ELEKTRONIKA 2

BAB I PENGUAT (AMPLIFIER) A. Penguatan Penguat (amplifier) adalah peralatan elektransistoronika yang berfungsi menguatkan sinyal input yang amplitudonya relatif kecil menjadi sinyal output yang amplitudonya lebih besar dengan frekuensi yang sama. Rangkaian semacam ini disebut juga rangkaian linier.

Gambar 1-1. Blok Diagram Audio Sistem Sederhana Sinyal dari microphone masih terlalu lemah, oleh sebab itu diperkuat dahulu oleh rangkaian penguat (amplifier) agar sinyalnya cukup besar sehingga mampu menggerakkan membran speaker untuk diubah menjadi suara yang lebih keras.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 1

Berdasarkan input dan outputnya ada 3 jenis penguatan (A), yaitu : a. Penguatan Tegangan

( AV )

b. Penguatan Arus

( AI )

c. Penguatan Daya

( AP )

Bila satuan penguatannya adalah dB (deci Bell) maka :

Dalam analisa penguatan terdapat 2 jenis penguatan, yaitu : a. Penguatan Statis Yaitu

analisa

penguatan

yang

hanya

memperhitungkan

tegangan DC saja, tanpa sinyal input. b. Penguatan Dinamis Yaitu analisa penguatan yang memperhitungkan sinyal inputnya (sinyal ac). B. Karakteristik Transistor.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 2

Berdasarkan analisa penguatan statis kita bisa mengamati karakteristik Transistor agar dapat mene-rapkannya dalam rangkaian sesuai kebutuhan. Jika pada dioda terdapat 2 karakteristik for-ward dan reverse, pada transistor terdapat beberapa karakteristik yang menghubungkan anta-ra arus (I) dan tegangan (V) transistor, antara lain karakteristik kolektor yang menghu-bungkan antara perubahan VCE terhadap IC, IB dijaga konstan atau IC = f (VCE), IB konstan. Pada gambar di bawah menunjukkan grafik karakteristik kolektor dengan 3 posisi IB0, IB1, dan IB2 yang digabung dengan garis beban DC. Tiap IB terbagi 3 daerah yaitu : •

daerah saturasi

pada nilai IB tertentu transistor akan jenuh, saat ini transistor berfungsi sebagai saklar ON, bukan sebagai penguat. •

daerah aktif

adalah daerah yang paling ideal bila transistor akan digunakan sebagai penguat. •

daerah breakdown

daerah ini harus dihindari karena akan merusak transistor, oleh sebab itu diusahakan agar VCE atau Vcc tidak melebihi batas V CE maks transistor tersebut.

Gambar 1-2. Karakteristik Transistor

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 3

Garis Beban DC adalah garis yang menghubungkan antara kondisi cut off (VCE = 0, IC = maks,) dan saturasi (VCE = VCC, IC = 0). Transistor yang dikerjakan sebagai penguat bekerja pada daerah garis beban DC antara cut off dan saturasi dan titik perpotongannya dengan garis IB disebut titik Q (quiescent point), atau titik kerja, atau titik stasioner, atau titik tengah. Ayunan amplitudo sinyal ac tidak boleh mendorong transistor pada titik cut off atau saturasinya. 3. Rangkaian Dasar Penguat. a. Penguat Tunggal Emitor

(Common Emitor Amplifier)

b. Penguat Tunggal Basis

(Common Base Amplifier)

c. Penguat Tunggal Colector

(Common Colector Amplifier)

Gbr.6. Rangkaian Dasar Penguat Common artinya dipakai bersama-sama. Contoh Common Emitor, berarti kaki emitor dipakai bersama-sama baik untuk input maupun output. a. Common Emitor Amplifier. Penguat Common Emitor disebut juga penguat universal karena paling banyak digunakan untuk rangkaian penguat. Pada penguat emitor bersama : •

input

•

output  Collector-Emitor

•

Emitor dipakai bersama-sama baik untuk input maupun output.

Revision : 00

 Basis-Emitor

Date : Sept 6th 2013

Page : 4

Transistor sebagai penguat dikerjakan pada daerah aktif (tidak boleh cut off atau saturasi) dengan cara diberi tegangan bias sbb : • BE dibias maju (forward) • CB dibias mundur (reverse) • CE di beri tegangan di bawah tegangan patah (breakdown) Pemberian tegangan bias ini pada prinsipnya untuk menentukan titik Q di tengah garis beban DC. Berdasarkan rangkaiannya pada Common Emitor terdapat beberapa cara pemberian tegangan bias, yaitu : a. Base Bias (Fixed Bias / Bias Tetap) Sifat : - peka terhadap perubahan βdc (hFE) - untuk rangkaian saklar

Gambar 1-3. Fixed Bias Cara menggambar Garis Beban DC dan Titik Q o Tentukan titk cut off

 VCE = VCC

o Tentukan titik saturasi

 VCE ≈ 0,

IC = 0 IC

VCC/RC, o Tentukan titk Q

 VCE = VCC – I.RC, IC = VCC – VBE / RB IB = IC/hFE

Untuk meniadakan efek ICBO  VBB >> ICBO . RB

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 5

=

o Transistor Sebagai Saklar Transistor yang dikerjakan sebagai saklar hanya bekerja pada titik cutoff (kondisi OFF) atau titik saturasi (kondisi ON). Perubahan dari cut off ke saturasi cukup dengan memberi tegangan rendah antara kaki BE sehingga dapat menghasilkan arus listransistorik yang cukup besar pada kaki kolektor.

Gambar 1-4. Transistor Sebagai Saklar RB berfungsi membatasi arus IB sehingga tidak merusak transistor. Arus IB akan menentukan apakah pada R C atau RL (R beban) terjadi arus atau tidak. Beban R L bisa diganti dengan lampu atau relay. 1. Kondisi Cut Off /menyumbat (Saklar Off/terbuka). Bila RB sangat besar maka IB kecil akibatnya VBE rendah, jika kurang dari tegangan kerja transistor (0,6-Si atau 0,2-Ge)) maka tidak cukup untuk membangkitkan arus kolektor (IC atau IRL = 0 A). Hal ini seolah-olah kaki CE terputus/membuka. Karena IC = 0A, maka RL tidak dialiri arus listransistorik (VRL = 0V, VCE = Vcc). Jika RL diganti sebuah lampu, dapat dipastikan lampu padam. Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 6

Kesimpulan :

jika VBE = 0V (rendah), maka : o VCE = Vcc (tinggi) o VRL = 0V, IC = 0A o Lampu padam

2. Kondisi Saturasi/Jenuh (Saklar ON/tertutup). Bila RB relatif kecil maka IB cukup besar untuk membuat VBE menjadi lebih besar dari tegangan kerja transistor sehingga mengalirlah arus kolektor (IC atau IRL = maks), hal ini seolah-olah kaki CE tertutup. Karena IC = maks, maka RL dialiri arus listransistorik (VRL = Vcc, VCE = 0V). Jika RL diganti sebuah lampu, dapat dipastikan lampu menyala. Kesimpulan : jika VBE = (tinggi) atau VBE > tegangan kerja : o VCE = 0 V (rendah) o VRL = Vcc,

IC = maks. ( IC = Vcc /

RC) o Lampu menyala Pengembangan transistor sebagai saklar. Transistor sebagai saklar menjadi dasar dari rangkaian digital yang hanya mengena kondisi 1 atau On dan 0 atau Off. Yang perlu diperhatikan arus beban (I RL) tidak boleh mele-bihi batas maksimum arus transistor (ICmaks). Desain Rangkaiannya : -

Perhatikan batas kemampuan Transistor dengan melihat

data book. Contoh : Transistor BC 108, U CE = 20V, Icmaks = 100mA, hFE = 100. Berdasarkan

data

tsb.

RL

atau

beban

tidak

boleh

menyebabkan arus mengalir melebihi I C maks (100mA) dan

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 7

beban yang dikontransistorol bertegangan kerja di bawah 20V. -

Mencari nilai RB. Untuk mencari nilai RB, carilah nilai IB dengan persamaan :

Rangkaian dapat dikembangkan seperti gambar di bawah menjadi sebuah rangkaian untuk menyalakan lampu yang dikontransistorol oleh cahaya. V R1 berfungsi mengatur kepekaan LDR. Sifat LDR jika terkena cahaya tahanannya mengecil. Tahanan LDR akan mempengaruhi tegangan V BE. Bila ingin dikembangkan untuk daya yang lebih besar, beban lam-pu diganti dengan relay sebagai saklar untuk daya yang lebih besar.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 8

Gambar 1-5. Pengembangan Transistor Sebagai Saklar b. Self Bias (Bias Sendiri) Sifat : -

tanggapan frekuensi rendah

-

agak peka terhadap perubahan βdc (hFE)

-

untuk penguat sinyal lemah.

