ELEKTRONIKA 2

PROGRAM SP

Bab I. Rangkaian Dioda• I.1.Dasar dasar analisis rangkaian dioda• Dioda dipandang sebagai elemen rangkaian, rangkaian dioda dasar

pada gambar.1 berupa rangkaian seri dioda D, hambatan Rι dan sumber vі

• Gambar.1

• D• • ← vD→

• vi id

• RL

I.1.Dasar dasar analisa rangkaian dioda

• Dari rangkaian gambar.1, ada dua relasi:• 1.dioda sebagai elemen non linier id = f(vd)……….(1)

• 2.rangkaian thevenin v=vt – (id)Rt ………………………(2)

• i i curva statik

vi/RL Vi’/RL • vi/RL A’ curva dinamik

• ←vA → vL A

• ← vi → v vi vi’ v Gambar.2

I.1.DASAR DASAR ANALISA RANGKAIAN DIODA

• Karakteristik Transfer

• Karakteristik transfer menjelaskan relasi vo terhadap vi dengan mempergunakan

lengkungan dinamik, • vo iD id

• vo

• curva transfer• • vϒ vi t• • t1 t2 t1 t2 t3

• t1 vi t1 vT

• T2 t2

• t3

• t Gambar.3

Dasar-dasar analisa rangkaian

• Rangkaian limiter(pembatas)• untuk VR=0,5 Vm , R=10RF dan Vϒ=0,1VR

• a. Lukiskan bentuk fungsi transfer• R b. Apabila vi merupakan fungsi sinusoid tentukan :• bentuk gelombang sinyal keluarannya(Vo) dengan konfigurasi

• ↑ a • ↑ seperti pada gambar.4• c. Bentuk gelombang sinyal keluarannya (Vo)apabila konfigurasi D • D dibalik.• Vi Vo d. Pada saat fasa Vi negatip, nyatakan Vak • k • e. Pada saat fasa Vi positip nyatakan Vak• VR f. Untuk VR =5 volt dan RF= 5 Ω berapakah nilai tegangan yang teru

• kur pada R pada saat Vi =+ Vm• ↓ ↓ g. Ulangi untuk Vi= -Vm• • • Gambar.4 •

•

Rangkaian dioda

• Limiter untuk rangkaian gambar.4

• vo vo

• • vR+vϒ

• vi t• • →VR+Vϒ←• vi Gambar.5

Rangkaian dioda

• Clipper 1 level clipper 2 level• • R R • + • D D1 D2

• Vi VR Vo vi VR1 VR2

• −• Gambar.6 Gambar.7

•

Rangkaian dioda

• Komparator vi

• D • t• R vo t1

• Vi Vo

• VR VR • • t1 t• Gambar.8 Gambar.9

Rangkaian dioda

• Rectifier[penyearah]• Penyearah adalah suatu rangkaian yang melakukan proses pe ngubahan besaran

listrik ac menjadi besaran listrik dc, proses • pengubahan disebut juga penyearahan(rectifying).• • Besaran periodik• Besaran priodik adalah besaran yang memiliki pola(wave form) perubahan • yang berulang didalam suatu interval waktu tertentu, disebut juga perioda T . Pola

perubahan besaran priodik dapat dicirikan juga oleh fasa, dapat bernilai positip, negatip maupun keduanya.

• Besaran listrik yang bersifat periodik dan fasanya berubah positip dan negatip secara simetrik, dengan wave form sinusoidal disebut besaran

• listrik ac murni. • Banyaknya perubahan pola persatuan waktu disebut frekuensi f, yang dinyatakan

oleh relasi f= 1/T atau ω = 2πf.

Rangkaian dioda

• Penyearah(lanjutan)• Berbagai waveform lain dari besaran periodik diantara lainnya • adalah : half wave, segitiga, gigi gergaji, fullwave, segi

empat,sinusoida, dan lainnya.

• Teorema fourier untuk besaran periodik • Suatu fungsi periodik dapat dinyatakan sebagai super posisi • Konstanta dan fungsi fungsi sinus dengan frekuensi dengan

kelipatan semakin besar dan disebut sebagai harmonisa

Rangkaian dioda

• Nilai nilai besaran periodik:y(t) = Ym sin(ωt±θ)• Besaran periodik memiliki nilai-nilai yang didefinisikan berikut: • (i)nilai dc =[1/2π]∫₀

2π[ydωt] …………………………………. ( 3)

• (ii)nilai rms = [1/2π][∫2πy2dωt½ ……………………………………………. ( 4)

• o

(iii)nilai sesaat = y(t) ……………………………. ( 5)

(iv)nilai maksimum = Ym ……………………………. ( 6)

• (v)nilai puncak kepuncak Yp=|2Ym| ……………………………….. ( 7)

(vi)nilai fasa: (ωt±θ) …………………………………………………………………………. ( 8)

• (vii)nilai fasa awal θ ……………………………………………………...( 9) (viii)nilai frekuensi f=ω/2π …………………………………………………..(10)

RANGKAIAN DIODA

• Penyearah setengah gelombang• iD = [vi – vD]/[ri+RL]• ri Dioda D ideal• ↑ + iD = [10/(ri+RL)]sinωt vi>0

• vi VL RL iD =0 vi<0

• - vL = iD(RL)• ↓ Tentukan :• diket: vi = 10sinωt a. Vdc = 2,86 v(buktikan)

• ri = 1Ω

• RL = 9 Ω b.Gambarkan out put pd RL(VL)• Gambar.10

RANGKAIAN DIODA

• Ekspansi fourier terhadap vL utk ( half wave)

• vL=VLm[1/π +(½)sinωt-(2/3π)cos2ωt-(2/15π)cos4ωt+…]• Tampak ada suku harmonik dgn frekuensi meningkat.

