Makalah Tentang Rangkaian Penguat Transistor
Assalamualaikum wr. wb. Malam ini sebelum tidur gua mau ngeshare tugas gua
semester lalu di mata kuliah elektronika dasar tentang transistor . oh iya, gua
itu salah satu mahasiswa di universitas hamzanwadi NTB jurusan teknik
komputer. alasan gua ngeshare artikel ini agar junior gua ataupun siswa /
siswi dari manapun membutuhkan artikelini . maka artikel ini bisa membantu.
silahkan di copy dan gunakan sebagai mana mestinya guys.
KATA PENGANTAR
DAFTAR ISI
BAB I
PENDAHULUAN
BAB II
Contoh penguat bertingkat dengan hubungan Cascode yang umum digunakan
dalam praktek adalah seperti gambar 31. Rangkaian ini secara prinsip
adalah sama seperti rang-kaian pada gambar 30. Transistor Q1 sebagai
penguat pertama dengan konfigurasi CE dan diumpankan ke Q2 dengan
konfigurasi CB. Transistor Q2 merupakan Common Basis (CB) karena pada
basisnya terhubung ke ground oleh kapasitor. Resistor R1, R2, dan R3
merupakan pembagi tegangan yang memberikan tegangan bias pada kedua
transistor. Rangkaian ekiva-len AC dari rangkaian tersebut ditunjukkan
pada gambar 32.
Ro =
.ro2
D
=
1
.
2
ri +
D
. RE
Zi = RB// (ri +
D
. RE)
Zo = RE // ri // (ri/
D)
Rangkaian ekivalen pasangan umpan balik dari gambar 37 dapat dilihat pada
gambar 38 be-rikut. Gambar atas merupakan penggambaran langsung dari
rangkaian sedangkan gambar bawah telah disederhanakan untuk memudahkan
analisis.
Rangkaian CMOS banyak digunakan dalam rangkaian terintegrasi digital.
CMOS ter-diri atas E-MOSFET kanal N dan E-MOSFET kanal P yang disusun
secara komplementer. Un-tuk memahami cara kerja rangkaian CMOS, maka perlu
diingat kembali prinsip kerja E-MOSFET baik untuk kanal N dan kanal P.
Dalam pembicaraan ini E-MOSFET kanal N disebut juga nMOS, sedangkan
E-MOSFET kanal P disebut juga pMOS. Kurva karakteristik serta sim-bol nMOS
dan pMOS pada gambar 39 berikut.
Apabila CMOS diberi tegangan masukan Vi = 0, maka Q1 (nMOS) akan mati
karena VGS-nya adalah 0 sedangkan Q2 (pMOS) akan hidup karena VGS-nya
adalah sebesar - 5V. Dengan demikian Q1 sebagai saklar terbuka dan Q2
sebagai saklar tertutup, maka tegangan keluaran Vo akan menjadi + 5 V.
Sebaliknya apabila CMOS diberi tegangan masukan Vi = 5 V, maka Q1 (nMOS)
akan hidup karena VGS-nya sebesar + 5 V, sedangkan Q2 (pMOS) akan mati
karena VGS-nya sebesar 0 V. Dengan demikian Q1 sebagai saklar tertutup dan
Q2 sebagai saklar terbuka, maka tegangan keluaran akan menjadi 0 V.
BAB III
PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK
Skema dasar penguat dengan umpan balik dapat dilihat pada gambar 53 di
bawah
ini.
Av1 Av2
Langkah pertama dalam menganalisis rangkaian penguat dengan umpan balik
adalah menentukan jenis umpan balik yang diterapkan. R1 dan R2 yang secara
jelas digambarkan dalam skema tersebut merupakan jaringan umpan balik yang
menghubungan dari output penguat ke input penguat. Besaran yang diambil
(oleh R2) dari output penguat berupa te-gangan (xo = tegangan), berarti
jenis UB adalah tegangan. Sedangkan cara pengembalian si-nyal tersebut
adalah secara seri (berarti xf = tegangan). Dengan demikian jenis umpan
balik adalah UB tegangan-seri. Langkah selanjutnya adalah menggambarkan
rangkaian ekivalen tanpa umpan balik.
Langkah keempat adalah mengganti semua komponen aktif dengan modelnya
mas-ing-masing. Untuk merealisasikan langkah ini, maka perlu diberikan
contoh rangkaian yang sebenarnya. Lihat gambar 57. Penguat pertama dan
kedua masing-masing dilakukan oleh Q1 dan Q2 yang dihubungkan (dikopling)
dengan kapasitor. Sedangkan kapasitor yang dile-takkan seri dengan R2
berfungsi agar keberadaan jaringan umpan balik tidak mempengaruhi bias
masing-masing tingkat penguat.
Dengan urutan prosedur yang sama seperti pada analisis umpan balik
tegangan-seri, maka selanjutnya secara singkat akan dibahas penguat umpan
balik arus-paralel. Skema da-sar penguat dua tingkat dengan umpan balik
arus-paralel terlihat pada gambar 58. Pada gambar ini resistor-resistor
bias tidak ditampakkan guna penyederhanaan.
Pada penguat dengan umpan balik tegangan-paralel sinyal yang diambil dari
output berupa tegangan (Vo) dan dikembalikan ke input berupa arus secara
paralel (If). Skema da-sar penguat dengan umpan balik tegangan-paralel
terlihat pada gambar 60. Penguat dasar dari skema ini merupakan penguat
transresistansi (Rm = Vo/Is), yakni penguat yang mempu-nyai impedansi
input dan output kecil. Meskipun skema ini merupakan penguat dengan umpan
balik, analisis dapat juga dilakukan tanpa harus mengikuti prosedur
analisis umpan balik, yakni dengan menggunakan Teori Miller (lihat Buku
I). Akan tetapi pembahasan di sini akan mengikuti prosedur umpan balik,
sehingga hasilnya dapat dibandingkan. Dalam prak-tek, analisis dapat
dipilih salah satu diantara yang paling mudah.
Skema ekivalen ac penguat tanpa umpan balik dari rangkaian tersebut
terlihat pada gambar 63. Untuk mendapatkan loop input dan output dapat
diperoleh dari tabel 3. Resis-tor Re ternyata dirasakan baik pada loop
input dan loop output.
Umpan balik negatif menentang atau mengurangi sinyal input yang memberi banyak keuntungan dalam perancangan dan stabilisasi sistem kontrol. Misalnya, jika output sistem berubah karena alasan apa pun, umpan balik negatif akan mempengaruhi masukan sedemikian rupa untuk melawan perubahan tersebut.
Umpan balik mengurangi gain keseluruhan suatu sistem dengan tingkat pengurangan yang terkait dengan gain loop terbuka sistem. Umpan balik negatif juga memiliki efek mengurangi distorsi, kebisingan, kepekaan terhadap perubahan eksternal serta meningkatkan bandwidth sistem dan impedansi input dan output.
Umpan balik dalam sistem elektronik, apakah umpan balik negatif atau umpan balik positif bersifat sepihak. Artinya, sinyalnya mengalir satu arah hanya dari output ke input sistem. Hal ini kemudian membuat gain loop, G dari sistem independen dari beban dan sumber impedansi .
Sebagai umpan balik seperti sistem loop tertutup, karenanya harus memiliki titik penjumlahan. Dalam sistem umpan balik negatif titik penjumlahan atau persimpangan ini pada inputnya mengurangi sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal error , β yang menggerakkan sistem. Jika sistem memiliki gain positif, sinyal umpan balik harus dikurangkan dari sinyal input agar umpan balik negatif seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Umpan Balik Negatif
Rangkaian ini mewakili sistem dengan gain positif, G dan umpan balik, β . Persimpangan penjumlahan pada inputnya mengurangi sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal error Vin - βG , yang menggerakkan sistem.
Kemudian dengan menggunakan rangkaian loop tertutup dasar di atas, kita dapat memperoleh persamaan umpan balik umum sebagai:
Persamaan Umpan Balik Negatif
Kita melihat bahwa efek dari umpan balik negatif adalah untuk mengurangi gain dengan faktor: 1 + βG . Faktor ini disebut "faktor umpan balik" atau "jumlah umpan balik" dan sering ditentukan dalam desibel (dB) oleh hubungan 20 log (1+ βG) .
Dampak/Efek Umpan Balik Negatif
Jika gain loop terbuka, G sangat besar, maka βG akan jauh lebih besar dari 1, sehingga gain keseluruhan sistem kira-kira sama dengan 1/β . Jika gain loop terbuka berkurang karena frekuensi atau efek penuaan sistem, asalkan βG masih relatif besar, gain sistem secara keseluruhan tidak banyak berubah. Jadi umpan balik negatif cenderung mengurangi efek perubahan gain yang memberi apa yang umumnya disebut "gain stabilitas".
Kemudian kita dapat melihat bahwa sistem tersebut memiliki gain loop 10.000 dan gain loop tertutup 34dB.
Kemudian kita dapat melihat dari dua contoh bahwa tanpa umpan balik, setelah 5 tahun
Operasional Amplifier (op-amp) adalah jenis rangkaian terpadu linier yang paling umum digunakan namun memiliki gain yang sangat tinggi. Gain tegangan loop terbuka, AVOL , dari op-amp standar 741 adalah gain voltasenya bila tidak ada umpan balik negatif yang diterapkan dan gain tegangan loop terbuka dari op-amp adalah rasio tegangan keluarannya, Vout , ke tegangan masukan diferensialnya, Vin , ( Vout / Vin ).
Nilai khas AVOL untuk op-amp 741 lebih dari 200.000 (106dB). Jadi sinyal tegangan input hanya 1mV, akan menghasilkan tegangan keluaran lebih dari 200 volt! memaksa output langsung ke saturasi. Tentunya gain tegangan loop terbuka yang tinggi ini perlu dikontrol dengan cara tertentu, dan kita bisa menjalankan hal itu dengan menggunakan umpan balik negatif.
Penggunaan umpan balik negatif secara signifikan dapat meningkatkan kinerja penguat operasional dan rangkaian op-amp yang tidak menggunakan umpan balik negatif dianggap terlalu tidak stabil untuk digunakan. Tapi bagaimana kita bisa menggunakan umpan balik negatif untuk mengendalikan op-amp.
BAB IV
PENGUAT DIFERENSIAL
Dalam praktek, untuk mendapatkan Ad, maka dibuat v1 = - v2, sehingga vc =
0. Dengan de-mikian sinyal keluaran yang diperoleh vo = Ad.vd. Sedangkan
untuk mendapatkan Ac, maka dibuat v1 = v2, sehingga vd = 0. Dengan
demikian sinyal keluaran yang diperoleh vo = Ac. vc.
