Download - Berkas ELKA 2014.pdf
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 1/40
Solusi Pekerjaan Rumah #8 EL2005 Elektronika
Karakteristik Arus Tegangan
1.
Gambarkan sketsa kurva arus iX terhadap vX untuk 0 hingga 3,3V pada rangkaian-rangkaian
Gambar 1 berikut ini bila MOSFET memiliki L=0,8m, W=8m, n=450cm2/Vs, dan Vt=0,7V dan
tegangan VDD=3,3V.
Gambar 1 Rangkaian Soal no 1.
Jawab
Pada soal ini nilai Cox terlewat, kita bisa ambil nilai yang ada pada contoh soal 5.2 (edisi
internasional) Cox = 8,6 fF/m2. Dengan demikian
a)
Pada rangkaian
sehingga
FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off atau saturasi.
FET pada rangkaian dalam keadaan cut-off saat atau arus nol untuk
dan saturasi bila atau
Sketsa kurva arus iX terhadap vX
VDD
vX
IX
(b)
vX
IX
(a)
VDD
vX
IX
(c)
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 2/40
b)
Pada rangkaian
sehingga
FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off atau saturasi.atau saturasi.
FET pada rangkaian dalam keadaan cut-off saat atau arus nol untuk
atau
dan saturasi bila atau dengan arus
Sketsa kurva arus iX terhadap vX
c)
Pada rangkaian
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 3/40
FET pada rangkaian dalam keadaaan cut-off bila atau atau
.
FET akan dalam keadaan saturasi bila atau atau
. Arus pada keadaan ini
Sketsa Sketsa kurva arus iX terhadap vX sama dengan kurva pada (b)
2.
Untuk rangkaian pada Gambar 2 berikut carilah V apabila MOSFET memiliki Kn’(W/L)=0,4mA/V2,
Vt=1V dan =0.
Gambar 2 Rangkaian Soal no 2.
Jawab
a)
Pada rangkaian tampak transistor saturasi
+5V
1mA
V
(a) (b)
+5V
1k
V
(c)
+5V
1mA
V
(d)
+5V
V
1k
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 4/40
Dengan demikian karena untuk FET dalam keadaan cut-off
b)
Pada rangkaian tampak transistor saturasi
Dengan demikian karena untuk FET dalam keadaan cut-off
c)
Pada rangkaian tampak transistor saturasi
Dengan demikian karena untuk FET dalam keadaan cut-offd)
Pada rangkaian tampak transistor saturasi
Dengan demikian karena untuk FET dalam keadaan cut-off
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 5/40
Solusi Pekerjaan Rumah #9
Penguat MOSFET
EL2005 Elektronika Sem 2 2013-2014
1. Perhatikan rangkaian pada Gambar 1 di bawah ini.
a.
Tentukan titik kerja rangkaian bila Rsig=100k, Rf =100k, RD=3k, RL=10k, VDD=20V,
Vth=5V dan K=1mA/V2. Carilah nilai transkonduktasi gm pada titik kerja tersebut.
b. Gambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil ac rangkaian tersebut. Bila ro=∞, turunkan
persamaan penguatan tegangan tanpa beban, dan resistansi input dan outputnya. Gunakan
hasil pada (a) untuk menentukan nilainya.
c. Bila carilah dan saat beban terpasang. Tentukan
juga batas amplituda agar transistor masih dalam keadaan saturasi.
Gambar 1 Rangkaian soal 1
Jawab
a. Transistor dalam keadaan saturasi karena sehingga
Dan diperoleh karena solusi lain menyebabkan
transistor cut-off.
Juga diperoleh dan arus
Transkonduktasi sinyal kecil transistor
b.
