Bab13 penguat-transistor

Download Bab13 penguat-transistor

Post on 08-Aug-2015

135 views

Category:

Documents

3 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<ol><li> 1. 13 PENGUAT TRANSISTOR13.1 Model Setara PenguatSecara umum penguat (amplifier) dapat dikelompokkan menjadi 3 (tiga), yaitu penguattegangan, penguat arus dan penguat transresistansi. Pada dasarnya kerja sebuah penguatadalah mengambil masukan (input), mengolahnya dan menghasilkan keluaran (output)yang besarnya sebanding dengan masukan. Besarnya tegangan keluaran (vo)dibandingkan dengan tegangan masukan (vi) dinyatakan sebagaio V i v = A v (13.1)dimana AV adalah penguatan tegangan (voltage gain). Hal yang sama untuk penguatarus berlakuo I i i = A i (13.2)dimana io adalah arus keluaran, ii adalah arus masukan dan AI adalah penguatan arus(current gain). Sementara ini pembahasan hanya dibatasi pada penguatan tegangan.Gambar 13.1 menunjukkan rangkaian setara Thevenin dari jaringan bergerbangdua dari suatu penguat. Secara ideal, penguat tidak mengambil arus dari masukan vi dantegangan keluaran tidak mengalami perubahan jika arus diambil dari ujung keluaran(lihat gambar 13.1-a). Pada kenyataannya rangkaian yang ideal ini tidak bisa dibuat.Rangkaian seperti terlihat pada gambar 13.1-b adalah lebih realistik dimana kitamenambah hambatan masukan Ri dan hambatan keluaran Ro.154 ELEKTRONIKA DASAR </li><li> 2. Rs iovivo =Avivo RLGambar 13.1 Rangkaian setara Thevenin jaringan bergerbang duaPada gambar 13.1-b terlihat bahwa pada bagian masukan mengalir arus masukani = (13.3)= (13.4)' = (13.5)Penguat Transistor 155sebesariivi RSemakin besar harga Ri penguat tersebut semakin mendekati kondisi ideal. Hambatansumber Rs dan hambatan masukan Ri membentuk pembagi tegangan sehinggasiRi vR Ri sv+Pada bagian keluaran, dengan adanya Ro, tegangan keluaran 'o v menjadio o o o v' = v - i RatauoLRo vR Ro Lv+~Sumber Penguat Beban(b) vi' ~iviRvi ~(a)R sii~vo=Avivo'R LR o io </li><li> 3. Persamaan 13.5 jelas memperlihatkan bahwa semakin kecil harga Ro suatu penguat akanmedekati kondisi ideal.13.2 Penguat TeganganPada bagian sebelumnya telah dipelajari bagaimana transistor diberi tegangan panjar(bias) agar transistor tersebut dapat bekerja sebagai penguat. Pada gambar 13.2diperlihatkan penguat BJT emitor-ditanahkan dengan tegangan panjar dari VCC dan VBE.v i ~+vBE _R L+CC _VGambar 13.2 pemasangan tegangan panjar pada penguat emitor ditanahkanAntara parameter masukan dan keluaran terdapat hubungan dalam bentukeksponensial sebagai berikutBEexp 1 vBEvBEC o V156 ELEKTRONIKA DASAR - - =ToTE oVIVi Iexp(13.6)Arus kolektor (iC) besarnya hampir mendekati arus emitor (iE), dengan demikian kitadapat menuliskan Tvi I exp (13.7) </li><li> 4. Penguat Transistor 157(a)(b)(c)Gambar 13.3 Bentuk isyarat keluaran suatu penguat untuk isyarat masukan (a) 1 dan1,8 mV, (b) 4 dan 8 mV dan (c) 15 dan 20 mV </li><li> 5. dan tegangan kolektor diberikan oleh= -v V i RC CC C LC CC o L V LCRdvi RC LCdv158 ELEKTRONIKA DASAR = -BETC CC o LvVv V I Rexp(13.8)Persamaan 13.8 menunjukkan hubungan