Analisis dc dilakukan pada satu sisi transistor, dengan asumsi bahwa
kedua transistor adalah identik (kedua b
sama). Rangkaian ekivalen dc untuk satu sisi transistor adalah terli-hat
pada gambar 42.
Oleh karena itu diperlukan suatu rangkaian yang bisa memperbesar pengaruh
beban RE pada penguat beda, yakni dengan menggunakan rangkaian sumber arus
konstan. Rang-kaian penguat beda dengan sumber arus konstan dapat dilihat
pada gambar 45.
sumber arus konstan
MAKALAH TENTANG
“
RANGKAIAN PENGUAT TRANSISTOR ”
Makalah ini diajukan untuk memenuhi salah satu tugas individu dalam mata
kuliah “ELEKTRONIKA DASAR” semester 2 program studi “Teknik
Komputer"
Oleh :
RIAN WAHYU PRATAMA PUTRA
( NIM : 170204015 )
TEKNIK KOMPUTER A
Fakultas Teknik
Universitas Hamzanwadi
2018
Jln. Prof. M Yamin No. 35, Pancor Lombok Timur, 83611
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan rasa syukur atas kehadhirat Allah SWT. Yang telah
melimpahkan segala rahmat, taufiq, hidayah, dan inayah-Nya kepada kita
semua, sehingga kami dapat menyelesaikan makalah ini dengan lancar dan
sangat baik.
Dalam penulisan makalah yang kami buat ini tidak luput dari
kerjasama dan bantuan dari beberapa pihak, sehingga sudah sepantasnya
dalam kesempatan ini kami menyampaikan terima kasih kepada :
1.
Bapak Muhammad Fauzi Zulkarnaen,ST,M.Eng. Selaku dosen pembimbing pada
mata kuliah Elektronika Dasar.
2.
Kedua Orang Tua yang telah membantu kami dengan do’a, dan selalu
mencukupi kebutuhan kami dalam menyelesaikan makalah ini.
3.
Teman-teman dan semua pihak yang telah membantu dalam merefisi makalah
ini.
Dalam pembuatan makalah ini mungkin makalah kami ini masih jauh dari yang
sempurna. Oleh karena itu kami sangat mengharapkan saran, kritik,
dan petunjuk serta pengarahan yang bersifat membangun dari para pembaca
demi terwujudnya pembuatan makalah yang lebih baik dari pada ini.
Terara , 14 Mei 2018
RIAN WAHYU PRATAMA PUTRA
Penyusun.
DAFTAR ISI
Sampul
Makalah………………………………………………………………………………1
Kata Pengantar………………………………………………………………………………...2
Daftar Isi………………………………………………………………………………………3
BAB I Pendahuluan…………………………………………………………………………..4
1.1
Latar Belakang……………………………………………………………………4
1.2
Rumusan Masalah………………………………………………………………..5
1.3
Tujuan Penulisan…………………………………………………………………5
1.4
Manfaat Penulisan………………………………………………………………..5
BAB II Rangkaian Penguat Transistor
Bertingkat…………………………………………...6
2.1.
Pendahuluan………………………………………………………………………6
2.2.
Hubungan Kaskade……………………………………………………………….6
2.3.
Hubungan Cascode……………………………………………………………….8
2.4. Hubungan Darlington……………………………………………………………11
2.5.
Hubungan pasangan umpan balik ( feedback pair )………………………………….15
2.6.
Rangkaian CMOS………………………………………………………………..18
BAB III Penguat dengan Umpan Balik………………………………………………………20
3.1
Pendahuluan……………………………………………………………………...20
3.2
Konsep Dan Jenis Umpan Balik………………………………………………….20
3.3
Analisis Penguat Umpan Balik Tegangan-Seri…………………………………..24
3.4
Analisis Penguat Umpan Balik Arus-Paralel…………………………………….29
3.5
Analisis Penguat Umpan Balik Tegangan-Paralel……………………………….31
3.6
Analisis Penguat Umpan Balik Arus-Seri………………………………………..32
3.7
Umpan Balik Positif………………………………………………………………34
3.8
Umpan Balik Negatif……………………………………………………………..35
BAB IV Penguat Diferensial …………………………………………………………………39
4.1.
Pendahuluan………………………………………………………………………39
4.2.
Penguat Diferensial……………………………………………………………….39
4.3.
Common Mode Rejection Ratio…………………………………………………..41
4.4.
Penguat Diferensial dengan Sumber Arus ( Current Source )
Konstan…………...43
4.5.
Penguat diferensial dengan gandengan emitter……………………………………45
BAB V Penutup……………………………………………………………………………….46
5.1. Kesimpulan ……………………………………………………………………….46
5.2. Saran………………………………………………………………………………46
Daftar Pustaka………………………………………………………………………………….47
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.
Latar belakang.
Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat,
pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi
lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana
berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan
pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.
Transistor sebagai penguat, sudah bukan barang yang tabu lagi di dunia
rangkaian elektronika bahwa transistor dapat kita gunakan untuk berbagai
macam keperluan salah satunya sebut saja salah satu fungsinya yaitu
transistor yang digunakan sebagai penguat. Nah penggunaan ini biasanya
paling banyak digunakan di rangkaian rangkaian elektronika yang sifatnya
masih analog misalnya saja ketika diggunakan sebagai penguat yaitu penguat
arus,penguat tegangan, dan penguat daya. Fungsi komponen semikonduktor ini
dapat kita temui pada rangkaian Pree-Amp Head , Pree-Amp Mic, Mixer, Echo,
Tone Control, Amplifier dan lain-lain.
Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang
dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2
terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam
dunia elektronik modern. Dalam angkaian analog, transistor digunakan
dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara,
sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam
rangkaian-rangkaiandigital, transistor digunakan sebagai saklar
berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian
rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen
lainnya.
Prinsip yang di pakai didalam transistor sebagai penguat yaitu arus kecil
pada basis dipakai untuk mengontrol arus yang lebih besar yang diberikan
ke kolektor melalui transistor tersebut. Dari sini bisa kita lihat bahwa
fungsi dari transistor adalah hanya sebagai penguat ketika arus basis akan
berubah. Perubahan arus kecil pada basis inilah yang dinamakan dengan
perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter.
Kelebihan dari transistor penguat bukan sekedar bisa menguatkan sinyal,
namun transistor ini juga dapat di pakai sebagai penguat arus, penguat
daya dan penguat tegangan. Di bawah ini gambar yang biasa di pakai dalam
rangkaian transistor khususnya sebagai penguat yang biasa di pakai dalam
rangkaian amplifier sedehana.
1.2.
Rumusan masalah.
Dalam makalah ini, kami merumuskan beberapa masalah, yaitu :
1.
Apa itu Rangkaian Penguat Transistor Bertingkat
?
2. Apa itu Penguat dengan Umpan Balik
?
3. Apa itu Penguat Diferensial ?
1.3.
Tujuan Penulisan.
Dengan diberikan tugas yang membahas tentang Pancasila Dalam
Konteks Ketatanegaraan Republik Indonesia ini diharapkan
bermanfaat bagi pembaca, mudah dipahami dan juga mendapat nilai yang baik.
Untuk itu tujuan dari penyelesaian makalah ini adalah :
1.
Untuk menyelesaikan tugas Mata kuliah Pancasila .
2.
Untuk mengetahui apa itu Rangkaian Penguat Transistor Bertingkat
.
3.
Untuk mengetahui apa itu Penguat dengan Umpan Balik
.
4.
Untuk mengetahui apa itu Penguat Diferensial .
1.4.
Manfaat Penulisan.
2.
Mengetahui apa itu Penguat dengan Umpan Balik
.
3.
Untuk mengetahui apa itu Penguat Diferensial .
BAB II
RANGKAIAN PENGUAT TRANSISTOR
BERTINGKAT
2.1 Pendahuluan
Aplikasi rangkaian elektronika di lapangan sering melibatkan tidak hanya
sebuah transistor, tetapi lebih dari satu. Yang dimaksud dengan rangkaian
bertingkat dalam bab ini adalah suatu kombinasi rangkaian yang terdiri
atas lebih dari satu transistor (BJT atau FET) sebagai lawan dari penguat
tunggal. Dalam bab ini akan dibahas beberapa bentuk rangkaian bertingkat
seperti: Kaskade, Cascode, Darlington, Pasangan umpan balik, dan CMOS.
Aplika-si rangkaian bertingkat tersebut disamping untuk keperluan yang
berdiri sendiri, juga sebagai dasar pembentuk rangkaian lain yang lebih
besar dalam rangkaian terintegrasi (IC).
2.2 Hubungan Kaskade
Rangkaian bertingkat dalam bentuk hubungan kaskade merupakan rangkaian
yang populer atau banyak dijumpai dalam berbagai aplikasi. Dalam hubungan
kaskade penguat satu dihubungkan dengan penguat lainnya secara seri,
artinya keluaran penguat pertama di-hubungkan dengan masukan tingkat kedua
dan seterusnya. Lihat diagran pada gambar 28. Tujuan utama penguat dengan
hubungan kaskade adalah diperolehnya penguatan total yang besar. Penguatan
total dari rangkaian bertingkat tersebut adalah:
Avt = Av1 . Av2 . Av3
Impedansi masukan dari penguat kedua menjadi beban bagi penguat pertama,
demikian juga bahwa impedansi masukan penguat ketiga menjadi beban penguat
kedua
Gambar 28. Blok diagram penguat dalam hubungan kaskade
Kopling yang digunakan untuk menghubungkan antara tingkat satu dengan
tingkat berikutnya bisa dengan kapasitor (R-C), trafo, atau kopling
langsung. Namun demikian seca-ra umum kopling kapasitorlah yang paling
banyak digunakan. Dengan menggunakan kopling kapasitor, maka analisis dc
(titik kerja) setiap penguat dapat dikerjakan secara terpisah kare-na satu
dengan lainnya tidak saling mempengaruhi. Akan tetapi bila menggunakan
kopling langsung (atau sering disebut penguat DC), maka analisis dc harus
dikerjakan sekaligus untuk semua tingkat. Gambar 29 merupakan contoh
penguat kaskade dua tingkat dengan meng-gunakan FET.
Gambar 29. Penguat kaskade dua tingkat dengan FET
Pada rangkaian tersebut diketahui data tambahan sebagai berikut:
Vcc = 20 V; Vi=10mVp-p; dan data untuk kedua FET adalah: Idss = 10 mA; Vp
= -4 V. Oleh karena rangkaian
tingkat pertama dan kedua adalah identik baik susunan maupun nilai
komponennya, maka
analisis dc untuk kedua tingkat adalah sama.
