1. PENDAHULUAN

Dalam praktek sering kali kita harus menghubungkan suatu penguat dengan suatu

sumber, dengan penguat lain, atau dengan beban secara langsung. Ini perlu dilakukan

bila isyarat berupa arus DC atau tegangan bolak balik dengan frekuensi amat rendah.

Dalam banyak hal kita perlu menghubungkan satu transistor dengan transistor yang

lain secara langsung yaitu apabila diinginkan penguatan arus yang besar untuk isyarat

DC maupun AC. Selain itu, penggandengan langsung antara dua transistor juga

dilakukan untuk membuat rangkaian lebih sederhana, ringkas, dan mempunyai titik

operasi yang lebih mantap, yaitu tidak mudah berubah.

Dalam bab ini mula-mula akan dibahas mengenai penguat gandengan DCyang biasa,

yaitu kolektor transistor pertama dihubungkan dengan basis transistor kedua.

Kemudian hubungan Darlington, yaitu emitor transistor pertama masuk basis

transistor kedua, hubungan npn-pnp, penguat differensial, serta penguat kaskoda.

2. Penguat dengan dua transistor dihubungkan langsung

Gambar dibawah ini menunjukkan dua transistor npn yang digandengkan langsung

secara biasa, diamana kolektor transistor pertama dihubungkan dengan basis transistor

kedua. Agar penguat bekerja dengan baik, yaitu mampu menghasilkan isyarat

keluaran yang besar tanpa cacat, titik-q haruslah ditengah garis beban. Penguat

dengan tegangan panjar seperti ini disebutpenguat kelas-A.

Karena kedua transistor berhubungan langsung, yaitu tanpa kapasitor penyekat DC,

maka tegangan panjar pada satu transistor akan mempengaruhi tegangan panjar

transistor yang lain. Agar transistor Q2 mendapat tegangan panjar kelas A, yaitu

dengan titik kerja di tengah garis beban , maka VCE(q) untuk Q2 haruslah sama dengan

10 V, sehingga emitor Q2 mempunyai tegangan 10 V terhadap tanah. Oleh karena RE3

= 1 KΩ, maka IE(q) untuk transistor Q2 haruslah sama dengan 10 mA. Informasi ini

diperlukan untuk menghitung hie2. Oleh karena kolektor Q1 berbeda satu VBE diatas

emitor Q2 maka tegangan kolektor Q1 haruslah kira-kira 10.6 V. selanjutnya ini

berarti

Dan tegangan emitor transistor Q1 haruslah pada (RE1+RE2)IC1 (q)=0.5 V terhadap

tanah. Kemudian tegangan basis Q1 haruslah pada tegangan VB= VE + VBE =0.5

+0.^%= 1.15 V. nilai tegangan pada basis Q1 dapat juga kita hitung dari:

Untuk menganalisa perilaku penguat untuk isyarat kecil, maka dapat dihitung penguat

tegangan pada frekuensi tengah. Rangkaiannya dapat ditunjukkan pada gambar

dibawah ini:

Untuk memudahkan perhitungan, maka dianggap jauh lebih besar dari RE2, dan

.

Dari gambar tersebut,

Sehingga

Akibatnya//

Selanjutnya dihitung,

Jika

Oleh karena itu RC1=10K,maka RC1

Selanjutnya

Dapat juga diperkirakan nilai hambatan masukan Ri dan hambatan keluaran Ro

dengan RB=RB1//RB2

Dengan andaian β1=200

3. Tegangan Panjar Balikan

Suatu variasi rangkaian tegangan pancar untuk penguat dengan dua transistor yang

digandengakan langsung dilukiskan pada gambar 3.1 dan 3.2 dibawah ini.

Pada rangkaian tersebut, arus panjar Q1 diambil dari rangkaian pada emitor Q2.

Misalan arus IC2 pada Q2 bertambah besar, tegangan DC pada titik a akan naik.

Akibatnya, arus basis untuk Q1 akan bertambah besar, arus kolektor IC1 pada transistor

Q1 akan bertambah besar dan tegangan DC pada kolektor C1 akan turun. Akibatnya,

VBE pada transistor Q2 akan berkurang, mempengaruhi arus kolektor IC2 pada

transistor Q2, dan tegamgan titik a kan turun. Tampak bahwa dengan tegangan panjar

balikan rangkaian akan menekannya bila karena suatu hal tegangan pada titik a

bertambah. Akibatnya dengan tegangan panjar seperti inidapat kita peroleh titik kerja

yang mantap.

