tugas individu sarah
Post on 26-Jun-2015
228 Views
Preview:
TRANSCRIPT
PENGUAT DAYA
(Tugas Individu Elektronika Dasar I)
Oleh :
Sarah Mardiyah 0813022047
PENDIDIKAN FISIKA
PENDIDIKAN MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN
UNIVERSITAS LAMPUNG
MEI 2010
PENGUAT DAYA
Pendahuluan
Istilah penguatan pada dasarnya berarti membuat menjadi lebih kuat. Dalam bidang
elektronika maka yang diperkuat adalah amplitudo dari sinyal. Untuk mengerti
bagaimana penguat bekerja perlu dimengerti dua tipe penguatan yang utama yaitu :
1. Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan.
2. Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan.
Sedangkan penguat daya yaitu kombinasi dari dua tipe penguat di atas. Meskipun pada
kenyataannya semua penguat adalah penguat daya karena tegangan tidak akan ada tanpa
adanya daya kecuali jika impedansinya tak terhingga.
Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima
beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya.
Dalam elektronika banyak sekali dijumpai jenis penguat, pengelompokkan dapat
berdasarkan:
1. rentang frekuensi operasi,
a. gelombang lebar (seperti: penguat audio, video, rf dll)
b. gelombang sempit (seperti tuned amplifier).
2. metoda pemasangan rangkaian,
a. pemasangan AC : semua komponen frekuensi rendah (termasuk dc) tidak
diteruskan ke rangkaian penguat
b. pemasangan DC : salah satu tipenya adalah penguat chopper, sinyal
input terbelah menjadi seri pulsa kemudian diperkuat oleh penguat ac
sebelum dikembalikan lagi ke level dc.
3. titik bias pada penguat: kelas A, kelas B, kelas AB dan kelas C
4. tegangan
5. arus
6. daya
Berdasarkan dengan tipe pembiasan yang dilakukan oleh penguat, dapat dikelompokkan
menjadi:
1. kelas A : Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatur sedemikian rupa
sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. Penguat ini beroperasi pada
daerah linear.
2. kelas B : Titik kerja diatur pada suatu sisi ekstrim saja, sehingga daya quiescent
sangat kecil. Untuk sinyal input sinusoida, penguatan hanya terjadi pada setengah
perioda sinyal input saja.
3. kelas AB : Titik kerja diatur dua ekstrim dari kelas A dan kelas B. Jadi sinyal
output sama dengan nol pada satu bagian namun dengan selang kurang dari
setengah siklus sinyal sinus.
4. kelas C : Titik kerja diatur beropersi untuk arus (tegangan) output sama dengan
nol dengan selang lebih besar dari setengah siklus sinus. Sehingga penguat
bekerja kurang dari setengah perioda sinyal input.
Effisiensi η adalah ukuran kemampuan suatu elemen aktif untuk
mengkonversikan daya DC menjadi daya AC yang diumpankan ke
beban, atau dinyatakan :
Macam macam Penguat Daya
Penguat daya diklasifikasikan menurut titik kerjanya. Titik kerja (titik Q) yaitu titik pada
garis beban yang menggambarkan keadaan transistor saat tidak ada sinyal masukan.
Menurut titik kerjanya penguat diklasifikasikan menjadi penguat klas A, B, AB, C ,D dan
masih banyak lagi.
Penguat klas A
Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban.
Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang
lain.
Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang
lain.
Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di
transistor.
Disipasi daya tertinggi terjadi saat tidak ada sinyal masukan. Besarnya disipasi
daya pada transistor dirumuskan :
Daya keluaran maksimum dapat dicari dari persamaan :
sehingga
Asumsi untuk pembiasan ideal, aitu VCE = ½ VCC dan VCE ini sebagai level
DCnya, dengan arus DC yang mengalir/diserap pada RL adalah:
ICCave = 1/2IC
Dan daya yag diberikan adalah
sehingga efisiensi dari penguat kelas A adalah
Kerugian: tidak seluruh arus yang mengalir di kolektor menghasilkan sinyal daya
ac.
