[menuju akhir]

7.3 Self - Bias Configuration

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Alat dan Bahan

3. Dasar Teori

4. Percobaan

5. Video

6. Example

7. Problem

8. Pilihan Ganda

9. Download File

1. Tujuan [kembali] 

• Mengetahui apa yang dimaksud dengan konfigurasi bias diri

• Mengetahui cara menghitung nilai tegangan dan arus yang melalui rangkaian konfigurasi bias diri

• Mengetahui bagaimana cara menggambarkan rangkaian konfigurasi bias diri dan pengaplikasiannya

2. Alat dan Bahan [kembali]

A. Alat

• Osiloskop

Osiloskop adalah alat ukur elektronika yang berfungsi memproyeksikan bentuk sinyal listrik. Osiloskop dilengkapi dengan tabung sinar katode. Peranti pemancar elektron memproyeksikan sorotan elektron ke layar tabung sinar katode.

• Voltmeter
  

     

  Voltmeter merupakan alat ukur yang berfungsi untuk mengetahui beda potensial atau tegangan antara 2 titik pada suatu beban listrik atau rangkaian elektronika yang dialiri arus listrik.

• Amperemeter
  

  

  Amperemeter adalah alat ukur listrik yang digunakan untuk mengukur nilai arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian listrik. Amperemeter dipasang secara seri terhadap besaran rangkaian yang ingin diukur.

B. Bahan

• JFET
  

  

  JFET atau Junction Field-Effect Transistor adalah jenis transistor yang digunakan dalam rangkaian listrik sebagai saklar atau pengatur arus. Tipe JFET tersedia dalam dua jenis yaitu N-channel dan P-channel. P-channel JFET menggunakan material tipe P sebagai kawat gerbang sedangkan N-channel JFET menggunakan material tipe N sebagai kawat gerbang.

• Baterai

  

  Baterai (Battery) adalah sebuah alat yang dapat merubah energi kimia yang disimpannya menjadi energi Listrik yang dapat digunakan oleh suatu perangkat Elektronik.

• Resistor

  

  Resistor merupakan komponen elektronik yang memiliki dua pin dan didesain untuk mengatur tegangan listrik dan arus listrik.

  Spesifikasi resistor:
  

  

  Konfigurasi resistor:
  

  

• Ground

  

  Ground berfungsi sebagai alat untuk meniadakan beda potensial dengan mengalirkan arus sisa dari kebocoran tegangan atau arus pada rangkaian. Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.
  

• Kapasitor Elektrolit

  

  Kapasitor elektrolit atau yang dikenal dengan kondensator merupakan sebuah kapasitor yang mempunyai dua kaki, yakni kaki (–) dan kaki (+) yang di tandai dengan kaki panjang (positif) dan kaki pendek (negatif). Kapasitor ini berfungsi sebagai penyimpan arus listrik searah dc yang biasanya digunakan dalam rangkaian seperti power supply regulator dan rangkaian lainnya. Kapasitor ini juga terbagi menjadi 2 tipe, yaitu kapasitor polar dan kapasitor bipolar / non polar yang pembagiannya didasarkan pada polaritas (kutub positif dan negatif) dari masing-masing kapasitor.

   

3. Dasar Teori [kembali]

Konfigurasi bias diri menghilangkan dua persediaan dc. gerbang pengendali ke tegangan sumber ditentukan oleh tegangan yang melintasi resistor R_S di kaki sumber konfigurasi seperti yang terdapat pada gambar 7.8.

Analisis dc dengan cara mengganti kapasitor dengan "open circuits" dan resistor R_G diganti di short circuits yang setara karena I_G = 0 A, seperti pada gambar 7.9.

 Arus melalui R_S adalah sumber arus I_S, dengan I_S = I_D dan:

Untuk loop tertutup, diperoleh:

Nilai V_GS adalah fungsi dari arus keluaran I_D yang besarnya tidak tetap seperti yang terjadi untuk konfigurasi bias tetap.

Persamaan (7.10) didefinisikan oleh konfigurasi jaringan, dan persamaan Shockley menghubungkan jumlah input dengan output perangkat. Kedua persamaan menghubungkan dua variabel yang sama, yaitu I_D dan V_GS. Solusi matematis diperoleh dengan mengganti persamaan (7.10) menjadi persamaan Shockley:

Persamaan kuadrat dapat diselesaikan untuk mendapatkan solusi I_D. Kondisi yang paling tepat adalah ketika I_D = 0 A karena menghasilkan V_GS = -I_DR_S = (0 A).R_S = 0 V, sesuai dengan persamaan (7.10). Sehingga dihasilkan grafik seperti gambar 7.10.