• Faktor ripple(ϒ)

• ϒ =[vr/Vdc]=[nilai rms komponen ac]/[nilai komponen dc]

• Vr adalah harga rms dari harmonisa-harmonisa(elemen ac)• Untuk menghasilkan keluaran dc yang baik, harmonisa harus

dibuang.

RANGKAIAN DIODA

• Dinyatakan dalam komponen arus : faktor ripple : ϒ = [Irms/Idc] = [V’rms/Vdc]

• Harga sesaat dari ripple dinyatakan oleh relasi :• i’ = i - Idc , nilai rmsnya adalah :

• I’rms = 1/2π∫₀2π(i’)²d(ωt½ = I²rms - I²dc ½, maka :

• ϒ =[Irms/Idc]² - 1½

• Untuk half wave Irms = Im/2, Idc = Im/π, diperoleh nilai ϒ• Untuk penyearah half wave ϒ = 1,21

RANGKAIAN DIODA

• Penyearah gelombang penuh(full wave rectifier)• (i)Model CT vi• ωt• + • v1 D1 RL iD1 ωt

• v2

• - D2 iD2 ωt

• tentukan ϒ iL ωt• Gambar.11 gambar.12

RANGKAIAN DIODA

• (II)Model jembatan

• • D1 D2

• • i13

•

• D4 RL D1,D3 D2,D4

•

• D3 ON ON

• i24

• - Gambar.13

RANGKAIAN DIODA

• Penapisan(filtering)• Penapisan bertujuan memisahkan elemen dc terhadap rippel,• (i)Penapisan half wave RC-pasif vr =[IdcT2/C] …………….(8)

• (ii)Penapisan full wave RC-pasif T2 = T/2

• half wave vr = [Idc/2fC] …………….(9)• I full wave• vo vr

• vi

• → T2 ←• 0 →on← off → Vdc =Vm – vr/2 Gambar.14

TRANSISTOR BIPOLAR

• Bipolar transistor adalah anggota keluarga transistor yang bekerja berdasarkan dua tipe pembawa muatan

• Keluarga transistor

• Gambar.15

TRANSISTOR

UNIJUNCTION BIPOLAR UNIPOLAR

PNP NPN IGFET JFET

BIPOLAR TRANSISTOR

• STRUKTUR TRANSISTOR PERMODELAN DIODA• Emitor(E) PNP

• NPN Basis JE

(B) JC Permodelan skematik

C B B Colector(C) NPN E PNP gambar.16

P

N

P

N

P

N

TRANSISTOR BIPOLAR

• KONFIGURASI TRANSISTOR(1)• Adalah permodelan transistor sebagai elemen 2 kutub(2 pasang

terminal)

• 1 2• 1’ 2’• Gambar.17• Terminal 1-1’ =pasangan terminal input, terminal 2-2’ = output• 1’ dan 2’ titik acuan bersama(common) dan berada pada potensial • yang sama.

transistor

TRANSISTOR BIPOLAR

• Konfigurasi transistor(2)konfigurasi common.• 2 terminal transistor sebagai terminal input dan output, dan 1

terminal dipergunakan bersama-sama oleh input dan output.

• Gambar.18• • •

• Konfigurasi transistor disebut juga hubungan transistor dgn

• elemen diluarnya shg membentuk suatu rangkaian bertransistor

TRANSISTOR BIPOLAR

• Model konfigurasi transistor• Emiter bersama(common emittor)=CE• Kolektor bersama(common collector)=CC Basis bersama(common base)=CB• ic ie ie ic

B ib C ib E E C

• vCE B vEC vEB vCB

• vBE • vBE • • • E E E B B

• CE CC CB• (a) Gambar.19 (b) (c) (c)

BIPOLAR TRANSISTOR

• BIAS[prategangan] TRANSISTOR(1)• Adalah pemberian tegangan kepada transistor melalui masing masing

persambungan JE dan JC(bias persambungan). Kondisi bias memberi kombinasi:revers-revers,revers-forward,forward-forward,dan forward-revers terhadap JE da Jc

. IC 1 2 IB

Gambar.20

• Ic • IB Jc • Vcc •

• (a) • (b) •

• JE •

BIPOLAR TRANSISTOR

• Bias transistor(2)• Untuk gambar.20.a dan b, kondisi bias terhadap JE dan JC :• JE revers- JC forward tidak terdefinisi• JE forward- JC revers transistor memasuki kondisi aktif• JE forward- JC forward transistor memasuki saturasi• JE revers- JC revers transistor memasuki cut off

• Kondisi aktif adalah daerah operasi transistor sebagai penguat(amplifier)• Kondisi saturasi dan cutoff adalah daerah operasi transistor sebagai

saklar (switch)• Nilai nilai tegangan transistor tipikal( npn) sebagai identifikasi :• Bahan VCE(sat) VBE(sat) VBE(aktif) VBE(cutoff)• Si 0,2v 0,8v 0,7v 0 v

BIPOLAR TRANSISTOR

• BIAS TRANSISTOR(3)• Rangkaian gambar.20,melukiskan bias transistor didalam

konfigurasi CE, besaran bias input adalah IB dan VBE sedang besaran bias output adalah IC dan VCE, melalui sumber tegangan bias vBB dan VCC melalui RB dan RC. Untuk nilai nilai RC, RB,VBB dan VCC yang konstant nilai IB dan IC juga konstan. Selanjutnya dinyatakan relasi besaran besaran bias input dan output masing masing dinyatakan dalam rangkaian bias (lup) input dan rangkaian bias(lup) output. Selanjutnya dikondisikan JE forward dan JC revers, didefinisikan lup input dan lup output:

