Penguat Sinyal Kecil

Penguat Sinyal terdiri atas :
1. Penguat Common Base
2. Penguat Common Emitter
3. Penguat Common Collector

1.1 Penguat Common Base

1.1.1 Dasar Teori

Penguat Common Base juga dikenal dengan penguat dengan basis ditanahkan. Penguat ini dapat menghasilkan penguatan tegangan antara sinyal masukan dan keluaran, tetapi tidak penguatan arus. Karakteristiknya adalah impedansi masukan kecil dan impedansi keluaran seperti pada penguat Common Emitter. Karena arus masukan dan keluaran mempunyai nilai yang hampir sama, kapasitor stray dari transistor tidak terlalu berpengaruh dibandingkan pada penguat common emiter. Penguat common basis sering digunakan pada frekuensi tinggi yang menghasilkan penguatan tegangan lebih besar daripada rangkaian dengan 1 transistor lainnya.
Penguat Common Base ditunjukkan dalam Gambar 1.1. Diatas frekuensi corner kapasitor antara basis dan ground pada rangkaian menghasilkan pentanahan sinyal AC yang efektif pada basis transistor.

Untitled

Gambar 1.1. Penguat Common Base

 


1.1.2 Karakteristik Penguat Common Base

  • Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga meminimalkan efek umpan balik.
  • Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (pre amplifier).
  • Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF.
  • Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.

 

1.1.3 Prosedur dan Hasil Percobaan

1. Susun rangkaian seperti pada Gambar 1.2 dan hubungkan dengan oscilloscope : channel 1 = input = U1, channel 2 = output = U2
2. Set resistor variable R2 sehingga UCE = U2 = � US 5 Volt untuk U1 = 0 Volt. Kemudian ukur reistansinya.
3. Set tegangan input U1 = 10 mVPP dengan frekuensi 1 kHz. Ukur U2 menggunakan oscilloscope.
4. Ukur beda phase antara input dan output.
5. Untuk mendapatkan nilai resistansi output rangkaian, pasang resistor variabel R’L = 47 k terhadap U2 seperti pada gambar. Atur R’L sehingga U’2 = � U2. Ukur nilai resistansinya.
6. Untuk mengukur arus input, pasang resistor R3. Sekali lagi atur U1 dan ukur U3.

2

Gambar 1.2. Rangkaian Penguat Common Base

 3

Gambar 1.3. Rangkaian Penguat Common Base pada kit board

 4

Gambar 1.4. Grafik Tegangan keluaran dan masukan pada oscilloscope

1.2 Penguat Common Emitter dengan RE
1.2.1 Dasar Teori
Penguat Common Emitter sering dirancang dengan sebuah resistor emiter (RE) seperti ditunjukkan dalam Gambar 1.5. Resistor tersebut menghasilkan bentuk dari umpan balik negatif yang dapat digunakan untuk menstabilkan titik operasi DC dan penguatan AC.

5

Gambar 1.5. Penguat Common Emitter dengan RE

1.2.2 Karakteristik Penguat Common Emitor :

 

  • Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal input.
  • Sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif, sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya.
  • Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal audio).
  • Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.

1.2.3Prosedur dan Hasil Percobaan

1. Susun rangkaian seperti pada Gambar 1.6 dan hubungkan dengan oscilloscope : channel 1 = input = U1, channel 2 = output = U2
2. Set resistor variable R2 sehingga UCE = U2 = � US 5 Volt untuk U1 = 0 Volt. Kemudian ukur reistansinya.
3. Set tegangan input U1 = 10 mVPP dengan frekuensi 1 kHz. Ukur U2 menggunakan oscilloscope.
4. Ukur beda phase antara input dan output. Catat hasilnya pada tabel data !
5. Untuk mendapatkan nilai resistansi output rangkaian, pasang resistor variabel R’L = 47 k terhadap U2 seperti pada gambar. Atur R’L sehingga U’2 = � U2. Ukur nilai resistansinya.
6. Untuk mengukur arus input, pasang resistor R3. Sekali lagi atur U1 dan ukur U3.

6

Gambar 1.6. Rangkaian Penguat Common Emitter

 7

Gambar 1.7. Rangkaian Penguat Common Emitter pada kit board

 8

Gambar 1.8. Grafik Tegangan keluaran dan masukan pada oscilloscope

 


1.3 Penguat Common Collector

1.3.1 Dasar Teori

Penguat Common Collector juga disebut dengan pengikut emiter (emitter follower) karena tegangan sinyal keluaran pada emiter hampir sama dengan tegangan sinyal masukan pada basis. Penguatan tegangan penguat ini selalu lebih kecil dari 1, tetapi mempunyai penguatan arus yang tinggi dan biasanya digunakan untuk mencocokkan sumber dengan impedansi tinggi ke beban yang impedansinya rendah. Penguat ini mempunyai impedansi masukan besar dan impedansi keluaran kecil. Penguat Common Collector ditunjukkan dalam Gambar 1.9.

