Penguat DayaGelombang Mikro (1)

TTG4D3 – Rekayasa Gelombang Mikro

Oleh

Budi Syihabuddin – Erfansyah Ali

1

Outline

• Pendahuluan

• Macam-Macam Daya & Faktor Penguatan

2

Pendahuluan

3

Salah satu komponen yang terpenting dalam sebuah penguat adalah komponen aktif (transistor)yang memiliki nilai stabilitas berbeda-beda pada frekuensi kerja tertentu.

Stabilitas adalah hal pertama yang harus diperhatikan dalam perancangan sebuah penguat.Stabilitas merupakan ketahanan transistor terhadap osilasi dalam rangkaian gelombang mikroyang dapat dihitung dengan data parameter S transistor tersebut.

Dalam menganalisis kestabilan penguat, terdapat beberapa konstanta yang sering digunakan,yaitu:

1. Faktor kestabilan Rollet K

𝐾 =1− 𝑆11

2−|𝑆22|2+|∆|2

2|𝑆21𝑆12|

2. Determinan dari parameter S

∆= 𝑆11𝑆22 − 𝑆12𝑆21 LOUTINS = IN*

Es

Zs = 50IMC

inZL

= 50

IMC

out

Pendahuluan

4

FaktorKestabilan

Stabil tanpa syarat(unconditionally stable)

Stabil bersyarat(potentially unstable)

Yaitu apabila K>1 dan |Δ|<1dimana |Гin|<1 dan |Гout|<1.Pada kondisi ini transistor cocokdigunakan sebagai penguat dimana penguat selalu stabildengan pemilihan ГS dan ГL

sembarang (di mana saja) padasmith chart.

Yaitu apabila K<1 dan |Δ|>1 atau K<1 dan |Δ|<1.Kondisi ini lebih cocok digunakan untuk osilator karenaimpedansi sumber dan beban akan menyebabkan|Гin|>1 dan |Гout|>1. Pada kondisi ini lingkarankestabilan berperan penting dalam pemilihan koefisienpantul sumber dan beban pada perancangan osilatorsupaya memenuhi syarat kondisi osilasi, yaitu |Гin|>1dan |Гout|>1. Kondisi ini dapat juga digunakan sebagaipenguat yaitu dengan syarat pemilihan ГS dan ГL yangberada pada daerah kestabilan sumber maupun bebanpada smith chart.

Pertama, power (daya) yangada adalah available power(daya yg tersedia) yang berasaldari sumber.

Pavs = Available power dari sumber

Daya (1)

5

Sebelum diskusi tentang amplifier (penguat), harus didefinisikan terlebih dahulu

tentang daya yang dialirkan. Misalkan ada komponen penguat yang dihubungkan

dengan beban dan sumber.

Daya (2)

6

𝐏𝐢𝐧 = 𝐏𝐢𝐧𝐜 − 𝐏𝐫𝐞𝐟

=|𝐛𝐒|

𝟐 − |𝐚𝐒|𝟐

𝟐𝐙𝟎

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝚪𝐢𝐧|𝟐 𝟏 − 𝚪𝐢𝐧|

𝟐

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟐𝐙𝟎

𝐙𝟎𝐙𝟎 + 𝐙𝐒

𝟐𝟏 − |𝚪𝐢𝐧|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝚪𝐢𝐧|𝟐

Daya yg diserap beban (port input komponen penguat)

Daya yang datang ke port input komponen penguat Daya yang

dipantulkan dari port input komponen penguat

Daya (3)

7

𝐏𝐚𝐯𝐬 = 𝐏𝐢𝐧|𝚪𝐢𝐧=𝚪𝐒∗

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟐𝐙𝟎

𝐙𝟎𝐙𝟎 + 𝐙𝐒

𝟐𝟏

𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐

=𝟏

𝟐|𝐕𝐒|

𝟐𝟏

𝟒𝐑𝐞{𝐙𝐒∗}

Pin maks jika :

maksimal

JIKA

𝟏 − |𝚪𝐢𝐧|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝚪𝐢𝐧|𝟐

𝚪𝐢𝐧 = 𝚪𝐒∗

Daya (4)

8

Jika ada sebuah komponen dua port dihubungkan dengan sumber, bagaimana nilai Pavn?