Syarat kedua untuk persamaan (7.10) yaitu nilai V_GS atau I_D dipilih yang sesuai dari kuantitas lainnya yang akan menentukan titik lain pada garis lurus dan memungkinkan gambar garis lurus. Misalkan level I_D sama dengan setengah level saturasi:

Hasilnya adalah titik kedua untuk plot garis lurus seperti pada gambar 7.11. Tingkat V_DS dapat ditentukan dengan menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke sirkuit output:

4. Percobaan [kembali]

• Gambar Rangkaian 

  

  Gambar Rangkaian 1

  Prinsip Kerja: Konfigurasi basis umum atau Common-Base Configuration menggunakan sebuah sinyal yang terhubung ke terminal emitor. Pengaplikasian rangkaian ini menggunakan sebuah transistor yang menghubungkan antara beban, baterai, dan juga kapasitor elektrolit. Perhitungan nilai besaran pada konfigurasi ini menggunakan hukum tegangan Kirchhoff. Domain AC pada konfigurasi ini memiliki nilai impedansi input yang sangat rendah dan impedansi output yang tinggi.

  

  Gambar Rangkaian 2

  Prinsip Kerja: Sebuah transistor NPN dipasangkan dengan sebuah tahanan RE dan diberi masukan dengan sebuah sumber tegangan yang kemudian terhubung dengan ground.

  

  Gambar Rangkaian 3

  Prinsip Kerja: Baterai 12V dipasang seri dengan hambatan sebesar 10k ohm dan terhubung dengan transistor. Selanjutnya sumber tegangan lainnya dengan nilai yang sama dipasang paralel terhadap sumber tegangan pertama sehingga didapatkan nilai pengukuran pada hambatan tersebut sebesar 11.2 V.

  

  Gambar Rangkaian 4

  Prinsip Kerja: Baterai 4V dipasang seri dengan hambatan sebesar 1.2k ohm yang terhubung dengan transistor, didapatkan pengukuran tegangan senilai 3.20 V. Selanjutnya sumber tegangan lainnya dipasang paralel terhadap sumber tegangan pertama senilai 10V, yang diserikan dengan sebuah hambatan senilai 2.4k ohm, didapatkan nilai pengukuran pada hambatan tersebut sebesar 6.34 V.

 

5. Video [kembali]

6. Example [kembali]

1) Tentukan hal berikut untuk jaringan Gambar 7.12:

a. V_GSQ

b. I_DQ

c. V_DS

d. V_S

e. V_G

f. V_D

Jawaban:

a. Tegangan gerbang ke sumber ditentukan oleh:

V_GS = -I_DR_S

Jika I_D = 4 mA, maka:

V_GS = -(4 mA)(1 kΩ) = -4 V

Hasilnya adalah plot gambar 7.13:

Dari grafik di atas, garis lurus yang sama akan dihasilkan karena nilai I_D yang sesuai dapat dipilih selama nilai yang sesuai dari V_GS sebagaimana persamaan (7.10). Untuk persamaan Shockley, jika dipilih V_GS = V_P/2 = -3 V, maka I_D = I_DSS/4 = 8 mA/4 = 2 mA, dan plot gambar 7.14 akan mewakili karakteristik perangkat. Solusi ini diperoleh dengan menggabungkan karakteristik jaringan gambar 7.13 pada karakteristik perangkat gambar 7.14, sehingga diperoleh titik persimpangan keduanya seperti gambar 7.15. Dihasilkan nilai tegangan gerbang ke sumber: V_GSQ = -2.6 V.

b. I_DQ = 2.6 mA

c. V_DS = V_DD - I_D(R_S + R_D) = 20 V - (2.6 mA)(1 kΩ + 3.3 kΩ) = 20 V - 11.18 V = 8.82V

d. V_S = I_DR_S = (2.6 mA)(1 kΩ) = 2.6 V

e. V_G = 0 V

f. VD = V_DS + V_S = 8.82 V + 2.6 V = 11.42 V atau V_D = V_DD - I_DR_D = 20 V - (2.6 mA)(3.3 kΩ) = 11.42 V

 

2) Temukan titik quiescent untuk gambar 7.12 jika:

a. RS = 100 Ω

b. RS = 10 kΩ

Jawaban:

a. Untuk R_S = 100 Ω:

I_DQ = 6.4 mA

V_GSQ = -0.64 V

b. Untuk R_S = 10 kΩ:

V_GSQ = -4.6 V

I_DQ = 0.46 mA

Tingkat R_S yang lebih rendah membawa garis beban jaringan lebih dekat ke sumbu I_D, sedangkan peningkatan tingkat R_S membawa garis beban lebih dekat ke sumbu V_GS. Hasil plot:

 

3) Diketahui rangkaian JFET seperti gambar 2.3 dengan data IDSS = 10 mA dan Vp = - 8 Volt, tentukan: 

a. VGSQ

b. IDQ

c. VDSQ

Jawaban:

7. Problem [kembali]  

1) Bagaimana cara kerja sirkuit self-bias configuration?