9

Gambar 1.9. Penguat Common Collector

1.3.2. Karakteristik Penguat Common Collector :

  • Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal input (jadi tidak membalik fasa seperti Common Emitor)
  • Mempunyai penguatan tegangan sama dengan 1.
  • Mempunyai penguatan arus samadengan HFE transistor.
  • Cocok dipakai untuk penguat penyangga (buffer) karena mempunyai impedansi input tinggi dan mempunyai impedansi output yang rendah.

1.3.3 Prosedur dan Hasil Percobaan

1. Susun rangkaian seperti pada Gambar 1.10 dan hubungkan dengan oscilloscope : channel 1 = input = U1 channel 2 = output = U2
2. Tanpa masukan di U1, hitung tegangan pada U2.
3. Set tegangan input U1 = 2 VPP dengan frekuensi 1 kHz. Ukur U2 menggunakan oscilloscope.
4. Ukur beda phase antara input dan output.
5. Untuk mendapatkan nilai resistansi output rangkaian, pasang resistor variabel R’L = 47 k terhadap U2 seperti pada gambar. Atur R’L sehingga U’2 = � U2. Ukur nilai resistansinya.
6. Untuk mengukur arus input, pasang resistor R3. Sekali lagi atur U1 dan ukur U3.

 10

Gambar 1.10. Rangkaian Penguat Common Collector

11

Gambar 1.11. Rangkaain Penguat Common Collector pada kit board

 12

Gambar 1.12. Grafik Tegangan keluaran dan masukan pada oscilloscope

 

  • Common Emitter (CE)

Rangkaian CE adalah rangkain yang paling sering digunakan untuk berbagai aplikasi yang mengunakan transistor. Dinamakan rangkaian CE, sebab titik ground atau titik tegangan 0 volt dihubungkan pada titik emiter.

 13

Gambar-2 : rangkaian CE

 

Sekilas Tentang Notasi

Ada beberapa notasi yang sering digunakan untuk mununjukkan besar tegangan pada suatu titik maupun antar titik. Notasi dengan 1 subscript adalah untuk menunjukkan besar tegangan pada satu titik, misalnya VC = tegangan kolektor, VB = tegangan base dan VE = tegangan emiter.

Ada juga notasi dengan 2 subscript yang dipakai untuk menunjukkan besar tegangan antar 2 titik, yang disebut juga dengan tegangan jepit. Diantaranya adalah :

VCE = tegangan jepit kolektor- emitor

VBE = tegangan jepit base – emitor

VCB = tegangan jepit kolektor – base

Notasi seperti VBB, VCC, VEE berturut-turut adalah besar sumber tegangan yang masuk ke titik base, kolektor dan emitor.

  • Kurva Base

Hubungan antara IB dan VBE tentu saja akan berupa kurva dioda. Karena memang telah diketahui bahwa junction base-emitor tidak lain adalah sebuah dioda. Jika hukum Ohm diterapkan pada loop base diketahui adalah :

IB = (VBB – VBE) / RB ……… (5)

VBE adalah tegangan jepit dioda junction base-emitor. Arus hanya akan mengalir jika tegangan antara base-emitor lebih besar dari VBE. Sehingga arus IB mulai aktif mengalir pada saat nilai VBE tertentu.

14

Gambar-3 : kurva IB -VBE

Besar VBE umumnya tercantum di dalam databook. Tetapi untuk penyerdehanaan umumnya diketahui VBE = 0.7 volt untuk transistor silikon dan VBE = 0.3 volt untuk transistor germanium. Nilai ideal VBE  = 0 volt.

Sampai disini akan sangat mudah mengetahui arus IB dan arus IC dari rangkaian berikut ini, jika diketahui besar  = 200. Katakanlah yang digunakan adalah transistor yang dibuat dari bahan silikon.

15

Gambar-4 : rangkaian-01

IB = (VBB – VBE) / RB

= (2V – 0.7V) / 100 K

= 13 uA

Dengan  = 200, maka arus kolektor adalah :

IC = IB = 200 x 13uA = 2.6 mA

 

  • Kurva Kolektor

Sekarang sudah diketahui konsep arus base dan arus kolektor. Satu hal lain yang menarik adalah bagaimana hubungan antara arus base IB, arus kolektor IC dan tegangan kolektor-emiter VCE.  Dengan mengunakan rangkaian-01, tegangan VBB dan VCC dapat diatur untuk memperoleh plot garis-garis kurva kolektor. Pada gambar berikut telah diplot beberapa  kurva kolektor arus IC terhadap VCE dimana arus IB dibuat konstan.

 16

Gambar-5 : kurva kolektor

Dari kurva ini terlihat ada beberapa region yang menunjukkan daerah kerja transistor. Pertama adalah daerah saturasi, lalu daerah cut-off, kemudian daerah aktif dan seterusnya daerah breakdown.

 

  • Daerah Aktif

Daerah kerja transistor yang normal adalah pada daerah aktif, dimana arus IC konstans terhadap berapapun nilai VCE. Dari kurva ini diperlihatkan bahwa arus IC hanya tergantung dari besar arus IB. Daerah kerja ini biasa juga disebut daerah linear (linear region).