𝐏𝐚𝐯𝐧 = 𝐏𝐋|𝚪𝐋=𝚪𝐨𝐮𝐭∗

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝐒𝟐𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭𝚪𝐨𝐮𝐭∗ |𝟐

𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝐒𝟐𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒|

𝟐

𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐 𝟐

𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝐒𝟐𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒|

𝟐

𝟏 − |𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

Daya (5)

9 9

PL maks jika :

maksimal

JIKA

𝟏 − |𝚪𝐋|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭𝚪𝐋|𝟐

𝚪𝐋 = 𝚪𝐨𝐮𝐭∗

𝐏𝐋 =|𝐛𝟐|

𝟐 − |𝐚𝟐|𝟐

𝟐𝐙𝟎

=|𝐕𝐨𝐮𝐭|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭𝚪𝐋|𝟐𝟏 − 𝚪𝐋|

𝟐

=|𝐕𝐒|

𝟐

𝟖𝐙𝟎

|𝐒𝟐𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭𝚪𝐋|𝟐𝟏 − 𝚪𝐋|

𝟐

Faktor Penguatan (1)

10 10

LOUTINS

a1

b1Es

ZgIMC

inZL

IMC

out

a2

b2

PAVS PIN PAVN PL

1. Transducer Power Gain (GT)

GT =PLPavs

=Daya yang diberikan ke beban

Daya yang tersedia pada sumber sinyal

2. Operating Power Gain (GP)

GP =PLPin

=Daya yang diberikan ke beban

Daya yang diberikan ke transistor

3. Available Power Gain (GA)

GA =PavnPavs

=Daya tersedia dari transistor

Daya yang tersedia pada sumber sinyal

Faktor Penguatan (2)

11 11

1. Transducer Power Gain (GT)

𝐆𝐓 =𝐏𝐋𝐏𝐚𝐯𝐬

=𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐝𝐢𝐛𝐞𝐫𝐢𝐤𝐚𝐧 𝐤𝐞 𝐛𝐞𝐛𝐚𝐧

𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐭𝐞𝐫𝐬𝐞𝐝𝐢𝐚 𝐩𝐚𝐝𝐚 𝐬𝐮𝐦𝐛𝐞𝐫 𝐬𝐢𝐧𝐲𝐚𝐥

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐 𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐𝟏 − |𝚪𝐒|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐 𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐 𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐

𝟏

𝟏

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐 |𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|

𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐 𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐 𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐

𝟏

𝟏

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝚪𝐢𝐧|𝟐 |𝟏 − 𝚪𝐋 𝐒𝟐𝟐|

𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐 𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐 𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝚪𝐢𝐧|𝟐 |𝟏 − 𝚪𝐋 𝐒𝟐𝟐|𝟐

Faktor Penguatan (3)

12 12

2. Operating Power Gain (GP)

𝐆𝐏 =𝐏𝐋𝐏𝐢𝐧

=𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐝𝐢𝐛𝐞𝐫𝐢𝐤𝐚𝐧 𝐤𝐞 𝐛𝐞𝐛𝐚𝐧

𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐝𝐢𝐛𝐞𝐫𝐢𝐤𝐚𝐧 𝐤𝐞 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐬𝐢𝐬𝐭𝐨𝐫

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐 𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒𝚪𝐢𝐧|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

