ini maka dianggap tidak melakukan percobaan.

 

 Gambar 6.3. Rangkaian Percobaan

1. Sebelum melakukan percobaan, terlebih dahulu baca tugas pada subbab 6.3.
2. Rakit rangkaian seperti pada gambar 3 di bawah ini
3. Ukur menggunakan oscilloscope secara serentak (gunakan dual trace), tegangan output pada titik AG dan BG. Gambar hasilnya pada skala yang benar.
4. Ukur menggunakan oscilloscope secara serentak (gunakan dual trace), tegangan output pada titik AG dan CG. Gambar hasilnya pada skala yang benar Oscilloscope di set pada saklar pilih dc/searah).
5. Ukur menggunakan oscilloscope secara serentak (gunakan dual trace), tegangan output pada titik BG dan DG. Gambar hasilnya pada skala yang benar.
6. Pasang beban berupa lampu 12 vol pada output rangkaian ( titik AG) dan kemudian ukur menggunakan oscilloscope secara serentak (gunakan dual trace), tegangan output pada titik AG dan CG. Gambar hasilnya pada skala yang benar.
7. 
   
8. Pasang beban berupa lampu 12 vol pada output rangkaian ( titik BG) dan kemudian ukur menggunakan oscilloscope secara serentak (gunakan dual trace), tegangan output pada titik BG dan DG. Gambar hasilnya pada skala yang benar.
9. Lakukan pengukuran ripple yang terjadi pada kondisi berbeban. Caranya: ukur output rangkaian menggunakan oscilloscop (atur pada posisi ac/bolak=balik) kemudian kecilkan time/div sampai bentuk ripple dapat diamati

6.3 Analisis dan Tugas

1. Sebutkan fungsi masing-masing komponen pada rangkaian gambar 3
2. Berapa tegangan output tanpa beban
3. Apakah terjadi ripple pada kondisi berbeban, mengapa?
4. Jelaskan secara singkat, mengapa terjadi ripple !
5. Sebutkan contoh fungsi rangkaian regulator tegangan ganda!

Percobaan 5. Voltage Multiplier

D-IV Elektronika, Polinema (Yulianto)

PERCOBAAN 5

VOLTAGE MULTIDPLIER

Tujuan:

• Dapat menjelaskan prinsip kerja rangkaian voltage multiplier menggunakan dioda
• Dapat merancang dan merakit rangkaian voltage multiplier
• Dapat melakukan pengujian dan trouble shooting rangkaian voltege multiplier
  

 ________________________________________________________________________

5.1 Teori Dasar

Sesuai dengan namanya, rangkaian voltage multiplier digunakan untuk menaikkan tegangan beberapa kali lipat. Pada gambar 1, ditunjukkan contoh rangkaian yang berfungsi untuk melipat gandakan tegangan puncak dari sumber tegangan ac.
Prinsip kerjanya adalah, pada setengah siklus negatif kapasitor C1 terisi penuh dari sumber melalui D1 sampai mencapai VP. Pada setengah siklus positif, tegangan sumber tersusun seri dengan tegangan pada kapasitor C1 sehingga tegangan maksimum yang melalui dioda D2 sebesar 2VP. Tegangan ini digunakan untuk mengisi kapasitor C2 sampai terisi maksimum sebesar 2 VP. Karena tegangan keluaran sebesar 2 kali tegangan puncak dari sumber maka rangkaian ini dinamakan voltage doubler.

Gambar 1. Voltage Doubler

Pada gambar 2 ditunjukkan rangkaian voltage doubler dengan konfigurasi yang lain. Pada rangkaian ini, penyusunan dioda dan kapasitor sedikit berbeda posisi tapi memiliki bentuk gelombang tegangan output keadaan mantap yang sama, Bentuk gelombang tegangan keluarannya ditunjukkan pada gambar 3. Tampak pada setengah siklus positif pertama, tegangan output sama dengan tegangan input, dan pada setengah siklus berikutnya nilai mutlak tegangan masukan langsung dijumlahkan dengan puncak dari setengah siklus pertama yang telah disimpan pada kapasitor C2. Garis beerwarna kuning menunjukkan bentuk gelombang tegangan output secara keseluruhan.