• Lup input: VBE =f(VCE,IB) disebut juga rangkaian basis

• Lup output: IC = f(VCE,IB) disebut jugarangkaian kolektor

TRANSISTOR BIPOLAR

• Bias transistor(4) konfigurasi CE gambar.21.a • Rc lup input: IB=[VBB – VBE]/RB

• lup output:VCE= VCC - ICRC IB

• + RB - c IB Ic

• + • Vcc • VBE E m • • VBB • (a) (b) VBE (C) VCE

• Gambar.21

Gambar.21.b→kurva JE disipasi daya transistor:Pm=[VCEIC]m Gambar.21.c→kurva JC m = titik disipasi daya maksimum

TRANSISTOR BIPOLAR

• BIAS TRANSISTOR(4)• Untuk JE forward dan JC revers berlaku relasi:

• IE + IC + IB=0 ………………………… (10)

• I = ICEO arus bocor untuk IB = o ……………… (11)

• IC = ICO - αIE …………………………… (12)

• IC = ICO/(1-α) + αIB/(1-α)→Ico/(1-α)=ICEO

• = (1+ β)ICO + βIB ………………………. (13)• Dimana β = α/(1 – α) , α = β/(β + 1)• Didefinisikan β = [ΔIC/ΔIB] dan α = [ΔIC/ΔIE]• β=penguatan arus CE,α=penguatan arus CB• Relasi diatas hanya berlaku didaerah aktif

TRANSISTOR BIPOLAR

• Bias transistor(5): JE dan JC keduanya forward• Rc• RB • c VCC kondisi yang harus• B• dipenuhi adalah:• VBB • E VBE>VCE atau• VBC>0• Gambar.22

TRANSISTOR BIPOLAR

• Bias transistor(6)• Berikut ini untuk rangkaian gambar.23, dengan JE dan JC keduanya

revers,transistor memasuki cutoff

• ICBO RC

• RB + VCC • Lup input :• VBB - IB IE=0 IB = ICBO

• + VBE VBE = -VBB+RB ICBO

• Lup output• Gambar.23 IE=o→IC=ICO,VCE=VCC

TRANSISTOR BIPOLAR

• Karakteristik output dan analisa garis beban• IC IB3

Ic=Vcc/Rc IB4 IB2 Q = Quecient(tenang)

• IB1

• 4• 3• • Q 2 1 IB=o• • disipasi hiperbola• • VCE

• Gambar.24 cutoff vCE =VCC

TRANSISTOR BIPOLAR

• DISAIN RANGKAIAN BIAS• Disain rangkaian bias mengkondisikan transistor agar memasuki

daerah operasi yang diinginkan. Ada 3 daerah operasi untuk transistor yaitu :

• i. Daerah saturasi• ii. Daerah cut off• iii. Daerah aktif• Daerah I dan ii adalah operasi transistor sebagai saklar• Daerah iii adalah operasi transistor sebagai penguat• Didalam penetapan daerah operasi harus dipilih daerah operasi

yang aman dan stabil. Stabilitas dapat ditinjau atas dua aspek yaitu stabilitas termal dan daerah frekuensi.

TRANSISTOR BIPOLAR

• Disain rangkaian bias:selidiki kondisi rangkaian transistor,misal• β = 100, ICO = 20 nA. Hanya ada dua kemungkinan yaitu( sat), • 200K 3K atau aktif (jelaskan). Kondisi (sat) atau• aktif,melalui anggapan dan pengujian.• 5v 10v Anggap saturasi: tinjau lup input• ∑vi =0→-5+200IB+0,8=0→IB=0,021 mA

Gambar.25

Tinjau lup output:∑vi=0 → -10+3IC+0,2=0→IC=3,27 mA, dan harus berlaku IB(min) untuk IC=3,27 mA sbg arus IC(sat), yang memenuhi hubungan (IB)min=IC/β<0,021 mA,ternyata tidak memenuhi. Berarti transistor dalam kondisi aktif dan untuk itu JC harus dalam kondisi revers.( selidiki)

Gantikan hambatan 200 K dengan hambatan 50 K, selidiki kondisi transistor

TRANSISTOR BIPOLAR

• Model rangkaian bias• Model rangkaian bias merupakan pendekatan untuk

memperoleh daerah operasi yang stabil(termal) dan aman.• i. Fix bias• Ii.self bias• Iii.feedback bias• Iv.bias kompensasi dioda,termistor• V.emitter bias• Tugas: bahas macam macam disain bias.

TRANSISTOR BIPOLAR

Disain bias sederhana CE C1 dan C2 kopling kapasitor Lup input: Ic Rc + VCE = VCC

C2

C1

Lup output:IB RB + VBE = VBB

RC

RB +

VCC R

+

VBB

Gambar.26

TRANSISTOR BIPOLAR

• Disain bias • Fix bias CE C2 Lup input

• ICRC + VCE = VCC

• RB RC Lup output

• VCC R IBRB + VBE = VCC

• • C1

Gambar.27

TRANSISTOR BIPOLAR

• Collector Feedback bias Collector-emittor feedback bias

• Gambar.28 Gambar.29

TRANSISTOR BIPOLAR

• Self Bias

• IC RC

• RB1 IB + VCC

• RB2 IE RE

• Gambar.30

TRANSISTOR BIPOLAR

• Disain bias sederhana CB

• C1 C2

• RE Rc R

• VEE VCC

• Gambar.31

Transistor Bipolar

• Effek Temperatur• Kenaikan suhu dapat memberi peningkatan nilai penguatan arus dari

transistor, menyebabkan pergeseran dari titik Q. Untuk menghindari kondisi tersebut, rancangan rangkaian bias harus dibuat cermat sedemikian sehingga effek pergeseran titik Q dapat dapat dicegah.

