CLASS B AMPLIFIER CIRCUITS
Rangkaian penguat sinyal kecil memiliki peranan penting dalam dunia elektronika, khususnya pada sistem pemrosesan sinyal audio, komunikasi, serta instrumentasi. Salah satu konfigurasi penguat yang umum digunakan adalah transistor pasangan komplementer (push-pull) atau diferensial. Konfigurasi ini efektif dalam memperkuat sinyal AC beramplitudo kecil dengan tingkat distorsi yang rendah. Pada percobaan ini, digunakan rangkaian yang terdiri dari dua transistor, kapasitor kopling, dan resistor bias untuk mengamati performa penguatan dan kestabilan rangkaian tersebut.
1. Menganalisis kerja rangkaian penguat transistor diferensial dengan supply simetris.
2. Mengetahui pengaruh kapasitor dan resistor dalam menentukan gain dan kestabilan sinyal.
3. Mengamati bentuk sinyal output hasil penguatan dari input AC kecil.
4. Mempelajari peran konfigurasi transistor Q1 dan Q2 dalam memperkuat sinyal secara linear.
1. Transistor npn
Sederhananya, transistor npn
merupakan komponen elektronika yang terdiri dari dua semikonduktor tipe-n yang
mengapit semikonduktor. Ketika sinyal kecil diberikan pada lapisan basis
transistor, maka transistor NPN akan mengalirkan arus listrik dari lapisan
kolektor ke lapisan emitor. Arus listrik yang mengalir melalui transistor dapat
dikendalikan oleh sinyal kecil yang diberikan pada lapisan basis.
2. Dioda
Berfungsi sebagai penyearah yang
mengubah arus AC menjadi arus DC
3. Resistor
Resistor adalah komponen elektronik
pasif yang berfungsi untuk menghambat atau membatasi aliran arus listrik dalam
suatu rangkaian, komponen ini digunakan untuk mengatur arus, membagi tegangan,
melindungi komponen lain dari arus berlebih, dan sebagai bagian dari filter,
pengatur waktu, atau pembentuk sinyal. Nilai hambatan resistor ditentukan oleh
kode warna atau ditulis langsung pada bodinya.
4. Kapasitor
Kapasitor berfungsi sebagai
penyimpan energi, penghalang arus searah (DC), penyaring sinyal, dan pengatur
waktu dalam rangkaian elektronik. Selain itu, kapasitor juga dapat digunakan
sebagai kopling antar rangkaian, untuk menstabilkan tegangan, dan untuk memutus
arus dalam rangkaian.
5. Oscilloscop
oscilloscop memiliki fungsi sebagai:
- melihat bentuk gelombang input
-mengukur frekuensi osilasi
-mengukur amplitudo dan teganagn DC offset
-menganalisis respons dinamis
-troubleshooting dan debugging
1. Transistor
Transistor adalah sebuah komponen di dalam elektronika
yang diciptakan dari bahan-bahan semikonduktor dan memiliki tiga buah kaki.
Masing-masing kaki disebut sebagai basis, kolektor, dan emitor.
1. Emitor (E) memiliki fungsi untuk menghasilkan
elektron atau muatan negatif.
2. Kolektor (C) berperan sebagai saluran bagi muatan
negatif untuk keluar dari dalam transistor.
3. Basis (B) berguna untuk mengatur arah gerak muatan
negatif yang keluar dari transistor melalui kolektor.
Berfungsi sebagai penguat, sebagai sirkuit pemutus dan
penyambung arus (switching), stabilisasi tegangan, dan modulasi
sinyal. Selain itu, transistor biasanya juga dapat digunakan sebagai
saklar dalam rangkaian elektronika. Jika ada arus yang cukup besar di kaki
basis, transistor akan mencapai titik jenuh. Pada titik jenuh ini transistor
mengalirkan arus secara maksimum dari kolektor ke emitor sehingga transistor
seolah-olah short pada hubungan kolektor-emitor. Jika arus base sangat kecil
maka kolektor dan emitor bagaikan saklar yang terbuka. Pada kondisi ini
transistor dalam keadaan cut off sehingga tidak ada arus dari kolektor ke
emitor.