Gambar 1-6. Self Bias c. Voltage Devider Bias Sifat :

-

kondisi kerjanya stabil

-

untuk penguat-penguat keperluan umum (general purpose amplifier)

-

Revision : 00

output berlawanan fase dengan input

Date : Sept 6th 2013

Page : 9

Gambar 1-7. Voltage Divider Bias Ayunan sinyal input diharapkan tidak melebihi batas cut off atau saturasi, shg sinyal output tidak cacat atau berubah bentuk.

Gambar 1-8. Hubungan Sinyal Input (ib) dengan Sinyal Output (ic) Stabilisasi RE Komponen RE berfungsi sebagai stabilisasi untuk memantapkan kerja transistor. a. Tanpa RE Seperti sudah disebutkan pada prinsip kerja Transistor, pada loop kaki CB terjadi arus bocor ICBO yang berbanding lurus Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 10

dengan kenaikan suhu Transistor. Jika I B naik karena terdapat ICBO, maka IC juga naik, kenaikan IC menyebabkan suhu Transistor naik, akibatnya ICBO naik. Karena pengaruh ICBO maka IB naik lagi, IC pun naik lagi, suhu ikut naik lagi, dan I CBO naik, IB naik, dst secara berantai akibatnya Transistor sangat panas dan pada akhirnya rusak. b. Dengan RE Jika IB naik karena pengaruh ICBO, maka IC naik. Kenaikan IC menyebabkan kenaikan pada tegangan R E (VRE). Karena VBE = VB-VRE, maka jika VRE naik, VBE turun, penurunan VBE menyebabkan IB turun (tidak jadi naik), IC pun tidak jadi naik (stabil). Persamaan-persamaan untuk analisa Penguatan Dinamis yaitu penguatan untuk sinyal ac tanpa komponen C paralel dengan R E: a. Penguatan Tegangan (-Av). Untuk common emitor Vo berlawanan fase transistorhadap Vi

b. Penguatan Arus (hfe)

c. Impedansi Input (Zin)

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 11

d. Impedansi Output (Zo)

Untuk common collector maupun common base tidak dibahas secara khusus, tetapi di bawah ini adalah perbandingan antara ke tiga jenis penguat tersebut.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 12

Input Output Penguatan Arus (A I) Penguatan Tegangan (A V) Hubungan Vo dengan Vi Impedansi Input (Zi) Ώ Impedansi Output (Zo)Ώ Penerapan

Revision : 00

BASIS Emitor Kolektor ?1 >1 Sephasa Kecil, sekitar 100 Besar, sekitar 1M Osilator Frek. Tinggi

EMITOR COLLECTOR Basis Basis Kolektor Emitor >1 >1 >1 ?1 Berlawanan Phasa Sephasa Sedang, sekitar 2 K Besar, sekitar 20 K Sedang, sekitar 10 K Kecil, sekitar 100 Penguat Frek. Audio Buffer/Penyangga Penguat Frek. Tinggi Voltage Regulator

Date : Sept 6th 2013

Page : 13

BAB II TRANSISTOR AMPLIFIER Transistor adalah perangkat semikonduktor yang digunakan untuk memperkuat sinyal elektronik dan listrik. Transistor terdiri dari bahan semikonduktor dengan tiga terminal untuk koneksi menuju sirkuit eksternal dan sebuah tegangan atau arus yang mengalir melalui sepasang terminal. Karena daya (output) terkontrol lebih tinggi daripada daya (input) pengendali, transistor dapat memperkuat sinyalnya. Sehingga beberapa transistor dikemas secara individual, tetapi lebih banyak ditemukan tertanam dalam sirkuit terpadu. Transistor adalah rangkaian dasar dari perangkat elektronik modern, dan terdapat dalam sistem elektronik modern. Mengikuti perkembangannya di awal 1950-an transistor merevolusi di bidang elektronik, dan membuka jalan bagi radio yang lebih kecil dan lebih murah, seperti kalkulator, dan komputer. A. Transistor sebagai saklar Transistor biasanya digunakan sebagai saklar elektronik, baik untuk aplikasi daya tinggi seperti switched-mode pasokan listrik dan untuk daya rendah aplikasi seperti gerbang logika. Dalam rangkaian transistor ground-emitor, seperti rangkaian lampusaklar yang ditunjukkan, dengan meningkatnya basis tegangan, arus emitor dan kolektor meningkat secara eksponensial. Tegangan kolektor turun karena hambatan beban kolektor (dalam contoh ini, hambatan dari bola lampu). Jika tegangan kolektor adalah nol, arus kolektor akan hanya dibatasi oleh resistensi bola lampu dan tegangan suplai. Transistor kemudian dikatakan jenuh - itu akan memiliki tegangan yang sangat kecil dari kolektor ke emitor. Menyediakan arus basis drive yang tidak cukup merupakan masalah utama dalam penggunaan transistor bipolar sebagai saklar. Transistor memberikan gain arus, sehingga arus yang relatif besar dalam kolektor harus Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 14

diaktifkan oleh arus jauh lebih kecil ke dalam terminal basis. Rasio arus ini bervariasi tergantung pada jenis transistor, dan bahkan untuk jenis tertentu, bervariasi tergantung pada arus kolektor. Dalam rangkaian light-switch contoh yang ditunjukkan, resistor dipilih untuk memberikan dasar yang cukup saat ini untuk memastikan transistor akan jenuh. B. Transistor sebagai penguat Penguat common-emitor dirancang sedemikian rupa sehingga perubahan kecil pada tegangan (Vin) dapat melalui basis transistor, amplifikasi saat transistor dikombinasikan dengan sifat-sifat rangkaian berarti bahwa perubahan kecil di Vin menghasilkan perubahan besar dalam Vout . Berbagai konfigurasi penguat transistor tunggal yang mungkin, dengan beberapa keuntungan saat memberikan beberapa gain tegangan. Dari ponsel ke televisi, sejumlah besar produk termasuk penguat untuk reproduksi suara, radio transmisi, dan pemrosesan sinyal. Amplifier audio pertama diskrit transistor hampir tidak disertakan beberapa ratus milliwatts dan audio yang secara bertahap meningkat sebagai transistor yang lebih baik menjadi tersedia dan arsitektur penguat.

a. Konfigurasi

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 15

Gambar 2-1. Common pada Transistor

•

Common Emitter

Gambar 2-2. Common Emitter Dalam elektronik, sebuah amplifier yang umum adalah salah satu dari tiga dasar satu tahap penguat bipolar-junctiontransistor (BJT) topologi, biasanya digunakan sebagai penguat tegangan. Dalam rangkaian ini terminal basis transistor berfungsi sebagai input, kolektor adalah output, dan emitor

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 16

keduanya (misalnya, mungkin akan terikat untuk referensi tanah atau rel listrik), maka nya. Rangkaian efek medan transistor analog adalah penguat common-source, dan sirkuit tabung analog adalah penguat common-katoda. •

Emitter Degenerasi Common-emitor

amplifier

memberikan

penguat

output

terbalik dan dapat memiliki keuntungan yang sangat tinggi yang dapat bervariasi dari satu transistor ke transistor yang lainnya. Keuntungannya adalah fungsi yang kuat dari kedua suhu dan bias saat ini, sehingga keuntungan yang sebenarnya tak terduga. Stabilitas adalah masalah lain yang berhubungan dengan sirkuit tinggi karena setiap umpan balik positif yang tidak disengaja yang mungkin ada. Masalah lain yang terkait dengan sirkuit adalah rentang dinamis input rendah yang diberlakukan oleh batas sinyal kecil, ada distorsi tinggi jika batas ini terlampaui dan transistor berhenti berperilaku seperti sinyal kecil model. Salah satu cara yang umum mengurangi masalah ini adalah dengan menggunakan umpan balik negatif, yang biasanya

diimplementasikan

dengan

degenerasi

emitor.

Degenerasi emitor mengacu pada penambahan resistor kecil (atau impedansi apapun) antara emitor dan sumber sinyal umum (misalnya, referensi tanah atau rel listrik). impedansi ini Re mengurangi transkonduktansi keseluruhan. sirkuit dengan factor

, yang

tegangan

dari

mana membuat memperoleh

Jadi tegangan memperoleh hampir secara eksklusif pada rasio resistor

daripada karakteristik transistor intrinsik

dan tak terduga. Karakteristik distorsi dan stabilitas sirkuit

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 17

demikian

ditingkatkan

dengan

mengorbankan

penurunan

keuntungan. •

Karakteristik Pada frekuensi rendah dan menggunakan model hibrida-pi disederhanakan,

kecil-sinyal

berikut

karakteristik

dapat

diturunkan. Definition

Expression

Current gain Voltage gain Input impedance Output impedance

Jika resistor degenerasi emitor tidak saling mendukung,, . Seperti yang diharapkan, ketika Ai meningkat, impedansi input meningkat dan keuntungan tegangan

Av

berkurang.