 

Gambar 2. Voltage Doubler

Gambar 3. Bentuk Gelombang Tegangan Output Rangkaian Voltage Doubler

  

 

 Gambar 4. Rangkaian Percobaan

5.2. Langkah-langkah Percobaan

1. Sebelum melakukan peercobaan, bacalah terlebih dahulu tugas pada sub-bab 5.3
2. Semua rangkaian jangan dihubungkan dengan power.
3. Rakitlah rangkaian sepertri pada gambar 4. Gunakan sebuah transformator penurun
4.  tegangan 220/6 volt sebagai sumber teggangan.
5. Tunjukkan kepada instruktur jika telah selesai dirakit, instruktur akan kmenanyakan masing=masing spesifikasi komponen elektronik dan mengamati rangkaian hasil rakitan.
6. Sambungkan oscilloscope dual trace untuk mengamati tegangan input dan output
7. Jika instruktur telah mengijinkan, hidupkan power untuk memberikan daya pada rangkaian.
8. Gambarkan bentuk tegangan input dan output pada skala yang benar.  
9. Lepas dioda D1, dan amati bentuk gelombang input dan output.Gambarkan bentuk tegangan input dan output pada skala yang benar.

 5.3 Tugas

Kerjakan tugas-tugas berikut ini dan kumpulkan hari ini:

1. Gambarkan bentuk tegangan input dan output pada skala yang benar. Jelaskan tentang hasil pembacaan tegangan input dan output
2. Hitung VP pada input secara teori dan hitung VOUT pada output secara teori
3. Bandingkan hasil pengukuran dan hasil perhitungan secara teori. Beri komentar dari jawaban anda.
4. Dari langkah percobaan 9 berilah alasan mengapa terjadi bentuk gelombang demikian
5. Buat kesimpulan dari percobaan yang telah anda lakukan

Percobaan 4. Rangkaian Clipper Terbias

Percobaan 4. Rangkaian Clipper Terbias
D-IV Elektronika Polinema  (Yulianto)



Tujuan Praktikum:

• Dapat menjelaskan prinsip kerja clipper
• Dapat merakit dan melakukan pengujian rangkaian clipper
• Dapat menjelaskan aplikasi rangkaian clipper

4.1 Dasar Teori

Arti istilah clipper adalah menggunting atau alat pemotong. Dalam elektronik arti clipper adalah membatasi tegangan pada suatu nilai tertentu. Sebagai contoh aplikasi yaitu jika sebuah rangkaian pengkondisi sinyal yang diharuskan mempunyai penguatan sangat besar dan digunakan untuk mengkondisikan sinyal dari sebuah sensor dengan kisaran keluaran yang sanggat besar, maka bagian puncak yang tidak diperlukan dapat dibuang atau dibatasi menggunakan rangkaian clipper terbias. Berikut ini dilakukan dua praktikum meliputi: 1) clipper positif paralel dan 2) clipper dua dioda.

Pada gambar 1 ditunjukkan rangkaian clipper terbias. Nama ini sesuai dengan pemberian tegangan bias yang dipasang seri dengan dioda. Tegangan bias digunakan untuk menentukan titik terjadinya pemotongan. Nilai pemotongan tegangan keluaran tergantung dari besar tegangan bias yang diberikan.

 Gambar 1. Clipper Positif Paralel

Pada gambar 2 ditunjukkan rangkaian yang dapat digunakan untuk membatasi kedua puncak siklus negatif dan posistif. 

 

 Gambar 2. Clipper Dua Dioda

  4.2 Rangkaian Percobaan

 Percobaan 1

1. Matikan semua power.
2. Rakit rangkaian seperti pada gambar 3 dengan nilai komponen R1= 560 Ohm, R2=1 kOhm dan R3 (tahan bias) = 680 Ohm, Vz = 5 volt (sekitar)
3. Sambungkan rangkaian anda ke terminal 9 volt yang diperoleh dari sebuah transformator penurun tegangan.
4. Laporkan kepada instruktur untuk di cek kebenarannya, dan hidupkan sumber daya dari  tansformator.
5. Amati bentuk gelombang input dan output menggunakan oscilloscope pada skala yang benar. Salin gambar tersebut.
6. Analisis rangkaian terersebut secara singkat dan benar

 

Gambar 3 Rangkaian Percobaan 1

Percobaan 2.

1. Rakit rangkaian seperti pada gambar 3. Lakukan langkah-langkah seperti pada percobaan 1.
2. Kumpulkan hari ini laporan yang telah anda buat termasuk jawaban pada sub-bab 4.3 Tugas.

Gambar 4 Rangkaian Percobaan 2

  4.3 Tugas

1. Jelaskan prinsip kerja rangkaian pada gambar 1 dan 2
2. Hitung semua nilai resistansi pada rangkaian gambar 1 dan 2.
3. Beri contoh ide kreatif manfaat atau aplikasi rangkaian 
4. Sebutkan kesimpulan dari hasil percobaan  
5. Kumpulkan semua jawaban pada hari ini