4. Pelepas Gandengan

Pada gambar dibawah ini, resistor R3 dan kapasitor CD dipasang agar pengaruh

tegangan isyarat pada transistor Q2 terhadap VCC karena hambatan dalam VCC tidak

masuk kedalam rangkaian Q1. Apabila hal ini terjadi, maka dapat terjadi osilasi, yaitu

keadaan dimana tanpa isyarat masukan terjadi isyarat keluaran. Osilasi ini biasa

terjadi pada daerah frekuensi amat rendah, sehingga penguat akan menghasilkan

isyarat yang mengeluarkan bunyi sseperti perahu motor. Osilasi semacam ini disebut

osilasi perahu motor. Kombinasi R3 dan CD dipilih agar mempunyai tetapan waktu R3

CD yang amat rendah, sehingga tegangan syarat yang kembali melalui VCC ditekan

serendah mungkin. Kapasitor CD disebut kapasitor pelepas gandengan, yaitu

melepaskan gandengan antara satu tahap dengan tahap berikutnya terhadap pengaruh

isyarat pada arus dari VCC.

5. Pasangan Darlington

Karena penguatan tergantung pada harga β , maka memproduksi transistor dengan β

yang tinggi banyak memberi keuntungan. Tetapi untuk maksud tersebut diperlukan

lapisan yang sangat tipis pada daerah basis yang akan mengakibatkan transistor

mempunyai tegangan dadal (breakdown voltage) rendah.

Untuk mencapai maksud tersebut di atas bisa dilakukan dengan menghubungkan

dua transistor yang biasa disebut dengan pasangan Darlington seperti terlihat pada

gambar di bawah ini. Pasangan transistor tersebut terdapat di pasaran dalam paket

dengan

ujung-ujung kaki E’, B’ dan C’.

Jika kita berasumsi arus masukan i seperti diperlihatkan pada gambar 14.10 dan

menghitung arus yang mengalir, akan didapat penguatan efektif β=(IC’IB’) adalah

Pasangan Darlington sering juga digunakan dengan arus emitor yang relative tinggi

sehingga β2 relatif kecil; jika tidak Q1 mempunyai berarus rendah sehingga β1 bisa

berharga kecil. Namun demikian dengan mudah kita mendapatkan

Kita mungkin berangan-angan dapat menghitung re dari arus emitor dari Q2. Namun

demikian Q2 dikendalikan dari sumber (Q1) yang memiliki arus yang sangat rendah,

karenanya memiliki hambatan keluaran yang tinggi. Oleh sebab itu harga re efektif

pasangan Darlington diberikan oleh

Namun IE1=IE2/β2 dan juga re1=β2re2, dengan demikian harga re efektif diberikan oleh

Transistor pasangan Darlington banyak dimanfaatkan pada rangkaian pengikut emitor

tenaga-tinggi, utamanya pada penguat daya audio.

Contoh 1:

Hitung parameter kinerja penguat diferensial seperti pada gambar dibawah ini, untuk

berbagai isyarat masukan. Transistor penyusun diasumsikan identik dengan β= 250

dengan toleransi 1%.

Jawab:

Hitung besarnya tegangan panjar

Semua angka-angka diatas mempunyai toleransi 0.1 V atau 1% namun nilai inii tidak

penting untuk dikoreksi. Untuk masing-masing transistor kita mempunyai:

Untuk pengoperasian diferensial, masukan isyarat-kecil (misalnya ± 1 mV), emitor

dalam kondisi ditanahkan (ac) dan Q1 dan Q2 masing-masing mempunyai penguatan

sebesar

Besarnya keluaran diferensial VC1-V C2 adalah 2 X 2 X 0,312 = 1,25 volt p - p . Untuk

masukan diferensial, hambatan masukan adalah

sedangkan untuk masukan ujung-tunggal besarnya hambatan masukan adalah

dan untuk masukan modus bersama besarnya hambatan masukan adalah

besarnya fraksi masukan modus bersama yang ada pada sambungan B-E adalah

jadi walaupun dengan masukan sebesar 2 volt p-p akan hanya mengubah vbe sebesar

±2,6 mV, dengan demikian masih pada pengoperasian isyarat-kecil. Jika kita

mengasumsikan harga efektif RE sebesar 100 kW, besarnya keluaran modus bersama

pada kolektor adalah sebesar

Karena adanya toleransi sebesar 1% untuk RL1, RL2, harga di atas dapat berubah-

ubah pada kisaran ±0,0002 volts. Keluaran diferensial ( vo1-vo2) akan berharga paling

besar ±0,4 mV (peak).