Analisis dc:
Menentukan titik kerja JFET (VGS dan ID) guna menghitung gm Ingat
persamaan kuadrat berikut (pembahasan JFET pada buku 1):
((Idss.Rs)/Vp2).VGS2
+ (1 - (2.Idss.Rs/vp2)).VGS) + Idss.Rs = 0
dengan menggunakan persamaan ABC, maka dapat diselesaikan nilai VGSnya,
yaitu:
VGS = - 1,9 Volt.
Selanjutnya nilai ID ditentukan dengan persamaan:
VGS = -ID.Rs
Sehingga diperoleh
ID = 2,8 mA
Nilai VGS dan ID ini berlaku untuk JFET1 dan JFET2.
Analisis AC:
Menentukan gm
gmo = (2.Idss)/ |Vp|
gmo = (2.10m)/ |-4| = 5 mS
sehingga:
gm = gmo (1 - (VGS/Vp))
gm = (5m) (1 - (-1,9/-4))
gm = 2,6 mS
Menentukan penguatan tegangan
Tingkat 1:
Av1 = -gm. (RD//Zi2)
Av1 = - (2,6m). (2,4K//3,3M)
Av1 = - 6,2
Tingkat 2:
Av1 = -gm. (RD)
Av1 = - (2,6m). (2,4K)
Av1 = - 6,2
Total:
Avt = AV1 . Av2
Avt = (-6,2) . (-6,2)
Avt = 38,4
Sinyal output (Vo):
Vo = Avt . Vi
Vo = (38,4) . (10mVp-p)
Vo = 384 mVp-p
Impedansi input penguat:
Zi = RG1 = 3,3 M
Impedansi output rangkaian:
Zo = RD2 = 2,4 K
2.3 Hubungan Cascode
Hubungan Cascode banyak digunakan pada aplikasi frekuensi tinggi.
Gambar 30 me-nunjukkan penguat bertingkat dengan hubungan Cascode. Pada
hubungan Cascode tersebut keluaran penguat pertama yang berupa Common
Emitor diumpankan secara langsung ke penguat kedua yang berupa Common
Basis. Hubungan seperti ini akan memberikan penga-ruh C-Miller yang kecil
pada tingkat pertama karena penguat CE ini mempunyai Av yang kecil (-1),
sehingga fH (frekuensi cut-off atas) akan meningkat. Sedangkan pada
tingkat kedua yang berupa CB akan memberikan respon frekuensi tinggi yang
baik (fH tinggi) karena tidak dipengaruhi C-Miller. Disamping itu penguat
CB mempunyai Av yang tinggi (sehingga bisa mengkompensasi Av pertama yang
kecil) dan Zo yang besar. Dengan demikian keuntungan utama penguat
bertingkat Cascode adalah respon frekuensi tinggi baik (fH tinggi),
sehingga BW lebar, dan impedansi keluaran tinggi (Zo tinggi) dengan tetap
memberikan Av yang tinggi dan impedansi input cukup tinggi.
Gambar 30. Penguat bertingkat Cascode
Gambar 31. Penguat Cascode dalam aplikasi praktek
Rangkaian ekivalen AC pada gambar 32 tersebut dibuat dengan menggunakan
parameter-h. Pada penguat pertama yang configurasi CE terdapat
parameter hie, hfe, dan
ro
(atau 1/hoe). Sedangkan penguat kedua dengan configurasi CB terdapat
parameter hib, hfb,
dan ro (atau 1/hoe = untuk CE). Analisis berikut dimaksudkan untuk
membuktikan bahwa
impedansi output (keluaran) dari rangkaian cascode adalah tinggi, dan
menentukan penguatan tegangan.
Membuktikan Ro:
iro2
= (Vo)/(ro2 + hib)
(Vo)/(ro2) = - ie
(karena ro1 dan ro2 >> hib)
it =
ie
it = - (
.Vo)/(ro2)
sehingga,
it2 = iro2 + it
it2 = (Vo)/(ro2)+ (- (
.Vo)/(ro2))
it2 = (Vo (1 -
))/(ro2)
karena: (1 -
)/(
) = 1/
,
⇒
(1 -
)
1/
maka:
it2
(Vo)/(
.ro2)
Dengan demikian:
Ro = (Vo)/(it2)
Gambar 32. Rangkaian ekivalen penguat cascode
Penguatan tegangan, Av:
Dengan asumsi hfe1 = hfe2, maka:
Ic1 = Ic2 Dan Ib1 = Ib2
Oleh karena Ib1 dan Ib2 kecil (pendekatan), maka:
VB1 = (R1.Vcc)/(R1 + R2 + R3)
IC1 = IC2 = (VB1 - VBE)/RE
Dimana:
hib1 = hib2 = 26/IC1
maka:
Av tingkat 1 (CE)
Av1 = - (hib2)/(hib1) = -1
Av tingkat 2 (CB)
Av2 = (RC//RL)/(hib2)
Penguatan total:
Avt = Av1.Av2
Dari analisis diperoleh bahwa penguatan tegangan tingkat 1 (penguat CE)
sebesar -1, dengan demikian pengaruh Miller pada C liar menjadi sangat
kecil, hal ini akan meningkatkan fH (respon frekuensi tinggi). Oleh karena
itu respon frekuensi tinggi ditentukan oleh penguat CB. Seperti diketahui
bahwa penguat CB mempunyai sifat BW yang lebar, karena tinginya fH.
2.4 Hubungan Darlington
Hubungan darlington diperoleh dengan cara menggabungkan dua buah
transistor se-jenis dan umumnya mempunyai beta yang sama. Perhatikan
gambar 33. Keuntungan yang diperoleh dengan memanfaatkan transistor yang
dihubungkan secara darlington adalah: Im-pedansi input tinggi, impedansi
output rendah, dan Ai tinggi. Akan tetapi kerugiannya ada-lah bahwa arus
bocor transistor pertama akan dikuatkan oleh transistor kedua, sehingga
per-lu hati-hati pada perencanaan pembiasannya.
Gambar 33. Rangkaian Darlington
Gambar 34. Bias DC rangkain darlington
VBE aktif = 1,4 s/d 1,8 Volt
Bias DC:
IB = (Vcc - VBE)/ (RB +
D.RE)
IE = (
D
+ 1). IB
IE
D
. IB
VE = IE. RE
VB = VE + VBE
Analisis AC:
Rangkaian ekivalen penguat dengan hubungan darlington adalah ditunjukkan
pada gambar 35. Dasar penggambaran rangkain ekivalen ini adalah gambar 34,
dimana terminal masukan diambil pada basis Q1 dan terminal keluaran
diambil pada kolektor Q2. Menentukan Impedansi input, Zi
vi
= ib.ri + ib (
D
+1).RE
(vi/ib) = ri + (
D
+ 1).RE
Dengan demikian:
Gambar 35. Rangkaian ekivalen transistor darlington
Menentukan Penguatan Arus, Ai:
io = ie = Ib +
D
. ib
io = ie
D
. ib
Sedangkan,
ib = (RB).(iin)/(RB + (ri +
D
. RE))
iin = (ib).(RB + (ri +
D
. RE)) / (RB)
Sehingga:
Ai = io/iin
Ai = (
D
. ib).(RB)/ (RB + (ri +
D
. RE)).(ib)
Ai = (
D
. RB) / (RB + (ri +
D
. RE))
Menentukan Impedansi Output, Zo:
Kondisi yang harus dipenuhi untuk mendapatkan impedansi output adalah
sumber sinyal ha-rus dibuat nol, dan tahanan beban harus dibuat terbuka.
Rangkaian ekivalen menjadi seperti gambar 36.
Zo = vo/io
Diturunkan persamaan arus output sesuai dengan hukum Kirchoff arus
sebagai berikut:
io = (vo/RE) + (vo/ri) - (
D
. ib)
io = (vo/RE) + (vo/ri) - (
D)(vo/ri)
io = {(1/RE) + (1/ri) - (
D/ri)}. Vo
Dengan demikian,
Zo = vo/io
Zo = 1 / {(1/RE) + (1/ri) - (
D/ri)}.
Gambar 36. Rangkaian ekivalen untuk menentukan Zo
Menentukan Penguatan Tegangan, Av:
Lihat kembali rangkaian ekivalen gambar 35.
vo = (ib +
D.ib).RE
vo = ib.(RE +
D.RE)
Dan
vi
= ib.ri + ib (
D
+ 1).RE
vi
= ib.(ri + RE +
D.RE)
Sehingga:
vo/vi = {ib.(RE +
D.RE)} / { ib.(ri + RE +
D.RE)}
vo/vi = (RE +
D.RE) / (ri + RE +
D.RE)
atau secara pendekatan:
vo/vi
1
2.5 Hubungan Pasangan Umpan Balik (Feedback Pair)
Pasangan umpan balik tersusun atas dua transistor yang berlawanan jenis
yakni tran-sistor PNP dan NPN. Jenis kedua transistor ini yang
membedakannya dengan hubungan dar-lington. Seperti halnya pada hubungan
darlington, rangkaian pasangan umpan balik ini juga memberikan faktor
penguatan arus yang tinggi, yakni perkalian beta kedua transistor.
Pasangan umpan balik ini digunakan bersama-sama dengan darlington guna
membentuk rang-kaian komplementer yang biasanya banyak dipakai dalam
penguat daya. Hubungan pasan-gan umpan balik dan contoh rangkaian biasnya
dapat dilihat pada gambar 37.
Gambar 37. Hubungan pasangan umpan balik dan rangkaian bias
Analisis DC:
Dari untai (loop) Vcc, RC, Basis-Emiter Q1, dan RB dapat
diturunkan:
Vcc = IC.RC + VEB1 + IB1.RB
Vcc - VEB1 = (IC1 + IC2).RC + IB1.RB
Vcc - VEB1 = (IB1.
1 + IB2.
2).RC + IB1.RB
karena IB2 = IC1 = IB1.
1, maka:
Vcc - VEB1 = (IB1.
1 + IB1.
1.
2).RC + IB1.RB
Vcc - VEB1 = IB1. (
1 +
1.
2).RC + IB1.RB
Sehingga:
IB1 = (Vcc - VEB1) / {(
1 +
1.
2).RC + RB}
Atau secara pendekatan:
IB1
(Vcc - VEB1) / (
1.
2.RC + RB)
Selanjutnya IC1 dan IC 2 dapat ditentukan
IC1 = IB1.