• Model disain feedback kolektor dan feedback kolektor-emitor mampu mencegah pergeseran titik Q

• RB R c

• Rc Vcc RB

• Vcc

• Gambar.32 RE

BIPOLAR TRANSISTOR

• Penguat bertransistor

• Stimuli respon

• gambar.32• Stimuli ; sumber sinyal• Respon ; beban(load)• Parameter penguat: AI, AV, AP, ZI, Zo, Yo dan BW• Analisis penguat: sinyal lemah, grafis, respon frekuensi

TRANSISTOR BIPOLAR

• Bentuk gelombang input-output• iC(mA) iB(uA) • A A IcQ Q IBQ Q ic= iC –IC =ΔiC

• B B vc = vC –VC =ΔvC

• (a) Gambar.33 (b)

vCE(volt) vBE(volt)

(c) (d)

VcQ Q vc VBQ vb Q ib = iB – IB = ΔiB

• vC VCE vB VBE vb = vB – VB = ΔvB

TRANSISTOR BIPOLAR

• ANALISA SINYAL LEMAH• iB

• iC Ic

• IB7

• A• IB5

• o Q • IB4

• B • IB2

IB1

• o VCE

• vCE

• • Gambar.34

TRANSISTOR BIPOLAR

• Gambar.22, adalah model umum jaringan 2-port yang dapat dimodelkan sebagai controlled generator(dependent generator)berdasarkan relasi variabel input dan variabel output. Ada 4 macam controlled generator, masing masing adalah : Currentcontrolled-currentgenerator,voltagecontroled- voltage generator,currentcontrolled-voltage generator dan voltage controlled-current generator.

• 1. vo =f(io,iI), vI= f(io,iI)→CCVG→model r transfer(ir)

• 2. vo=f(io,vI), vI=f(iI,vo)→VCVG→model μ transfer(μv)

• 3. io =f(vo,iI), iI =f(vI,io)→CCCG→model α transfer(αi)

• 4.io=f(vo,vI), iI=f(vI,vo)→VCCG→model g transfer(gv)

• 5.io=f(vo,iI),vI=f(iI,vo)→CCCG(output)dan VCVG(input)→(hv,hi)

TRANSISTOR BIPOLAR

• PERMODELAN GENERATOR• a.generator bebas(independent)→2 terminal(1 port)• 1.current generator→Norton(non ideal)• 2.voltage generator→Thevenin(non ideal)• 1.Representasi skematik

• Is IN ZN =1/YN

• Current generator bebas Current generator bebas • (ideal) (non ideal)→Norton

TRANSISTOR BIPOLAR

• PERMODELAN GENERATOR• 1.Representasi skematik• ZTh

• + +• VS VTh

• Voltage generator bebas Voltage generator bebas• (ideal) (non ideal)→Thevenin

TRANSISTOR BIPOLAR

• b.GENERATOR TIDAK BEBAS(dependent/controlled)• 1.CCCG,CCVG,VCVG,VCCG→1 PORT • 2.CCCG-CCCG,CCCG-CCVG,VCVG-VCVG,VCVG-CCCG,VCCG-VCCG→2 PORT• REPRESENTASI SKEMATIK 1 PORT• Ideal non ideal• • IS Vs Is Vs

• IS =αI→cccg Vs = μV→vcvg

• IS =gv →vccg Vs = rI→ccvg•

TRANSISTOR BIPOLAR

• REPRESENTASI SKEMATIK 2 port→sumber dependent

• I1 Z 1 Z2 I2 • V1 + Vs1 Vs2 + V2

Apabila lup input adalah VCVG nyatakan persamaan lup input dgn lengkapApabila lup output adalah CCVG nyatakan persamaan lup output dgn lengkapGambarkan representasi skematik 2 port untuk pasangan VCCG-VCCG , CCCG-

CCCG dan VCCG-VCCG nyatakan representasi dari masing masing control generatornya

TRANSISTOR BIPOLAR

• Model penguat• i. Penguat dasar(linier, klas A),non linier(klas AB,B)• Ii.Penguat multiple(differensial,push pull,cascode),• Iii.Penguat kaskade• Klasifikasi fungsional penguat• i.Lock in amplifier• ii.LNA• iii.HF amplifier• iv.video amplifier• V.logaritmik amplifier

BIPOLAR TRANSISTOR

• Analisis penguat dasar

• Analisis sinyal lemah(frekuensi rendah)→model parameter hibrid h

• h11 = v1/i1]v2= o (short) h12 = v1/v2]i1 = o (open)

• H21 = i2/i1]v1= o (short) h22 = i2/v2]v1= o (open)• 11 = input, 22 = output, 21 = forward transfer, 12=revers trans• + → i1 i2 ← + v1 =f1(i1,v2)

• - v1 v2 - i2 =f2(i1,v2)• gambar.35

TRANSISTOR BIPOLAR

• Analisa sinyal lemah penguat CE• vB = f1(iB,vC), iC = f2(iB,vC)• Turunan parsial:• ΔvB = ∂f1/∂iB]Vc ΔiB + ∂f1/∂vC]IB ΔvC