•

Bandwith Bandwidth dari penguat common-emitor cenderung rendah karena kapasitansi tinggi akibat efek Miller. Masalahnya dapat diatasi dengan beberapa cara, termasuk: o Pengurangan besarnya tegangan magnitude

(misalnya,

dengan menggunakan degenerasi emitor). o Pengurangan impedansi output

dari sumber sinyal yang

terhubung ke ground (misalnya, dengan menggunakan emitor atau beberapa tegangan lainnya). Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 18

o Menggunakan

konfigurasi

cascode,

yang

menyisipkan

impedansi buffer input rendah (misalnya penguat dasar umum) antara kolektor transistor dan beban. Konfigurasi ini memegang tegangan kolektor transistor kira-kira konstan, sehingga membuat ground untuk mendapatkan kolektor nol dan (idealnya) menghapus efek Miller. o Menggunakan topologi penguat diferensial seperti pengikat emitor melalui amplifier ground-base, asalkan benar-benar pengikut emitor penguat common-kolektor. Efek Miller negatif mempengaruhi kinerja penguat commonsource dengan cara yang sama (dan memiliki solusi yang sama). Ketika

sinyal

AC

diterapkan

pada

penguat

transistor

menyebabkan dasar VB tegangan untuk berfluktuasi nilai pada sinyal AC. Setengah positif dari sinyal yang diterapkan akan menyebabkan

peningkatan

nilai

VB

gilirannya

ini

akan

meningkatkan arus basis IB dan menyebabkan peningkatan yang sesuai pada IE arus emitor dan kolektor IC saat ini. Akibatnya, tegangan emitor kolektor akan berkurang karena penurunan tegangan di seluruh RL. Pergantian negatif dari sinyal AC akan menyebabkan penurunan IB tindakan ini kemudian menyebabkan penurunan yang sesuai di IE melalui RL. Sinyal output dari penguat common-emitor keluar 180 derajat dari fase dengan sinyal input. Hal ini juga berpengaruh terhadap commonemitor penguat karena emitor dari transistor adalah sama untuk kedua sirkuit input dan sirkuit output. Sinyal input diterapkan pada dasar dan rangkaian dasar transistor. Sinyal output terdapat di dasar dan kolektor dari transistor. Karena emitor terhubung ke tanah, itu adalah umum untuk sinyal, input dan output. Rangkaian common-emitor adalah yang paling banyak digunakan dari persimpangan, amplifier transistor. Dibandingkan dengan koneksi umum-base, ia memiliki impedansi input yang lebih tinggi dan impedansi output yang lebih rendah. Sebuah Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 19

catu daya tunggal dengan mudah digunakan untuk biasing. Selain itu, lebih tinggi tegangan dan daya keuntungan biasanya diperoleh untuk operasi umum-emitor (CE). Gain arus dalam rangkaian emitor umum diperoleh dari basis dan arus kolektor sirkuit. Karena perubahan yang sangat kecil dalam arus basis menghasilkan perubahan besar dalam arus kolektor, gain arus (β) selalu lebih besar dari kesatuan untuk rangkaian common emitor-, nilai tipikal adalah sekitar 50. b. Common Collector

Gambar 2-2. Common Collector Dalam elektronik, sebuah amplifier yang umum-kolektor (juga dikenal sebagai pengikat emitor atau pengikat tegangan BJT) adalah salah satu dari tiga dasar transistor tunggal-tahap persimpangan bipolar (BJT) amplifier topologi, biasanya digunakan sebagai penyangga tegangan. Dalam rangkaian ini terminal basis transistor berfungsi sebagai input, emitor adalah output, dan kolektor yang sama untuk kedua nama (misalnya, mungkin akan terikat untuk referensi tanah atau rel listrik). Rangkaian efek medan transistor analog adalah penguat common-drain. Rangkaian dapat dijelaskan dengan melihat transistor sebagai kendali umpan balik negatif. Dari sudut pandang ini, tahap yang umum-kolektor adalah penguat dengan umpan balik negatif seri penuh. Dalam konfigurasi ini, seluruh output tegangan VOUT

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 20

ditempatkan bertentangan dan seri dengan tegangan input VIN. Dengan demikian dua tegangan dikurangi sesuai dengan KVL (yang pengurang dari diagram blok fungsi diimplementasikan hanya dengan loop masukan) dan perbedaan mereka Vdiff = VIN - VOUT diterapkan pada lapisan basis-emitor. Transistor memonitor terus Vdiff dan menyesuaikan tegangan emitor nya hampir sama (VBEO kurang) dengan tegangan input dengan melewati kolektor sesuai arus melalui resistor emitor RE. Akibatnya, tegangan output mengikuti variasi tegangan input dari VBEO sampai denganV+, maka nama, pengikut emitor. Secara intuitif, perilaku ini dapat juga dipahami dengan menyadari bahwa tegangan basis-emitor di transistor bipolar sangat sensitif terhadap perubahan bias, sehingga setiap perubahan tegangan basis ditularkan (untuk pendekatan yang baik) langsung ke emitor. Itu tergantung sedikit pada berbagai gangguan (transistor toleransi, variasi

temperatur,

ketahanan

beban,

resistor

kolektor

jika

ditambah, dll) karena transistor bereaksi terhadap gangguan ini dan mengembalikan keseimbangan. Ia tidak pernah jenuh bahkan jika tegangan input mencapai rel positif. Rangkaian kolektor umum dapat ditunjukkan secara matematis untuk memiliki gain tegangan hampir kesatuan:

Perubahan tegangan kecil pada terminal masukan akan direplikasi pada output (tergantung sedikit pada gain transistor dan nilai dari resistansi beban, lihat rumus gain bawah). Sirkuit ini berguna karena memiliki impedansi masukan yang besar, sehingga tidak akan memuat turun sirkuit sebelumnya: Βo dan impedansi output kecil, sehingga dapat mendorong resistansi rendah beban:

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 21

Biasanya, resistor emitor secara signifikan lebih besar dan dapat dihapus dari persamaan:

•

Aplikasi Impedansi output yang rendah memungkinkan sumber

dengan impedansi output yang besar untuk menggerakkan impedansi beban kecil, melainkan berfungsi sebagai penyangga tegangan. Dengan kata lain, rangkaian memiliki gain arus (yang tergantung pada hFE dari transistor) bukan gain tegangan. Sebuah perubahan kecil untuk hasil arus masukan dalam perubahan yang jauh lebih besar dalam arus keluaran disuplai ke beban output. Salah

satu

aspek

dari

tindakan

buffer

transformasi

impedansi. Misalnya, resistansi Thevenin dari kombinasi pengikat tegangan

didorong

oleh

sebuah sumber

tegangan

dengan

resistansi Thevenin tinggi berkurang menjadi hanya resistansi keluaran dari pengikat tegangan (perlawanan kecil). Pengurangan resistensi membuat kombinasi sumber tegangan lebih ideal. Konfigurasi ini umumnya digunakan pada tahap output dari kelas-B dan kelas-AB amplifier. Rangkaian dasar dimodifikasi untuk mengoperasikan transistor di kelas-B atau modus AB. Di kelas-A mode, kadang-kadang sumber arus aktif digunakan sebagai pengganti RE (Gambar 4) untuk meningkatkan linearitas / efisiensi Common Base. Pada frekuensi rendah dan menggunakan model hibrida-pi disederhanakan, kecil-sinyal berikut karakteristik dapat diturunkan. (Parameter

dan

garis

paralel

mengindikasikan

komponen secara paralel.)

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 22

Approximat Definiti on

Expression

e

Condition

expression

Current

0

Gain Voltage Gain Input Resistanc e Output Resistanc e Dimana •

adalah resistansi sumber Thevenin setara.

Derivation

Gambar 2-3 Gambar di atas menunjukkan frekuensi rendah hybrid-pi model untuk rangkaian. Menggunakan hukum Ohm ini berbagai aliran telah ditentukan dan hasil ini ditampilkan pada diagram. Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 23

c. Common Base

Gambar 2-4. Common Base Dalam elektronik, sebuah amplifier yang umum-base (juga dikenal sebagai ground-base) adalah salah satu dari tiga dasar transistor tunggal-tahap persimpangan bipolar (BJT) amplifier topologi, biasanya digunakan sebagai buffer saat ini atau penguat tegangan. Dalam rangkaian ini terminal emitor dari transistor berfungsi sebagai input, output kolektor, dan basis yang sama untuk kedua nama (misalnya, mungkin akan terikat untuk referensi tanah atau rel listrik), maka nya. Rangkaian efek medan transistor analog adalah penguat common-gate.

Gambar 2-5

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 24

•

Aplikasi Pengaturan ini tidak sangat umum di frekuensi rendah

sirkuit, di mana biasanya digunakan untuk amplifier yang membutuhkan impedansi masukan yang luar biasa rendah, misalnya untuk bertindak sebagai preamplifier untuk bergerakkumparan mikrofon. Namun, pada frekuensi tinggi amplifier, misalnya untuk VHF dan UHF, karena kapasitansi input tidak memperoleh dari efek Miller, yang menurunkan bandwidth dari konfigurasi common-emitor, dan karena isolasi relatif tinggi antara input dan output. Isolasi tinggi berarti bahwa ada sedikit feedback dari output ke input, menyebabkan stabilitas yang tinggi. •

Low frekuensi karakteristik Pada frekuensi rendah dan di bawah kondisi sinyal kecil,

rangkaian pada Gambar 2-4 dapat diwakili oleh itu pada Gambar 25, di mana model hibrida-pi untuk BJT tersebut sudah bekerja. Sinyal input diwakili oleh sebuah sumber tegangan Thevenin, vs, dengan resistansi seri Rs dan beban adalah RL resistor. Sirkuit ini dapat digunakan untuk memperoleh karakteristik berikut penguat common-base. •

Voltage amplifier Untuk kasus ketika sirkuit-base umum digunakan sebagai

penguat tegangan, sirkuit yang ditunjukkan pada Gambar 2-6.