1
IC2 = IB2.
2
Karena IC1 = IB2, maka:
IC2 = IC1.
2
Dengan demikian secara pendekatan, IC2 >> IC1
Dan, IC
IC2
Analisis AC:
Gambar 38. Rangkaian ekivalen pasangan umpan balik
Menentukan impendasi input, Zi:
Tanpa memperhitungkan RB terlebih dahulu, maka Zi = vi/ib1
dimana:
ib1 = (vi - vo) / ri1
sedangkan:
vo = (
2.ib2 -
1.ib1 - ib1).RC
oleh karena:
2.ib2 >>
1.ib1 >> ib1, maka:
vo
(
2.ib2).RC
Dengan demikian:
ib1 = (vi - vo) / ri1
ib1.ri1 = vi - (
2.ib2).RC
ib1.ri1 +
2.(
1.ib1).RC = vi
vi/ib1 = ri1 +
2.
1.RC
jadi Zi = ri1 +
2.
1.RC
Apabila RB diperhitungkan maka nilai RB harus diparalel dengan harga
tersebut.
Menentukan Penguatan Arus, Ai:
Apabila RB tidak diperhitungkan maka
Ai = io/ib1
Ai = {
2.ib2 -
1.ib1 - ib1} / ib1
Ai = {
2.(
1.ib1) - (1 +
1).ib1}/ib1
Ai
1.
2
Apabila RB diperhitungkan, maka:
Ai = {
1.
2.RB}/(RB + Zi)
Menentukan Penguatan Tegangan, Av:
Av = vo/vi
perhatikan rangkaian ekivalen,
ib1 = (vi - vo)/ri1
vo = vi - ib1.ri1
oleh karena: ib1 = vo/(
1.
2.RC), maka:
vo = vi - {vo/(
1.
2.RC)}.ri1
vi
= vo + {vo/(
1.
2.RC)}.ri1
vi
= vo {1 + ri1/(
1.
2.RC)}
sehingga,
vo/vi = 1 / {1 + ri1/(
21.
22.RC)}
vo/vi = (
1.
2.RC)/ (ri1 +
1.
2.RC)
vo/vi
1
Jadi penguatan tegangan rangkaian pasangan umpan balik adalah satu.
2.6 Rangkaian CMOS
Gambar 39. Karakteristik serta simbol nMOS dan pMOS
Dalam CMOS masing-masing nMOS dan pMOS bekerja secara bergantian pada dua
ti-tik ekstrem ON dan OFF atau bekerja sebagai saklar. Pada nMOS, bila
tegangan masukan VGS = 0 V, maka arus ID tidak mengalir karena nMOS masih
mati. Namun bila VGS = + 5 V, maka arus ID akan mengalir besar. Pada pMOS,
bila tegangan VGS = 0V, maka arus ID tidak mengalir karena pMOS masih
mati. Namun bila VGS = - 5 V, maka arus ID akan mengalir.
Apabila kedua nMOS dan pMOS tersebut dihubungkan secara komplementer,
maka diperoleh suatu rangkaian CMOS. Gambar 40 menunjukkan rangkaian CMOS
yang diberi te-gangan Vcc = + 5 Volt.
pMOS
Gambar 40. Rangkaian CMOS
nMOS
Apabila CMOS diberi tegangan masukan Vi = 0, maka Q1 (nMOS) akan mati
karena VGS-nya adalah 0 sedangkan Q2 (pMOS) akan hidup karena VGS-nya
adalah sebesar - 5V. Dengan demikian Q1 sebagai saklar terbuka dan Q2
sebagai saklar tertutup, maka tegangan keluaran Vo akan menjadi + 5 V.
Sebaliknya apabila CMOS diberi tegangan masukan Vi = 5 V, maka Q1 (nMOS)
akan hidup karena VGS-nya sebesar + 5 V, sedangkan Q2 (pMOS) akan mati
karena VGS-nya sebesar 0 V. Dengan demikian Q1 sebagai saklar tertutup dan
Q2 sebagai saklar terbuka, maka tegangan keluaran akan menjadi 0 V.
BAB III
PENGUAT DENGAN UMPAN BALIK
3.1 Pendahuluan
Umpan balik dalam suatu sistem penguat merupakan mekanisme pengembalian
se-bagian sinyal keluaran ke terminal masukan. Tergantung dari polaritas
sinyal yang dikemba-likan, maka umpan balik bisa terdiri atas umpan balik
negatip dan umpan balik positip. Pen-guat dengan umpan balik negatip akan
mempunyai faktor penguatan yang lebih kecil, akan tetapi memperbaiki
beberapa parameter penguat lainnya. Sedangkan penguat umpan balik positip
akan dipakai dalam rangkaian osilator. Pembicaraan pada bab ini akan
dibatasi pada penguat dengan umpan balik negatip.
Pada bab ini akan dibahas konsep dasar umpan balik pada penguat dan
analisis um-pan balik pada berbagai jenis penguat. Jenis-jenis umpan balik
tersebut misalnya, UB tegan-gan-seri, UB arus-seri, UB arus-paralel, dan
UB tegangan-paralel.
3.2 Konsep dan Jenis Umpan Balik
Gambar 53. Skema penguat umpan balik
Dalam penguat umpan balik sebagian sinyal output diumpankan kembali ke
terminal masukan melalui jaringan umpan balik. Sinyal umpan balik ini
selanjutnya dicampur (diku-rangkan atau dijumlahkan) dengan sinyal sumber
sehingga menghasilkan sinyal masukan yang baru (sinyal beda).
Output mixer (pencampur) adalah:
xd = xs - xf = xi
Faktor umpan balik adalah: b
= xf / xo
Penguatan transfer yaitu faktor penguatan dari penguat dasar tanpa umpan
balik dengan memperhitungkan pembebanan jaringan b, RL, dan RS adalah:
A = xo /xi
Dengan demikian, penguatan dengan umpan balik adalah:
Af = xo / xs
Af = (xi.A)/(xi + xf)
Af = (xi.A)/(xi.(1 + xf/xi))
Af = (xi.A)/(xi.(1 + (xf/xo).(xo/xi)))
Akhirnya diperoleh:
Af = A / (1 +
b.A)
dimana : jika |Af| < |A|, maka disebut umpan balik negatip
jika |Af| > |A|, maka disebut umpan balik positip
Yang dimaksud dengan penguat dasar dalam skema tersebut di atas adalah
penguat tanpa umpan balik, tetapi tetap memperhitungkan pengaruh
pembebanan yang disebabkan oleh jaringan umpan balik, sumber sinyal dan
beban. Berdasarkan nilai relatif dari Ri dan Ro, maka penguat dasar dapat
diklasifikasikan menjadi empat macam, yaitu:
1.
Penguat Tegangan, yakni Av = vo / vs, secara ideal penguat ini mempunyai
Ri = ¥
dan Ro = 0
2.
Penguat Arus, yakni Ai = io / is, secara ideal penguat ini mempunyai Ri =
0 dan Ro
= ¥
3.
Penguat Transkonduktansi, yakni Gm = io / vs, secara ideal penguat ini
mempunyai Ri
= ¥
dan Ro = ¥
4.
Penguat Transresistansi, yakni Rm = vo / is, secara ideal penguat
ini mempunyai Ri = 0
dan Ro = 0
Keempat macam penguat dasar tersebut apabila diberi umpan balik akan
menjadi empat jenis umpan balik yang berbeda, yakni UB tegangan-seri, UB
arus-seri, UB arus-paralel, UB tegangan-paralel. Gambar 54 menunjukkan
keempat jenis umpan balik tersebut.
1.
Penguat Tegangan dengan UB tegangan-seri
Penguat Tegangan dengan UB tegangan-seri
2. Penguat Transkonduktansi dengan UB arus-seri
|
|
|
|
|
|
|
Penguat
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vs
|
|
vi
|
|
|
|
io
|
|
|
RL
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Transkonduktansi
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
vf
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
b
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Penguat Arus dengan UB arus-paralel
|
|
|
Penguat
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ii
|
|
|
io
|
|
|
RL
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Arus
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if b
4. Penguat Transresistansi dengan UB tegangan-paralel
|
|
|
Penguat
|
|
|
|
|
|
is
|
|
ii
|
vo
|
|
|
RL
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Transresistansi
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
if b
Gambar 54. Jenis-jenis Penguat dengan umpan balik
Dengan memperhatikan keempat jenis umpan balik dan masing-masing
konfigura-sinya tersebut, maka suatu sebutan jenis umpan balik menyiratkan
suatu makna pula. Um-pan balik tegangan-seri, misalnya, berarti
sinyal yang diambil dari output berupa tegangan, kemudian
dikembalikan ke input melalui jaringan umpan balik secara seri.
Demikian sete-rusnya berlaku pula untuk yang lain, misalnya umpan balik
arus paralel, berarti sinyal yang diambil dari output berupa arus,
dan dikembalikan ke input melalui jaringan umpan balik se-cara
paralel. Pemahaman tentang jenis tegangan atau arus maupun secara
seri atau paralel ini sangat penting untuk melakukan analisis penguat
umpan balik.
Adapun beberapa petunjuk atau urutan untuk menganalisis rangkaian dengan
umpan ba-lik negatip adalah sebagai berikut:
1.
Identifikasi jenis Umpan Balik (UB).
2.
Gambar rangkaian penguat tanpa umpan balik.
3.
Pakai sumber Thevenin bila xf adalah tegangan dan Norton bila xf adalah
arus.
4.
Ganti tiap komponen aktif dengan model.
5.
Tentukan xf dan xo, kemudian hitung
b
= xf/xo
6.
Hitung A dengan menerapkan Kirchoff 1 dan 2.
7.
Dengan A dan
b, hitung D, Af, dst.
Untuk memudahkan analisis tersebut, maka dapat digunakan tabel 3
berikut.
|
Tabel 3. Tabel analisis penguat umpan balik
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Tegangan
|
Arus
|
Arus
|
Tegangan
|
|
|
Seri
|
Seri
|
Paralel
|
Paralel
|
|
Mencari
|
vo = 0
|
io = 0
|
io = 0
|
vo = 0
|
|
Loop Input
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Mencari
|
Ii = 0
|
Ii = 0
|
vi = 0
|
vi = 0
|
|
Loop Output
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
D
|
1 + b.Av
|
1 + b.Gm
|
1 + b.Ai
|
1 + b.Rm
|
|
|
|
|
|
|
|
Af
|
Av/D
|
GM/D
|
Ai/D
|
RM/D
|
|
|
|
|
|
|
|
Rif
|
Ri.D
|
Ri.D
|
Ri/D
|
Ri/D
|
|
|
|
|
|
|
|
Rof
|
Ro/D
|
Ro.D
|
Ro.D
|
Ro/D
|
|
|
|
|
|
|
|
xf
|
tegangan
|
tegangan
|
arus
|
arus
|
|
|
|
|
|
|
|
xo
|
tegangan
|
arus
|
arus
|
tegangan
|
|
|
|
|
|
|
|
Beberapa keuntungan suatu penguat yang diberi umpan balik negatip
adalah:
1.