Daya yang didisipasikan adalah PD = PS – PO - Pdc
Dengan
Disipasi maksimum terjadi jika tidak ada output yang dihasilkan atau PO = 0,
sehingga:
Penguat klas B (Push-Pull)
Penguat dengan letak titik Q di titik cut off garis beban. Kelemahannya yaitu
adanya cacat penyeberangan (crossover distortion) yang terjadi karena adanya
tegangan bias pada dioda basis emitor. Sehingga saat sinyal masukan belum
bernilai sebesar tegangan on dari dioda basis emitor maka tidak akan ada sinyal
keluaran. Karena letak titik Q penguat kelas B di titik cut-off maka untuk satu
transistor hanya bisa menguatkan setengah siklus dari sinyal masukan. Sehingga
untuk penguat kelas B digunakan konfigurasi Push-pull dimana dua transistor
akan bergantian bekerja menguatkan masing-masing setengah siklus sinyal
masukan.
Penguat kelas B ini memanfaatkan teknik push-pull, → dua transistor yang
bekerja saling komplementer. Kedua transistor tsb berbeda tipe namun
karakteristiknya sama atau matched
Untuk
vs >0 : Q1 konduksi
Q2 cut-off
iC1 mengalir dari VCC1 → Q1 → RL → VCC1
Vo < 0
vs <0 : Q1 cut-off
Q2 konduksi
iC2 mengalir dari VCC2 → RL → Q2 → VCC2
Vo > 0
Arus yang mengalir di beban iL = iC2 - iC1. Jika nilai puncak vce1 sebesar Vp ,
maka arus ic1 sebesar :
Gambar bentuk sinyal
Kedua transistor sepasang (parameternya matched ) , daya output : (untuk
sinyal sinus)
Jika VCC1 = VCC2 = VCC = VP, dan transistor ideal, maka:
Daya yang ditarik oleh masing-masing sumber DC adalah seri dari
setengah bagian gelombang sinus, akibatnya arus rata-rata yang disupply
adalah :
Sehingga
Effisiensinya penguat itu dapat dicari dengan cara:
Dan effisiensi maksimal jika VP = VCC atau (max) = π/4 = 78%
Distorsi pada kelas B
Sifat-sifat distorsi pada kelas B sedikit unik, bila karakteristik transfernya
tidak linear. Jika kedua transistor yang dipergunakan cocok (matched) maka
arus yang mengalir pada transistor Q1 dan Q2 masing-masing i1 dan i2
hanya bergeser 180o. Jika ada suku harmonik:
Hal ini menunjukkan bahwa ada tersisa gelombang harmonic orde ganjil.
Namun bila karakteristik kedua transistor tidak identik, maka harmonik orde
genapnya juga muncul.
Distorsi ini akibat sifat nonlinear dari transistor dikenal sebagai distorsi
cross-over, hal ini secara sederhana akibat kedua transistor tidak konduksi
pada tegangan -Vγ < Vi < Vγ seperti ditunjukkan pada Gambar berikut.
Penguat tegangan digunakan untuk menguatkan tegangan input. Gain
tegangan adalah perbandingan tegangan output dengan tegangan input.