𝟏

𝟏 − |𝚪𝐢𝐧|𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

𝟏 − |𝚪𝐢𝐧 |𝟐𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐𝟏

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒𝚪𝐢𝐧|

𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

𝟏 − |𝚪𝐢𝐧 |𝟐𝟏 − |𝚪𝐋|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐𝟏

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐|𝟏 − 𝚪𝐒𝐒𝟏𝟏|

𝟐 |𝟏 − 𝚪𝐨𝐮𝐭 𝚪𝐋|𝟐

|𝟏 − 𝐒𝟐𝟐𝚪𝐋|𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

𝟏 − |𝚪𝐢𝐧 |𝟐

𝟏 − |𝚪𝐋|𝟐

|𝟏 − 𝐒𝟐𝟐𝚪𝐋|𝟐

Faktor Penguatan (4)

13 13

3. Available Power Gain (GA)

𝐆𝐀 =𝐏𝐚𝐯𝐧𝐏𝐚𝐯𝐬

=𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐭𝐞𝐫𝐬𝐞𝐝𝐢𝐚 𝐝𝐚𝐫𝐢 𝐭𝐫𝐚𝐧𝐬𝐢𝐬𝐭𝐨𝐫

𝐃𝐚𝐲𝐚 𝐲𝐚𝐧𝐠 𝐭𝐞𝐫𝐬𝐞𝐝𝐢𝐚 𝐩𝐚𝐝𝐚 𝐬𝐮𝐦𝐛𝐞𝐫 𝐬𝐢𝐧𝐲𝐚𝐥

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

𝟏 − |𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

𝟏 − |𝚪𝐒|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 |𝟐

=|𝐒𝟐𝟏|

𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒 𝐒𝟏𝟏|𝟐

|𝟏 − 𝚪𝐒|𝟐

𝟏 − |𝚪𝐨𝐮𝐭|𝟐

Contoh (1)

14 14

A microwave transistor has the following S parameters at 10 GHz, with a 50 Ωreference impedance:S11 = 0,45 < 1500

S12 = 0,01 < -100

S21 = 2,05 < 100

S22 = 0,40 < -1500

The source impedance is ZS = 20 Ω and the load impedance is ZL = 30 Ω.Compute the power gain, the available gain and the transducer power gain.

Contoh (1)

15 15

Solution:The reflection coefficients at the source and load are:

ΓS =ZS −Z0ZS + Z0

=20 − 50

20 + 50= −0,429

ΓL =ZL −Z0ZL + Z0

=30 − 50

30 + 50= −0,250

The reflection coefficients seen looking at the input and output of the terminated network are:

Γin = S11 +S12S21 ΓL1 − S22 ΓL

= 0,45 < 1500+(0,01 < −100 )(2,05 < 100 )(−0,250)

1 − (0,40 < −1500 )(−0,250)

= 0,455 < 1500

Γout = S22 +S12S21 ΓS1 − S11Γ S

= 0,40 < −1500+(0,01 < −100 )(2,05 < 100 )(−0,429)

1 − (0,45 < 1500 )(−0,429)

= 0,408 < -1510

Contoh (1)

16 16

The power gain is:

GP =|S21|

2

(1 − |Γin |2)

(1 − |ΓL|2)

|1 − S22ΓL|2=

2,05 2 [1 − 0,250 2]

1 − 0,455 2 |1 − 0,40 < −1500 −0,250 |2

=5,94

The available power gain is:

GA =|S21|

2

(1 − |Γout |2)

(1 − |ΓS|2)

|1 − S11ΓS|2=

2,05 2 [1 − 0,429 2]

1 − 0,408 2 |1 − 0,45 < 1500 −0,429 |2

= 5,85

The transducer power gain is:

GT =|S21|

2(1 − |ΓS|2)(1 − |ΓL|

2)

|1 − ΓSΓin|2|1 − S22ΓL|2

=2,05 2 [1 − 0,429 2][1 − 0,250 2]

1 − −0,429 0,455 < 1500 2|1 − 0,40 < −1500 −0,250 |2= 5,49

Referensi

• Microwave Engineering 3rd Edition, David M. Pozar.

17

Terima Kasih

18