Laporan Penguat Daya Kelas A

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Dalam matakuliah Elektronika II telah dipelajari beberapa teori tentang rangkaian common seperti common basis, common emitter, dan common collector. Salah satu penerapan dari rangkaian common emitter adalah penguat kelas A. Penguat kelas A ini terdiri dari rangkaian CE, dimana titik Q nya itu berada tepat ditengah-tengah garis beban DC. Dalam teori kita telah mempelajari cara merancang penguat kelas A dengan perhitungan-perhitungan dan karakteristik dari penguat kelas A itu sendiri. Untuk membuktikan rancangan yang kita buat, maka kita harus mempraktikannya secara langsung. Maka dari itu, untuk memenuhi tugas matakuliah Elektronika II dan untuk membuktikan rancangan penguat yang telah kita buat menghasilkan output yang sesuai dengan apa yang kita inginkan. Penguat kelas A ini adalah penguat tegangan. Tegangan output yang dihasilkan akan memiliki nilai tegangan yang lebih besar daripada tegangan inputnya. Hal ini karena terdapat penguatan dalam rangkaian tersebut. Sinyal output yang dihasilkan akan berbanding terbalik dengan sinyal inputnya. Jika rancangan yang kita buat tepat, maka tidak akan terjadi perpotongan sinyal pada sinyal outputnya.

1.2. Perumusan Masalah 1. Bagaimana karakteristik penguat daya kelas A ? 2. Bagaimana membuat rancangan penguat daya kelas A ? 3. Bagaimana cara kerja penguat daya kelas A ? 4. Apakah ada perbedaan output yang dihasilkan antara rancangan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran ?

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

1

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

1.3. Tujuan Penulisan 1. Memahami karakteristik penguat daya kelas A 2. Dapat membuat rancangan penguat daya kelas A 3. Memahami cara kerja penguat daya kelas A 4. Mengetahui perbedaan output yang dihasilkan antara rancangan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

2

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A] BAB II PEMBAHASAN PENGUAT DAYA KELAS A Apabila sebuah transistor mempunyai titik Q didekat tengah-tengah dari garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja di daerah aktif dalam seluruh siklusnya. Apabila isyarat membesar, transistor terus bekerja di daderah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik jenuh dan titik pancung tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini dari jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut dari kelas A. Operasi kelas A, berarti operasi di mana tidak terjadi pengguntingan di kedua ujung dari sinyal AC. Apabila pengguntingan terjadi, operasi tersebut tidak lagi disebut dari kelas A. Untuk membuat rangkaian penguat daya kelas A kita dapat menggunakan rangkaian sebuah penguat CE. Kita dapat melakukan perancangan penguat kelas A ini dengan menggunakan beberapa rumus yang akan dibahas di pembahasan berikutnya. Tentu saja rancangan yang kita buat harus meletakan titik Q berada di tengah-tengah garis beban DC agar tidak terjadi perpotongan sinyal pada outputnya. Sinyal output dari penguat daya kelas A ini adalah terbalik dengan sinyal inputnya. Hal ini terjadi karena ?????

2.1.Garis beban AC Setiap penguat melihat dua macam beban; beban dc dan beban ac. Ini berarti kita mengenal dua jenis garis beban; garis beban dc dan garis beban ac. Kita dapat menurunkan garis beban dc, dengan menganalisa rangkaian ekivalen dc. Hal ini telah kita lakukan dalam bab-bab sebelumnya. Untuk memperoleh garis beban ac, kita harus menganalisa rangkaian ekivalen ac.

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

3

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

(a (b ))

(c)

(d )

Gambar 1. Penguat CE (a) Rangkaian (b) Rangkaian ekivalen DC (c) Rangkaian Ekivalen AC

Gambar 2. Garis beban DC dan AC Pada Gambar 1-b. Bila terminal-terminal kolektor-emitor dihubung pendekan, transistor akan menjadi jenuh dan arus dc dari kolektor menjadi maksimum dan diberikan oleh:

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

4

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A] Apabila terminal-terminal kolektor-emitor terbuka transistor-transistor tersebut dalam keadaan off dan tegan dc kolektor-emitor mencapai maksimum sama dengan