• ΔiC = ∂f2/∂iB]Vc ΔiB + ∂f2/∂vC]IB ΔvC

• Dapat dituliskan kembali dalam notasi sinyal lemah• Vb = hieib + hrevc …………………………………………………(14)

• ic = hfeib + hoevc …………………………………………………(15)

• Dimana hie =∂vB/∂iB]Vc=0, hre = ∂vB/∂vc]IB=0

• hfe =∂iC/∂iB]Vc=0, hoe = ∂iC/∂vC]IB=0

TRANSISTOR BIPOLAR

• PERS (14) dan (15) dpt dikonversi kerangkaian skematik pada

• Gambar.36.(a)• B hie ic C B hic ie E

• ib ib

• vb hrevc o hfeib hoe vc vb hrcve o hfcib hoc ve

• E E C C

• • (a) CE Gambar.36 (b) CC• hi, hr, ho dan hf disebut parameter hibrid yang umum. • hie,hre,hoe,hfe,hic,hrc,hoc dan hfc masing masing untuk CE dan CC.

Rangkaian gambar.36.a dan b disebut rangkaian hibrid

TRANSISTOR BIPOLAR

• KONVERSI PARAMETER HIBRID• Karena untuk transistor yang sama dapat dikonfigurasikan dalam

konfigurasi yang berbeda, maka secara umum dapat dinyatakan relasi parameter hibrid CE,CC dan CB. Lazim nya dibuat tabel konversi yang dinyatakan dalam parameter hibrid dalam konfigurasi CE

• CC-CE• hic=hie hrc=1

• hfc=-(1+hfe) hoc=hoe

• CB-CE• hib=[hie]/[1+hfe] hrb=[hiehoe]/[1+hfe] – hre

• Hfb=-[hfe]/[1+hfe] hob=[hoe]/[1+hfe]

TRANSISTOR BIPOLAR

• Analisis perhitungan parameter rangkaian penguat bertransistor berbasis parameter h•

• I1 I2

•

• Zs IL

• Vs V1 V1 V2 ZL(beban/load)

• Zo Gambar.37• Zi• ZS = impedansi sumber sinyal,dan VS = sumber sinyal(input)

• ZL = impedansi beban,dan L = arus beban(output)

• Arus dan tegangan ditulis dalam besaran rms

∞ Penguat bertransistor

BIPOLAR TRANSISTOR

• Analisis ac penguat

• Dalam analisis ini rangkaian transistor dalam kondisi aktif, dgn rangkaian bias yg sederhana. Dgn teorema super posisi dilaku kan dua tahapan, yaitu analisis DC untuk penentuan daerah aktif(sumber ac diabaikan) dan analisis ac, semua sumber dc diabaikan. Analisis ac adalah perhitungan parameter parame ter penguat yaitu Av, AI, Zi, dan Zo.Masing masing parameter

• didefinisikan AI = IL/I1, Av=V2/V1, Zi=V1/I1 dan Zo=1/Yo dimana Yo =I2/V2

• I1,I2,V1 dan V2 adalah besaran besaran yang dinyatakan pada• gambar.37

TRANSISTOR BIPOLAR

• Analisis penguat:black box gambar.37 diganti model hibrid • yang umum• Zs hi

• I1 I2

• + IL

• Vs V1 hrV2o o ho V2 ZL

• hfI1

• • gambar.38

TRANSISTOR BIPOLAR

• PEMBUKTIAN PERHITUNGAN RELASI AI,AV,Zi,Zo,Ais dan Avs

TRANSISTOR BIPOLAR

• Disain penguat bertransistor• i. analisa dc, menentukan titik Q yang aman• ii. Analisa ac menetukan parameter penguat• i.Model self bias CE lup input dan output• nilai nilai titik Q:• • RB1 RC Vcc IBQ, ICQ, VBEQ, dan VCEQ

• pergunakan grafik • C1 C2 RB1=10K,RB2=2,2K,Rc=3,6K,RE=1K,VBE=0,7v,R=10K

• R β=50• RB2 RE Gambar.39

TRANSISTOR BIPOLAR

• SOAL HAL 52(gbr.39) VBE = 0,7

• i.Analisa dc VCE =dipilih

• a.lup input→teorema thevenin •Vcc Vth =[RB2.Vcc]/[RB1+RB2]

• • Vcc Rc rth =[RB1.RB2]/[RB1=RB2]

• RB1 B c• Rc rth c • Ic vth = vBB, rth =RBB

• • •B → •B input → IB.RBB+VBE+IE.RE=VBB …….(1)

• Vcc RB2 •E vth IB E• IE output → IC.RC+VCE+IE.RE =VCC ……..(2)

• RE RE (1)→IB.RBB+VBE+(IC+IB)RE=VBB

• (2)→IC.RC+VCE+(IC+IB)RE =VCC

• Persyaratan:IB>(IC)/β→saturasi

• IB<(IC)/β→aktif

• Gambar.40 dgn Nilai nilai V BE dan VCE dipilih menurut asumsi

TRANSISTOR BIPOLAR

• ii.Analisa ac:• Semua sumber dc dihubungkan singkat(tegangan),rangkaian

terbuka(arus) dan kapasitor terhubung singkat• ib ic

• B C• RB1 RB2 hie hfeib hoe Rc R

• o• hrevc

• E E• Z’i Zi Gambar.41 Zo Z’o

TRANSISTOR BIPOLAR

• Analisis penguat• Berdasarkan gambar.37, dapat dibuktikan :• 1.(dengan mengabaikan Zs)