Penguatan relatif tidak tergantung dari parameter transistor.
2.
Resistansi input dan output terkontrol.
3.
Bandwidth tambah lebar (memperbaiki respon frekuensi).
4.
Nonlinieritas dan distorsi menurun.
5.
Noise berkurang.
Sedangkan kerugiannya adalah, bahwa faktor penguatan menjadi kecil.
3.3 Analisis Penguat Umpan Balik Tegangan-Seri
Blok diagram penguat dua tingkat yang menerapkan umpan balik tegangan
seri terli-hat pada gambar 55.
Gambar 55. Skema penguat dengan UB tegangan-seri
Av1
Av2
Gambar 56. Rangkaian ekivalen tanpa umpan balik dari UB
tegangan-seri
Sekali lagi yang perlu ditekankan adalah bahwa gambar 56 merupakan
rangkaian eki-valen tanpa umpan balik dari rangkaian umpan balik tegangan
seri gambar 55. Jadi gambar 56 bukan ekivalen dari gambar 55. Sebagaimana
telah dijelaskan di depan, bahwa artinya tanpa umpan balik adalah
meniadakan pengaruh (efek) umpan balik tetapi tetap memperhi-tungkan
pengaruh (efek) pembebanan jaringan umpan balik, RL, dan Rs. Untuk
menentukan efek pembebanan maka perlu melihat petunjuk pada tabel 3. Untuk
UB tegangan-seri, loop input ditentukan dengan membuat tegangan output nol
(Vo = 0), sehingga R2 terhubung ke ground. Sedangkan loop output
ditentukan dengan membuat arus input nol (Ii = 0), sehing-ga R1
menjadi seri dengan R2. Akhirnya diperolehlah rangkaian ekivalen tanpa
umpan balik seperti gambar 56 tersebut.
Langkah ketiga adalah menggunakan sumber Thevenin apabila xf berupa
tegangan dan sumber Norton bila xf berupa arus. Oleh karena xf adalah
tegangan, maka digunakanlah sumber Thevenin dan kebetulan rangkaian
tersebut sudah menggunakan sumber Thevenin sehingga tidak perlu
dikonversi.
Gambar 57. Rangkaian penguat dengan UB tegangan-seri
Kedua transistor pada rangkaian tersebut mempunyai hie = 1,1 K dan hfe =
50. Rang-kaian ekivalen dengan model hibrid dapat dibuat dengan berpedoman
pada gambar 56, yak-ni untuk rangkaian penguat tanpa umpan balik. Perlu
diingat bahwa pada kaki emitor Q1 terdapat R1 paralel R2, sedangkan pada
output Q2 antara kolektor ke ground terdapat R1 seri R2.
Oleh karena itu:
Beban efektif Q1,
Beban efektif Q2
Re efektif Q1
RL1 = RC1//RB1//RB2//hie1
RL1 = 10K//47K//33K//1,1K
RL1 = 942 W
RL2 = RC2//(R1 + R2)
RL2 = 4,7K//4,8K
RL2 = 2,37 KW
Re = R1//R2
Re = 100//4700
Re = 98 W
Dengan demikian:
Av1 = - hfe1.RL1/(hie + (hfe + 1).Re)
Av1 = - (50).(942) / (1100 + (50 + 1).98) = - 7.72
Dan
Av2 = - hfe2.RL2 / hie
Av2 = - (50).( 2370) / (1100)
Av2 = - 108
Sehingga penguatan tegangan total adalah:
Av = Av1 . Av2
Av = (-7.72).(-108)
Av = 834
Selanjutnya adalah menentukan faktor umpan balik (b),
b
= xf/xo (ingat definisi b
pada konsep Ub di depan)
b
= vf/vo (karena UB tegangan-seri)
Perhatikan gambar 56, yakni:
vf = R1.vo / (R1 + R2 )
vf/vo = R1 / (R1 + R2)
Jadi:
b
= (100) / (100 + 4700)
b
= 1/48 = 0.0208
Selanjutnya:
D = 1 + b.Av
D = 1 + (0.0208).(834)
D = 18.4
Dengan demikian penguatan tegangan dengan umpan balik (Avf) adalah:
Avf = Av / D
Avf = 834 / 18.4
Avf = 45.4
Atau secara pendekatan, Avf dapat dihitung juga melalui
Avf @
1/b
ingat b
= R1/(R1 + R2)
Avf @
1/(0.0208)
Avf @
48
Dengan demikian terbukti bahwa penguatan dengan umpan balik (Avf) lebih
kecil da-ri pada Av (tanpa umpan balik) dan penguatan lebih stabil (tidak
tergantung pada parameter transistor seperti hfe) karena Avf hanya
tergantung pada R1 dan R2. Umpan balik tegangan seri ini sebenarnya juga
diterapkan pada Op-Amp sebagai penguat non-inverting (lihat kem-bali
gambar 50). Pada gambar 50 tersebut terdapat RA dan RF yang identik dengan
R1 dan R2 pada gambar 55. Dalam penguat non-inverting diperoleh Av = (1 +
RF/RA). Bila RA = 100
dan RF 4700, maka diperoleh Av = 48. Harga ini sama dengan perhitungan pendeka-tan
penguat umpan balik tegangan seri. Oleh karena itu sebenarnya penguat
non-inverting dengan menggunakan OP-Amp adalah menerapkan umpan balik
tegangan-seri.
Selanjutnya adalah menentukan nilai impedansi input (Zif) dan impedansi
output (Zof) dari rangkaian penguat umpan balik.
Zi = hie1 + (hfe1 + 1).Re
Zi = 1100 + (50 +1).98
Zi = 6,1KW
Sehingga:
Zif = Zi.D
Zif = (6.1K).(18.4) = 112 KW
Dan
Zo = RL2
Zo = 2.37 KW
Sehingga:
Zof = Zo / D
Zof = 2.37 / 18.4
Zof = 129 W
Ternyata dengan menerapkan umpan balik tegangan seri, maka impedansi
input menjadi naik (atau lebih besar dari pada tanpa umpan balik).
Sedangkan impedansi output menjadi lebih kecil. Oleh karena baik Zif
maupun Zof bergantung pada nilai D, maka dengan menerapkan umpan balik
kita dapat mengontrol nilai impedansi input dan impedansi
out-put.
3.4 Analisis Penguat Umpan Balik Arus-Paralel
Gambar 58. Skema penguat dengan umpan balik arus-paralel
Sedangkan gambar 59 menunjukkan skema penguat tersebut bila pengaruh
umpan balik di-tiadakan (atau tanpa umpan balik) akan tetapi masih
memperhitungkan efek pembebanan-nya.
Gambar 59. Skema penguat tanpa umpan balik dari UB arus-paralel
Pada skema tersebut digunakan sumber Norton (sumber arus diparalel
tahanan da-lam) karena xf berupa arus, yaitu arus yang mengalir pada R1
atau disebut dengan If. Se-dangkan xo berupa arus pula (ingat konsep dasar
umpan balik arus paralel), yaitu arus yang mengalir pada kolektor Q2 atau
disebut dengan Io. Perbandingan If dengan Io atau yang disebut dengan
dapat diturunkan sebagai berikut:
If = (RE2).(Io) / (RE2 + R1) (ingat hukum pembagian arus)
b
= If/Io = (RE2) / (RE2 + R1)
Untuk memperjelas persoalan, maka rangkaian tersebut diberi nilai
komponen yang sesung-guhnya, yakni:
RC1 = 3KW; RC2 = 500W; RE2 = 50W; R1 = Rs = 1,2KW
Hfe = 50; hie = 1,1KW
Selanjutnya diperoleh:
b
= (RE2) / (RE2 + R1) = 0.04
Ai = Io/Is
Ai = (Io/Ib2).(Ib2/Ib1).(Ib1/Is)
Ai = (-hfe).(-hfe.RC1/(RC1+(hie+((hfe+1).(RE//R1))))).(RB/(RB+hie))
Ai = 406
D
= 1 + b.Ai = 17.2 Aif = Ai / D = 23.6
Aif @
1/b
= 25 (secarapendekatan) Av = Vo/Vs = Ai.RC2/Rs = 169.2 Avf =
Av/D = 9.83
3.5 Analisis Penguat Umpan Balik Tegangan-Paralel
Gambar 60. Skema dasar penguat dengan umpan balik tegangan
paralel
Apabila skema penguat dengan umpan balik tersebut diubah menjadi tanpa
umpan balik, maka diperoleh rangkaian pada gambar 61. Petunjuk untuk
mendapatkan loop input dan loop output terera pada tabel 3. Yakni, beban
R1 menjadi paralel pada input maupun output. Karena xf-nya berupa arus
yakni If, maka sumber diganti dengan sumber Norton.
Gambar 61. Skema penguat tanpa umpan balik dari UB tegangan
paralel
Sinyal yang dikembalikan (If),
If = (Vi – Vo)/R1 (karena Vi << Vo), maka
If = - Vo/R1
Faktor umpan balik (b),
b
= If/Vo
b
= - Vo/R1.Vo
b
= - 1/R1
Apabila diketahui: RC = 4KW; R1 = 40KW; Rs = 10KW
hie = 1100 W; hfe = 50
Maka:
b
= - 1/40KW
= - 0.025 mA/V
Rm = Vo/Is
Rm = - (hfe).(RC//R1).((R1//Rs) / (hie + (R1//Rs))
Rm = - 160 KW
D = 1 + b.Rm = 5
Rmf = Rm/D = - 32 KW
Rmf @
1/b
= - 40 KW
(secara pendekatan)
Av = - (hfe).(RC//R1).(R1//hie) / (hie).((R1//hie) + Rs))
Av = -16
Avf = Av/D = - 3,2
Atau dengan cara lain:
Avf = Vo/Vs
Avf = Vo/Is.Rs = Rmf/Rs = - 3.2
Hasil perhitungan ini dapat diklarifikasi melalui analisis dengan Teori
Miller.