antara tegangan input vBE dan tegangan outputvC dimana keduanya terdapat komponen DC (untuk panjar) dan komponen AC (isyarat).Sayangnya keluaran dan masukan merupakan hubungan yang tidak selalu linier.Dengan kata lain tidak selalu keluaran merupakan copy dari masukan sehingga terjadikeluaran yang terdestori (cacat). Ini terjadi akibat isyarat masukan yang terlalu besar.Pada gambar 13.3-a isyarat keluaran dari suatu input 1 dan 1.8 mV memperlihatkanbentuk sinusoida yang sempurna (tidak terjadi distorsi). Namun jika isyarat masukandiperbesar menjadi 4 dan 8 mV (gambar 13.3-b) nampak bahwa untuk garis referensi di7V, isyarat keluaran tidak simetri lagi (bagian bawah lebih tajam). Pada isyaratmasukan sebesar 15 mV (gambar 13.3-c), isyarat keluaran mengalami distorsi yangsangat nyata. Saat masukan diperbesar ke harga 20 mV, masukan kolektor menyamaitegangan emiter, akibatnya transistor berada pada daerah jenuh sehingga isyaratkeluaran terpotong kurang lebih 2V.Dengan demikian kita hanya dapat menentukan besarnya tegangan keluarankarena adanya perubahan yang sangat kecil pada masukan, yang lebih dikenal sebagaipenguatan isyarat kecil (small-signal gain). Kita memiliki = -BETvv V I R expdan besarnya penguatan diberikan oleh = -BEToTBEvVIVdvexp atauTBEVdv= - (13.9) </li><li> 6. Pada persamaan 13.9 terlihat bahwa penguatan berharga negatif, artinya jika vBE naikmaka iC juga naik, tetapi sebaliknya vC akan menurun.Untuk pengoperasian pada isyarat kecil, iC tetap mendekati harga panjar DCA = - (13.10)Penguat Transistor 159yaitu IC, sehingga penguatan isyarat kecil diberikan olehI RC LTV VPenguatan ini bernilai cukup besar, misalnya untuk C L I R = 5 V diperoleh penguatansebesar -200.13.3 Hambatan MasukanPada rangkaian emitor-ditanahkan (common emitor) harga hambatan masukan dapatdiperoleh juga dari hubungan eksponensial - =BEE o VTvi I expatauexpBEv( +1) =bToBVIiSekali lagi untuk isyarat masukan yang sangat kecil diperolehexp+IB V( 1) = bBEToTdiBEvVdvsehingga( b)TVEBEToTBBEIvVIVdvdib=1 +=exp(13.11) </li><li> 7. Ruas kiri tidak lain adalah hambatan masukan untuk rangkaian emitor ditanahkan ataubiasa disimbolkan dengan rp . Untuk isyarat kecil, arus emitor mendekati hara DC (IE)sehinggabVp = (13.12)TIErBi=1/rpGambar 13.4 Pengambilan harga rp dari karakteristik input transistorPerlu dicatat bahwa rp bukanlah berasal dari resistor yang nyata; namum berasaldari kemiringan (slope) kurva karakteristik masukan (lihat gambar 13.4) pada titikpanjar DC.Dengan cara yang sama untuk rangkaian penguat basis-ditanahkan, dengan arusmasukan E B - i = (b + 1) i , hambatan masukan (re) adalahr = T(13.13)EVe IPersamaan 13.13 diturunkan langsung dari exp( / ) E o EB T - I I -v V . Dengan demikianhubungan rp dan re dapat dituliskan sebagai160 ELEKTRONIKA DASARBEBEVIBSlopev </li><li> 8. p p r = b r (13.14)Sedangkan besarnya penguatan tegangan dimungkinkan untuk dituliskan sebagaiA = - (13.15)Penguat Transistor 161LRV reDari keadaan di atas nampak bahwa besarnya penguatan tegangan adalah sama untuksetiap transistor, yaitu hanya tergantung pada