Penguat Kelas A [PDF]

Citation preview

PENGUAT KELAS A



M. Rifki Izzul Haq



180536633012



3 S1 TE B 2018



1. TUJUAN 1.



Mahasiswa dapat membuat rangkaian transistor sebagai penguat kelas A.



2.



Mahasiswa dapat menentukan penguatan tegangan pada penguat kelas A.



3.



Mahasiswa dapat menggambar kurva sinyal input dan sinyal output rangkaian penguat kelas A berdasarkan data percobaan..



2. DASAR TEORI Definisi Penguat Daya Kelas A Penguat



kelas



A



didefinisikan



sebagaisuatu



penguat



yang



mempunyaikemampuan terbesar dalammereproduksi masukan dengan distorsi yang terkecil, denganatautanpa rangkaian umpan balik negatif. Namun demikian,efisiensi penguat kelas A adalahpaling kecil dibandingkandengan penguat daya kelas lainnya. Rangkaian penguat kelasAdengan umpan balik emitor ditunjukan dengan gambarberikut:



Gambar 2.1.1 Penguat kelas A



|1



Persamaanyang digunakan adalah sebagai berikut : o ICsat=VCC/RC+RE o IB=VB/RB o VCEcutoff=VCC o VB=VCC.R2/R1+R2 o RB=R1.R2/R1+R2



Klasifikasi Penguat Daya Kelas A Berdasarkan titik kerjanya penguat daya kelas A diklasifikasikan sebagai berikut : 1) Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban 2) Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain. 3) Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor. Berdasarkan tipe pembiasannya yang dilakukan oleh penguat, penguat daya kelas A diklasifikasikan sebagai berikut: Penguat Daya kelas A : Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatursedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalumengalir. Penguat ini beroperasi pada daerah linear. Sifat – Sifat Penguat Daya Kelas A 1. Dirangakai Secara common emiter. Contoh dari penguat kelas A adalah adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Apabila sebuah transistor mempunyai titik kerja Q di dekat tengahtengah garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja didaerah yang aktif dalam seluruh siklusnya. Apabila sinyal membesar, transistor terus bekerja didaerah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik jenuh dan titik



|2



pancung (cut off) tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini dari jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut dari kelas A. Pada gambar 2.1.1, titik Q diambil ditengah atau dipusat garis beban AC, dari sini kita mendapatkan sinus output yang tak tergunting dengan kemungkinan yang terbesar.



Gambar 2.2.1 Garis beban CE kelas A Dalam merancang penguat daya kelas A, titik kerja Q harus berada ditengah-tengah garis beban, maka dapat diperoleh dengan langkah-langakh berikut. Untuk garis beban DC 𝐼𝐶(𝑠𝑎𝑡) =



𝑉𝐶𝐶 (𝑅𝑐 + 𝑅𝐸 )



𝑉𝐶𝐸(𝑐𝑢𝑡𝑜𝑓𝑓) = 𝑉𝐶𝐶 𝐼𝐶𝑄 =



(𝑉𝐵 − 𝑉𝐵𝐸 ) 𝑅𝐸



𝑉𝐶𝐸𝑄 = 𝑉𝐶𝐶 − 𝐼𝐶 . (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) Untuk menggambar garis beban AC dapat dilakukan dengan cara berikut:



|3



Gambar 2.2.2 Garis beban AC Dengan : 𝑅𝐿 = 𝑅𝐸 //𝑅𝐿 ∆𝑉𝐶𝐸 = ∆ . 𝐼𝐶 . (𝑅𝐶 + 𝑅𝐸 ) 𝐼𝐶𝐶(𝑐𝑢𝑡𝑜𝑓𝑓) = 𝑉𝐶𝐸𝑄 + 𝐼𝐶𝑄 . 𝑟𝐿



Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar. 1) Digunakan Untuk Daya Yang Sedang < 10 Watt. 2) Input dan output berbeda 180 Selain ketiga sifat penguat pada kelas A tersebut, ada beberapa sifat-sifat penguat kelas A yang dijelas oleh Albert Paul Malvino, Ph. D. dalam bukunya yang berjudul Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid Iantara lain sebagai berikut :



|4



1) Bati Tegangan dengan Beban Di dalam penguat CE pada gambar 2.2.3, tegangan ac Vin menggerakkan basis, menghasilkan tegangan keluar ac Vout. Bati tegangan tanpa beban adalah 𝑅𝑐



𝐴=−𝑟



𝑒



Gambar 2.2.3Penguat CE Karena resistansi yag dilihat oleh kolektor adalah rC = RC // RL



Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:



AV  



rc r 'c



Dimana : r’c = Resistansi emiter ac rc = Resistansi kolektor ac RC



= Resistansi kolektor dc



A = Bati Tegangan tanpa beban RL = Resistansi beban AV = Bati tegangan dengan beban 2) Bati Arus Pada gambar 2.2.3, bati arus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor ac terhadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut: 𝐴𝑖 =



𝑖𝑐 𝑖𝑏 |5



Dimana : Ai = Bati arus ic = Arus kolektor ac ib = Arus basis ac 3) Bati Daya Pada gambar 2.2.3, daya masuk ac pada basis adalah Pin=Vin Ib Daya keluar ac dari kolektor adalah Pout=-Vout Ic Tanda minus (-) diperlukan karena adanya pembalikan fasa. Perbandingan Pout/Pin disebut sebagai bati daya dan ditulis dengan Ap. dengan mengambil perbandingan tersebut, didapatkan: 𝐴𝑝 =



𝑃𝑜𝑢𝑡 𝑉𝑜𝑢𝑡 𝑖𝑐 =− 𝑃𝑖𝑛 𝑉𝑖𝑛 𝑖𝑏



Karena Av = Vout /Vin dan Ai = ic/ib , maka : Ap = - AvAi Dimana : Pin



= Daya input ac



vin



= Tegangan melintas pada resistansi emiter



ib = Arus basis ac ic = Arus kolektor ac vout



= Tegangan keluar



Pout



= Daya output ac



Ap



= Bati daya



Av



= Bati tegangan



Ai = Bati arus Menentuka Nilai Komponen Untuk menentukan nilai suatu komponen pada penguat kelas kita harus menggunakan rumus yang ditentukan. Pertama menentukan nilai Vcc, β, dan Ic tetapi untuk menentukan nilai tersebut kita bisa melihat di data sheet. Lalu yang kedua kita menentuka nilai Ib, Ie, Id, Ve, Re, Rc, R2, R1, Av, dan RL. Untuk mencarinya kita menggunakan rumus sebagai berikut : 𝐼𝑏



β = 𝐼𝑐



|6



Ie = Ic + Ib Id = Vcc x Ib Ve = 0,1 x Vcc Re =



𝑉𝑒 𝐼𝑒



Rc = 4 x Re Rtotal = R2=



𝑉𝑐𝑐 𝐼𝑏



𝑉𝑏 𝐼𝑑



R1 = Rtotal – R2 𝑅𝐿



Av = 𝑟𝑒



RL = Av x re



3. ALAT-ALAT YANG DIGUNAKAN 1.



Power supply



: 1 buah



2.



Multimeter



: 1 buah



3.



Function Generator



: 1 buah



4.



Osiloskop



: 1 buah



5.



Transistor NPN BC 107



: 1 buah



6.



Resistor 1 kΩ, 4,7 kΩ, 10 kΩ, 47 kΩ : 1 buah



7.



Kapasitor



8.



Kabel-kabel penghubung



: 1 buah



|7



4. LANGKAH PERCOBAAN 1.



Buat rangkaian percobaan seperti Gambar 1.



2.



Hubungkan Vin ke GND, ukur VB dan VC.



3.



Pasang function generator pada Vin, atur untuk menghasilkan sinyal sinus 1mV, 1 kHz



4.



Pasang osiloskop. 



Ch1 pada Basis dan Ch2 pada Colector







Time/Div ...... (?)







Volt/Div …… (?)







Mode dual, AC



5.



Gambarkan kurva Vin dan Vout berdasarkan penunjukkan osiloskop.