Jika hukum Kirchhoff mengenai tegangan dan arus diterapkan pada loop kolektor (rangkaian CE), maka dapat diperoleh hubungan :

VCE = VCC – ICRC ………….. (6)

Dapat dihitung dissipasi daya transistor adalah :

PD = VCE.IC  …………… (7)

Rumus ini mengatakan jumlah dissipasi daya transistor adalah tegangan kolektor-emitor dikali jumlah arus yang melewatinya. Dissipasi daya ini berupa panas yang menyebabkan naiknya temperatur transistor. Umumnya untuk transistor power sangat perlu untuk mengetahui spesifikasi PDmax. Spesifikasi ini menunjukkan temperatur kerja maksimum yang diperbolehkan agar transistor masih bekerja normal. Sebab jika transistor bekerja melebihi kapasitas daya PDmax, maka transistor dapat rusak atau terbakar.

 

  • Daerah Saturasi

Daerah saturasi adalah mulai dari VCE = 0 volt sampai kira-kira 0.7 volt (transistor silikon), yaitu akibat dari efek dioda kolektor-base yang mana tegangan VCE belum mencukupi untuk dapat menyebabkan aliran elektron.

 

  • Daerah Cut-Off

Jika kemudian tegangan VCC dinaikkan perlahan-lahan, sampai tegangan VCE tertentu tiba-tiba arus IC mulai konstan. Pada saat perubahan ini, daerah kerja transistor berada pada daerah cut-off yaitu dari keadaan saturasi (OFF) lalu menjadi aktif (ON). Perubahan ini dipakai pada system digital yang hanya mengenal angka biner 1 dan 0 yang tidak lain dapat direpresentasikan oleh status transistor OFF dan ON.

17

Gambar-6 : rangkaian driver LED

Misalkan pada rangkaian driver LED di atas, transistor yang digunakan adalah transistor dengan  = 50. Penyalaan LED diatur oleh sebuah gerbang logika (logic gate)  dengan arus output high = 400 uA dan diketahui tegangan forward LED, VLED = 2.4 volt. Lalu pertanyaannya adalah, berapakah seharusnya resistansi RL yang dipakai.

IC = IB = 50 x 400 uA = 20 mA

Arus sebesar ini cukup untuk menyalakan LED pada saat transistor cut-off. Tegangan VCE pada saat cut-off idealnya = 0, dan aproksimasi ini sudah cukup untuk rangkaian ini.

RL = (VCC – VLED - VCE) / IC

= (5 – 2.4 – 0)V / 20 mA

= 2.6V / 20 mA

= 130 Ohm

 

  • Daerah Breakdown

Dari kurva kolektor, terlihat jika tegangan VCE lebih dari 40V, arus IC menanjak naik dengan cepat. Transistor pada daerah ini disebut berada pada daerah breakdown. Seharusnya transistor tidak boleh bekerja pada daerah ini, karena akan dapat merusak transistor tersebut. Untuk berbagai jenis transistor nilai tegangan VCEmax yang diperbolehkan sebelum breakdown bervariasi. VCEmax pada databook transistor selalu dicantumkan juga.

 

  • Datasheet transistor

Sebelumnya telah disinggung beberapa spesifikasi transistor, seperti tegangan VCEmax dan PD max. Sering juga dicantumkan di datasheet keterangan lain tentang arus ICmax VCBmax dan VEBmax. Ada juga PDmax pada TA = 25o dan  PDmax pada TC = 25o. Misalnya pada transistor 2N3904 dicantumkan data-data seperti :

VCBmax = 60V

VCEOmax = 40V

VEBmax = 6 V

ICmax = 200 mAdc

PDmax = 625 mW TA = 25o

PDmax = 1.5W TC = 25o

TA adalah temperature ambient yaitu suhu  kamar. Sedangkan TC adalah temperature cashing transistor. Dengan demikian jika transistor dilengkapi dengan heatshink, maka transistor tersebut dapat bekerja dengan kemampuan dissipasi daya yang lebih besar.

  •  atau hFE

Pada system analisa rangkaian dikenal juga parameter h, dengan meyebutkan hFE sebagai dc untuk mengatakan penguatan arus.

dc = hFE ………………. (8)

Sama seperti pencantuman nilai dc, di datasheet umumnya dicantumkan nilai hFE minimum (hFE min ) dan nilai maksimunya (hFE max).

 

DAFTAR PUSTAKA

  1. http://henry-toruan.blogspot.com/2009/08/penguat-sinyal-kecil.html
  2. Malvino, Prinsip-Prinsip Elektronika edisi satu bab analisis AC
  3. GOOGLE BOOKS
  4. Buku praktikum elektronika dasar tahun ajaran 2013/2014
  5. http://abisabrina.wordpress.com/2010/08/17/penguat-transistor/

 

 

Disusun Oleh :

Amir Cahyadi (30601301393)

Ratna Hari Sheila (30601301425)

Faqih Umir Al Barra (30601301403)

Noval Ditya (30601301419)

 

 

Komentar Pembaca

Komentar

Leave a Reply

Or

Your email address will not be published. Required fields are marked *

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>