Jika masukan berupa isyarat modus bersama yang tergabung (superimpossed) dengan

isyarat diferensial sebesar 2 mV(p-p), maka keluaran sebesar 312 mV(p) dari isyarat

DM akan menenggelamkan isyarat keluaran 20 mV(p) dari CM. dengan

menggunakan keluaran diferensial, perbedaanya akan naik sebesar 624 mV(p) sampai

0,4 mV(p).

6. Hubungan npn-pnp dan pnp-npn

Suatu bentuk gandengan langsung antara dua transistor yang sering dijumpai adalah

seperti pada gambar 1.

Gambar 6.1. Penguat gandengan npn-pnp

Penguat di atas tidak lain penguat gandengan langsung biasa seperti pada gambar 1.

Perbedaannya hanya terletak pada transistor Q2 yaitu transistor pnp. Dioda D1 dan D2

adalah untuk penyedot arus ICO, agar tak menyebrang sambungan basis kolektor, yang

akan menyebabkan titik kerja mudah berubah dengan suhu.

Kombinasi pnp-npn seringkali digunakan sebagai satu transistor ini dilukiskan pada

gambar 2 berikut:

Gambar 6.2. a) Kombinasi npn-pnp berfungsi sebagai npn; b) Kombinasi pnp-npn

berfungsi sebagai pnp.

Sifat transistor gabungan ditentukan oleh macam transistor pertamanya. Misalkan

transistor pertama npn, maka kombinasi akan bersifat sebagai transistor npn pula.

7. Penguat Differensial

Satu bentuk penguat gandengan langsung yang banyak digunakan dapat dilihat pada

gambar 3 yaitu suatu bentuk penguat diferensial.

Penguat ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran. Selisih tegangan isyarat

antara kedua keluaran ini sebanding dengan selisih kedua isyarat pada masukan, jika

penguatan tegangan kedua penguat sama. Ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

V01 = A1V1 dan V02 = A2 Vi2. Jika A1 = A2 = A

V01 –V02 = A(Vi1-V12)

Atau Vod = A Vid dengan Vod = V01 – V02 dan Vid = Vi1-V12

Penguatan A juga disebut penguatan diferensial. Oleh karena itu ada dua masukan dan

dua keluaran, penguat diferensial seperti itu dikatakan mempunyai masukan berujung

dua dan keluaran berujung dua. Penguat diferensial tersebut dikenal dengan nama

penguat diferensial masukan berimbang dan keluaran berimbang.

Marilah kita tinjau perilaku penguat di atas untuk isyarat masukan diferensial

Vid = Vi1-V12. Agar lebih mudah dimengerti Vi2 dibuat tetap besarnya, misalnya sama

dengan nol. Rangkaian menjadi seperti gambar 4a.

Jika Vid diperbesar, arus IE1 akan diperbesar pula. Akibatnya tegangan titik A akan

naik, VBE(Q2) akan berkurang sehingga IE2 akan berkurang. Ini berarti

Gambar 3.4. (a) penguat diferensial dengan masukan dan keluaran berimbang; (b)

rangkaian setara penguat pada (a)

Gambar. 3.3 a Penguat diferensial Gambar 3.3 b. Tegangan pada titik

A tak langsung pada isyarat

masukan diferensial

iE 1 + 1E.2 = lE tetap besarnya. Oleh karena VA = iE RE - VEE, tegangan pada titik A tak

dipengaruhi oleh isyarat diferensial. Dengan kata lain tegangan pada titik A

mempunyai nilai tetap terhadap isyarat diferensiaL Dapatlah diartikan bahwa untuk

isyarat diferensial, RE tak dilalui arus isyarat sehingga tidak muncul pada rangkaian

setara isyarat kecil. Untuk isyarat diferensial pada suatu penguat diferensial dengan

masukan berimbang dap keluaran berimbang rangkaian setara adalah seperti pada

gambar 5.