Rangkaian ekivalen sinyal kecil untuk penguat
VDD
Rsig
vsig
Rf
RD
RL
C1
C2
vin
vout
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 6/40
Rangkaian tanpa beban, KCL pada simpul output
c. Dengan beban terpasang, KCL
Tagangan input dapat dihitung
vsig
Rsig Rf
RD RL gmvgs vin=vgs vout
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 7/40
FET memasuki saturasi bila atau sehingga
diperoleh batas atau atau
Untuk menentukan batas sinyal input:
Catatan untuk soal ini resistansi sumber sinyal Rsig 100k sangat besar dan resistansi umpan balik Rf
dan resistansi drain RD terlalu kecil sehingga penguatan menjadi sangat kecil (justru meredam).
2. Perhatikan rangkaian source follower pada Gambar 2 di bawah ini.
a.
Bila R1=2M, R2=1M, RS=1k, RL=10k, VDD=15V, dan transistor memiliki Vth=2V danK=0,2mA/V
2, tentukan titik kerja DC rangkaian dan carilah parameter rangkaian ekivalen
sinyal untuk transistornya.
b.
Gambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil ac dan turunkan persamaan penguatan
tegangan, resistansi input dan output penguat tersebut dengan beban terpasang. Gunakan
hasil pada (a) untuk memperoleh hasilnya.
c. Evaluasi apakah amplituda input sinyal dapat menyebabkan transistor masuk pada mode
cut-off dan mode triode? Bila ya, pada input tegangan berapa keadaan itu dapat tercapai?
Gambar 2 Rangkaian soal 2
Jawab
a.
Tegangan pada gate
Anggap transistor saturasi, arus transistor
VDD
R1
R2 RS
C1
C2 vin
vout
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 8/40
Diperoleh karena solusi lain lebih tinggi dari VDD. Keadaan saturasi dipenuhi
karena
dan
Arus transistor
Transkonduktasi ssinyal kecil transistor
b. Rangkaian ekivalen sinyal kecil untuk penguat
Penguatan tegangan
Resistansi input
Resistansi output
c.
Transistor cut-off bila atau sehingga dapat diturunkan
Kondisi penyebab cut-off adalah
i
0
vsig
Rsig i
RS RL
1/gm
vin
vout
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 9/40
Trioda diperoleh bila memenuhi (1) dan (2)
Evaluasi (1) dari hasil sebelumnya
Evaluasi (2)
Pada rangkaian sinyal kecil , dan
Dengan demikian trioda terjadi bila memenuhi (1) dan (2) di atas, yaitu
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 10/40
Solusi Pekerjaan Rumah #9
Perancangan Penguat MOSFET
EL2005 Elektronika Sem 2 2013-2014
1.
Sebuah penguat Common-Source akan dirancang dengan rangkaian seperti pada Gambar 1
di bawah ini. Spesifikasi yang diharapkan diperoleh mencakup resistansi input R in
sekurangnya 600M, penguatan beban terbuka Av0 -20V/V dan resistansi output Rout
sebesar 1k. Transistor yang digunakan mempunyai kn’ sebesar 2mA/V2 dan Vt=1,5V.
Modulasi panjang kanal dapat diabaikan. Tegangan catu daya diinginkan sebesar 12V. Swing
tegangan output sekurangnya 10Vpp tanpa beban. Tentukan resistansi RD, RS, R1, dan R2 serta
W/L transistor.
Gambar 1 Rangkaian soal 1
Jawab
Dengan menggambarkan rangkaian ekivalen sinyal kecil penguat dan menganalisisnya
diperoleh
sehingga dapat dihitung
Swing tegangan output sebesar 10V diperoleh dari batas tegangan drain tertinggi 12V saat
transistor memasuki cut-off dan terendah 2V saat memasuki batas saturasi.