Gambar 2-6 resistansi keluaran besar, setidaknya RC || rO, nilai yang muncul dengan impedansi sumber yang rendah (RS > rE representasi driver sebagai sumber Thevenin harus diganti dengan representasi dengan sumber Norton. Rangkaian common-base berhenti bersikap seperti penguat tegangan dan bersifat seperti penguat saat ini, seperti yang dibahas selanjutnya.

d. Current follower Gambar 2-7 menunjukkan penguat common-dasar yang digunakan sebagai penguat saat ini. Sinyal sirkuit disediakan oleh sumber Norton AC (arus IS, Norton resistance RS) pada masukan, dan rangkaian memiliki resistor beban RL pada output.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 26

Gambar 2-7 Seperti sebagai

disebutkan

konsekuensi

sebelumnya, dari

rO

amplifier

resistansi

ini

bilateral

output,

yang

menghubungkan output ke input. Dalam hal ini resistansi keluaran besar bahkan dalam kasus terburuk (itu adalah di rO || RC dan dapat menjadi (β + 1) rO || RC untuk besar RS). Resistansi output yang besar adalah atribut yang diinginkan dari sebuah sumber arus karena pembagian arus menguntungkan mengirimkan sebagian besar arus ke beban. Keuntungan saat ini sangat mendekati satu asalkan RS >> rE. Teknik analisa alternatif didasarkan pada dua-port jaringan. Misalnya, dalam aplikasi seperti ini di mana saat ini adalah output, yang h-sama dua-port dipilih karena menggunakan penguat arus di port output. Common

Base

(CB)

kadang-kadang

disebut

Base

Beralas . sinyal input yang diterapkan pada sinyal keluaran emitter.The diambil dari garis umum collector., (tidak digunakan untuk sinyal) terhubung ke dasar. e. Common Emitter Amplifier •

Tujuan dari penguat emitor umum adalah untuk memberikan arus yang baik, tegangan, dan memperoleh power.

•

180 ° pergeseran fasa

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 27

f. Common Emitter Amplifier Components

Gambar 2-8 R1 determines forward bias R2 dalam pengembangan Bias R3 resistor kolektor beban yang digunakan untuk mengembangkan sinyal keluaran R4 resistor emitor digunakan untuk stabilitas termal

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 28

BAB III PENGUAT TEGANGAN Pada bagian sebelumnya telah dipelajari bagaimana transistor diberi tegangan panjar (bias) agar transistor tersebut dapat bekerja sebagai penguat. Pada gambar di bawah diperlihatkan penguat BJT emitor-ditanahkan dengan tegangan panjar dari VCC dan VBE.

Gambar 3-1. Pemasangan tegangan panjar pada penguat emitor ditanahkan Antara parameter masukan dan keluaran terdapat hubungan dalam bentuk eksponensial sebagai berikut

Arus kolektor (iC) besarnya hampir mendekati arus emitor (iE), dengan demikian kita dapat menuliskan

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 29

Gambar 3-2. Bentuk isyarat keluaran suatu penguat untuk isyarat masukan

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 30

(a) 1 dan1,8 mV, (b) 4 dan 8 mV dan (c) 15 dan 20 mV dan tegangan kolektor diberikan oleh

Persamaan di atas menunjukkan hubungan antara tegangan input vBE dan tegangan outputvC, di mana keduanya terdapat komponen DC (untuk panjar) dan komponen AC (isyarat).Sayangnya keluaran dan masukan merupakan hubungan yang tidak selalu linier.Dengan kata lain tidak selalu keluaran merupakan copy dari masukan sehingga terjadi keluaran yang terdestori (cacat). Ini terjadi akibat isyarat masukan yang terlalu besar. Pada gambar 13.3-a isyarat keluaran dari suatu input 1 dan 1.8 mV memperlihatkan bentuk sinusoida yang sempurna (tidak terjadi distorsi). Namun jika isyarat masukandiperbesar menjadi 4 dan 8 mV (gambar 13.3b) nampak bahwa untuk garis referensi di 7V, isyarat keluaran tidak simetri lagi (bagian bawah lebih tajam). Pada isyarat masukan sebesar 15 mV (gambar 13.3-c), isyarat keluaran mengalami distorsi yang sangat nyata. Saat masukan diperbesar ke harga 20 mV, masukan kolektor menyamai tegangan emiter, akibatnya transistor berada pada daerah jenuh sehingga isyarat keluaran terpotong kurang lebih 2 V. Dengan demikian kita hanya dapat menentukan besarnya tegangan keluaran karena adanya perubahan yang sangat kecil pada masukan, yang lebih dikenal sebagai penguatan isyarat kecil (small-signal gain). Kita memiliki

dan besarnya penguatan diberikan oleh

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 31

atau Pada persamaan terlihat bahwa penguatan berharga negatif, artinya jika vBE naik maka iC juga naik, tetapi sebaliknya vC akan menurun. Untuk pengoperasian pada isyarat kecil, iC tetap mendekati harga panjar DC, yaitu IC, sehingga penguatan isyarat kecil diberikan oleh

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 32

BAB IV POWER AMPLIFIER A. Pengertian Power Amplifier Power amplifier adalah penguat akhir bagian sistem tata suara yang berfungsi sebagai penguat sinyal audio yang pada dasarnya merupakan penguat tegangan dan arus dari sinyal audio yang bertujuan untuk menggerakan pengeras suara (loud speaker). Istilah power amplifier merupakan penguat akhir sehingga tidak dilengkapi dengan pengatur nada, berbeda dengan istilah amplifier yang didalmanya terdiri dari pengatur nada dan power amplifier.Atau komponen elektronika yang di pakai untuk menguatkan daya atau tenaga

secara

umum.

Dalam

penggunaannya,

amplifier

akan

menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus I dan tegangan V listrik dari inputnya. Sedangkan outpunya akan menjadi arus listrik dan tegangan yang lebih besar. Besarnya pengertian amplifier sering di sebut dengan istilah Gain. Nilai dari gain yang dinyatakan sebagai fungsi penguat frekunsi audio, Gain power amplifier antara 200 kali sampai 100 kali dari signal output. Jadi gain merupakan hasil bagi dari daya di bagian output dengan daya di bagian input dalam bentuk fungsi frekuensi. Ukuran gain biasannya memakai decible (dB).

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 33

Gambar 4-1 Dalam bagian pengertian amplifier pada proses penguatannya audio ini terbagi menjadi dua kelompok bagian penting, yaitu bagian penguat signal tegangan (V) yang kebanyakan menggunakan susunan transistor darlington, dan bagian penguat arus susunannya transistor paralel. Masing masing transistor derdaya besar dan menggunakan sirip pendingin untuk membuang panas ke udara, sehingga pada saat ini banyak yang menggunakan transistor simetris komplementer. Power amplifier rakitan berfungsi sebagai penguat akhir dan preamplifier menuju ke drive speaker. Pengertian amplifier pada umumnya terbagi menjadi 2, yaitu power amplifier dan integrated amplifier. Power Amplifier adalah penguat akhir yang tidak sertai dengan tone control (volume, bass, treble), sebaliknya integrated amplifier adalah penguat akhir yang telah disertai dengan tone control. Jenis-Jenis Amplifier telah bervariasi seperti OT, OTL, OCL dan BTL yang sudah sering di gunakan di pasaran. Dan setiap jenis komponen dan pengertian amplifier tersebut memiliki kelebihan dan kekurangan masing-masing. Berikut kami jelaskan satu persatu :

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 34

a. Power Amplifier OT (Output Transformer)

Gambar 4-2 Power amplifier OT (Output Transformer) merupakan jenis power amplifier yang menggunakan kopling sebuah transformer OT untuk menghubungkan rangkaian penguat akhir dengan beban pengeras suara (loud speaker). Respon frekuensi power amplifier OT (output Transformer) cenderung berada di range frekuesni audio menengah sehingga untuk reproduksi suara nada bass tidak bagus. Power amplifier jenis OT ini memiliki keunggulan terhadap terjadinya short circuit penguat akhir, sehingga tidak merusak penguat suara (loud speaker). b. Power Amplifier OTL (Output Transformer Less)

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 35

Gambar 4-3 Power amplifier OTL (Output Transformer Less) merupakan power amplifier yang tidak menggunakan transformer sebagai kopling rangkaian power amplifier dengan pengeras suara (loud speaker). Pada jenis power amplifier ini ada 2 jenis kopling yang digunakan yaitu : •