Dari gambar 4 tampak bahwa hambatan masukan Ri = 2hie dan hambatan keluaran

c

oe

Rh

R //1

20

Penguatan arus adalah hfe, sehingga pengaturan tegangan adalah:

ie

coefe

ii

oo

id

odV

h

Rhh

Ri

Ri

V

VK

//

Untuk 1/hoe >> Rc maka

KV, dif adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.

dengan Kv,di adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.

7.1 Penguat diferensial dengan keluaran tunggal.

Seringkali kolektor salah satu transistor dihubungkan langsung padA Vcc sehingga

berada pada tanah ac. Penguat diferensial semacam ini mempunyai keluaran tunggal

dan disebut penguat diferensial dengan keluaran, tak berimbang. Penguat semacam ini

dilukiskan pada gambar 3.5

Gambar 3.5. Penguat diferensial dengan keluaran tunggal

Marilah kita tinjau perilaku kedua masukan pada penguat di atas. Jika V i2 kita

buat tetap dan V.1 diperbesar maka arus iEl membesar dan iE2 mengecil maka

tegangan pada keluaran akan naik. Jadi isyarat pada masukan akan menghasilkan

keluaran sefasa. Masukan a disebut masukan tak membalik, dan dinyatakan dengan

tanda +. Jika masukan a dibuat tetap dan tegangan pada masukan b diperbesar,

maka arus kolektor Q2 akan bertambah besar yang berakibatkan tegangan pada

keluaran akan turun. Tampak jika keluaran b dinaikkan, keluaran turun, atau

isyarat pada masukan b akan menghasilkan keluaran dengan fasa berlawanan. Oleh

karena itu masukan b disebut masukan membalik, dan diberi tanda -.

Suatu bentuk penguat diferensial dengan masukan diferensial dan keluaran tunggal

adalah penguat operasional.

Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang dilukiskan pada

gambar berikut

Gambar 3.6. Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang.

7.2 Nisbah Penolakan Modus Bersama.

Misalkan kedua masukan penguat diferensial dengan masukan berimbang dan

keluaran tak berimbang (keluaran tunggal) kita hubungkan satu dengan yang

lainnya, dan dihubungkan dengan suatu cumber isyarat-isyarat yang bersama

dihubungkan dengan kedua masukan penguat diferensial disebut isyarat modus

bersama (common mode). Berapa besar tegangan isyarat keluaran untuk masukan

modus bersama seperti itu? Jika penguatan tegangan Q2 sama dengan penguatan Q1

yaitu A, maka tegangan isyarat keluaran ialah

V0 = A (V1-V2)

Penguatan tegangan untuk isyarat modus bersama disebut penguatan modus bersama

(ACM). Secara ideal jelaslah penguatan modus bersama harus sama dengan nol (Ac,yr

= 0). Dalam praktek ACM ≠ 0, tetapi bernilai lebih kecil dari penguatan diferensial.

Sehubungan dengan perilaku penguat diferensial terhadap isyarat modus bersama,

prang mendefinisikan suatu besaran yang disebut nisbah penolakan modus bersama

(Common Mode Rejection Ratio-CMRR), yang menyatakan bagaimana penguat

menolak isyarat modus bersama. CMRR didefinisikan sebagai nisbah penguatan

diferensial terhadap penguat modus bersama atau CMRR.

CM

dif

A

ACMRR

Nisbah modus bersama (CMRR) seringkali dinyatakan dalam dB, yaitu

ataulog20)(CM

dif

A

AdBCMRR

CMRR (dB) = 20 log A d if - 20 log A cm

CMRR (dB) = Adif (dB) -ACM (dB).

Nilai CMRR = 100 dB termasuk tinggi. Tak mullah dibuat penguat diferensial

dengan CMRR sebesar ini. CMRR = 120 dB hanya dapat dicapai pads penguat

diferensial hibrid, dimana komponen-komponen untuk penguat diferensial dibuat

agar mempunyai nilai yang sedekat mungkin. CMRR setinggi ini Bering diperlukan

pada panguat instrumentasi.