Dimana besarnya gain dapat kita tentukan. Tahukah aplikasi penguat
tegangan ini ?? Sudah pada tahu ya . . . Penguat tegangan dapat digunakan
sebelum filter dan penguat daya antara sinyal input dan speaker. Ingat lagi
materi teknik telekomunikasi dimana penguat tegangan direpresentasikan
sebagai repeater dalam proses transmisi data. Hal pertama yang harus
dilakukan sebelum merancang penguat tegangan adalah menentukan gain
yang diinginkan karena gain tegangan merupakan tujuan utama dari penguat
tegangan. Btw, penguat tegangan merupakan penguat kelas A. Kemudian
menentukan rangkaian dasar yang digunakan beserta transistornya. Pada
penguat tegangan, arus keluaran ( kolektor ) tidak begitu diperlukan sehingga
arus kolektor diusahakan sekecil mungkin. Sekalian untuk menghemat energi
yang dikonsumsi. Tidak begitu ada syarat khusus pada transistor penguat
tegangan, dimana arus kolektor diatur sebesar 1% dari arus kolektor
maksimum. Beta transistor yang tidak begitu berpengaruh pada kualitas
penguat ( apalagi menggunakan rangkaian voltage divider yang relatif stabil
terhadap perubahan beta ). Nilai-nilai komponen lain dapat dicari dengan
rumus yang telah ada.
Bagaimana dengan penguat daya ? Penguat daya bertujuan untuk
meningkatkan daya sinyal output. Pada mata kuliah elektronika analog ini,
diterapkan sebagai penguat daya pada speaker. Pada penguat daya ini,
tegangan output diatur sama dengan tegangan input dc. Sedangkan nilai
arusnya yang diubah-ubah. Apakah ada yang tahu mengapa pada penguat
daya ini, tegangan diatur tetap sedangkan arusnya diubah-ubah. Menurut
saya pengubahan arus output lebih mudah daripada pengubahan tegangan
output. Dan rentang tegangan yang bisa diaplikasikan jauh lebih kecil
daripada rentang arus. Oleh karena itu bisa jadi, arus yang diperlukan sangat
besar sehingga dalam memilih transistor harus disesuaikan dengan kebutuhan
arus. Apabila arus yang dibutuhkan sangat besar sekali, maka dapat dipakai
rangkaian transistor darlington. Ketika saya membeli transistor yang
memiliki arus kolektor maksimum besar ( sekitar 1,5 A ) ternyata bentuk
transistornya berbeda dari yang selama ini saya beli. Pada bagian tengahnya
berlubang yang digunakan untuk heat sink. Heat sink digunakan agar
komponen tidak cepat panas. Dengan pemasangan heat sink maka
memperluas permukaan transistor sehingga panas semakin cepat terbuang ke
udara. Harganya relatif sama dengan transistor daya kecil. Btw, sebenarnya
penguat daya merupakan penguat kelas B. Penguat kelas B sangat efisien
dikarenakan transistor hanya akan aktif apabila ada sinyal input. Rangkaian
penguat kelas B terdiri dari 2 transistor yang identik dimana setiap transistor
menghantar secara bergantian pada setiap setengah siklus. Tetapi ada
kekurangannya juga, bagian basis emitor seperti sebuah dioda yang akan
aktif ketika telah mencapai forward bias voltage. Sehingga waktu pergantian
on off tidaklah sama. Menimbulkan peristiwa distorsi cross over. Bentuk
sinyal output akibat distorsi cross over tidak diharapkan sehingga perlu
adanya usaha untuk mengatasinya. Solusinya adalah mengatur agar transistor
aktif terus menerus sehingga perlu adanya arus basis (sangat kecil ) walaupun
saat itu transistor sedang tidak menghantar yang dinamakan sebagai
rangkaian penguat kelas AB.
Penguat klas AB
Merupakan perbaikan dari penguat klas B. Cacat penyeberangan bisa
dihilangkan dengan menambahkan prategangan pada dioda basis emitor. Dengan
demikian transistor output sudah aktif saat belum ada sinyal masukan. Tentu saja
titik kerja penguat menjadi berubah karena transistor tidak lagi berada pada
keadaan cut off. Karena itulah disebut penguat klas AB. Penguat audio yang
banyak ada di pasaran pada umumnya adalah penguat klas AB. Untuk memberi
prategangan pada basis emitor tidak harus dengan dioda bisa juga dengan
resistor atau transistor asalkan bisa memberi tegangan untuk mengaktifkan dioda
di basis emitor.