Menggunakan kopling kapasitor yang berfungsi untuk mem-blok tegangan DC penguat dan hanya melewatkan sinyal audio (AC) ke penguat suara (loud speaker),

•

Tanpa menggunakan kopling kapasitor (direct coupling) power amplifier jenis ini yang kemudian berkembang menjadi power amplifier OCL (Output Capasitor Less).

c. Power Amplifier OCL (Output Capasitor Less) Power amplifier OCL (output capasitor less) merupakan jenis power amplifier tanpa kopling tambahan antara rangkaian penguat dengan pengeras suara (loud speaker). Power amplifier ini langsung menghubungkan output rangkaian power amplifier ke loud speaker. Power amplifier OCL memiliki respon frekuensi yang lebar, sehingga semua range frekuensi audio dapat direproduksi dengan baik. Power amplifier OCL memiliki kelemahan, apabila terjadi short circuit pada bagian akhir power amplifier maka pengeras suara (loud speaker) akan rusak.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 36

d. Power Amplifier BTL (Bridge Transformer Less)

Gambar 4-4 Power amplifier BTL (bridge transformer less) merupakan penggabungan 2 unit rangkaian power amplifier OTL atau OCL yang bertujuan untuk menguatkan sinyal audio dengan fasa yang berbeda secara terpisah dan memberikannya ke loud speaker secara bersama sehingga diperoleh suatu penguatan tegangan yang lebih besar atau minimal 2x lebih besar dari penggunaan penguat OTL atau OCL biasa. Pada power amplifier BTL (bridge transformer less) penguat suara (loud speaker) sebagai beban dihubungkan dengan rangkaian power amplifier secara bridge (jembatan) yaitu setiap kutup pada pengeras suara (loud speaker) masing-masing dihubungkan dengan rangkaian power ampifier yang terpisah. Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 37

B. Struktur dari power Amplifier ini biasanya terdiri dari : a. Heat Sink (casing) Fungsi dari Heat Sink ini adalah untuk menyerap dan membuang panas yang dihasilkan oleh transistor.Bahan pembuat dari heat sink ini umumnya adalah aluminium cor atau kadang-kadang digunakan pula tembaga. b. DC Connector Terminals section.Pada sebagian besar Amplifier terdapat beberapa terminal untuk menyambung power input yaitu DC + konstan langsung dari terminal + ( positive dari Accu),Ground or Negative (-) yang biasanya disambungkan dengan chassis mobil.Remote turn on/off berfungsi sebagai kabel kontrol untuk mematikan dan menyalakan power, yang dikontrol dari Head Unit. c. RCA or High Level terminal Input.Fungsi dari terminal ini adalah sebagai penghantar sinyal audio dari Head Unit ke Amplifier. Biasanya melalui kabel interconnect atau RCA.Kualitas dari kabel ini sangat penting, karena kabel yang baik dapat menghantarkan sinyal suara dengan baik, sebaliknya kabel yang kurang baik akan merusak suara juga.High Input speaker terminal dipergunakan apabila tidak terdapat output RCA (low level ) pada HU anda.Ada pula terminal khusus seperti pada product satu merk amplifiers yang memakai connector Symbilink, untuk memudahkan kita dalam menyetel power tersebut dengan memakai PC or notebook. d. Speaker Output Connector.Terminal ini adalah sebagai terminal keluarnya sinyal yang telah diperkuat.Biasanya terdiri dari terminal dengan tanda plus+ dan minus-.Ada pula petunjuk khusus untuk membuat power bekerja dengan kondisi mono (bridged). e. Crossover section.Banyak power amplifier dewasa ini telah diperlengkapi dengan crossover aktif.Jadi amp tersebut dapat dipergunakan

denagn

beberapa

konfigurasi,

untuk

amplifier

subwoofer (LPF) ,full range ( filter/tapis tidak dipergunakan) dan untuk midbass( HPF).

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 38

f. Gain section Fungsi dari gain tersebut adalah mengatur agar sinyal yang masuk sesuai dengan input sensitivity dari Power Amplifier tersebut.Biasanya range sensitivity dari power amp sewasa ini adalah dari 2 -5 volts.Biasa disebut juga dengan Output sensitivity. g. Fuse Amplifier yang baik harus diperlengkapi dengan sekring, sekring ini dapat berupa AGU fuse, atau bentuk sekring lainnya.Ampere sekring disesuaikan dengan daya max yang dapat dikeluarkan.Setelah mengenal struktur luar dari Amp, kita beralih ke isi dari alat ini berikut sistem kerjanya. Sekarang kita masuk ke klasifikasi/perbedaan dari power amplifier output stage menurut kelasnya : a. Class AB, A, B Amplifier kelas ini memakai sedikitnya 1 transistor per rail per channel.Amplifier 2 channel akan memakai sedikitnya 4 output transistor, tapi dapat juga ditambah jumlahnya supaya terdapat peningkatan signifikan pada dayanya.Dua transistor pada 1 channel akan bekerja on dan off,mengirim nilai variabel dari voltage sinyal + dan - ke speaker output terminal +.Terminal - dari speaker terminal tersambung pada ground.Kapan dan berapa sering transistor menyala akan menentukan kelas dari amplifier tersebut apakah kelas A, AB atau B.Transistor power kelas A selalu menyala oleh arus yang mengalir, suara memang lebih baik dibanding kelas AB atau B, tapi akan lebih cepat menjadi panas ,karena tidak efisien. Banyak energi yang terbuang karena berubah menjadi panas.Class B:hanya 1 dari transistor

tersebut

yang

menyala

dalam

satu

waktu.Class

B

efisien,hanya mungkin suara nya agak kurang bila dibanding dengan Class A danAB.Penjelasan ini menerangkan mengapa lebih banyak dipakai kelas AB di caraudio, efisien dan bersuara cukup baik. b. Class G

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 39

Cara kerja power ini mirip dengan kelas AB, hanya ada suatu cara yang membuat amplifier ini menjadi lebih efisien, Amp ini mempunyai lebih dari 1 rail +dan - yang satu lebih tinggi nilainya. Ada merk tertentu yang memakai + dan -sebesar 25 volt untuk level rendah. Dan bila tidak diperlukan, amp ini bekerjahanya pada 25 V, tapi seiring dengan bertambahnya signal level,amp ini dengan lembut berpindah pada rail yang lebih tinggi misal 50 volts.Kesimpulannya, suara dari amplifier kelas G ini sama baiknya dengan class AB tapi jauh lebih efisien. c. Class D Amplifier pada kelas ini tidak menggunakan alat output secara analog untuk merubah voltage naik atau turun. Amp ini menggunakan Mosfet ,yang seperti transistor,tapi bedanya memakai siklus on dan off nya yang sangat cepat,dibanding dengan pada kelas AB yang merubah naik atau turun. Siklus seberapa sering on versus off akan menentukan berapa besar output dari power ini.Biasa power Class D ini ditujukan sebagai power untuk Subwoofer.Kita ibaratkan seperti saklar on/off untuk menyalakan lampu (D)dan saklar dimmer untuk meredupkan lampu(AB). Amplifier Class D sangat efisien tetapi sangat terbatas untuk frequency response nya, serta tingkat distorsinya lebih besar dari kelasAB. d. Vacuum Tube Amplifier (Amplifier tabung)Power Amplifier ini menggunakan pendahulu dari transistor,yaitu tabung hampa, udara dengan katoda dan anoda yang berfungsi mengalirkan elektron.Cara kerjanya adalah dengan memakai transformator dengan memasukkan tegangan tinggi dan kemudian dirubah kembali menjadi tegangan rendah dengan arus yang dapat menggerakkan speaker.Tapi banyak menjadi perdebatan karena banyak audiophile yang berpendapat bahwa power ini suaranya lebih baik dari power transistor.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 40

Tahap berikutnya adalah cara membaca spesifikasi dari power, dan penentuan jumlah channel yang paling sesuai dengan keperluan OS mania.Power Amplifier dibuat dengan berbagai jumlah channel, 2 channel stereo, 4 channel, 5 dan 6channel ( 4 channel identik dan 1-2 channel dengan watt lebih besar untuk subwoofer), 5 channel dengan daya yang identik bisanya ditujukan untuk pemakaian sistem car theatre 5.1, channel ke 5 ditujukan untuk center channel,dan power monoblock class D. Spesifikasi biasanya disertakan dalam spec sheet, sederhananya adalah daya(watts), pilihlah daya yang sesuai dengan power handling dari speaker anda.Sebaiknya sesuaikan watt power agar tidak terjadi under powered atau over powered.Pilih juga karakteristik suara yang sesuai dengan keperluan sistem anda, apakah Sound Quality (SQ), Sound Pressure Level(SPL) atau CarTheatre.Bandingkan juga nilai2 Frequency response, yang biasa nilai deviasi nyatidak lebih dari + atau - 0,2 dB pada rentang frequency 20 Hz - 20Khz.Perhatikan juga Total Harmonic distorsion (THD+N) A-weighted, parameter ini menunjukkan tingkat

distorsi

yang

terjadi

pada

output

10

watt

atau

1milliwatt.Selanjutnya adalah S/N ( Signal to Noise ) ratio, adalah parameter yang menunjukkan tingkat perbandingan antara signal yang diinginkan( signalmusic ) terhadap noise.Carilah nilai persentase terkecil untuk THD dan nilai terbesar untuk S/N ratio.Carilah power yang damping factornya >100 dB,stereo separation dengan nilai tertinggi, dan juga coba apakah terjadi turnon/off click yang biasanya sangat mengganggu.Bila anda menghendaki pemakaian active cross over, atau bila HU anda tidak mempunyai fungsi tersebut, carilah power amplifier yang nilai x'overnya variable,lebih baik bila dilengkapi pula dengan phase controller serta saklar pemilih HPF,Full range dan LPF Sirkuit pengaman /Protection circuit juga elemen yang penting dalam memilih power, power yang baik harus diperlengkapi dengan short circuit protection dan juga thermal dan overload protection. Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 41