6.



Naikkan amplitudo sinyal input menjadi 10 mV, catat Vout dan hitung penguatan tegangan dan catat dalam Tabel 1.



7.



Ulangi langkah 5 dan 6 dengan menaikkan Vin secara bertahap, sampai diperoleh tegangan output cacat (saturasi).



8.



Ulangi langkah 5 pengukuran dengan mode DC, catat dalam Tabel 2.



9.



Naikkan amplitudo Vin sampai Vout maksimum mulai cacat, tentukan berapa penguatan tegangan.



10. Pasang Elco pada Emitor, berikan input 10mV/1 kHz, berapa V out dan penguatan tegangan? 11. Pasang RL ke kolektor melalui kapasitor kopling (lihat gambar), berikan input 10mV/1 kHz, berapa Vout dan penguatan tegangan? Catat dalam Tabel 3.



|8



12. Naikkan frekuensi input secara bertahap menjadi 2 kHz, 4 kHz, dst, berapa Vout dan penguatan tegangan?



5. Data Hasil Percobaan Tabel 1 Hasil Pengukuran Vout Penguat kelas A dengan Vin 1 kHz, Mode AC No



Vin-PP



Vout-PP



Gain



Keterangan



1



1 mV



10 mV



10



Saturasi



2



10 mV



100 mV



10



Saturasi



3



20 mV



200mV



10



Saturasi



4



100 mV



1V



10



Saturasi



5



200 mV



2V



10



Saturasi



Tabel 2 Hasil Pengukuran Vout Penguat kelas A dengan Vin 1 kHz, Mode DC No



Vin-PP



Vout-PP



Gain



Keterangan



1



1 mV



10 mV



10



Saturasi



2



10 mV



100 mV



10



Saturasi



3



20 mV



200 mV



10



Saturasi



4



100 mV



1V



10



Saturasi



5



200 mV



2V



10



Saturasi



Tabel 3 Hasil Pengukuran Vout Penguat kelas A dengan Vin 10 mV. No



Frekuensi



Vout-PP



Gain



Keterangan



1



1 kHz



160 mV



16



Saturasi



2



2 kHz



160 mV



16



Saturasi



3



4 kHz



160 mV



16



Saturasi



4



10 kHz



160 mV



16



Saturasi



|9



6. Hasil Data Berdasarkan pada hasil percobaan praktikum 8 penguat transistor A dapat dilihat hasil dalam bentuk table 3 percobaan menggunakan frekuensi yang berbeda beda yaitu 1 KHz, 2 KHz, dan 4 KHz, 10 KHz. 1. Jika RE diparalel dengan kapasitor bypass, bagaimana sinyal outputnya? Pada penguat kelas A (tanpa atau dengan baypass), percobaan menggunakan tegangan masukan yang sama yaitu 10 mV. dapat dilihat pada hasil pengamatan, keluaran dari penguat kelas A tanpa menggunakan baypassbernilai hamper sama setiap percobaan dengan frekuensi yang berbeda – beda. Hal ini berarti parameter frekuensi tidak terlalu berpengaruh pada keluaran sinyal penguat kelas A. hal itu dikarenakan, ketika tegangan masukan yang diubah – ubah secara konstan, maka keluaran dari penguat ini pun berubah secara konstan, tanpa dipengaruhi nilai frekuensi. Pada penguat kelas A dengan baypass, percobaan menggunakan range frekuensi dan tegangan yang sama dengan pada percobaan penguat kelas A tanpa baypass. Dari table hasil pengamatan, dapat dilihat keluaran sinyal penguat kelas A dengan baypass lebih tinggi amplitude tegangannya disbanding ketika tidak menggunakan baypass. Hal ini berarti, penggunaaan bypass berpengaruh pada penguatan tegangan rangkaian penguat kelas A.



