Percobaan FET

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

PERCOBAAN 4 KARAKTERISTIK DAN PENGUAT FET TUJUAN •

Mengetahui dan mempelajari karakteristik transistor FET

•

Memahami penggunaan FET sebagai penguat untuk konfigurasi Common Source, Common Gate, dan Common Drain

•

Memahami resistansi input dan output untuk ketiga konfigurasi tersebut

PERSIAPAN Pelajari keseluruhan petunjuk praktikum untuk modul ini.

TRANSISTOR FET Transistor FET adalah transistor yang bekerja berdasarkan efek medan elektrik yang dihasilkan oleh tegangan yang diberikan pada kedua ujung terminalnya. Mekanisme kerja transistor ini berbeda dengan transistor BJT. Pada transistor ini, arus yang dihasilkan/dikontrol dari Drain (analogi dengan kolektor pada BJT), dilakukan oleh tegangan antara Gate dan Source (analogi dengan Base dan Emiter pada BJT). Bandingkan dengan arus pada Base yang digunkan untuk menghasilkan arus kolektor pada transistor BJT. Jadi, dapat dikatakan bahwa FET adalah transistor yang berfungsi sebagai “konverter” tegangan ke arus. Transistor FET memiliki beberapa keluarga, yaitu JFET dan MOSFET. Pada praktikum ini akan digunakan transistor MOSFET walaupun sebenarnya karakteristik umum dari JFET dan MOSFET adalah serupa. Karakteristik umum dari transistor MOSFET dapat digambarkan pada kurva yang dibagi menjadi dua, yaitu kurva karakteristik ID vs VGS dan kurva karakteristik ID vs VDS. Kurva karakteristik ID vs VGS diperlihatkan pada gambar di bawah ini. Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

1

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

Pada gambar tersebut terlihat bahwa terdapat VGS minimum yang menyebabkan arus mulai mengalir. Tegangan tersebut dinamakan tegangan threshold, Vt. Pada MOSFET tipe depletion, Vt adalah negative, sedangkan pada tipe enhancement, Vt adalah positif. Kurva karakteristik ID vs. VDS ditunjukkan oleh gambar di bawah ini. Pada gambar tersebut terdapat beberapa kurva untuk setiap VGS yang berbedabeda. Gambar ini digunakan untuk melakukan desain peletakan titik operasi/titik kerja transistor. Pada gambar ini juga ditunjukkan daerah saturasi dan Trioda.

PENGUAT FET Untuk menggunakan transistor MOSFET sebagai penguat, maka transistor harus berada dalam daerah saturasinya. Hal ini dapat dicapai dengan memberikan arus ID dan tegangan VDS tertentu. Cara yang biasa digunakan dalam mendesain penguat adalah dengan menggambarkan garis beban pada kurva ID vs VDS. Setelah itu ditentukan Q point-nya yang akan menentukan ID dan VGS yang harus dihasilkan pada rangkaian. Setelah Q point dicapai, maka transistor telah dapat digunakan sebagai penguat, dalam hal ini, sinyal yang diperkuat adalah sinyal kecil (sekitar 40-50 mVp-p dengan frekuensi 1-10 kHz). Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

2

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

Terdapat 3 konfigurasi penguat pada transistor MOSFET, yaitu 1. Common Source 2. Common Gate 3. Common Drain Ketiganya memiliki karakteristik yang berbeda-beda dari faktor penguatan, resistansi input, dan resistansi output. Tabel berikut ini merangkum karakteristik dari ketiga konfigurasi tersebut.

ALAT DAN KOMPONEN YANG DIGUNAKAN •

Sumber tegangan DC

(1 buah)

•

Generator Sinyal

(1 buah)

•

Osiloskop

(1 buah)

•

Multimeter

(2 buah)

•

Kit Transistor sebagai switch

•

Breadbord

(1 buah)

•

Potensiometer 2 MΩ

(1 buah)

•

Potensiometer 10 kΩ

(1 buah)

•

Potensiometer 1 kΩ

(2 buah)

•

Kapasitor 100 uF

(3 buah)

•

Kabel-kabel

PERCOBAAN MEMULAI PERCOBAAN 1. Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

3

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

KURVA KARAKTERISTIK TRANSISTOR MOSFET KURVA ID VS. VGS 2. Buatlah rangkaian seperti gambar di bawah ini.