Rumus-rumus transistor:
Spesifikasi :
- Bi-Polar
Transistor
- DC Current
Gain (hFE) is 800 maximum
- Continuous
Collector current (IC) is 100mA
- Emitter Base
Voltage (VBE) is > 0.6V
- Base
Current(IB) is 5mA maximum
Konfigurasi Transistor
Konfigurasi Common Base adalah konfigurasi yang kaki
Basis-nya di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT.
Pada Konfigurasi Common Base, sinyal INPUT dimasukan ke Emitor dan sinyal
OUTPUT-nya diambil dari Kolektor, sedangkan kaki Basis-nya di-ground-kan. Oleh
karena itu, Common Base juga sering disebut dengan istilah “Grounded Base”.
Konfigurasi Common Base ini menghasilkan Penguatan Tegangan antara sinyal INPUT
dan sinyal OUTPUT namun tidak menghasilkan penguatan pada arus.
Konfigurasi Common Collector (CC) atau Kolektor
Bersama memiliki sifat dan fungsi yang berlawan dengan Common Base (Basis
Bersama). Kalau pada Common Base menghasilkan penguatan Tegangan tanpa
memperkuat Arus, maka Common Collector ini memiliki fungsi yang dapat
menghasilkan Penguatan Arus namun tidak menghasilkan penguatan Tegangan.
Pada Konfigurasi Common Collector, Input diumpankan ke Basis Transistor
sedangkan Outputnya diperoleh dari Emitor Transistor sedangkan Kolektor-nya
di-ground-kan dan digunakan bersama untuk INPUT maupun OUTPUT. Konfigurasi
Kolektor bersama (Common Collector) ini sering disebut juga dengan Pengikut
Emitor (Emitter Follower) karena tegangan sinyal Output pada Emitor hampir sama
dengan tegangan Input Basis.
Konfigurasi Common Emitter (CE) atau Emitor Bersama
merupakan Konfigurasi Transistor yang paling sering digunakan, terutama pada
penguat yang membutuhkan penguatan Tegangan dan Arus secara bersamaan. Hal ini
dikarenakan Konfigurasi Transistor dengan Common Emitter ini menghasilkan
penguatan Tegangan dan Arus antara sinyal Input dan sinyal Output. Common
Emitter adalah konfigurasi Transistor dimana kaki Emitor Transistor
di-ground-kan dan dipergunakan bersama untuk INPUT dan OUTPUT. Pada Konfigurasi
Common Emitter ini, sinyal INPUT dimasukan ke Basis dan sinyal OUTPUT-nya
diperoleh dari kaki Kolektor.
2. Dioda
Spesifikasi
Dioda adalah komponen yang terbuat dari bahan
semikonduktor dan mempunyai fungsi untuk menghantarkan arus listrik ke satu
arah tetapi menghambat arus listrik dari arah sebaliknya. Sebuah Dioda dibuat
dengan menggabungkan dua bahan semi-konduktor tipe-P dan semi-konduktor tipe-N.
Ketika dua bahan ini digabungkan, terbentuk lapisan kecil lain di antaranya
yang disebut depletion layer. Ini karena lapisan tipe-P memiliki hole berlebih
dan lapisan tipe-N memiliki elektron berlebih dan keduanya mencoba berdifusi satu
sama lain membentuk penghambat resistansi tinggi antara kedua bahan seperti
pada gambar di bawah ini. Lapisan penyumbatan ini disebut depletion layer.
Ketika tegangan positif diterapkan ke Anoda dan
tegangan negatif diterapkan ke Katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias maju.
Selama keadaan ini tegangan positif akan memompa lebih banyak hole ke daerah
tipe-P dan tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke daerah tipe-N
yang menyebabkan depletion layer hilang sehingga arus mengalir dari Anoda ke
Katoda. Tegangan minimum yang diperlukan untuk membuat dioda bias maju disebut
forward breakdown voltage.