• AI =[IL/I1]=-[I2/I1]= -[(hf)/(1 + hoZL)], Yo =ho –[(hfhr)/(hi+Zs)]

• AV=[V2/V1]=[AII1ZL]/[Zi]

• Zi = hi + hrAIZL, Av=(AIZL)/(Zi) , Zi = βr’e(approx)

• 2.(dengan memperhitungkan Zs)

• Avs =[V2/Vs]=[(AvZi)/(Zi+Zs)]=(AIZL)/(Zi+Zs)

• Ais=-[I2/Is]= (AIZs)/(Zi+Zs)=[(AvsZs)/ZL]

TRANSISTOR BIPOLAR

• Emitter Follower(common collector)• AI = (1+hfe)/(1+hoeRL)

• Zi =hie + AIRL

• AV=1 – [hie/Zi]

• RB1 Zo=1/Yo

• Vcc Yo=(1+hfe)/(hie+Zs)• input-output sefasa • RB2 RE C Zi>>, Zo<<, AV≈1

• RL AI>> • Gambar.42

BIPOLAR TRANSISTOR

• Resume• Parameter CE CC CB• AI tinggi tinggi unity

• AV tinggi unity tinggi

• Zi menengah tinggi rendah

• Zo menengah rendah tinggi

• CC berfungsi sebagai isolating impedans/impedans match

TRANSISTOR EFFEK MEDAN(FET)(TRANSISTOR UNIPOLAR)

• Memiliki keunggulan dibandingkan transistor bipolar:• 1.Dimensi lebih kecil,daya rendah• 2.Impedansi masukan tinggi• 3.Beroperasi pada satu macam pembawa mayoritas(unipolar)• 4.Arus bocor mendekati nol• 5.Dikendalikan oleh medan listrik(field)• Berdasarkan teknologi pembuatannya, transistor unipolar

terbagi dua yaitu: JFET dan IGFET(mosfet)• Analogi terminal bipolar –unipolar:• Emitter-Source, Base-Gate, Collector-Drain• (E) (S) (B) (G) (C) (D)

TRANSISTOR UNIPOLAR

• Analogi arus arus terminal:• IE - IS , IB - IG , IC - ID• Struktur dasar FET

• G ohmic contact G

• S D S D

• • G Gambar.43 G • pembawa:elektron ( -) pembawa : hole (o)

Kanal N−−−P+

P+Kanal P •••

N+

N+

JFET

• Model skematik JFET

• D D• G G Kanal N(dalam dua model)

• S S• Gambar..44

• D D

• G G Kanal P(dalam dua model)•

• S S

JFET

• Konfigurasi rangkaian JFET• i. Common drain(CD)• ii.Common source(CS)• iii.Common gate(CG)

• s D • s D• G G• D s G

• Gambar.45•

JFET• Bias JFET VG > 0

• ID

• • IDSS VG = 0

•

• IS VG< 0

IG

• VDS VDD • • •

• VGG vp=0 Vpo VDS

+ VGS ID VGS<<0 (b)• I• VDS = VP = Vpo utk VGs =0

• (a) ID= IDSS[1-(VGS/VP)½]

• VPi=VPo+VGSi →Vpi=0, → VGs=Vpo→ ID=0

• Gambar.46 Vp = pinch off voltage

JFET

• Model sinyal lemah JFET-CS• iD = f(vGS,vDS)→ΔiD =[∂iD/∂vGS]ΔvGS+[∂iD/∂vDS]ΔvDS

• id =gmvgs + [1/rd][vds]

• gm =id/vgs, rd = vds/id

Faktor penguatan μ = -[vds/vgs] = rdgm

G • • D vgs gmvg o rd vds Model sinyal lemah JFET-CS

• S • S • Gambar.47

IGFET

• IGFET dikenal juga dengan nama MOSFET • metal G • isolator VGS

• • ++++++++ • • S - - - - - - - - D VDS D• +++++++++ • diplesi G subtrat• • Subtrat tipe n S• MOSFET kanal P tipe Enhancement gambar .48

- - - - - - - - -

Tipe p+ Tipe p+

PENGUAT KASKADA

• Penguat kaskada(cascade amplifier)• Penggabungan beberapa buah tingkat(stage)amplifier dalam

suatu bentuk deret(array), untuk mencapai tujuan/kebutuhan tertentu

• Latar belakang • i.Kebutuhan gain• ii.Penyesuaian impedansi• iii.Pergeseran fasa• Pada tinjauan analisis akan dibahas pengaruh terhadap nilai

parameter masing masing tingkat parameter sistem kaskada.

PENGUAT KASKADA

• Model umum penguat kaskada

Vi1 Vo2 Von

Vi1 Von

Zi Zo Gambar.49

AT = A1A2…..An = [Von/Vi1)

A1

A2 An

AT

TRANSISTOR BIPOLAR

• PENGUAT KASKADA DASAR→gabungan penguat konfigurasi bersama• Vcc ie2• Rc Rs1 C1 ib2 ↑ E2• Q2 → ib1 ic1 • Vs Rs Q1 Vs vi1 ← ← RE Vo2• RE Rc → ← ←

• -VEE E1 ↓ C2

• Ri1 Ro1 Ro’1

• Ri2 R o2 Ro’2

stage-1 stage-2 Gambar.50.(a),(b) dan(c)• Rs h ie=2k,hfe=50,hre=6x10-4,hoe=25uA/v

• hic=2k,hfc=-51,hrc=1,hoc=hoe

• Vs Vi1 Vo1 Vi2 Vo2 Rc1=5k,Rs1=1k,RE=5k

CE(Q1) CC(Q2)