3. Aturlah tegangan VGS dengan cara memutar potensiometer R, lalu catat ID yang dihasilkan sesuai dengan tabel berikut ini. VGS (V)

ID (A)

0 1 2 3 4 5 7.5 10

4. Buatlah plot kurva karakteristik ID vs. VGS dalam buku catatan laboratorium anda. 5. Tentukan tegangan threshold, Vt.

KURVA ID VS. VDS 6. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini. Gunakan dua sumber tegangan DC.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

4

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

7. Aturlah tegangan VDS lalu catat ID yang dihasilkan untuk setiap VGS sesuai dengan tabel berikut ini. ID(A) VDS

VGS = 2

VGS 3

=

VGS= 4

VGS= 5

VGS= 7.5

VGS= 10

VGS= 15

0 0.5 1 1.5 2 3 4 5 6 8 10 12

8. Buatlah plot kurva karakteristik ID vs. VDS untuk setiap VGS dalam satu gambar di buku catatan laboratorium anda. 9. Tentukanlah daerah saturasi, dan daerah triode.

DESAIN Q-POINT 10. Pada kurva karakteristik ID vs. VDS, rancanglah Load line (garis beban) dengan menentukan VDD terlebih dahulu dan menentukan RD. Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

5

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

Tempatkanlah titik Q point pada garis beban tersebut. Berikut ini adalah contoh gambar penempatan Q point pada kurva karakteristik ID vs VDS.

11. Hitunglah gm dengan terlebih dahulu mencari nilai K berdasarkan formula

i D = K (vGS − Vt ) 2 dan g m = 2 K (vGS − Vt ) . 12. Tentukan nilai gm dengan melihat kemiringan kurva titik Q point pada kurva karakteristik ID vs VGS. Bandingkanlah kedua nilai gm yang anda peroleh.

PENGUAT COMMON SOURCE FAKTOR PENGUATAN 13. Buatlah rangkaian seperti pada gambar di bawah ini.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

6

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

14. Aturlah VDD, RG, RD, dan RS agar transistor berada pada ID = 10 mA atau mendekati 10 mA. 15. Buatlah sinyal input sinusoidal sebesar 50mVp-p dengan frekuensi 10 kHz. 16. Hubungkan sinyal input tersebut ke rangkaian dengan memberikan kapasitor kopling seperti yang ditunjukkan oleh gambar di bawah ini.

17. Gunakan osiloskop untuk melihat sinyal pada Gate dan Drain transistor. 18. Tentukan penguatannya (Av = Vo/Vi). 19. Naikkan amplitudo generator sinyal dan perhatikan sinyal output ketika sinyal mulai terdistorsi. Catatlah tegangan input ini. 20. Bandingkan nilai penguatan yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET. Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

7

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

RESISTANSI INPUT 21. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada inputnya seperti pada gambar di bawah ini.

22. Hubungkan osiloskop pada Gate transistor. 23. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal input menjadi ½ dari sinyal input tanpa resistor variable. 24. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rin = Rvar. 25. Bandingkan nilai resistansi input yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

RESISTANSI OUTPUT 26. Hubungkan rangkaian di atas dengan sebuah resistor variable pada outputnya seperti pada gambar di bawah ini.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

8

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

27. Hubungkan osiloskop pada kapasitor Drain transistor. 28. Aturlah resistor variable tersebut sampai amplitudo sinyal output menjadi ½ dari sinyal output tanpa resistor variable. 29. Catatlah nilai Rvar yang menyebabkan hal tersebut terjadi. Jadi, Rout = Rvar. 30. Bandingkan nilai resistansi output yang diperoleh dari percobaan ini dengan nilai dari hasil perhitungan dengan menggunakan tabel karakteristik penguat FET.

PENGUAT COMMON GATE 31. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

9

PERCOBAAN 4 Karakteristik dan Penguat FET

Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB

PENGUAT COMMON DRAIN 32. Lakukan percobaan Faktor Penguatan, Resistansi input, dan Resistansi Output seperti pada Common Source, namun dengan konfigurasi rangkaian di bawah ini.

MENGAKHIRI PERCOBAAN 33. Sebelum keluar dari ruang praktikum, rapikan meja praktikum. Bereskan kabel dan matikan osiloskop dan generator sinyal. Pastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjuk ke pilihan off). 34. Periksa lagi lembar penggunaan meja. Praktikan yang tidak menandatangani lembar penggunaan meja atau membereskan meja ketika praktikum berakhir akan mendapatkan potongan nilai sebesar minimal 10. 35. Pastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium (log book) Anda. Catatan percobaan yang tidak ditandatangani oleh asisten tidak akan dinilai.

Petunjuk Praktikum EL2140 2008/2009

10