BAGIAN-BAGIAN POWER AMPLIFIER DAN FUNGSINYA a. Power Supply/ Catu Daya Power supply berfungsi untuk menyuplai tegangan untuk tone control, power/ penguat,serta accesoris lainnya seperti kipas,dan lainlain. Power supply yang digunakan untuk amplifier biasanya menggunakan power supply yang memilki 3 keluaran, yaitu : a) Keluaran tegangan positif (+) b) Keluaran tegangan negatif (-) c) Keluaran ground. Di dalam power supply terdapat beberapa komponen, yaitu : •

Dioda Dioda berfungsi sebagai rectifier/ penyearah, yaitu mengubah tegangan bolak balik AC (Alternating Curent), menjadi tegangan DC (Direct Curent). Dioda yang digunakan untuk power supply pada AMPLIFIER sebaiknya menggunakan dioda bridge, atau yang lebih dikenal dioda dengan system jembatan agar tegangan yang dihasilkan lebih bagus.

•

Elco/ Electrolit Condensator Elco berfungsi sebagai filter atau penyaring, setelah tegangan bolak balik AC di ubah menjadi tegangan DC oleh dioda, maka selanjutnya elco yang akan bekerja sebagai penyaring.

•

IC IC disini berfungsi sebagai pelengkap, setelah tegangan DC difilter oleh elco maka akan lebih distabilkan oleh IC agar sinyal keluaran murni tegangan DC.

b. Tone Control

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 42

Tone control berfungsi untuk mengatur tinggi atau rendahnya nada yang diinginkan,dalam tone control terdapat beberapa pengaturan, seperti : a. Pengaturan Volume : untuk mengatur keras suara. b. Pengaturan Bass

: untuk mengatur nada rendah dari 20Hz-

1000Hz.. c. Pengaturan Treble : untuk mengatur nada tinggi dari 1000Hz1500Hz. d. Pengaturan Loudness : untuk mengatur keras suara dan nada. e. Pengaturan Balance : untuk mengatur keseimbangan kuat suara bagian kanal kiri dan kanan.

c. Penguat atau Power Penguat berfungsi untuk menguatkan sinyal suara yang lemah dari input dan diproses oleh tone maka selanjutnya akan dikuatkan oleh power sebelum sinyal suara tersebut dikeluarkan melalui speaker yang dapat didengar oleh manusia. Pada dasarnya besarnya daya dari sebuah amplifier tergantung dari penguat itu sendiri. MENENTUKAN GANGGUAN YANG SERING TERJADI PADA POWER AMPLIIER DAN LANGKAH-LANGKAH PERBAIKANNYA a. Mati total Biasanya kerusakan mati total pada power amplifier terdapat permasalahan pada rangkaian power supply atau catu daya. Karena power supply tidak dapat menyuplai tegangan ke tone control, power/ penguat. Cara perbaikannya :  Uji cok AC dengan multitester apakah cok AC masih dalam keadaan bagus atau rusak,jika rusak gantilah terlebih dahulu.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 43

 Jika

cok

AC

masih

bagus,

lanjutkan

pengukuran

pada

transformator. Ukur tegangan pada lilitan primer apakah tegangan ada, yang seharusnya bernilai 220 VAC. Jika ada maka lanjutkan pengukuran pada lilitan sekunder, jika tegangan tidak ada maka transformator rusak,gantilah.  Jika trafo masih bagus, lanjutkan pengukuran pada dioda dengan menggunakan multitester, dengan cara : putar posisi selector swict pada posisi Volt DC.ukur tegangan pada kaki katoda dioda apakah tegangan DC ada atau tidak, jika tidak ada maka anda harus melepas dioda dari papan PCB, untuk melakukan pengukuran pada dioda lakukan cara berikut: •

Putar posisi selektor pada posisi Ohm X1

•

letakkan prof positif (+) multitester pada kaki katoda dioda dan prof (-) pada kaki anoda, maka jarum akan bergerak menunjukkan nilai tertentu. Sebaliknya prof positif (+) pada kaki anoda dan prof (-) pada kaki katoda maka jarumtidak akan bergerak. Jika dioda diuji sesuai dengan langkah diatas, maka dioda masih dalam keadan bagus.

•

lanjutkan pengukuran pada elco,jika tegangan tidak ada setelah kaki elco, jika tegangan tidak ada maka lepaskan elco dari papan PCB dengan menggunakan solder, serta lakukan pengujian pada elco dengan multitester dengan cara : o putar posisi selector switch pada posisi omh X1 o letakkan prof positif (+) pada kaki postif elco dan prof negatif (-) pada kaki negatif elco.jika elco masih dalam keadaan bagus maka jarum akan bergerak dan kembali secara perlahan, jika jarum tidak kembali maka elco tersebut bocor, jka jarum tidak bergerak sama sekali maka elco rusak, gantilah.

•

selanjutnya lakukan pengukuran pada PCB setelah kaki IC jika tegangan tidak ada maka IC rusak, gantilah IC tersebut setelah

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 44

melakukan pengujian sesuai dengan tata cara diatas maka amplifier akan bias hidup dan operasikan kembali. b. Suara tidak keluar Pada permasalahan ini biasanya kerusakan terjadi pada terminal input dan rangkaian tone control, cara mengantisipasinya yaitu : a. Uji cok AV apakah masih dalam keadaan bagus. b. Cek keadaan terminal input apakah masih bagus c. Cek kabel audio input dari terminal ke tone control apakah salah satu kabel ada yang putus d. Selanjutnya lakukan pengujian pada tone control, apakah tegangan pada power supply masuk. e. Jika ada cek komponen-komponen aktif pada tone tersebut, seperti transistor, elco, apakah masih bagus, jika tidak gantilah. Apabila semua hal di atas telah dilakukan dengan benar,lakukan pengujian pada tone yaitu dengan cara menyentuh out put dari tone control jika ada suara yang keluar maka kerusakan telah teratasi, jika tidak maka power atau penguat yang bermasalah. Cek komponenkomponen aktif pada penguat, jika ada yang rusak gantilah. c. Suara keluar tetapi tidak bersih atau serak Hal yang mesti dilakukan adalah :  Pastikan resistor variable pada tone control masih dalam keadan bagus, jika bagus maka lanjutkan dengan cara,  Menyentuh out put pada tone control jika suara yang dikeluarkan serak atau tidak bersih biasanya hal ini yang terjadi karena komponen penguat transistor pada power rusak.  Lakukan pengujian transistor penguat pada papan PCB dengan multitester, yaitu dengan cara: •

Putar posisi selektor switch pada Ohm X1,letakkan prof pada kaki transistror, jika jarum bergerak dan menunjukkan nilai pada

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 45

angka Nol (0), maka transistor rusak. Lepaskan transistor dari PCBdan lakukan pengujian kembali. Dengan cara menentukan terlebih dahulu jenis transistor apakah jenis PNP atau NPN, hal ini juga dapat ditentukan dengan cara melihat nilai transistor tersebut pada bodinya, jika nilainya genap maka jenisnya PNP, dan apabila ganjil maka jenisnya NPN. Berikut cara pengujian untuk transistor : a. Jenis PNP Putar posisi selektor switch multitester pada Ohm X1,Letakkan prof positif (+) multitester pada kaki basis transistor, dan prof negatif (-) pada kaki kolektor,dan jarum akan bergerak menunjukkan nilai tertentu, setelah itu letakkan juga prof negatif (-) multitester pada kaki emitor jarum akan bergerak juga menunjukkan nilai tertentu. Jika cara diatas telah dilakukan dan salah satunya ada jarumnya yang tidak begerak maka transistor rusak, gantilah transistor tersebut. b. Jenis NPN Putar posisi selektor switch multitester pada Ohm X1,Letakkan prof negatif (-) multitester pada kaki basis transistor, dan prof positif (+) pada kaki kolektor, dan jarum akan bergerak menunjukkan nila tertentu, setelah itu letakkan juga prof positif (+) pada kaki emitor jarum akan bergerak juga menunjukkan nilai tertentu. Jika cara diatas telah dilakukan dan salah satunya ada jarumnya yang tidak begerak maka transistor rusak, gantilah transistor tersebut.