TRANSISTOR BIPOLAR

• PENGUAT KASKADA(bertingkat)• Metoda perhitungan gain total AT

• Metoda perhitungan pembebanan akhir(stage n, n=2)→Kedua• Dalam metoda ini, yang ditinjau pertama kali adalah stage akhir. Yaitu stage

common collector(mengapa ?) ib2 ie2 RL2=RE,hf2=hfc,ho2=hoc,hr2=hrc,hi2=hic

• vi2 vo2 RE Io2=Ie2,Ii2=Ib2,Vo2=Vec2

Ri2 Ro2 R’o2

AV2 = [vo2/vi2] = [AI2.RL2/Ri2]→AI2=[Io2/Ii2]=-[hf2]/[1+ho2.RL2]

• Ri2= hi2+hr2.AI2.RL2

• Yo2=hoc-[hfc.hrc]/[hic+R’s2] →R’s2 hambatan sumber efektif yang tampak oleh Q2 dari Q1

• Gambar.51

•

cc

•

TRANSISTOR BIPOLAR

• PENGUAT KASKADA• Diperoleh AI2=45,3,Ri2=228,3 K, Av2=0,991 parameter stage 2.• Selanjutnya ditinjau stage awal:• AI1=-[Ic1/Ib1]=-(hfe1)/[1+hoeRL1]→RL1 adalah beban yang dialami stage

awal,meliputi Rc1 dan Ri2 . Ri2 adalah pembebanan oleh stage 2, beban• Bias oleh stage 2• ib1 stage 1 ic1 stage 2 diperoleh :• Rs A I1=-44,5, Ri1=1,87 K

• Vs vi1 Rc1 Ri2 AV1=-116,6, Yo1=15x10-4

• Ro1=1/Yo1

•

CE

TRANSISTOR BIPOLAR

• Parameter stage 1 yang diperoleh tsb :• AI1= -Ic1/Ib1 =-[hfe]/[1+hoeRL1]• RL1=[Rc1.Ri2]/[Rc1+Ri2]• Ri1=hie+hreAI1RL1• AV1=V2/V1= Vo1/Vi1 = [AI1RL1]/Ri1• Yo1=hoe - [hfehre]/[hie+Rs]• Ro1=1/Yo1• Hambatan total yang dilihat stage 2 adalah R’o1• R’o1=[Rc1Ro1]/[Rc1+Ro1] adalah hambatan efektif sumber yang dilihat Q2• Yo2=hoc-[hfc.hrc]/[hic+R’s2] dimana R’s2=R’o1• Ro2=1/Yo2• R’o2=Ro2//Re2

TRANSISTOR BIPOLAR

• PENGUAT KASKADA• AIT = -Ie2/Ib1= -[Ie2/Ib2][Ib2/Ic1][Ic1/Ib1]=AI2.AI1[Ib2/Ic1]• [Ib2/Ic1 ditentukan dari relasi berikut ini :• Ic1 • c1 • u • • B2 Hukum pembagi arus :• IL1 Ib2 Ib2 = [IL1.Rc1]/[Rc1+Ri2]→IL1=- Ic1• Rc1 Ri2 diperoleh Ib2/Ic1 = - Rc1/[Ri2+Rc1]

• AVT = Vo2/Vi1 = [Vo2/Vi2][Vi2/Vi1] dimana Vi2 = Vo1• = [Vo2/Vi2][Vo1/Vi1] = Av2. Av1• Avs = Vo2/Vs =[Vo2/Vi1][Vi1/Vs] dimana Vs =Vi1[Rs+Ri1]/Ri1(gambarkan)

PENGUAT MULTIPLE

• Multiple transistor(Bipolar,Unipolar) amplifier• a.Penguat differensial• b.Penguat Cascode• c.Penguat darlington• d.Penguat pushpull

TANGGAPAN FREKUENSI DARI AMPLIFIER

• Tanggapan frekuensi adalah pengaruh elemen reaktif yang ada pada rangkaian terhadap besaran masukan(sumber sinyal) maupun besaran keluaran dari amplifier terhadap perubahan nilai frekuensi sinyal masukan. Elemen elemen reaktif dapat bersifat kapasitif maupun induktif dan pula pada berbagai kon figurasi yang berbeda. Keberadaan elemen reaktif dari berbagai sumber, diantaranya adalah :

• 1. Elemen tergumpal yang diimplementasikan didalam ranca ngan , misal kopling dan bypass kapasitor

• 2.Elemen tercecer(stray)misal kapasitansi persambungan, kapasitansi antar persambungan, kapasitansi perkabelan, induktansi kabel dan juga elemen tercecer pada elemen tergumpal selain transistor.

TANGGAPAN FREKUENSI DARI AMPLIFIER

• Tanggapan frekuensi menjadi masalah yang penting untuk dibahas , oleh adanya fenomena yang muncul oleh adanya perubahan frekuensi dari sinyal masukan, yaitu kondisi ketidak stabilan nilai sinyal keluaran oleh adanya perubahan frekuensi sinyal masukan. Pada beberapa literatur dikenal juga dengan istilah ‘ effek frekuensi”

• Grafik respon frekuensi• Adalah suatu grafik yang melukiskan hubungan antara

amplitudo keluaran sebagai fungsi dari frekuensi sinyal masukan(frequncy band), seperti yang dilukiskan pada gambar.44.