2. Berapa frekuensi cutoff penguat tersebut? Frekuensi = 0 Hz



3. Tuliskan karakteristik rangkaian penguat common emitor (kelas A) dalam hal: a. penguatan tegangan Pada rangkaian penguat kelas A menggunakan prategangan pembagi tegangan yang terdiiri dari resistor dengan nilai resistansi tertentu. Prategangan pembagi tegangan memliki banyak fungsi dari pembiasan transistor hingga penguatannya. Terdapat dua capacitor coupling yang ditempatkan pada input dan output rangkaian. Capacitor ini berfungsi untuk menggandeng sinyal AC untuk menuju stage selanjutnya lalu menghambat sinyal DC. Fungsi prategangan pembagi tegangan selain sebagai pembiasan, yaitu untuk mengurangi pengaruh β (beta) terhadapat penguatan. Adapun



| 10



fungsi R2 (tahanan) adalah sebagai pengontrol arus yang ada di emitter. Percobaan ini dilakukan dngan menggunakan baypass dan tidak menggunakan baypass. Baypass merupakan capacitor yang menggroundkan sinyal AC agar tidak mengurangi/menambah penguatan. Hal ini dibuktikan secara peraktek. Di dalam penguat CE pada gambar 2.2.3, tegangan ac Vin menggerakkan basis, menghasilkan tegangan keluar ac Vout. Bati tegangan tanpa beban adalah



𝑅𝑐



𝐴=−𝑟



𝑒



Gambar 2.2.3Penguat CE Karena resistansi yag dilihat oleh kolektor adalah rC = RC // RL



Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:



AV  



rc r 'c



Dimana : r’c = Resistansi emiter ac rc = Resistansi kolektor ac RC



= Resistansi kolektor dc



A = Bati Tegangan tanpa beban



| 11



RL = Resistansi beban AV = Bati tegangan dengan beban



b. penguatan arus Pada gambar 2.2.3, bati arus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor ac terhadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut: 𝐴𝑖 =



𝑖𝑐 𝑖𝑏



Dimana : Ai = Bati arus ic = Arus kolektor ac ib = Arus basis ac



c. polaritas sinyal input dan output Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar. 3) Digunakan Untuk Daya Yang Sedang < 10 Watt. 4) Input dan output berbeda 180



| 12



6. KESIMPULAN Dari percobaan diatas dapat disimpulkan bahwa : -



Penguat daya merupakan gabungan atau kombinasi dari penguat tegangan (penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan) denagn penguat arus ( penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan).



-



Salah satu karakteristik paling menonjol dari penguat kelas A adalah terjadi penguatan sinyal yang diiringi perubahan fasa sinyal sebesar 180O.



-



Untuk bekerja penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal.



-



Penguat daya mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.



-



Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya data yang terbuang di transistor.



-



System bias penguat kelas A yang popular adalah system bias pembagi tegangan dan system bias umpan balik kolektor.



-



Jika frekuensi turun (nilainya kecil), maka penguat akan naik (bernilai besar) atau dengan kata lain penguatan berbanding terbalik dengan frekuensi.



-



Apabila sebuah transistor mempunyai titik Q didekat tengah-tengah dari garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja di daerah aktif dalam seluruh siklusnya.



-



Operasi kelas A, berarti operasi di mana tidak terjadi pengguntingan di kedua ujung dari sinyal AC. Apabila pengguntingan terjadi, operasi tersebut tidak lagi disebut dari kelas A.



| 13



Lampiran Foto Simulasi Penguat Kelas A Gambar



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 1 mV mode AC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 10 mV mode AC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 20 mV mode AC



| 14



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 100 mV mode AC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 200 mV mode AC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 1 mV mode DC



| 15



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 10 mV mode DC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 20 mV mode DC



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 100 mV mode DC



| 16



Ket: Gambar simulasi Vin 1 kHz, Vin-PP 200 mV mode DC



Ket: Vout Penguat kelas A dengan Vin 10 mV pada frekuensi 1 kHz



Ket: Vout Penguat kelas A dengan Vin 10 mV pada frekuensi 2 kHz



| 17



Ket: Vout Penguat kelas A dengan Vin 10 mV pada frekuensi 4 kHz



Ket: Vout Penguat kelas A dengan Vin 10 mV pada frekuensi 10 kHz



| 18