Untuk menghitung daya listik, anda bisa menggunakan rumus ini : P=VxI hasilnya menggunakan satuan VA (volt ampere). Misalkan : Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 46

Listrik dirumah anda menggunakan arus 1 phase (220 volt) dengan MCB 10 Amp maka untuk menghitung daya listriknya menggunakan seperti dibawah ini. P = 220 V x 10 Amp = 2200 VA. Seharusnya, untuk 1 Phase : P = V x I x Cos Q (phi), untuk cos Q (power factor) bisa bernilai 0,8 atau 1. P = 220 V x 10 Amp x 0,8 = 1760 watt. P = 220 V x 10 Amp x 1 = 2200 watt. Jadi kalau dirumah, beban pemakaian mempunyai Cos Q (Power factor) 0.8, maka dengan berlangganan 2200 VA (Limiter 10 Amp), kita hanya bisa memakai 1760 watt saja. Sedangkan jika Cos Q (power factor) 1, maka anda bisa memakai 2200 watt. Untuk 3 Phase : P = V x I x V3 (akar tiga) x Cos Q. Contoh : 1. P = 380 V x 10 Amp x 1,73 x 0,8 = 5259.2 watt. 2. P = 380 V x 10 Amp x 1,73 x 1 = 6574 watt. NB : 1. Dalam perhitungan 3 phase harus selalu desertakan V 3 (akar tiga). 2. Cos Q adalah Power Factor. 3. Satuan VA untuk daya semu sedangkan untuk watt adalah daya nyata. C. Differential Amplifier Penguat diferensial adalah suatu penguat yang bekerja dengan memperkuat sinyal yang merupakan selisih dari kedua masukannya. Berikut ini adalah gambar skema dari penguat diferensial sederhana :

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 47

Gambar 4-5 Penguat diferensial tersebut menggunakan komponen BJT (Bipolar Junction Transistor) yang identik / sama persis sebagai penguat. Pada penguat diferensial terdapat dua sinyal masukan (input) yaitu V1 dan V2. Dalam kondisi ideal, apabila kedua masukan identik (Vid = 0), maka keluaran Vod = 0. Hal ini disebabkan karena IB1 = IB2 sehingga IC1 = IC2 dan IE1 = IE2. Karena itu tegangan keluaran (VC1 dan VC2) harganya sama sehingga Vod = 0. Apabila terdapat perbedaan antara sinyal V1 dan V2, maka Vid = V1 – V2. Hal ini akan menyebabkan terjadinya perbedaan antara IB1 dan IB2. Dengan begitu harga IC1 berbeda dengan IC2, sehingga harga Vod meningkat sesuai sesuai dengan besar penguatan Transistor. Untuk memperbesar penguatan dapat digunakan dua tingkat penguat

diferensial

dihubungkan

dengan

(cascade). masukan

Keluaran

penguat

diferensial

penguat

diferensial

tingkatan

berikutnya. Dengan begitu besar penguatan total (Ad) adalah hasil kali

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 48

antara penguatan penguat diferensial pertama (Vd1) dan penguatan penguat diferensial kedua (Vd2). Dalam penerapannya, penguat diferensial lebih disukai apabila hanya memiliki satu keluaran. Jadi yang diguankan adalah tegangan antara satu keluaran dan bumi (ground). Untuk dapat menghasilkan satu keluaran yang tegangannya terhadap bumi (ground) sama dengan tegangan antara dua keluaran (Vod), maka salah satu keluaran dari penguat diferensial tingkat kedua di hubungkan dengan suatu pengikut emitor (emitter follower). Untuk memperoleh kinerja yang lebih baik, maka keluaran dari pengikut emiter dihubungkan dengan suatu konfigurasi yang disebut dengan totem-pole. Dengan menggunakan konfigurasi ini, maka tegangan keluaran X dapat berayun secara positif hingga mendekati harga VCC dan dapat berayun secara negatif hingga mendekati harga VEE. Apabila seluruh rangkaian telah dihubungkan, maka rengkaian tersebut sudah dapat dikatakan sebagai penguat operasional (Operational Amplifier (Op Amp)). Penjelasan lebih lanjut mengenai hal ini akan dilakukan pada sub bab berikut. D. Penguat Operasional Penguat operasional (Op Amp) adalah suatu rangkaian terintegrasi yang berisi beberapa tingkat dan konfigurasi penguat diferensial yang telah dijelaskan di atas. Penguat operasional memilki dua masukan dan satu keluaran serta memiliki penguatan DC yang tinggi. Untuk dapat bekerja dengan baik, penguat operasional memerlukan tegangan catu yang simetris yaitu tegangan yang berharga positif (+V) dan tegangan yang berharga negatif (-V) terhadap tanah (ground). Berikut ini adalah simbol dari penguat operasional:

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 49

Gambar 4-6 a. Karakteristik Ideal Penguat Operasional Penguat operasional banyak digunakan dalam berbagai aplikasi karena beberapa keunggulan yang dimilikinya, seperti penguatan yang tinggi, impedansi masukan yang tinggi, impedansi keluaran yang rendah dan lain sebagainya. Berikut ini adalah karakteristik dari OpAmp ideal: 1) Penguatan tegangan lingkar terbuka (open-loop voltage gain) AVOL = -∞ 2) Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO = 0 3) Hambatan masukan (input resistance) RI = ∞ 4) Hambatan keluaran (output resistance) RO = 0 5) Lebar pita (band width) BW = ∞ 6) Waktu tanggapan (respon time) = 0 detik 7) Karakteristik tidak berubah dengan suhu Kondisi ideal tersebut hanya merupakan kondisi teoritis tidak mungkun dapat dicapai dalam kondisi praktis. Tetapi para pembuat Op Amp berusaha untuk membuat Op Amp yang memiliki karakteristik mendekati kondisi-kondisi di atas. Karena itu sebuah Op Amp yang baik harus memiliki karakteristik yang mendekati kondisi ideal. Berikut ini akan dijelaskan satu persatu tentang kondisi-kondisi ideal dari Op Amp.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 50

a) Penguatan Tegangan Lingkar Terbuka Penguatan tegangan lingkar terbuka (open loop voltage gain) adalah penguatan diferensial Op Amp pada kondisi dimana tidak terdapat umpan balik (feedback) yang diterapkan padanya seberti yang terlihat pada gambar 2.2. Secara ideal, penguatan tegangan lingkar terbuka adalah: AVOL = Vo / Vid = -∞ AVOL = Vo/(V1-V2) = -∞ Tanda

negatif

menandakan

bahwa

tegangan

keluaran

VO berbeda fasa dengan tegangan masukan V id. Konsep tentang penguatan

tegangan

tak

berhingga

tersebut

sukar

untuk

divisualisasikan dan tidak mungkin untuk diwujudkan. Suatu hal yang perlu untuk dimengerti adalah bahwa tegangan keluaran VO jauh lebih besar daripada tegangan masukan V id. Dalam kondisi praktis, harga AVOL adalah antara 5000 (sekitar 74 dB) hingga 100000 (sekitar 100 dB). Tetapi dalam penerapannya tegangan keluaran V O tidak lebih dari tegangan catu yang diberikan pada Op Amp. Karena itu Op Amp baik digunakan untuk menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. b) Tegangan Ofset Keluaran Tegangan ofset keluaran (output offset voltage) VOO adalah harga tegangan keluaran dari Op Amp terhadap tanah (ground) pada kondisi tegangan masukan Vid = 0. Secara ideal, harga VOO = 0 V. Op Amp yang dapat memenuhi harga tersebut disebut sebagai Op Amp dengan CMR (common mode rejection) ideal. Tetapi dalam kondisi praktis, akibat adanya ketidakseimbangan dan ketidakidentikan dalam penguat diferensial dalam Op Amp tersebut, maka tegangan ofset VOO biasanya berharga sedikit di atas 0 V. Apalagi apabila tidak digunakan umpan balik maka harga VOO akan menjadi cukup besar untuk menimbulkan saturasi pada Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 51

keluaran. Untuk mengatasi hal ini, maka perlu diterapakan tegangan koreksi pada Op Amp. Hal ini dilakukan agar pada saat tegangan masukan Vid = 0, tegangan keluaran VO juga = 0. Apabila hal ini tercapai, c) Hambatan Masukan Hambatan masukan (input resistance) Ri dari Op Amp adalah besar hambatan di antara kedua masukan Op Amp. Secara ideal hambatan masukan Op Amp adalah tak berhingga. Tetapi dalam kondisi praktis, harga hambatan masukan Op Amp adalah antara 5 k hingga 20 M, tergantung pada tipe Op Amp. Harga ini biasanya diukur pada kondisi Op Amp tanpa umpan balik. Apabila suatu umpan balik negatif (negative feedback) diterapkan pada Op Amp, maka hambatan masukan Op Amp akan meningkat. Dalam suatu penguat, hambatan masukan yang besar adalah suatu hal yang diharapkan. Semakin besar hambatan masukan suatu penguat, semakin baik penguat tersebut dalam menguatkan sinyal yang amplitudonya sangat kecil. Dengan hambatan masukan yang besar, maka sumber sinyal masukan tidak terbebani terlalu besar.