3.6 Analisis Penguat Umpan Balik Arus-Seri
Skema dasar penguat dengan umpan balik arus-seri juga tampak terbiasa,
yakni se-buah penguat CE satu tingkat. Lihat gambar 62. Pada skema ini
resistor-resistor bias ditiada-kan. Meskipun rangkaian penguat ini sudah
biasa, namun dalam pembahasan ini akan ditun-jukkan bahwa rangkaian
tersebut merupakan penguat dengan UB arus-seri dan akan dianali-sis dengan
prosedur umpan balik. Sedangkan dalam praktek, teknik analisis tidak harus
se-cara umpan balik, karena umumnya dengan umpan balik akan menjadi lebih
rumit. Pada penguat dengan UB arus-seri ini sinyal yang diambil dari
output berupa arus (Io) dan dikem-balikan ke input berupa tegangan secara
seri (Vf).
Gambar 62. Skema dasar penguat dengan UB arus-seri
Gambar 63. Skema ekivalen penguat tanpa umpan balik
Penguat dasar dari penguat dengan UB arus-seri adalah penguat
transkonduk-tansi (Gm). Penguat Gm mempunyai impedansi input dan output
tinggi. Apabila diketahui:
hfe = 150; hie = 1KW; Rs = RE = 1KW; RC = 4KW, maka: Faktor umpan balik (b):
b
= Vf/Io
b
= (-Io).(RE) / Io = - RE = -1000W
Gm = Io/Vs
Gm = - (hfe) / (Rs + hie + RE) = - 50 mA/V
D = 1 + b.Gm = 51
Gmf = Gm/D = - 1mS
Gmf @
1/b
= -1 mS (secara pendekatan)
Avf = Gmf.RC = -4
Dengan analisis biasa, secara pendekatan
Av @
- RC/RE = - 4
3.7
Umpan Balik Positif
Umpan balik positif
AC agar tidak ke pencatu daya. 1 L juga berfungsi
sebagai beban rangkaian. 1 Qadalah dari tipe n-p-n dengan
konfigurasi emitor bersama.Rangkaian Osilator HartleySaat daya DC
diberikan pada rangkaian, arus mengalir dari bagian negatif dari
sumberlewat 1 R ke emitor. Kolektor dan basis keduanya dihubungkan ke
bagian positif dariCC V . Ini akan memberikan panjar maju pada
emitor-basis dan panjar mundur padakolektor. Pada awalnya E I , B I
dan C I mengalir lewat 1 Q . Dengan C I mengalirlewat 1 L ,
tegangan kolektor mengalami penurunan. Tegangan ke arah negatif
inidiberikan pada bagian bawah 1 T oleh kapasitor 4 C . Ini
mengakibatkan arusmengalir pada kumparan bawah. Elektromagnet
akan membesar di sekitar kumparan.Ini akan memotong kumparan bagian
atas dan memberikan tegangan positifmengisi kapasitor 1 C .
Tegangan ini juga diberikan pada 1 Q melalui 2 C . 1 Qakhirnya
sampai pada titik jenuh dan mengakibatkan tidak terjadinya perubahan padaC
V . Medan di bagian bawah 1 T akan dengan cepat habis
dan mengakibatkanterjadinya perubahan polaritas tegangan pada
bagian atas. Keping 1 C bagian atassekarang menjadi negatif
sedangkan bagian bawah menjadi positif.Muatan 1 C yang telah terakumulasi
akan mulai dilucuti melalui 1 T
melalui proses rangkaian tangki.
Tegangan negatif pada bagian atas 1 C menyebabkan 1 Q berubah ke negatif menuju cutoff. Selanjutnya ini akan mengakibatkan C Vmembesar dengan cepat. Tegangan ke arah positif kemudian ditransfer ke bagian bawah 1 T oleh 4C , memberikan balikan. Tegangan ini akan tertambahkan padategangan
1 C . Perubahan pada C V beraNgsur-angsur berhenti, dan tidak adategangan
yang dibalikkan melalui 4 C . 1 C telah sepenuhnya
terlucuti. Medanmagnet di bagian bawah 1 L kemudian
menghilang. 1 C kemudian termuati lagi dengan bagian bawah berpolaritas positif dan bagian atas
negatif. 1 Q kemudian berkonduksi lagi.
Proses ini akan berulang terus. Rangkaian tangki menghasilkangelombang
kontinu dimana hilangnyaisi tangki dipenuhi lagi melalui
balikan. Sifat khusus osilator Hartley adalah adanyatapped
coil. Sejumlah variasi rangkaian
dimungkinkan. Kumparan mungkin dapatdipasang seri dengan
kolektor. Variasi ini biasa disebut sebagai osilator
Series-fedHartley. Rangkaian seperti pada gambar
17.8 termasuk osilator Shunt-fed Hartley.E.
-
OSILATOR COLPITTSO sangat mirip dengan osilator Shunt-fed
Hartley. Perbedaan yang pokok adalah pada bagian rangkaian
tangkinya. Pada osilator Colpitts, digunakan duakapasitor sebagai
pengganti kumparan yang terbagi. Balikan
dikembangkan denganmenggunakan “medan elektrostatik” melalui jaringan
pembagi kapasitor.
Frekuensiditentukan oleh dua kapasitor terhubung seri dan induktor. Gambar 17.9memperlihatkan
rangkaian osilator Colpitts. Tegangan panjar untuk basis
diberikanoleh 1 R dan 2 R sedangkan untuk emiitor diberikan oleh
4 R . Kolektor diberi panjarmundur
dengan menghubungkan ke bagian positif dari CC V melalui 3
R . Resistorini juga berfungsi sebagai beban
kolektor.
Transistor dihubungkan dengankonfigurasi emitor-bersama. Ketika
daya DC diberikan pada rangkaian, arus mengalirdari bagian
negatif CC V melalui 4 R , 1 Q dan 3 R . Arus C I
yang mengalir melalui3 R menyebabkan penurunan tegangan C V
dengan harga positif. Tegangan yang berubah ke arah negatif
ini dikenakan ke bagian atas 1 C melalui 3 C . Bagian
bawah2 C bermuatan positif dan tertambahkan ke tegangan
basis dan menaikkan harga B I .
Transistor 1 Q akan semakin berkonduksi sampai pada
titik jenuh. Saat 1 Q
sampai pada titik jenuh maka tidak ada lagi kenaikan C I dan perubahan CV juga akanterhenti. Tidak
terdapat balikan ke bagian atas 2 C . 1 C dan 2 C
akan dilucuti lewat1 L dan selanjutnya medan magnet di sekitarnya
akan menghilang.
Arus pengosongan tetap berlangsung untuk sesaat. Keping 2 C bagian bawahmenjadibermuatan
negatif –dan keping 1 C bagian atas bermuatan
positif. Ini akanmengurangi tegangan maju 1 Q dan C I akan
menurun. Harga C V akan mulai naik.Kenaikan ini akan diupankan
kembali ke bagian atas keping 1 C melalui 3 C . 1 Cakan
bermuatan lebih positif dan bagian bawah 2 C menjadi
lebih negatif. Proses initerus berlanjut sampai 1
Q sampai pada titik cutoff. Saat 1 Q sampai pada
titikcutoff, tidak ada arus C I . Tidak ada tegangan
balikan ke 1 C .
Gabungan muatanyang terkumpul pada 1 C dan 2 C dilucuti melalui 1 L . Arus pelucutan mengalirdari bagian bawah 2 C ke bagian atas 1 C . Muatan negatif pada 2 C secepatnya akanhabis
dan medan magnet di sekitar 1 L akan menghilang. Arus
yang mengalir masihterus berlanjut. Keping 2 C bagian bawah
menjadi bermuatan positif dan keping 1
C bagian atas bermuatan negatif.
Tegangan positif pada 2 C menarik 1 Q dari daerah
daerah cutoff . Selanjutnya C I akan mulai mengalir lagi dan
proses dimulai lagi darititik ini. Energi balikan ditambahkan ke
rangkaian tangki sesaat pada setiap adanya perubahan.
Besarnya balikan pada rangkaian osilator Colpitts ditentukan oleh
“nisbahkapasitansi” 1 C dan 2 C . Harga 1 C pada rangkaian ini jauh lebih
kecil
dibandingkan dengan 2 C atau 2 1 CC XX > . Tegangan pada 1 C
lebih besardibandingkan pada 2 C . Dengan membuat 2 C lebih
kecil akan diperolehtegangan balikan yang lebih besar. Namun
dengan menaikkan balikan terlalutinggi akan mengakibatkan terjadinya
distorsi. Biasanya sekitar 10-50% tegangankolektor dikembalikan ke
rangkaian tangki sebagai balikan.
3.8
Umpan Balik Negatif
Umpan Balik Negatif , NFB adalah bentuk kontrol umpan balik yang paling umum digunakan dalam
proses, komputer mikro dan sistem penguat.
Umpan balik adalah proses dimana sebagian kecil dari sinyal output, baik tegangan atau arus, digunakan sebagai masukan. Jika fraksi umpan balik ini berlawanan dalam nilai atau fase ("anti-fase") ke sinyal input, maka umpan balik tersebut dikatakan sebagai Umpan Balik Negatif , atau umpan balik degeneratif .
Umpan balik adalah proses dimana sebagian kecil dari sinyal output, baik tegangan atau arus, digunakan sebagai masukan. Jika fraksi umpan balik ini berlawanan dalam nilai atau fase ("anti-fase") ke sinyal input, maka umpan balik tersebut dikatakan sebagai Umpan Balik Negatif , atau umpan balik degeneratif .
Umpan balik negatif menentang atau mengurangi sinyal input yang memberi banyak keuntungan dalam perancangan dan stabilisasi sistem kontrol. Misalnya, jika output sistem berubah karena alasan apa pun, umpan balik negatif akan mempengaruhi masukan sedemikian rupa untuk melawan perubahan tersebut.
Umpan balik mengurangi gain keseluruhan suatu sistem dengan tingkat pengurangan yang terkait dengan gain loop terbuka sistem. Umpan balik negatif juga memiliki efek mengurangi distorsi, kebisingan, kepekaan terhadap perubahan eksternal serta meningkatkan bandwidth sistem dan impedansi input dan output.
Umpan balik dalam sistem elektronik, apakah umpan balik negatif atau umpan balik positif bersifat sepihak. Artinya, sinyalnya mengalir satu arah hanya dari output ke input sistem. Hal ini kemudian membuat gain loop, G dari sistem independen dari beban dan sumber impedansi .