Pilih tegangan bias tepat di tengah swing sehingga pada saat bias tegangan drain 7V. Dengan
demikian arus drain diperoleh
Dari transkonduktasi transistor dapat diperoleh
VDD
R1
R2 RS
C1
C2
vin
vout
RD
C3
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 11/40
Tegangan terendah pada drain terjadi saat transistor saturasi, yaitu saat
Dari tegangan overdrive DC diketahui
Resistansi source dapat dihitung
Resistansi bias tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan dan resistansi input sbb.:
Geometri transistor dihitung:
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 12/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 13/40
Arus bias DC tersajadi saat saturasi sebesar
Parameter transkonduktasi sinyal kecil transistor pada keadaan bias
Dari kedua persamaan diperoleh
Tegangan DC pada terminal source
Tegangan DC pada terminal gate
Resistansi bias tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan dan resistansi input sbb.:
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 14/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 15/40
2.
Rangkaian penguat Common Drain di bawah ini menggunakan MOSFET dengan Vt=2V,
Kn=2mA/V2 dan dapat diabaikan. Arus bias transistor sebesar 4mA dan tegangan bias source
sebesar 5V. Resistansi input diketahui sebesar 200k, beban yang dihubungkan mempunyai
resistansi 1k. dan kedua kapasitor kopling memiliki kapasitansi 10F. Tentukan frekuensi cut-
off rendah penguat tersebut.
Jawab
Resistansi output penguat adalah RS||1/gm yang dapat diperoleh dari analisis bias:
Frekuensi pole pada bagian input
Frekuensi pole pada bagian output
Jelas sehingga frekuensi pole output dapat dipastikan dominan. Dengan demikian
+12V
R2
RS
vi
vo
+12V
R1
vG
vS
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 16/40
Solusi Pekerjaan Rumah #12
Respons Frekuensi Rendah Penguat
EL2005 Elektronika Semester 2 2012-2014
1. Rangkaian penguat Common Gate di bawah ini menggunakan MOSFET dengan Vt=1V,
nCoxW/L=0,625mA/V2, Cgs=0,2pF, Cgd=50fF dan dapat diabaikan. Arus bias transistor sebesar
1,25mA diperoleh dari sumber arus ideal. Resistansi output sumber signal Rsig 50 dan resistansi
beban 1k. Kedua kapasitor kopling memiliki kapasitansi 10F.
a. Turunkan fungsi transfer rangkaian pada frekuensi tinggi
b. Carilah frekuensi polenya dan tentukan frekuensi cut-off tinggi penguat tersebut.
Jawab
Transkonduktansi penguat adalah
V mA I L
W C g Doxnm /25,125,1625,022
Rangkaian ekivalen sinyal kecil pada frekuensi tingginya
Rsig
RL vgs
vout
Vsig
Cgd
Cgs gmvgs
vin
+VDD
RL
Rsig C1
C2
vin
vout
Vsig
-VSS
1,25mA
1,25mA
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 17/40
Fungsi transfer rangkaian
Frekuensi pole rangkaian
Tidak ada pole dominan. Frekuensi cut-off tinggi rangkaian
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 18/40
2. Bila untuk rangkaian penguat Common Gate di atas MOSFET memiliki resistansi output 200k.
Demikian juga sumber arus bias memiliki juga resistansi 200k. Carilah frekuensi cut-off tinggi
rangkaian sekarang.
Jawab
Rangkaian ekivalen sinyal kecil frekuensi tinggi adalah sbb.:
Dengan menggunakan pendekatan konstanta waktu seperti pada contoh 9.2 (perhatikan ppt kuliah)
maka diperoleh
Penguatan keseluruhan rangkaian
Resistansi Rgs
Resistansi Rgd
Frekuensi cut-off tinggi
ro
roa
rob
Rsig
RL vgs vout
Vsig
Cgd
Cgs gmvgs
vin
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 19/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 20/40
%28281,04
3
4
3
2
14
3
4
3
2
1ˆˆ
2
1
DD
DD
DD
DD
DD
o
L
o
V
V
V
V
V
V
IR
V
2. Untuk sebuah penguat daya digunakan tahap output kelas B push-pull. Transistor BJT yang
dipilih mempunyai rating daya maksimum 80W dan mempunyai suhu junction maksimum
sebesar 125oC. Transistor menggunakan casing TO-3P dengan resistansi termal junction ke
casing JC 1,25oC/W dan junction ke ambient JA 40
oC/W. Bila tegangan cut-in dan tegangan
saturasi dapat diabaikan hitunglah pada temperatur ambient 25oC:
a. Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan
casing TO-03P tersebut tanpa heat sink.
b.
Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan
casing TO-03P tersebut dengan heat sink ideal.
c.
Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan
casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 2oC/W.d. Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan
casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 10oC/W.
e.
Daya output maksimum yang dapat diberikan penguat bila transistor menggunakan
casing TO-03P dan heat sink dengan resistansi termal 10oC/W pada temperatur ambient
45oC.
Catatan: Efisiensi terendah pada kelas B adalah 50% sehingga pada keadaan terburuk
disipasi dan daya output penguat sama.
Jawab
a. Transistor tanpa heat sink, daya disipasi maksimum
sehingga daya output maksimum juga 2,5W
b. Transistor dengan heatsink ideal, daya disipasi maksimum
Untuk kelas B disipasi maksimum terjadi saat untuk
sehingga
dapat diketahui
sedangkan daya output maksimum diperoleh saat
dengan daya output sebesar
sehingga
dapat dihitung
c.
Transistor dengan heatsink 2oC/W, daya disipasi maksimum
sehingga daya output maksimum
d. Transistor dengan heatsink 10oC/W, Daya disipasi maksimum
sehingga daya output maksimum
e. Transistor dengan heatsink 10oC/W temperatur ambient 45
oC, daya disipasi maksimum
sehingga daya output maksimum
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 21/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 22/40
Solusi Pekerjaan Rumah #14
Rangkaian Logika CMOS
EL2005 Elektronika Semester 2 2012-2014
1. Sebuah inverter CMOS dibuat dengan teknologi yang menggunakan Vt=0,2VDD.
a.
Turunkan dalam besaran nCoxW/L besar arus pada nMOSFET saat output mulai berubah
dari logika “1” dengan tegangan terendah 0,9VDD.
b. Turunkan dalam besaran nCoxW/L besar arus pada nMOSFET saat ouput mencapai
logika “0” dengan tegangan tertinggi 0,1VDD.
c. Bila teknologi yang digunakan mempunyai nCox=120A/V2 dan VDD dipilih 2,5V hitung
besaran arus pada (a) dan (b).
d.
Bila dianggap beban 10fF dan arus turun dengan linier, berapakah selang waktu
perubahan logika tersebut
Jawab
a.
Saat berubah dari logika 1 ke 0 maka tegangan VDS
=0,9VDD
dan VOV
=VGS
-Vt=0,8V
DD.
Dengan demikian VDS > VOV sehingga nMOSFET dalam keadaan saturasi sehingga
b. Saat mencapai logika 0 maka tegangan VDS=0,1VDD dan VOV=VGS-Vt=0,8VDD. Dengan
demikian VDS < VOV sehingga nMOSFET dalam keadaan trioda sehingga
c. Besaran arus saat nilai logika mulai berubah dari 1 ke 0
Besaran arus saat mencapai nilai logika 0
d.
Perubahan jumlah muatan dari tegangan 0,9VDD menjadi 0,1VDD adalah
Muatan yang dikeluarkan saat perubahan arus dengan model arus turun linier adalah
Selang waktu perubahan
2.
Rancanglah rangkaian logika CMOS untuk gerbang logika berikut ini
a.
b.
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 23/40
c. Jawab
a.
Tabel Kebenaran
A B Y Input Keterangan
0 0 0 PD Alur kanan bawah
0 1 1 PU Alur kanan atas
1 0 1 PU Alur kiri atas
1 1 0 PD Alur kiri bawah
Rangkaian disusun dengan menyediakan fungsi untuk setiap sinyal PU dan PD seperti
pada keterangan di atas, sbb.:
b.