IC dan bukan pada b.13.4 Hambatan KeluaranTrasistor mengalirkan arus lewat hambatan beban sebesarC B i = b i (13.16)dimana harganya hampir tidak tergantung pada besarnya RL karena iC hampir tidaktergantung pada besarnya vCE. Besarnya hambatan keluaran walaupun keluaranterbebani akan berharga sekitar RL.13.5 Model-model Isyarat Kecil (Small-Signal Models)Untuk menentukan sifat-sifat sebuah penguat transistor, dapat dilakukan pendekatanyaitu mengganti transistor tersebut dengan rangkaian setara model isyarat kecil. Modelini tersusun dari rangkaian yang lebih sederhana sehingga memudahkan perhitungan.CEibrpBi cbibGambar 13.5 Model isyarat kecil untuk penguat emitor ditanahkan </li><li> 9. Gambar 13.5 menunjukkan sebuah model isyarat kecil untuk penguat emitorditanahkan. Pada bagian masukan (basis) mengalir arus AC (yaitu iB) lewat hambatanr b re p = dimana e T E r =V / I . Pada bagian keluaran (kolektor), transistor mempunyaiarus AC kolektor (iC) yang (hampir) konstan sebesar C b i = b i .CiGambar 13.6 Model isyarat kecil untuk penguat basis ditanahkanGambar 13.6-a menunjukkan sebuah model isyarat kecil untuk penguat basis-ditanahkan.Dengan membuat modifikasi model seperti terlihat pada gambar 13.6-b,kadang-kadang dapat memberi kemudahan dan lebih berguna. Pada bagian masukanterdapat hambatan masukan re. Jika pada masukan diberi tegangan masukan sebesar vbmaka arus masukan adalah ib , sedangkan arus sebesar ( ) b b + 1 i mengalir lewat resehingga( ) B b e v = b + 1 i r (13.17)( b)= + 1rprviebb162 ELEKTRONIKA DASAR(13.18)yang merupakan hambatan masukan seperti yang diharapkan.biB(a)reEeaieE(b)reBib bC </li><li> 10. R1CCRRRRC= 390 ohmELGambar 13.7 Contoh pemberian keadaan panjar pada penguat transistorGambar 13.7 memperlihatkan contoh rangkaian penguat transistor dengansumber tegangan masukan vS dengan resistansi sumber RS. Kita menganalisis rangkaiantersebut dengan membuat pendekatan seperlunya. Misalkan transistor Q1 adalah terbuatdari silikon dengan tipe n-p-n dengan penguatan arus b = 200. Beberapa permasalahanberikut akan kita selesaikan.(a) Berapa arus DC kolektor ?(b) Beri komentar seberapa efektif keadaan panjar rangkaian pada gambar 13.7(misalnya dengan membuat perkiraan besarnya perubahan arus kolektor jikadilakukan penggantian transistor dengan harga gain arus setengahnya)(c) Dengan asumsi harga Rs dapat diabaikan, perkirakan efek pada tanggapanPenguat Transistor 163frekuensi isyarat-kecil pada 50 Hz(i) dari CE(ii) dari CI.(d) Jika vS berupa gelombang sinus dengan amplitudo 2 mV dan frekuensi 1 kHz,perkirakan bentuk tegangan keluarannya dengan(i) berasumsi RS = 0,(ii) berasumsi RS = 600 WQ+ VCCvs ~ R2ERRsC I+_ C C EI = 100 uFv1oRLV2= 560 ohm= 4700 uFE= 10 kohm= 4,7 kohm1= 9 V </li><li> 11. Penyelesaian:(a) Pertama harus kita hitung besarnya sumber tegangan rangkaian terbuka basis(ingat teorema Thevenin) sebagaiV =V R R + R BB CC= 9 4,7/14,72,88 VR = R R B// 1 2= -V VBB BEB R R+ +B E= -= C B I b I= 200 27,9== -=BI= E E E V I R= 164 ELEKTRONIKA DASAR/( ) 2 1 2=dan hambatan sumber basis3,20 k </li></ol>