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Tanggapan umum • Trans & efek stray kapasitans f1 frekuensi kritis bawah(fL)

• Vout mid range f2 frekuensi kritis atas(fH)

• efek Cc&Ce 0,1f2 –10 f1 frekuensi menengah

• Vm • • V1 = 0,707 Vm = V2

• V1 V2 fm1 = 10 f1 dan fm2 = 0,1 f2

• • • • • f• f1 10f1 0,1f2 f2 mid range adalah daerah operasi normal yaitu

• nilai keluaran nya stabil

• Gambar.48

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Definisi terminologi• Frekuensi kritis dari suatu amplifier adalah nilai frekuensi dimana nilai

tegangan output Vo = 0,707 Vm.

• Kebanyakan amplifier memiliki dua frekuensi kritis, yaitu f1 dan f2 Dikenal juga dengan nama frekuensi pojok, frekuensi cut off, half-power frequncy,dan 3-dB frequency .f1 disebut frekuensi kritis bawah dan f2 disebut frekuensi kritis atas.

• Nilai keluaran Vo = Vm,adalah nilai tegangan keluaran suatu amplifier pada saat frekuensi sinyal masukan berada pada nilai nilai

• f ≥ 10 f1=fm1 dan f ≤ 0,1 f2=fm2

• Pita frekuensi mid =(0,1f2 – 10f1 ) adalah kisaran frekuensi dimana nilai tegangan output berada pada nilai maksimum Vm

• atau Vo = Vm, terkadang dinyatakan Δf=mid band frequency Δ f = fm2 - fm1 fm1 dan fm2 disebut frekuensi kopling terbaik

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• SOAL

• Suatu penguat bertransistor memiliki fL = 2Hz dan fH = 200KHz• a.Tentukan lebar pita frekuensi penguatan normal(operasi stabil)• b.Tentukan laju perubahan tegangan dari kondisi kritis awal sampai

memasuki daerah stabil• Jawaban• a.lebar pita frekuensi penguatan normal :• Δfm = 0,1fH - 10fL= 20KHz-20Hz=19980 Hz

• b.laju perubahan tegangan =(Vm – 0,707Vm)/(1/[10f1-f1])• =0,293Vm/1/18 volt/detik

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

Perhitungan frekuensi kritis fm pada suatu lup yang mengandung kopling kapasitor:Gambar.45 dianalogikan sebagai rangkaian tergandeng kapasitor,krn perubahan frekuensi VG menghasilkan perubahan Xc sehingga menyebabkan perubahan Vo

RG Cc

Gambar.49

VG ⃝ I RL Vo

Vm = VG→Im=Vg/R→R=RG+RL I =VG/(R2 + XC

2)½→untuk f=f1→R=XC→I1=VG/(2R2)½

R=Xc→fc=1/(2πRCc) →frekuensi kritis→I1=0,707Im

→ utk f=10f1→ I = 0,995Im

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Untuk suatu amplifier didefinisikan lup input dan output, maka ditentukan tanggapan terhadap input dan output kopling kapasitor . Tentukan f1 lup input

• Contoh soal:

• RG Cc 1 RB2 RC Co couple

• RL RG Cc1

• VG RB1

• o RE CE VGo Rin

• Rin Co dan CE→~

Gambar.50 →Rin =RB1//RB2//βr’e→RT=RG+ Rin→RT=Xc→f1=1/(2πRTCc1)

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Soal• Tentukan frekuensi kritis lup input rangkaian penguat dan frekuensi yg

diperlukan agar tercapai kopling input terbaik utk rangkaian dibawah ini: Vcc

• RB1 Rc • Misalkan:• RG Cc1 Co RL r’e=22,7Ω,β=100,RG=600Ω

• RB1=10K,RB2=2,2K,

• VG o RB2 RE CE Cc1=0,47u, RE= 1 K • Rc = 1K

• Gambar.51

Tanggapan frekuensi amplifier

• Masih kasus gambar.46, tentukan f1 untuk tanggapan lup output.• Lup output adalah sumber arus (CE diabaikan)• Vth = icRc, rth = Rc dan Co output kopling kapasitor.• Gambar.48.a model hibrid dari lup output yang disederhanakan• Gambar.48.b adalah konversi norton ke thevenin• Co Rc Co RT=Rc+RL

• ic o Rc RL ovth f = 1/(2πRTCo)

• RL

• (a) Gambar.52 (b)

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Perhitungan frekuensi terhadap lup output terhadap pengaruh by pass kapasitor(CE), gbr.49.a dianalogikan pada kondisi frek rendah, shg efek CE

• pada awalnya dapat diabaikan berarti Vm =(VGRL)/(RG+RL)

• RG rth

• VG CE RL vth CE

• vth

• Gbr.53 (a) (b)• Vth = (VG)(RL)/(RG+RL)

• rth = RG//RL vth

• Pada frekuensi mencapai nilai kritis f=fc f

• rth = Xc →fc = 1/(2πrth) fc

s s

TANGGAPAN FREKUENSI AMPLIFIER

• Effek CE,

• Vcc asumsikan nilai frek kritis C1 dan C2

• RB2 Rc jauh lebih kecildibandingkan frek

• kritis yang ditimbulkan oleh CE.

• RG C1 C2

• Vo

• RL

• oVG RB1 RE CE

• f

• Gambar.54

TANGGAPAN FREKUENSI PENGUAT

• SOAL• IC • Pergunakan gb.47 • •

• • iB untuk menentukan nilai nilai • • koordinat A,B dan Q pada gb.51• IC=Vcc/Rc •• •• iC . 0• • A • . •• 0 • Q• • • B• • • 0 • I B VCE

• 0 vCE

• VCE = VCC

• • Gambar.55

•