Jika tegangan negatif diterapkan ke anoda dan tegangan
positif diterapkan ke katoda, dioda dikatakan dalam kondisi bias terbalik.
Selama keadaan ini tegangan negatif akan memompa lebih banyak elektron ke
material tipe-P dan material tipe-N akan mendapatkan lebih banyak hole dari
tegangan positif yang membuat depletion layer lebih besar dan dengan demikian
tidak memungkinkan arus mengalir melaluinya. Kondisi ini hanya terjadi pada
dioda yang ideal, kenyataannya arus yang kecil tetap dapat mengalir pada bias terbalik
dioda.
Dioda dapat dibagi menjadi beberapa jenis:
1. Dioda Penyearah (Dioda Biasa atau Dioda Bridge)
yang berfungsi sebagai penyearah arus AC ke arus DC.
2. Dioda Zener yang berfungsi sebagai pengaman
rangkaian dan juga sebagai penstabil tegangan.
3. Dioda LED yang berfungsi sebagai lampu Indikator
ataupun lampu penerangan.
4. Dioda Photo yang berfungsi sebagai sensor cahaya.
5. Dioda Schottky yang berfungsi sebagai Pengendali.
Untuk menentukan arus zenner berlaku persamaan:
Keterangan:
Pada grafik terlihat bahwa pada tegangan dibawah
ambang batas tegangan mundur (reverse) sebuah dioda akan tembus (menghantar)
dan tidak bisa menahan lagi. Batas ini disebut dengan area tegangan breakdown
dioda. Kondisi dioda pada area ini adalah tembus atau menghantar dan tidak
menghambat. Kemudian pada level tegangan diantara tegangan breakdown dan
tegangan forward terdapat area tegangan reverse dan tegangan cut off. Pada area
ini kondisi dioda adalah menahan atau tidak mengalirkan arus listrik.
3. Resistor
Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika.Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=IR).Cara menghitung nilai resistor dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Cara menghitung resistansi pada resistor:
Pita atau gelang ke-1 menunjukkan nilai atau angka pada digit pertama, begitu pula pada gelang ke dua. Masing-masing warna pada pita memiliki nilai yang berbeda
Pita ke-3 menunjukkan jumlah angka 0 di belakang digit ke 2 atau dikalikan dengan 10^n, yang dimana n merupakan nilai pada warna pita ke 3
Pita ke-4 menunjukkan nilai toleransi dari resistor
Contoh :
Pita ke-1 : Coklat = 1
Pita ke-2 : Hitam = 0
Pita ke-3 : Hijau = 5 nol di belakang angka pita ke-2, atau dikalikan 105
Pita ke-4 : Perak = Toleransi 10%
Maka nilai resistor tersebut adalah 10×105 = 1.000.000 Ohm atau 1 MOhm dengan toleransi 10%
Rangkaian ini menggunakan dua transistor daya komplementer, yaitu Q₁ (tipe NPN) dan Q₂ (tipe PNP), yang bekerja secara bergantian sesuai polaritas sinyal input. Sinyal AC sebesar 18 V RMS diberikan melalui kapasitor kopling C₁ dan C₂ untuk memblokir komponen DC dan hanya meneruskan sinyal AC ke basis transistor. Dioda yang berada di antara R₁ dan R₂ berfungsi untuk memberikan tegangan bias awal guna mengurangi distorsi crossover, yaitu daerah transisi di mana kedua transistor tidak aktif saat sinyal melewati titik nol.
Saat sinyal input berada pada setengah siklus positif, transistor Q₁ (NPN) akan aktif dan menghantarkan arus dari sumber tegangan positif +VCC menuju beban R_L, sementara transistor Q₂ dalam keadaan mati. Sebaliknya, ketika sinyal berada pada setengah siklus negatif, Q₂ (PNP) akan aktif dan menghantarkan arus dari beban menuju sumber tegangan negatif -V_EE, sedangkan Q₁ dalam keadaan mati. Dengan konfigurasi ini, sinyal output pada beban akan merepresentasikan bentuk gelombang penuh (full-wave) dari sinyal input.
