Ringkasan Elka 2 Bab 2 Penguat Common Emitor [PDF]

Citation preview

RINGKASAN TOPIK TUGAS ELEKTRONIKA DASAR 2 RANGKAIAN PENGUAT TEGANGAN (PENGUAT COMMON EMITOR)



NAMA



: RESMA LINDA



NIM



: 18033038



PRODI



: PENDIDIKAN FISIKA B



JURUSAN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS NEGERI PADANG 2020



RANGKAIAN PENGUAT TEGANGAN (PENGUAT COMMON EMITOR) Rangkaian penguat common emitor ini dikenal juga dengan rangkaian BJT yang menggunakan terminal emitor sebagai terminal bersama yang terhubung ke sinyal sasis ground, sedangkan untuk sinyal masukan dan keluarannya terletak masing-masing pada terminal basis dan terminal kolektor. Rangkaian penguat common emitor ini sering dilihat sebagai format standar dari suatu rangkaian transistor di mana penguatan tegangan diperlukan. Rangkaian penguat common emitor banyak digunakan karena memiliki sifat menguatkan tegangan puncak amplitudo dari sinyal masukan, yang mana faktor penguatannya dilambangkan dengan beta (β). Emitor menjadi bagian bersama untai masukan dan keluaran. Resistansi keluarannya adalah resistansi di dalam penguat yang terlihat oleh beban, sementara resistansi keluaran diperoleh dengan membuat VS = 0 dan RL (hambatan beban) adalah ∞. Dengan menghubungkan pembangkit luar pada ujung keluaran, maka arus mengalir ke dalam penguat. Ada beberapa karakteristik dari penguat common emitor, yaitu : a) Sinyal outputnya terbalik fasa 180 drajat terhadap sinyal input. b) Sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegah terjadinya osilasi karena umpan balik positif. c) Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah, misalnya pada sinyal audio. d) Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.



1. Rangkaian dan Pemberian Bias Rangkaian penguat common emitor termasuk penguat sinyal kecil. Isyarat masukan dalam orde mV diperkuat beberapa kali sehingga diperoleh keluaran yang jauh lebih besar dari tegangan masukan. Penguat common emitor minimal harus memiliki komponen seperti, V CC, RC, RE, transistor dan kapasitor. Pemberian bias diberikan pada loop keluaran melalui



tegangan VCC dan dan pada loop masukan bias diberikan melalui pembagi tegangan VB oleh tahanan RB1 dan RB2. Rangkaian common emitor dapat dibagi menjadi rangkaian fixed ias, voltage divider bias dan emitter bias. Untuk rangkaian fixed bias adalah rangkaian yang paling sederhana dari penguat common base yang hanya terdiri dari hambatan basis dan hambatan kolektor saja. Apabila menggunakan transitor tipe npn, maka rangkaian dan pemberian bias common emitor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.



Berkebalikan dengan transistor tipe pnp, maka arah arus dari terminal emitor masuk pada titik percabangan dan keluar pada terminal base dan kolektor sesuai dengan hukum arus Kirchoff.



2. Analisis DC dari Penguat Common Base



Seperti yang diketahui bahwa suatu penguat common emitor terdiri dari loop masukan dan loop keluaran, di mana antara kaki basis dan emitor merupakan loop masukan dan antara kaki basis dengan kolektor merupakan loop keluara. Arus DC yang mengalir pada terminal kolektor dan emitor dapat ditentukan melalui loop keluaran. Persamaan tegangan pada loop keluaran dapat ditulis dalam bentuk : VCC  I C RC  VCE  VE



Karena nilai faktor penguatan arus base ditanahkan (α) mendekati satu, sehingga IC ≈ I E . IC 



VCC  VCE RC  RE



Persamaan di atas disebut persamaan garis beban, yaitu persamaan yang menghubungkan antara arus kolektor dengan tegangan VCE. Arus kolektor IC akan selalu berubah terhadap perubahan VCE untuk suatu nilai VCC, RC, dan RE. Berikut disajikan kurva garis beban untuk satu nilai RC dan RE.



Dari kurva di atas dapat terlihat bahwa arus kolektor berbanding terbalik dengan secara linear terhadap VCE. Pada garis beban akan diketahui titik kerja dari suatu transistor. Titik kerja dapar bervariasi dari 0 sampai nilai V CC. Saat tegangan VCE adalah nol, maka arus kolektor akan bernilai maksimum, dan sebaliknya saat tegangan VCE bernilai sama dengan VCC maka arus kolektor menjadi minimum dan



saat tegangan VCE adalah setengah dari VCC maka arus klektor dalam keadaan tenang atau stabil. VB  I B R B VBE  I E RE



Dengan menggunakan hukum Kirchoff tentang loop maka pada bagian masukan dari penguat di dapat persamaan : Nilai tegangan VBE dari suatu transistor bipolar tergantung kepada bahan semikonduktor yang digunakan dalam pembuatan transistor. Untuk transistor berbahan silikon maka nilai VBE nya adalah 0.6 V atau 0.7 V, sedangkan jika transistor dibuat dengan bahan germanium, maka nilai VBE nya adalah 0.3 V. Pemasangan tahanan RB1 paralel dengan RB2 dengan maksud agar pemberian bias pada loop masukan. Tegangan VB diperoleh melalui rangkaian pembagi tegangan antara tahanan RB2 dan RB2. Sehingga VB dapat dirumuskan dengan : VB 



RB 2 VCC RB1  RB 2



Cara mendapatkan RB1 dapat V RB1  CC RB dirumuskan dengan : VB Sementara RB2 dapat dicari dengan : RB 2 