d) Hambatan Keluaran Hambatan Keluaran (output resistance) RO dari Op Amp adalah besarnya hambatan dalam yang timbul pada saat Op Amp bekerja sebagai pembangkit sinyal. Secara ideal harga hambatan keluaran RO Op Amp adalah = 0. Apabula hal ini tercapai, maka seluruh tegangan keluaran Op Amp akan timbul pada beban keluaran (RL), sehingga dalam suatu penguat, hambatan keluaran yang kecil sangat diharapkan. Dalam kondisi praktis harga hambatan keluaran Op Amp adalah antara beberapa ohm hingga ratusan ohm pada kondisi tanpa Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 52

umpan balik. Dengan diterapkannya umpan balik, maka harga hambatan keluaran akan menurun hingga mendekati kondisi ideal. e) Lebar Pita Lebar pita (band width) BW dari Op Amp adalah lebar frekuensi tertentu dimana tegangan keluaran tidak jatuh lebih dari 0,707 dari harga tegangan maksimum pada saat amplitudo tegangan masukan konstan. Secara ideal, Op Amp memiliki lebar pita yang tak terhingga. Tetapi dalam penerapannya, hal ini jauh dari kenyataan. Sebagian besar Op Amp serba guan memiliki lebar pita hingga 1 MHz dan biasanya diterapkan pada sinyal dengan frekuensi beberapa kiloHertz. Tetapi ada juga Op Amp yang khusus dirancang untuk bekerja pada frekuensi beberapa MegaHertz. Op Amp jenis ini juga harus didukung komponen eksternal yang dapat mengkompensasi frekuensi tinggi agar dapat bekerja dengan baik. f) Waktu Tanggapan Waktu tanggapan (respon time) dari Op Amp adalah waktu yang diperlukan oleh keluaran untuk berubah setelah masukan berubah. Secara ideal harga waktu respon Op Amp adalah = 0 detik, yaitu keluaran harus berubah langsung pada saat masukan berubah. Tetapi dalam prakteknya, waktu tanggapan dari Op Amp memang cepat tetapi tidak langsung berubah sesuai masukan. Waktu tanggapan Op Amp umumnya adalah beberapa mikro detik hal ini disebut juga slew rate. Perubahan keluaran yang hanya beberapa

mikrodetik

setelah

perubahan

masukan

tersebut

umumnya disertai dengan oveshoot yaitu lonjakan yang melebihi kondisi steady state. Tetapi pada penerapan biasa, hal ini dapat diabaikan. g) Karakteristik Terhadap Suhu Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 53

Sebagai mana diketahui, suatu bahan semikonduktor yang akan berubah karakteristiknya apabila terjadi perubahan suhu yang cukup besar. Pada Op Amp yang ideal, karakteristiknya tidak berubah terhadap perubahan suhu. Tetapi dalam prakteknya, karakteristik sebuah Op Amp pada umumnya sedikit berubah, walaupun pada penerapan biasa, perubahan tersebut dapat diabaikan. b. Implementasi Penguat Operasional Rangkaian yang akan dijelaskan dan dianalisa dalam tulisan ini akan menggunakan penguat operasional yang bekerja sebagai komparator dan sekaligus bekerja sebagai penguat. Berikut ini adalah konfigurasi Op Amp yang bekerja sebagai penguat:

Gambar 4-7. Penguat Non-Inverting Gambar

di

atas

adalah

gambar

sebuah

penguat

non

inverting. Penguat tersebut dinamakan penguat noninverting karena masukan dari penguat tersebut adalah masukan noninverting dari Op Amp. Sinyal keluaran penguat jenis ini sefasa dengan sinyal keluarannya. Adapun besar penguatan dari penguat ini dapat dihitung dengan rumus: AV = (R1+R2)/R1 AV = 1 + R2/R1 Sehingga :

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 54

VO =1+(R2/R1) Vid Selain penguat noninverting, terdapat pula konfigurasi penguat inverting. Dari penamaannya, maka dapat diketahui bahwa sinyal masukan dari penguat jenis ini diterapkan pada masukan inverting dari Op Amp, yaitu masukan dengan tanda “-“. Sinyal masukan dari pengaut

inverting

berbeda

fasa

sebesar

180 0 dengan

sinyal

keluarannya. Jadi jiak ada masukan positif, maka keluarannya adalah negatif. Berikut ini adalah skema dari penguat inverting:

Gambar 4-8. Penguat Inverting Penguatan dari penguat di atas dapat dihitung dengan rumus: AV = - R2/R1 Sehingga:

VO = - (R2/R1) Vid

c. Aplikasi Operational Amplifier Terdapat banyak sekali penggunaan dari penguat operasional dalam berbagai jenis sirkuit listrik. Di bawah ini dipaparkan beberapa penggunaan umum dari penguat operasional dalam contoh sirkuit: 1) Komparator (Rangkaian Pembanding) Merupakan salah satu aplikasi yang memanfaatkan penguatan terbuka (open-loop gain) penguat operasional yang sangat Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 55

besar. Ada jenis penguat operasional khusus yang memang difungsikan semata-mata untuk penggunaan ini dan agak berbeda dari penguat operasional lainnya dan umum disebut juga dengan komparator . Komparator

membandingkan

dua

tegangan

listrik

dan

mengubah keluarannya untuk menunjukkan tegangan mana yang lebih tinggi.

Di mana Vs adalah tegangan catu daya dan penguat operasional beroperasi di antara + Vs dan −Vs.) 2) Penguat Pembalik (Inverting Amplifier) Sebuah penguat pembalik menggunakan umpan balik negatif untuk membalik dan menguatkan sebuah tegangan.Resistor Rf melewatkan sebagian sinyal keluaran kembali ke masukan. Karena keluaran taksefase sebesar 180°, maka nilai keluaran tersebut secara efektif mengurangi besar masukan.Ini mengurangi bati keseluruhan dari penguat dan disebut dengan umpan balik negatif.

Di mana, a.

(karena

adalah virtual ground)

b. Sebuah resistor dengan nilai

,

ditempatkan di antara masukan non-pembalik dan bumi.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 56

Walaupun tidak dibutuhkan, hal ini mengurangi galat karena arus bias masukan. Penguatan dari penguat ditentukan dari rasio antara R f dan Rin, yaitu:

Tanda negatif menunjukkan bahwa keluaran adalah pembalikan dari masukan. Contohnya jika Rf adalah 10.000 Ω dan Rin adalah 1.000 Ω, maka nilai bati adalah -10.000Ω / 1.000Ω, yaitu -10. 3) Penguat tak pembalik (Non Inverting Amplifier) Penguat Non Inverting amplifier merupakan kebalikan dari penguat inverting,dimana Input dimasukkan pada input non inverting sehingga polaritas output akan sama dengan polaritas input tapi memiliki penguatan yang tergantung dari besarnya Rfeedback dan Rinput. Rumus penguatan penguat non-pembalik adalah sebagai berikut:

atau dengan kata lain:

Dengan demikian, penguat non-pembalik memiliki penguatan minimum bernilai 1. Karena tegangan sinyal masukan terhubung langsung dengan masukan pada penguat operasional maka impedansi masukan bernilai

.

4) Penguat Differensiator Penguat diferensial digunakan untuk mencari selisih dari dua tegangan yang telah dikalikan dengan konstanta tertentu yang

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 57

ditentukan oleh nilai resistansi yaitu sebesar dan

.

Penguat

jenis

ini

untuk berbeda

dengan

diferensiator.Rumus yang digunakan adalah sebagai berikut:

Sedangkan

untuk R1 =R2 dan Rf = Rg maka

bati

diferensial

adalah:

5) Rangkaian Penguat Penjumlah (Summing Amplifier) Penguat

penjumlah

menjumlahkan

beberapa

tegangan

masukan, dengan persamaan sebagai berikut:

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 58

 Saat

, dan Rf saling bebas maka:

 Saat

, maka:

  Keluaran adalah terbalik.  Impedansi masukan dari masukan ke-n adalah mana

(di

adalah Virtual ground).

6) Penguat Integrator (Integrator Amplifier ) Penguat ini mengintegrasikan tegangan masukan terhadap waktu, dengan persamaan:

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 59

Di mana pada

adalah waktu dan

adalah tegangan keluaran

. Sebuah integrator dapat juga dipandang sebagai tapis

pelewat-tinggi dan dapat digunakan untuk rangkaian tapis aktif. 7) Differensiator Mendiferensiasikan sinyal hasil pembalikan terhadap waktu dengan persamaan:

di mana

dan

adalah fungsi dari waktu.

Pada dasarnya diferensiator dapat juga dibangun dari integrator dengan cara mengganti kapasitor dengan induktor, namun tidak dilakukan karena harga induktor yang mahal dan bentuknya yang besar.Diferensiator dapat juga dilihat sebagai tapis pelewat-rendah dan dapat digunakan sebagai tapis aktif.

Revision : 00

Date : Sept 6th 2013

Page : 60