Tabel Kebenaran
A B Y Input Keterangan
0 0 1 PU
Alur kiri atas
0 1 0 PD Alur kanan bawah
1 0 0 PD Alur kiri bawah
1 1 1 PU Alur kanan atas
Rangkaian disusun dengan menyediakan fungsi untuk setiap sinyal PU dan PD seperti
pada keterangan di atas, sbb.:
VDD
VDD
VDD
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 24/40
c. Tabel Kebenaran
A B C Y Input
0 0 0 1 PU 0 0 1 00 1 0 0
0 1 1 0
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1 PU
Implementasi rangakian dengan menyediakan Pull Up dan rangkaian komplemennya untuk Pull
Down sbb.:
VDD
VDD
VDD
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 25/40
3.
Gambarkan rangkaian gerbang logika full adder satu bit dengan menggunakan teknologi CMOS.
Nyatakan input sebagai IA dan IB dan ouput sebagai C (carry) dan S (sum). Bila diketahui
mobilitas elektron n dan 3 kali lebih besar dari mobilitas hole p, dan ukuran geometri terkecil
adalah 0,1m, tentukan ukuran geometri masing-masing transistor.
Jawab
Fungsi rangkaian full adder adalah sebagai berikut
Fungsi untuk Sum dapat menggunakan rangkaian EXOR pada soal no. 2. Sedangkan fungsi Carry
menggunakan fungsi AND
Rangkaian Carry diimplementasikan dengan gerbang OR dengan input active-low
Rangkaian tampak pada gambar di bawah ini.
Perhitungan untuk ukuran geometri transistor adalah sebagai berikut:
Rangkaian InverterNMOS (Pull down) W/L=0,1um/0,1um
PMOS (Pull Up) W/L=0,3um/0,1um
Rangkaian XOR (Sum)
NMOS (Pull down) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,2um/0,1um
PMOS (Pull Up) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,6um/0,1um
Rangkaian AND (Carry)
NMOS (Pull down) satu transistor: W/L=0,1um/0,1um
PMOS (Pull Up) seri dua transistor lebar dua kali inverter: W/L=0,6um/0,1um
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 26/40
VDD
VDD
VDD VDD
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 27/40
Kuis #3 EL2005 Elektronika
Semester 2 2012-2014
1 April 2014
Nama: ____________________________ NIM: _______________ Tanda tangan: _______________
Dengan rangkaian Common Source seperti di bawah ini hendak dirancang penguat. MOSFET yang
digunakan memiliki Vt=1,5V, Kn=1mA/V2 dan dapat diabaikan. Sinyal input vi yang diberikan
berbentuk sinusoid dengan amplituda Vm. Rangkaian dirancang dengan arus bias transistor sebesar
2mA dan tegangan output vo = vd maksimum dan simetris (penguatan sama, linier) untuk sinyal input
positif dan negatifnya. Resistansi input diharapkan sebesar 500k.
1. Sebutkan apa yang menentukan tegangan drain (DC+ac) maksimum vDmax dan carilah
nilainya. Sebutkan juga apa yang menentukan tegangan drain (DC+ac) minimum vDmin dan
carilah nilainya.
2.
Dari hasil (1) tentukan amplituda output maksimumnya Vomax, pilih tegangan bias (DC) drain
VD agar swing naik sama dengan swing turun dan tentukan nilai RD rangkaian.
3.
Carilah nilai tegangan bias (DC) gate VG dan tentukan nilai R1, dan R2 rangkaian.
4. Tentukan batas amplituda input Vm maksimumnya.
Jawab
1.
Yang menentukan batas tegangan drain maksimum adalah VDD dan keadaan cut-off arus nol
sehingga tegangan vDmax=12V.