Prinsip kerja push-pull ini memungkinkan daya diperoleh secara efisien karena masing-masing transistor hanya bekerja selama setengah siklus, sehingga mengurangi daya yang hilang sebagai panas. Namun, tanpa pemberian bias dioda, distorsi crossover bisa terjadi akibat keterlambatan aktifnya transistor di sekitar titik nol sinyal. Oleh karena itu, dioda pada rangkaian ini sangat penting untuk menjaga kontinuitas sinyal output dan meningkatkan linearitas. Secara keseluruhan, rangkaian ini ideal digunakan untuk penguatan sinyal audio dan aplikasi daya menengah dengan efisiensi yang relatif tinggi.
1. Distorsi crossover
Masalah ini terjadi ketika sinyal input berada di sekitar titik nol, yaitu saat transisi dari gelombang positif ke negatif atau sebaliknya. Pada saat itu, kedua transistor (Q1 dan Q2) tidak aktif secara bersamaan karena memerlukan tegangan bias tertentu agar dapat menghantarkan. Akibatnya, terdapat celah kecil pada gelombang output yang menyebabkan bentuk sinyal tidak mulus. Distorsi ini disebut distorsi crossover dan sangat mempengaruhi kualitas sinyal, terutama dalam penguatan audio.
2. Ketidakseimbangan karakteristik transistor
Masalah lainnya adalah ketidakseimbangan karakteristik antara transistor NPN (Q1) dan PNP (Q2). Jika nilai penguatan arus (beta) atau tegangan jenuh kedua transistor tidak seimbang, maka bagian positif dan negatif dari sinyal tidak akan diperkuat secara simetris. Hal ini menyebabkan distorsi harmonik dan output yang tidak seimbang, sehingga sinyal mengalami perubahan bentuk dan kualitasnya menurun.
3. Tegangan offset pada output
Jika rangkaian bias, seperti dioda dan resistor (R1, R2, dan R3), tidak dikonfigurasi dengan benar atau jika sumber tegangan +VCC dan -VEE tidak seimbang, maka output rangkaian dapat memiliki tegangan offset. Artinya, meskipun tidak ada sinyal input, pada output tetap terdapat tegangan DC. Hal ini berbahaya terutama jika output terhubung ke beban seperti speaker, karena tegangan DC dapat merusaknya dan menghasilkan panas yang tidak diinginkan.
1. Sebuah amplifier push-pull kelas B menerima sinyal input 18 V RMS dan terhubung ke beban 8 ohm. Berapakah daya output ke beban?
a. 20,25 W b. 32,0 W c. 40,5 W d. 48,0 W
Jawaban: c. 40,5 W
Penjelasan: P = V² / R = 18² / 8 = 324 / 8 = 40,5 watt
2. Dalam rangkaian amplifier push-pull kelas B dengan catu daya ±40 V, dan tegangan jenuh transistor VCE(sat) sebesar 0,7 V, berapakah tegangan output maksimum (peak) yang dapat dicapai tanpa kliping?
a. 40 V b. 39,3 V c. 38,6 V d. 35 V
Jawaban: b. 39,3 V
Penjelasan: Tegangan maksimum = VCC - VCE(sat) = 40 - 0,7 = 39,3 volt
3. Apa yang menyebabkan distorsi crossover pada amplifier kelas B?
a. Terlalu tinggi tegangan output b. Ketidakseimbangan impedansi beban c. Tidak cukupnya tegangan bias untuk mengaktifkan transistor di sekitar nol volt d. Terlalu kecil nilai kapasitor kopling
Jawaban: c. Tidak cukupnya tegangan bias untuk mengaktifkan transistor di sekitar nol volt
Penjelasan: Karena transistor membutuhkan tegangan sekitar 0,7 V agar mulai menghantarkan, maka di sekitar titik nol tidak ada transistor yang aktif, sehingga sinyal tidak diperkuat dan terjadi distorsi.
Fig 12.37 Problem 18 [Download]
Datasheet Resistor [Download]
Datasheet Transistor [Download]
Datasheet Dioda [Download]
Komentar
Posting Komentar