3. Syarat Kemantapan Arus



RB  RB1 RB1  RB



atau



Secara umum  1    RB  RE  S I CO arus kolektor I CO RB  1    RE merupakan fungsi dari β, VBE, dan ICO. Dengan menjaga β dan VBE tetap 1    RB  RE  konstan, maka kuat arus kolektor hanya merupakan fungsi dari arus S  RB  1    RE penjenuhan. Dan kondisi β dan VBE konstan, di dapatkan syarat kemantapan atau arus, yaitu :  RB  1   R E  S  Ada beberapa syarat kemantapan arus dengan kasus khusus, yaitu : RB  1    RE  Saat (1+β)>>RB/RE, maka syarat kemantapan arus menjadi :  VB RB 2    VCC  VB



 R  S  1  B   RE 



  RB1 







Saat (1+β)>>RB/RE dan RB/RE = 1, maka : S



4. Analisis



AC



dari



Penguat



RB RE



Common Emitor



Meskipun kita ingin menggunakan transistor sebagai penguat AC, pada dasarnya transistor adalah perangkat DC yang mampu menangani arus dalam satu arah. Karena diberlakukan sinyal tegangan AC antara basis dan emitor, maka elektron tidak akan bisa mengalir saat setengah siklus yang mana setengah siklus itu akan menjadikan dioda reverse bias Pada analisis AC ini, penguat common base dihubungkan dengan audiogerator untuk mendapatkan isyarat pada masukan. Sinyal dari audiogenerator dilewatkan oleh kapasitor pada masukan dan lewat pada tahanan R B dan hie. Arus AC dari sumber terbagi pada tahanan RB1 dan hie sesuai dengan hukum Kirchoff. Arus AC yang mengalir pada kaki basis diperkuat dengan oleh transistor dengan faktor penguatan arus β, pada kaki emitor sinyal langsung dipintas melewati kapasitor CE ke ground tanpa melewati tahanan RE. Setelah sinyal diperkuat maka sinyal melewati impedansi keluaran dari penguat sehingga isyarat AC dapat dibuat dengan menggunakan rangkaian setara di bawah ini :



a) Impedansi Masukan



Berdasarkan hukum Kirchoff, arus AC yang mengalir pada kaki emitor dapat dirumuskan dengan : ie = ib + ic Dalam bentuk arus pada kaki basis arus emitor dapat ditulis dengan : Ie = (1 + β) ib Tegangan masukan dapat dirumuskan dengan : Vi = ib rb + ie re Hambatan antara terminal base dengan emitor dalam kondisi seperti ini dapat didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan masukan dengan arus ib, sehingga tahanan antara base dan emitor dapat dirumuskan dengan : hie 



Vi  rb  1    re ib



sehingga hie  1   



25 I E ( mA)



Arus masuk dirumuskan dengan :



dapat



ii = iB + ie



Hambatan masukan dapat dirumuskan dengan : Ri  RB // hie 



RB hie RB  hie



Sementara



tegangan



masukan dapat dirumuskan dengan : Vi 



Ri VS Ri  RB



b) Impedansi Keluaran



Impedansi keluaran dari penguat common emitor terdiri dari gabungan tahanan yang terdapat pada keluaran. Untuk menentukan impedansi keluaran adalah dengan menghubungsingkatkan tegangan sumber. Arus seakan-akan berasal dari tegangan keluaran mengalir kepada resistor-resistor yang terdapat pada keluaran. Impedansi keluaran dikatakan tahanan keluaran yang dapat dirumuskan dengan : Ro = Rc//Roe



Kuantitas hoe adalah konduktansi listrik pada kaki kolektor yang biasanya berharga sekitar 0.025 x 10-3 mbo, sehingga tahanan Roe merupakan kebalikan dari hoe yang berharga 40 kΩ. c) Penguatan Common Emitor Penguatan dari common emitor merupakan perbandingan antara tegangan keluaran dengan tegangan masukan dalam keadaan terbuka yang dapat dirumuskan dengan :



KV 



VO  .RO  Vi hie



  RO // ROe   .RC KV    hie hie



Tegangan masukan dirumuskan dengan :



Vi = ib hie Sementara tegangan keluaran didefinisikan sebagai perkalian arus ic dengan impedansi keluaran yang dapat dirumuskan dengan : Vo = -ic Ro = -β ib Ro



Contoh Soal Penguat Common Emitor 1.



Suatu contoh desain penguat common emitor diberikan nilai tegangan dan tahanan sebagai berikut : VCC = 9 V, RC = 2 kΩ, RE = 330 kΩ Tanya : Carilah re, Zi, Zo, dan Kv = ? Jawab : IC 



0.5VCC 4. 5   1.921mA RC  RE 2  0.33



I C  I E  1.921mA



Vi 



VE  I C RE  0.637V VB  VE  VBE  0.637  o.7  1.377V



Kv 



RB1  10



VCC 9 RE  10 0.33  22.21k VB 1.377



RB 2  10



RE RB1 0.33.22.21  10  3.89k  RB1  10RE  122.21  3.3



hie  1   



25 25  1  200  2.602k I E  mA 1.931



RB  RB1 // RB 2  22.21 // 3.89  3.31k Ri  RB // hie  3.31 // 2.602  1.456k



Ri 1.456 Vs   1.87 mV Ri  Rs 1.456  0.1



RC 200.2   153.782kali hie 2.602



KEPUSTAKAAN



Asrizal. 2013. Elektronika Dasar 2. Padang: Universitas Negeri Padang. Tim Pengajar Elektronika Dasar. 2019. Modul Praktikum Elektronika Dasar 1. Padang: Universitas Negeri Padang. Thomas, Sri Widodo. 2002. Elektronika Dasar. Jakarta: Salemba Teknika.