Agar lebih jelas, misalkan kita mempunyai penguat diferensial dengan CMRR = -100

dB, dan Adi f = 100 = 40 dB, kits peroleh ACM = -60 dB = 10-3

. Jadi andaikan ada

isyarat modus bersama dengan tegangan 10 V, misalnya oleh sebab dengung dari

listrik PLN, maka pada keluarannya, akan ada tegangan isyarat (10 V) (10-3

) = 10 mV.

Untuk membahas penguatan modus bersama digunakan penguat diferensial dengan

isyarat modus bersama. Perlu kita perhatikan bahwa untuk isyarat modus bersama,

titik pertemuan emitor kedua transistor tidak lagi berperilaku sebagai tanah ac.

Rangkaian setara untuk isyarat modus bersama ditunjukkan pada gambar 10.20

Gambar 3.7. (a) penguat diferensial dengan isyarat modus bersama; (b) Rangkaian

setara penguat (a)

7.3 Penguat Gandengan Emitor.

Suatu modifikasi terhadap penguat diferensial adalah seperti dilukiskan pada

gambar 10.22. Penguat semacam ini disebut penguat gandengan emitor (Emitter

Coupled Amplifier). Penguat ini juga dikenal sebagai penguat diferensial dengan

masukan tak berimbang dan keluaran tak berimbang. Penguat gandengan Or

emitor ini mempunyai tanggapan frekuensi amplitudo yang lebar. Ini disebabkan

karena penguat ini dapat dipandang sebagai suatu pengikut emitor Q1 yang

dihubungkan dengan penguat basis ditampilkan Qz.

Penguat pengikut enutor Q1 mempunyai penguatan tegangan sebesar 0,5 bila kedua

transistor yang digunakan identik, seperti dapat dilihat pada gambar 3.8

tak berpengaruh terhadap kapasitansi Cil

. Selanjutnya penguat Q2 membentuk

penguat basis ditanahkan dengan frekuensi potong atas yang tinggi. Berdasarkan

sifat inilah, penguat gandengan emitor digunakan-untuk penguat daerah frekuensi

radio.

8. Penguat kaskoda

Suatu bentuk penguat gandengan langsung yang dikenal sebagai penguat kaskoda

dapat dilihat pada gambar di bawah ini.

Gambar 3.9 (a) Penguat kaskoda; (b) Kaskoda dilukiskan sebagai penguat emitor

bersambung dengan penguat basis ditanahkan.

Penguat kaskoda sering digunakan sebagai penguat RF (radio frequency) untuk

memperkuat isyarat yang diterima oleh pesawat radio, televisi, ataupun aiat

komunikasi radio yang lain. Penguat kaskoda memiliki tanggapan amplituda yang

amat lebar. Ini dapat dicapai karena penguat kaskoda tak lain adalah suatu penguat

emitor ditanahkan dengan penguatan tegangan satu, dihubungkan dengan penguat basis

ditanahkan.

01eh karena Qr mempunyai penguatan rendah maka efek Miller tak terlalu

berpengaruh terhadap kapasitansi masukan Ql . Selanjutnya penguat Q2 adalah

penguat basis ditanahkan yang mempunyai hambatan masukan rendah, sehingga

frekuensi potong atas mempunyai nilai tinggi Pada penguat frekuensi radio orang

banyak menggunakan kaskoda FLY, seperti pada gambar 3.1010.26.

Persarnaan (10.3) adalah persamaan garis beban yang memberikan nilai

Vos( Q ~ untuk transistor Ql dan Q2.

PENGUAT GANDENGAN DC

OLEH:

INDRAWANTO P (H21109263)

MUH. NUR (H21109268)

SRI RAHAYU (H21109260)

WAHYUNI AR (H21109261)

SUNGKAR EKA GAUTAMA (H211092628)

KONSENTRASI FISIKA MEDIK

JURUSAN FISIKA

FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM

UNIVERSITAS HASANUDDIN

MAKASSAR

2010

POKOK PEMBAHASAN

1. PENDAHULUAN

2. TANGGAPAN PANJAR BALIK

3. PELEPASAN GANDENGAN

4. HUBUNGAN DARLINGTON

5. HUBUNGAN NPN-PNP DAN PNP-NPN

6. PENGUAT DIFFERENSIAL

Daftar Pustaka

Sutrisno, 1985.Elektronika 2 Teori dan Penerapannya.ITB, Bandung

Malvino, 1992, Prinsip-Prinsip Elektronik (edisi Terjemahan),Erlangga:Jakarta