Yang menentukan batas tegangan drain minimum adalah batas antara saturasi dan trioda
sehingga tegangan vDmin= VOV. Telah diketahui arus 2mA dan mengingat maka
Dengan demikian vDmin= VOV=2V.
2.
Amplituda output maksimum adalah
+12V
R2
vi
RD
vo
R1
+12V
vD
vG
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 28/40
Tegangan bias drain dipilih untuk memperoleh swing maksimum dan simetris maka
Resistansi drain dapat dihitung dari
Tegangan source nol karena terhubung ke ground dan maka
3. Tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan R1 dan R2, dengan demikian
Resistansi input merupakan nilai paralel R1 dan R2.
4.
Penguatan tegangan common source adalah . Apmlitudo output maksimum
2V. Bias arus dan tegangan memberikan
Bila pengaruh input tidak diabaikan
Amplituda tegangan input maksimum
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 29/40
Kuis #3 EL2005 Elektronika
Semester 2 2012-2014
1 April 2014
Nama: ____________________________ NIM: _______________ Tanda tangan: _______________
Dengan rangkaian Common Drain seperti di bawah ini hendak dirancang penguat. MOSFET yang
digunakan memiliki Vt=2V, Kn=2mA/V2 dan dapat diabaikan. Sinyal input vi yang diberikan
berbentuk sinusoid dengan amplituda Vm. Rangkaian dirancang dengan arus bias transistor sebesar
4mA dan tegangan output vo = vd maksimum dan simetris (penguatan sama, linier) untuk sinyal input
positif dan negatifnya. Resistansi input diharapkan sebesar 200k.
1. Batas mode apakah yang yang menentukan batas tegangan source (DC+ac) maksimum vSmax
dan carilah nilainya. Sebutkan juga batas mode apa yang menentukan tegangan source
(DC+ac) minimum vSmin dan carilah nilainya.
2.
Dari hasil (1) tentukan amplituda output maksimumnya Vomax, pilih tegangan bias (DC) source
VS agar swing naik sama dengan swing turun dan tentukan nilai RS rangkaian.
3.
Carilah nilai tegangan bias (DC) gate VG dan tentukan nilai R1, dan R2 rangkaian.
4. Tentukan batas amplituda input Vm maksimumnya.
1.
Yang menentukan batas tegangan drain minimum adalah keadaan cut-off arus nol sehingga
tegangan vDmin=0V.
Yang menentukan batas tegangan drain maksimum adalah VDD dan batas antara saturasi dantrioda sehingga tegangan vDmax= VDD-VOV. Telah diketahui arus 4mA dan mengingat maka
Dengan demikian vDmax= VDD-VOV =12-2=10V.
2. Amplituda output maksimum adalah
+12V
R2
RS
vi
vo
+12V
R1
vG
vS
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 30/40
Tegangan bias drain dipilih untuk memperoleh swing maksimum dan simetris maka
Resistansi drain dapat dihitung dari
Tegangan source 5V dan maka
3. Tegangan gate diperoleh dari pembagi tegangan R1 dan R2, dengan demikian
Resistansi input merupakan nilai paralel R1 dan R2.
4.
Penguatan tegangan common source adalah . Apmlitudo output maksimum
2V. Bias arus dan tegangan memberikan
Bila pengaruh input tidak diabaikan
Amplituda tegangan input maksimum
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 31/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 32/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 33/40
Bila dihitung dengan pendekatan konstanta waktu maka
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 34/40
1
Solusi Ujian 2 EL2005 Elektronika
Sabtu, 3 Mei 2014 13.00-15.30
1.
Transistor MOSFET
Penguat berikut memiliki penguatan -25V/V. Anggap nilai kapasitor tak berhingga. VDD = 5V, Vt=0,7V,
kn=1mA/V2. Resistansi input Rin sebesar 0,5M. Hitunglah
a)
VOV b)
ID
c)
RD
d)
RG
e)
Amplitudo maksimum sinyal input .