Sebagai umpan balik seperti sistem loop tertutup, karenanya harus memiliki titik penjumlahan. Dalam sistem umpan balik negatif titik penjumlahan atau persimpangan ini pada inputnya mengurangi sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal error , β yang menggerakkan sistem. Jika sistem memiliki gain positif, sinyal umpan balik harus dikurangkan dari sinyal input agar umpan balik negatif seperti yang ditunjukkan.
Rangkaian Umpan Balik Negatif
Rangkaian ini mewakili sistem dengan gain positif, G dan umpan balik, β . Persimpangan penjumlahan pada inputnya mengurangi sinyal umpan balik dari sinyal input untuk membentuk sinyal error Vin - βG , yang menggerakkan sistem.
Kemudian dengan menggunakan rangkaian loop tertutup dasar di atas, kita dapat memperoleh persamaan umpan balik umum sebagai:
Persamaan Umpan Balik Negatif
Kita melihat bahwa efek dari umpan balik negatif adalah untuk mengurangi gain dengan faktor: 1 + βG . Faktor ini disebut "faktor umpan balik" atau "jumlah umpan balik" dan sering ditentukan dalam desibel (dB) oleh hubungan 20 log (1+ βG) .
Dampak/Efek Umpan Balik Negatif
Jika gain loop terbuka, G sangat besar, maka βG akan jauh lebih besar dari 1, sehingga gain keseluruhan sistem kira-kira sama dengan 1/β . Jika gain loop terbuka berkurang karena frekuensi atau efek penuaan sistem, asalkan βG masih relatif besar, gain sistem secara keseluruhan tidak banyak berubah. Jadi umpan balik negatif cenderung mengurangi efek perubahan gain yang memberi apa yang umumnya disebut "gain stabilitas".
Contoh Umpan Balik Negatif No.1
Sebuah sistem memiliki gain 80dB tanpa umpan balik. Jika fraksi umpan balik negatif adalah 1/50. Hitung gain loop tertutup dari sistem di dB dengan penambahan umpan balik negatif.
Sebuah sistem memiliki gain 80dB tanpa umpan balik. Jika fraksi umpan balik negatif adalah 1/50. Hitung gain loop tertutup dari sistem di dB dengan penambahan umpan balik negatif.
-
Kemudian kita dapat melihat bahwa sistem tersebut memiliki gain loop 10.000 dan gain loop tertutup 34dB.
Contoh Umpan Balik Negatif No.2
Jika setelah 5 tahun gain loop dari sistem tanpa umpan balik negatif turun menjadi 60dB dan fraksi umpan balik tetap konstan pada 1/50. Hitung nilai gain loop tertutup yang baru dari sistem.
Jika setelah 5 tahun gain loop dari sistem tanpa umpan balik negatif turun menjadi 60dB dan fraksi umpan balik tetap konstan pada 1/50. Hitung nilai gain loop tertutup yang baru dari sistem.
Kemudian kita dapat melihat dari dua contoh bahwa tanpa umpan balik, setelah 5 tahun
penggunaan, perolehan sistem turun dari 80dB menjadi 60dB, (10.000
menjadi 1.000) turunnya gain loop terbuka sekitar 25%.
Namun dengan penambahan umpan balik negatif, perolehan sistem hanya turun dari 34dB menjadi 33.5dB, pengurangan kurang dari 1,5%, yang membuktikan bahwa umpan balik negatif memberi stabilitas tambahan pada perolehan sistem.
Oleh karena itu, kita dapat melihat bahwa dengan menerapkan umpan balik negatif ke sistem sangat mengurangi gain keseluruhannya dibandingkan dengan gain tanpa umpan balik.
Sistem gain tanpa umpan balik bisa sangat besar namun tidak tepat karena bisa berubah dari satu perangkat sistem ke sistem berikutnya, maka dimungkinkan untuk merancang sistem dengan gain loop terbuka yang cukup, sehingga setelah umpan balik negatif ditambahkan, keseluruhan gain sesuai dengan nilai yang diinginkan.
Juga, jika jaringan umpan balik dibangun dari elemen pasif yang memiliki karakteristik stabil, gain keseluruhan menjadi sangat stabil dan tidak terpengaruh oleh variasi dalam sistem gain loop terbuka yang melekat.
Namun dengan penambahan umpan balik negatif, perolehan sistem hanya turun dari 34dB menjadi 33.5dB, pengurangan kurang dari 1,5%, yang membuktikan bahwa umpan balik negatif memberi stabilitas tambahan pada perolehan sistem.
Oleh karena itu, kita dapat melihat bahwa dengan menerapkan umpan balik negatif ke sistem sangat mengurangi gain keseluruhannya dibandingkan dengan gain tanpa umpan balik.
Sistem gain tanpa umpan balik bisa sangat besar namun tidak tepat karena bisa berubah dari satu perangkat sistem ke sistem berikutnya, maka dimungkinkan untuk merancang sistem dengan gain loop terbuka yang cukup, sehingga setelah umpan balik negatif ditambahkan, keseluruhan gain sesuai dengan nilai yang diinginkan.
Juga, jika jaringan umpan balik dibangun dari elemen pasif yang memiliki karakteristik stabil, gain keseluruhan menjadi sangat stabil dan tidak terpengaruh oleh variasi dalam sistem gain loop terbuka yang melekat.
Umpan Balik Negatif pada Operasional Amplifier (Op-amp)
Operasional Amplifier (op-amp) adalah jenis rangkaian terpadu linier yang paling umum digunakan namun memiliki gain yang sangat tinggi. Gain tegangan loop terbuka, AVOL , dari op-amp standar 741 adalah gain voltasenya bila tidak ada umpan balik negatif yang diterapkan dan gain tegangan loop terbuka dari op-amp adalah rasio tegangan keluarannya, Vout , ke tegangan masukan diferensialnya, Vin , ( Vout / Vin ).
Nilai khas AVOL untuk op-amp 741 lebih dari 200.000 (106dB). Jadi sinyal tegangan input hanya 1mV, akan menghasilkan tegangan keluaran lebih dari 200 volt! memaksa output langsung ke saturasi. Tentunya gain tegangan loop terbuka yang tinggi ini perlu dikontrol dengan cara tertentu, dan kita bisa menjalankan hal itu dengan menggunakan umpan balik negatif.
Penggunaan umpan balik negatif secara signifikan dapat meningkatkan kinerja penguat operasional dan rangkaian op-amp yang tidak menggunakan umpan balik negatif dianggap terlalu tidak stabil untuk digunakan. Tapi bagaimana kita bisa menggunakan umpan balik negatif untuk mengendalikan op-amp.
BAB IV
PENGUAT DIFERENSIAL
4.1 Pendahuluan
Penguat Operasi atau disebut dengan Op-Amp (Operational Amplifier)
adalah suatu penguat beda (penguat diferensial) yang mempunyai penguatan
tegangan sangat tinggi den-gan impedansi masukan tinggi dan impedansi
keluaran rendah. Op-Amp merupakan rang-kaian terintegrasi yang dikemas
dalam bentuk chip, sehingga sangat praktis penggunaannya. Penggunaan
Op-Amp sangat luas, termasuk diantaranya sebagai osilator, filter,
rangkaian in-strumentasi.
Pada bab ini akan dibahas berbagai penggunaan Op-Amp baik analisis maupun
de-sain. Akan tetapi sebelum masuk ke Op-Amp, perlu dibicarakan terlebih
dahulu pembahasan tentang penguat beda. Karena penguat beda merupakan
rangkaian penyusun utama dari Op-Amp.
4.2 Penguat Diferensial
Penguat beda atau Differential Amplifier merupakan rangkaian yang
banyak dipakai dalam rangkaian terintegrasi termasuk Op-Amp. Pada
prinsipnya rangkaian penguat beda terdiri atas dua buah transistor yang
emitornya dihubungkan jadi satu. Umumnya masukan penguat beda ada dua buah
(berasal dari masing-masing transistor) dan keluarannya ada sa-tu atau dua
buah (berasal dari salah satu atau kedua transistor). Rangkaian dasar
penguat beda dapat dilihat pada gambar 41.
Dalam penguat beda yang ideal berlaku persamaan sebagai berikut:
|
|
vo = Ad (v1 -v2),
|
dimana
|
Ad = faktor penguatan dari penguat beda
|
|
|
v1
|
= sinyal masukan pertama
|
|
v2
|
= sinyal masukan kedua
|
Dari persamaan tersebut terlihat bahwa apabila kedua sinyal masukan
adalah sama atau se-lisih kedua masukan adalah nol (vd = v1 - v2 = 0),
maka sinyal keluaran vo adalah nol. Akan tetapi dalam kenyataannya (dalam
pratek) tidaklah demikian, karena keluaran penguat beda tidak hanya
dipengaruhi oleh masukan sinyal beda (vd) tetapi juga oleh masukan sinyal
common-mode (vc).
dalam hal ini: vd = v1 - v2
dan vc = (v1 + v2) / 2
dengan demikian sinyal keluaran penguat beda menjadi: vo = Ad.vd + Ac.vc
dimana : Ad = faktor penguatan dalam differential-mode
Ac = faktor penguatan dalam common-mode
Oleh karena kualitas penguat beda ditentukan oleh harga Ad dan Ac
(penguat beda yang baik adalah yang mempunyai Ad besar dan Ac kecil), maka
perbandingan antara Ad dan Ac disebut dengan CMRR atau
Common-mode rejection ratio dengan persamaan sebagai
be-rikut.
CMRR = | Ad/Ac |
Gambar 41. Rangkaian dasar penguat beda dan simbolnya
Analisis DC:
Gambar 42. Rangkaian ekivalen DC
Tegangan pada titik emitor (E1 maupun E2):
VE1 = VE2 = (IE1 + IE2).RE - VEE
oleh karena IE1 = IE, maka:
VE1 = VE2 = IE1 (2RE) - VEE
atau
VE1 = VE2 = IE2 (2RE) - VEE
sehingga dalam gambar 42 terlihat bahwa pada emitor terdapat resistor
sebesar 2RE dengan
arus yang mengalir sebesar
IE.
Loop input gambar 42:
IB.Rs + VBE + IE.2RE - VEE = 0
IB.Rs + + IB.(b
+ 1).2RE = VEE - VBE
IB = (VEE - VBE) / {(b
+ 1).2RE + Rs} dan IC = b.IB
Loop output gambar 42:
VCE = Vcc - IC. RC - IE.2RE + VEE
VCE = Vcc + VEE - IC. (RC + 2RE) - IB.2RE
4.3 Common Mode Rejection Ratio
Analisis AC:
Pertama, analisis ac dilakukan untuk menentukan faktor penguatan
common-mode (Ac). Untuk itu kedua masukan harus dibuat sama, yakni v1 =
v2. Rangkaian satu sisi transis-tor untuk common-mode adalah pada gambar
43.