Gambar penguat klas AB
Transistor Q1 akan dibias untuk operasi kelas A. Hambatan R1 sebagai
beban kolektor dengan kondisi quiescent (vs = 0): ILQ = 0 dan VENQ = 20
V.
Arus yang mengalir melalui dioda D1 dan D2 akan menghasilkan beda
potensial sebesar :
VD1 + VD2 = VB2E + VEB2
Pada kondisi quiescent arus yang mengalir di kolektor adalah IC1Q.
Transistor Q2 dan Q3 beroperasi dalam kelas B. Umumnya pada rancangan
ini dioda D1, D2 dan transistor Q2 dan Q3 menggunakan heat-sink yang
sama, sehingga pada saat transistor Q2 dan Q3 panas akan membuat VD1 +
VD2 berkurang tegangannya selanjutnya akan negatif termal. Untuk
membuat tingkat driver transistor Q1 dari rancangan kelas AB di atas
dilakukan sbb:
Pada saat vs mencapai tegangan maksimum negatif, transistor Q1 mendekati
cut-off sehingga vEN = vB2N ≈ 40 V. Untuk kondisi ini iB2 maksimum dan
akan mengalir ke R1.
Merupakan perbaikan dari penguat klas B. Cacat penyeberangan bisa
dihilangkan dengan menambahkan prategangan pada dioda basis emitor.
Dengan demikian transistor output sudah aktif saat belum ada sinyal
masukan. Tentu saja titik kerja penguat menjadi berubah karena transistor
tidak lagi berada pada keadaan cut off. Karena itulah disebut penguat klas
AB. Penguat audio yang banyak ada di pasaran pada umumnya adalah
penguat klas AB. Untuk memberi prategangan pada basis emitor tidak harus
dengan dioda bisa juga dengan resistor atau transistor asalkan bisa memberi
tegangan untuk mengaktifkan dioda di basis emitor.
Penguat Kelas-C
Penguat kelas C akan mengalir arus di kolektor kurang dari 180o pada setiap
siklusnya → tidak sinusoida, ada rangkaian tangki resonansi, LC seperti
ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar penguat kelas C tertala dan tanggapan frkuensinya
Rangkaian tangki resonansi LC paralel, memiliki frekuensi resonansi sebesar:
akan maksimum dan bersifat sinusoida, dengan penguatan tegangan sebesar
Amax. Untuk menganalisa rangkaian ini, pertama-tama dilakukan Rangkaian
ekivalen DC. Selanjutnya dilakukan pembuatan garis beban ditunjukkan pada
gambar berikut.
Gambar rangkaian DC ekuivalen dan garis beban DC dan AC Transistor tsb tidak
ada pem-bias-an → VBE = 0 → IC = 0 untuk sinyal input < 0,7 V → titik Q akan
cuttoff pada garis beban → RS : hambatan kolektor DC (resistansi induktor RF)
→ garis beban relatif vertikal karena RS kecil. Rangkaian ekivalen AC →
penguat CE ditunjukkan pada gambar berikut.
Gambar rangkaian ekuialen AC
Pada penguat CE berlaku:
Dan
VCE(cut) = VCEQ + ICQ rc
Pada penguat kelas C, ICQ = 0 dan VCEQ = VCC, sehingga:
dan VCE(cut) = VCC
seperti ditunjukkan pada garis beban di atas, dengan rc : hambatan kolektor AC.
Jadi pada penguat kelas C swing tegangan sebesar VCC dan arus saturasi sebesar
VCC/rc.
Percobaan Penguat Daya
Percobaan bab V terdiri dari dua percobaan yaitu penguat klas A dan penguat klas B yang
kemudian dimodifikasi menjadi penguat klas AB.
Percobaan Penguat klas A.
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui letak titik kerja penguat klas A dan
efeknya bila titik kerjanya tidak pada tengah garis beban.
Langkah pertama yaitu mengukur besarnya Ic dan Vce masing masing transistor saat
tidak ada sinyal masukan.