Jawaban:

Sirkuit self-bias configuration bekerja dengan memanfaatkan tegangan sinyal input untuk menghasilkan arus bias yang stabil. Ketika tegangan input naik, arus basis juga naik dan menyebabkan arus kolektor meningkat. Hal ini menyebabkan tegangan pada resistor emitor (RE) juga meningkat, sehingga arus basis turun dan arus kolektor menurun. Sebaliknya, ketika tegangan input turun, arus basis turun dan arus kolektor menurun. Hal ini menyebabkan tegangan pada resistor emitor (RE) juga turun, sehingga arus basis naik dan arus kolektor naik.

 

2) Apa yang terjadi jika nilai resistansi pada sirkuit self-bias configuration berubah?

Jawaban:

Jika nilai resistansi pada sirkuit self-bias configuration berubah, maka nilai arus bias juga akan berubah. Hal ini dapat mempengaruhi karakteristik operasi transistor dan menghasilkan distorsi pada sinyal output.

 

3) Bagaimana cara merancang sirkuit self-bias configuration?

Jawaban:

Untuk merancang sirkuit self-bias configuration, langkah-langkah yang dapat dilakukan adalah:

a. Tentukan nilai resistor pembagi tegangan (R1 dan R2) yang sesuai dengan nilai gain yang diinginkan.

b. Tentukan nilai resistor emitor (RE) berdasarkan nilai arus bias yang diinginkan.

c. Tentukan nilai kapasitor coupling dan kapasitor bypass yang sesuai dengan frekuensi operasi dan karakteristik sinyal input/output.

d. Pilih transistor yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi, dan pastikan transistor tersebut memiliki beta (hFE) yang tinggi dan stabil.

e. Rancang rangkaian power supply yang sesuai dengan kebutuhan aplikasi.

 

8. Pilihan Ganda [kembali]   

1) Apa yang dimaksud dengan self bias configuration? 

a. Konfigurasi yang mengharuskan adanya sumber tegangan eksternal. 

b. Konfigurasi yang menghasilkan gain tertinggi. 

c. Konfigurasi yang menggunakan resistor sebagai bias tegangan. 

d. Konfigurasi yang membutuhkan komponen tambahan yang kompleks. 

Jawab: Self bias configuration merupakan konfigurasi yang menggunakan resistor sebagai bias tegangan. (jawaban c) 

 

2) Keuntungan dari self bias configuration adalah? 

a. Stabilitas tegangan yang lebih tinggi. 

b. Tidak memerlukan komponen tambahan. 

c. Dapat menghasilkan gain yang lebih tinggi. 

d. Lebih mudah disesuaikan dengan beban. 

Jawab: Keuntungan dari self bias configuration adalah tidak memerlukan komponen tambahan. (jawaban b)

 

3) Bagaimana cara menghitung nilai resistor yang diperlukan dalam self bias configuration? 

a. Melakukan pengukuran dengan multimeter. 

b. Menggunakan rumus yang melibatkan tegangan dan arus. 

c. Menggunakan rumus yang melibatkan nilai gain dan impedansi masukan. 

d. Menggunakan trial and error dengan mengganti resistor hingga mendapatkan hasil yang diinginkan. 

Jawab: Nilai resistor yang diperlukan dalam self bias configuration adalah menggunakan trial and error dengan mengganti resistor hingga mendapatkan hasil yang diinginkan. (jawaban d)

 

9. Download File [kembali]

Download File html (download)

Download Rangkaian 1 (download)

Download Rangkaian 2 (download)

Download Rangkaian 3 (download)

Download Video Rangkaian 1 (download)

Download Video Rangkaian 2 (download)

Download Video Rangkaian 3 (download)

Download Data Sheet Transistor NPN 2N3053 (download) 

Download Data Sheet Resistor 10K (download)

Download Data Sheet Kapasitor (download)

Download Data Sheet Ground (download)

[menuju awal]