Gambar 43. Rangkaian pada common-mode
Oleh karena sinyal v1 dan v2 sama (amplitudo maupun fasanya sama), maka
sinyal pada emitor adalah sama, yakni: ve = ie.2RE. Artinya adalah bahwa
pada kaki emitor terda-pat beban sebesar 2RE.
v1 = v2
maka: vd = v1 - v2 = 0
vc = (v1 + v2) / 2 = v1 = v2
Sinyal keluaran, vo :
vo = Ad.vd + Ac.vc
vo = Ad. 0 + Ac.vc
dengan demikian:
Ac = vo/vc
Ac = - (hfe.RC) / {Rs + hie + (hfe + 1).2RE}
Kedua, analisis ac diperlukan untuk menentukan faktor penguatan pada
differential-mode (Ad). Untuk itu masukan penguat beda harus v1 = -v2,
artinya amplitudo kedua masu-kan adalah sama tetapi fasanya berlawanan.
Rangkaian satu sisi transistor untuk mode beda (differential-mode)
terlihat pada gambar 44. Pada gambar tersebut sinyal masukannya ada-lah vd
= 2.v1 (atau boleh juga vd = - 2.v2). Dalam hal ini vc adalah nol.
Gambar 44. Rangkaian pada differential-mode
Perhatikan bahwa pada kaki emitor tidak terdapat beban RE. Dalam mode
beda (dif-ferential-mode) pada kaki emitor memang tidak dirasakan adanya
beban. Hal ini bisa dije-laskan karena sinyal masukan kedua transistor
mempunyai fasa yang berlawanan dengan amplitudo yang sama, sehingga pada
kaki emitor kedua sinyal akan saling meniadakan dan akibatnya drop sinyal
pada beban emitor menjadi nol. Dengan demikian pada ekivalen ac ti-dak
digambarkan beban RE, karena seolah-olah terjadi hubung singkat (tidak ada
drop si-nyal).
Diketahui
:
v1 = - v2
maka: vd = v1 - v2
= 2.v1 = - 2.v2
dan vc = (v1 + v2) / 2
= 0inyal keluaran, vo :
vo = Ad.vd + Ac.vc vo = Ad. (2.v1) + Ac.0
dengan demikian:
Ad = vo / (2.v1)
Ad = - (hfe.RC) / 2.(Rs + hie)
Setelah Ac dan Ad ditentukan, maka selanjutnya dapat dihitung CMRR (common-mode rejection ratio), yakni:
CMRR = | Ad / Ac |
4.4 Penguat Diferensial dengan Sumber Arus ( Current Source )
Konstan.
Dengan mencermati persamaan pada Ac dan Ad, ternyata penguatan dalam mode
beda (Ad) tidak dipengaruhi besarnya RE (karena RE seolah-oleh hubung
singkat) sedangkan penguatan dalam mode common (Ac) sangat dipengaruhi
oleh RE (semakin besar RE sema-kin kecil Ac). Sebagaimana telah dijelaskan
bahwa semakin besar nilai CMRR, semakin baik kualitas penguat beda. Oleh
karena itu untuk memperbaiki kualitas penguat beda, maka pengaruh beban RE
harus diperbesar. Dengan demikian Ad akan tetap dan Ac menjadi se-makin
kecil, akibatnya CMRR akan meningkat. Akan tetapi perlu diingat bahwa
dengan memperbesar RE, maka stabilitas titik kerja akan menjadi
terganggu.
Gambar 45. Rangkaian penguat beda dengan sumber arus konstan
Analisis untuk rangkaian ini terutama adalah untuk menentukan besarnya
beban atau impedansi dari rangkaian sumber arus konstan yang dirasakan
oleh penguat beda sebagai beban RE. Impedansi inilah yang nantinya dipakai
dalam persamaan Ac sebagai pengganti variabel RE dalam persamaan tersebut.
Untuk perlu dibuat rangkaian ekivalen dari rang-kaian sumber arus konstan
saja (dari titik 1 ke ground), yakni terlihat pada gambar 46
v1
Gambar 46. Rangkaian ekivalen
v2
Impendasi sumber arus konstan yang akan dicari (Rth) merupakan tahanan
antara titik 1 dan ground, yakni:
Rth = (v1 + v2) / ith
dimana: ith adalah arus yang mengalir pada titik 1 ke bawah.
pada titik 1 berlaku persamaan:
ith = hfe.ib + vi/ro
pada titik 2 berlaku persamaan:
hfe.ib + v1/ro + ib - v2/RE = 0
dimana:
v1 = (ith - hfe.ib).ro
v2 = - ib (hie + RB)
maka,
hfe.ib + v1/ro + ib - v2/RE = 0
ith + ib - v2/RE = 0
ith + ib - (- ib (hie + RB))/RE = 0
ith + ib (1 + (hie + RB)/RE) = 0
ith = - ib (1 + (hie + RB)/RE)
Dengan demikian:
Rth = (v1 + v2) / ith
nilai v1, v2, dan ith dimasukkan, menjadi:
Rth =
Rth =
Akhirnya diperoleh:
Rth = {hie + RB + ro (1 + (hie + RB)/RE) + hfe.ro} / {(1 + (hie +
RB)/RE)}
Secara pendekatan persamaan ini dapat disederhanakan menjadi:
Rth
@
11.ro
dimana:
ro = 1/hoe
RB = R1 // R2
4.5 Penguat diferensial dengan gandengan emitter
Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan penguatan linear yang
sangat kecil ( jauh dibawah Vt ). Untuk memperoleh penguat diferensial
dengan jangkauan penguatan linear yang lebih besar digunakan resistensi
degenerasi emitter Re. pada rangkaian demikian maka diproleh penguatan
diferensial
dimana
adalah penguatan arus emitter ke collector. penambahan Resistor Re
ini akan mengurangi penguatan diferensialnya.
pada penguat seperti ini penguat common modenya adalah sebagai berikut
:
tampak dari persamaan akhir penambahan resistansi degerasi emitter juga
akan memperbaiki atau menekan penguat common modenya.
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
-
Penguat bertingkat atau sering juga disebut penguat majemuk adalah
rangkaian ga-bungan dua transistor (BJT atau FET) atau lebih. Tujuan
penggabungan tersebut tidak hanya untuk mendapatkan faktor penguatan yang
berlipat, seperti yang diperoleh pada penguat bertingkat jenis kaskade
atau darlington, tetapi untuk memperoleh sifat atau karakteristik tertentu
seperti pada rangkaian cascode dan rangkaian CMOS. Rangkaian cascode ini
mem-punyai respon frekuensi tinggi yang baik. Sedangkan dua buah MOSFET
yang digabung men-jadi CMOS banyak dipakai dalam teknologi IC. Penguat
bertingkat yang dikopling secara langsung (tidak melalui C kopling) akan
menyebabkan saling terpengaruhnya bias DC masing-masing tingkat.
-
Umpan balik dalam penguat berarti pengembalian sebagian sinyal output ke
input. Dalam umpan balik negatip terdapat kategorisasi jenis UB yang
didasarkan atas jenis besaran sinyal output yang diambil (tegangan atau
arus) dan cara pengembaliannya (secara seri atau paralel). Dengan
melibatkan semua kombinasi yang mungkin, maka dapat diperoleh empat jenis
UB, yaitu: UB tegangan-seri, UB tegangan-paralel, UB arus-seri, dan UB
arus-paralel. Meskipun dengan menerapkan UB (negatip) suatu penguat akan
menurun penguatannya, tetapi keuntungan yang diperoleh sangat berarti,
misalnya penguatan menjadi stabil, impe-dansi input dan output terkontrol,
distorsi berkurang, bandwidth tambah lebar.
-
Penguat operasi atau Op-Amp merupakan IC yang banyak digunakan karena
aplika-sinya sangat luas. Bagian masukan dari Op-Amp umumnya berupa
penguat beda yang bisa tersusun atas transistor BJT atau FET. Dalam
operasi penguat beda terdapat dua mode yang disebut dengan common-mode dan
differential-mode. Dengan mengetahui faktor pengua-tan masing-masing mode
operasi tersebut, maka ukuran kualitas penguat beda, CMRR, da-pat
ditentukan. Semakin besar nilai CMRR, semakin balik kualitas penguat beda
tersebut. Untuk memperbesar nilai CMRR, dapat digunakan sumber arus
konstan dalam penguat beda tersebut. Penggunaan Op-Amp yang paling
mendasar adalah sebagai penguat inverting, non-inverting, dan
komparator.
5.2. Saran
Penulis menyadari sepenuhnya bahwa dalam penulisan makalah ini masih
terdapat berbagai kekeliruan baik dari segi penulisan maupun pembahasan
yang termuat dalam makalah ini, maka dari
itu penulis mengharapkan masukan dan kritikan dari dosen
pembimbing mata kuliah Elektronika Dasar , sehingga makalah ini dapat
menambah wawasan pengetahuan kita tentang Rangkaian Penguat
Transistor.
DAFTAR PUSTAKA
-
Herman Dwi Surjono, Ph. D. (2007). Elektronika Analog Jilid 1. Jember:
Penerbit : Tim Cerdas Ulet Kreatif.
-
Herman Dwi Surjono, Ph. D. (2008). Elektronika Analog Jilid 2. Jember:
Penerbit : Tim Cerdas Ulet Kreatif.
-
Herman Dwi Surjono, Ph. D. (2009). Elektronika Lanjut . Jember . Penerbit :
Tim Cerdas Ulet Kreatif.
-
Tespenku.com . ” Sistem Umpan Balik Negatif “,29/5/2018 http://www.tespenku.com/2018/02/sistem‐umpan‐balik‐negatif.html
Diakses pada tanggal 14 Mei 2018
-
Meka Tronika . “ Transistor Sebagai Penguat “ Desember 2013
Diakses pada tanggal 14 Mei 2018
-
Ikhsanfahrielectrical. “ Makalah Transistor Dasar Elektronika “ . Mei 2016 http://ikhsanfahrielectrical.blogspot.com/2016/05/makalah-transistor-dasar-elektronika.html
Diakses pada tanggal 14 Mei 2018
diatas adalah artikelnya guys bagi yg membutuhkan silahkan digunakan . dan
gunakan sebagai mana mestinya guys.terimakasi dan wassalamualaikum wr. mb.
selamat malam and enjoooyyy
Komentar
Posting Komentar