Petunjuk:
Anggap arus AC yang melewati RG=0 untuk perhitungan penguatan sinyal kecil.
Anggap ada arus AC yang melalui RG dalam perhitungan Rin.
Jawab
a)
Arus DC pada RG nol sehingga diperoleh
MOSFET selalu dalam keadaan saturasi apabila , tegangan DC drain-source
dan juga
sehingga
Arus pada MOSFET
Dengan demikian diperoleh (pers 1)
Transkonduktasi sinyal kecil MOSFET
Rin
RG
+VDD=5V
C1
C2
vin
vout
RD
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 35/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 36/40
3
Jawab
a)
Pole rangkaian
b)
Pole merupakan pole dominan sehingga frekuensi cut-off rendah = 2213Hz
3.
Respons Penguat Frekuensi Tinggi
Pada rangkaian penguat MOSFET CS di bawah ini, nilai Rsig=120k RG1=300k RG2=200k Cgs=5pF,Cgd=1pF, gm=3,33mA/V, RD=5k, RS=2k, RL=10k, CL=5pF, dengan efek panjang kanal diabaikan (=0),
nilai CC1=CC2=CS= .
CL
RG1
CS
RG2
+VDD
RL
Rsig CC1
CC2
vin
vout
Vsig
-VSS
RD
RS
-VEE
RB
RC
I
Rsig
Vsig
CC1
CE
Cc2
RL
+VCC
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 37/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 38/40
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 39/40
6
4.
Tahap Output Penguat Daya
Untuk merancang tahap output sebuah penguat daya akan digunakan transistor dengan casing yang
memiliki resistansi termal 2,5oC/W dan heatsink dengan resistansi termal 5,1
oC/W. Temperatur ambient
penguat dirancang untuk 30o
C dan temperatur junction maksimum transistor ditentukan 125o
C. Tegangansaturasi kolektor-emitor dan tegangan cut-in base-emitor dapat diabaikan.
a)
Transistor dengan daya disipasi maksimum PDmax berapakah yang dapat digunakan dengan pendinginan
di atas yang masih aman digunakan?
b)
Berapakah daya output maksimum pada beban bila tahap output menggunakan kelas A dengan arus
pada sumber arus dipilih agar tegangan swing output maksimum?
c)
Berapakah daya output maksimum pada beban bila tahap output menggunakan kelas B?
Jawab
a)
Nilai resistansi termal total adalah 2,5+5,1=7,6oC/W
Selisih temperatur junction ke ambien 125-30=95 o
C
Daya disipasi maksimum yang dialirkan transistor 95/7,6=12,5W.Jadi transistor yang digunakan harus mempunyai PDmax sekurangnya 12,5W
b)
Pada kelas A daya disipasi maksimum terbesar saat tegangan output nol. Besar daya disipasi ini sama
dengan daya dari catu daya. Daya output maksimum sebesar 25% daya dari catu daya atau sebesar
12,5*25%=3,125W.
Dengan demikian dengan tahap penguat kelas A daya output terbesar diperoleh 3,125W.
c)
Pada kelas B daya disipasi maksimum saat
Daya output maksimum sebesar sehingga daya ouput penguat
Dengan demikian dengan tahap penguat kelas B daya output terbesar diperoleh30,84W.
5.
Rangkaian Logika CMOS
Fungsi logika di bawah ini akan disusun dengan teknologi CMOS dengan L=0,1m dan perbandingangeometri transistor n=1 dan p=3.
Rancanglah rangkaian untuk fungsi tersebut dan tentukan ukuran geometri tiap transistornya. Sinyal input
tersedia dalam bentuk active-high dan active-low .
Jawab
Fungsi logika akhir
7/23/2019 Berkas ELKA 2014.pdf
http://slidepdf.com/reader/full/berkas-elka-2014pdf 40/40
Dalam bentuk ouutput active-low
Rangkaian dan ukuran geometri