Setelah itu lepas amperemeter dan beri sinyal masukan rangkaian penguat. Lihat gambar
sinyal masukan dan keluaran di osiloskop.
Dari gambar terlihat kalau sinyal keluaran sefasa dengan sinyal masukan dan terpotong.
Terpotongnya linyal disebabkan oleh letak titik kerja penguat tingkat kedua yang tidak
berada di tengah garis beban, terlihat dari hasil pengukuran Vce dan Ic sebelumnya.
Untuk membetulkan titik kerja maka digunakan resistor variabel sebagai pengganti salah
satu resistor bias pembagi tegangan pada penguat tingkat kedua.
Resistor variabel diset sampai memperoleh tegangan keluaran yang tidak terpotong.
Kemudian alat dimatikan dan diukur berapa nilai resistor variabel tersebut.
Kemudian hasil pengukuran dibandingkan dengan hitungan secara teori.
Percobaan Penguat klas B dan AB
Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui kelemahan dari penguat klas B murni
dan cara mengatasinya. Penguat klas B yang dipraktekkan disini menggunakan
konfigurasi push pull dengan catu tunggal. Namun untuk penguat sinyal kecilnya
digunakan penguat dengan konfigurasi Common Emitor.
Langkah pertama percobaan yaitu mengeset tegangan bias untuk masing masing
transistor. Hal ini dilakukan dengan mengeset resistor variabel yang akan meletakkan
tegangan di output penguat adalah Vcc. Dan jangan lupa untuk mengukur arus yang�
ditarik dari catu daya sebelum penguat diberi sinyal masukan.
Kemudian beri masukan sinyal segitiga dan terlihat pada output kalau sinyal keluaran
terdapat cacat penyeberangan (crossover distortion).
Untuk mengatasi cacat penyeberangan ini digunakan dua dioda untuk membias transistor
push pull. Maka sinyal keluaran akan tidak lagi terdistorsi.
Dalam keadaan tanpa sinyal masukan ukurlah arus dari catu, maka akan terlihat bahwa
rangkaian menarik arus lebih banyak.
Latihan Soal dan Penyelesaian
1. Andaikata kita diberi suatu rangkaian seperti pada gambar 7.
a. Tentukan berapa besar nilai RB. Diketahui hfe = 200 dan VCE (kerja) = 0,5 VCC
b. Tentukan pula penguatan KV = VO/V, Diketahui ROt = 50k
c. Tentukan hambatan masukan dan hambatan keluaran.
d. Jika Vi dihubungkan dengan sumber tegangan Vs = 2V,dengan hambatan
sumber Rs = 600 ohm dan Vo dihubungkan dengan alat yang mempunyai
hambatan masukan 2 Kilo ohm.Tentukan Tegangan isyarat keluaran
Penyelesaian:
a. Atur kolektor
VCC – VCE 12V – 6V
IC = = = 6 mA
RC IK
Arus basis
IB = IC_ = 6 mA = 30 A
β 200
Arus IB = VCC – VBE = 12V – 0,6V = 30 A
RB RB
RB=11,4V = 380 kilo ohm
11,4V
b. KV = V0 = i0 R0 = ic R0 = hfe R0
V1 i x Ri ii Ri Ri
Ro = Rot // Rc = 50 k // 1k = 1k
Ri = RB // Rit Rit
re = 25___ = 25_ 4,2 ohm
IE(mA) 6
Kita peroleh Ri = ßre = 200 x 4,2 = 8,40 = 840 ohm
Penguatan KV = ß Ro = (200) (1 k) = 238
Ri 0,84 k
b. Hambatan masuk
Ri = 840 ohm
Dan hambatan keluar
R0 = RC // R0t = Ik ohm
d.
Vi = Ri Vs =0,83 mV
Ri +Rs
Vo= Rv KvVi = 2K x 238x0,83 mV
Ro + Rs IK + 2K
Vo=131 mV
top related