Perpotongan dengan sumbu-sumbu vertikal dan mendatar diperlihatkan dalam Gambar 2. Selanjutnya, kita dapat mencari arus dan tegangan dc di titik Q. Untuk seterusnya kita akan mempergunakan

I CQ

V CEQ untuk melambangkan dan di titik Q. Seperti

dan

diperlihatkan dalam Gambar

2. Dalam Gambar 2, arus

kolektor

diberikan oleh

dc

kira-kira

Dimana

Tegangan dc kolektor-emitor adalah

Setelah menentukan garis beban dc. Pada Gambar 1-c menunjukkan rangkaian ekivalen ac. Emiter untuk ac tersambung ke bumi, oleh adanya kapasitor pintas, dan kolektor memacu suatu tahanan beban sebesar

Apabila tegangan masukan ac dari Gambar 1-c disusutkan menjadi nol, transistor akan beroperasi di titik Q yang diperlihatkan dalam Gambar 1-d. Apabila isyarat masukan ac diperbesar mulai dari nol, perubahan–perubahan akan terjadi dalam arus kolektor total dan tegangan kolektor total

IC

V CE . Oleh karena tahanan beban ac berbeda dengan tahanan

beban dc, maka operasi berlangsung sepanjang garis beban ac daripada garis beban dc. Perhatikan bahwa garis beban ac mempunyai titik jenuh (saturation point) yang diberi lambang

I C (sat) dan suatu titik pancung yang ditunjukkan dengan

v CE (cutoff ) .

2.2.Ujung-ujung Garis Beban AC

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

5

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A] i c(sat ) dan

Untuk mendapatkan harga dari

v CE(cutoff )

dalam Gambar 1-c, tegangan

kolektor ac diberikan oleh

Dimana tanda minus menunjukkan pembalikan fasa. Oleh karena tegangan ac dan arus ac ekivalen dengan perubahan dalam arus dan tegangan total, persamaan di atas dapat ditulis sebagai:

Dalam Gambar 2, perubahan dalam arus total antara titik Q dan titik jenuh dari garis beban adalah:

Ini menyatakan kenaikan dalam arus total apabila kita berpindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Dengan jalan yang sama, perubahan dalam tegangan total antara titik Q dan titik jenuh adalah

Hal ini diperhatikan oleh karena tegangan total menurun bila kita pindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Apabila perubahan ini disubstitusikan ke dalam persamaan (1-6), kita peroleh :

Dengan menyelesaikan persamaan untuk ini kita peroleh :

arus ini adalah arus di ujung atas dari garis beban. Dengan penurunan yang serupa, tegangan di ujung bawah dari garis beban adalah

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

6

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

Gambar 3. Garis beban ac untuk penguat yang sembarang. Gambar 3 memberikan rangkuman dari garis beban. Garis beban ac ini juga berlaku untuk penguat yang sembarang oleh karena penurunan untuk tittik-titik ujung serupa dengan penurunan dari persamaan (1-7) dan (1-8). 2.3.Kepatuhan Dalam sebuah penguat linier, sebuah transistor bekerja sebagai sebuah sumber arus. Selama sinyal ac kecil, transistor akan berperilaku sebagai sebuah sumber arus selama siklus ac. Akan tetapi, apabila isyaratnya besar, transistor dapat didesak ke keadaan jenuh atau keadaan terpancung di mana transistor tidak lagi berperilaku sebagai sumber arus.  Kepatuhan DC Kepatuhan (Complience) dari sebuah sumber arus adalah jangkauan tegangan operasi dari sumber tersebut. Misalnya apabila sebuah sumber arus dapat bekerja antara suatu tegangan minimum 5 V dan sebuah tegangan maksimal 25 V,maka sumber tersebut mempunyai kepatuhan 20 V Kepatuhan dc dari sebuah penguat transistor adalah jangakauan tegangan operasi dc dari kolektor. Misalnya, Gambar 4 memperlihatkan sebuah garis beban dc dari sebuah rangkaian yang diberi prategangan oleh sebuah pembagai tegangan. Oleh karena titik Q dapat ditempatkan di mana saja sepanjang garis beban dc, maka kepatuhan tegangan dc sama dengan . Apabila

V CC =15V maka penguat transistor tersebut mempunyai kepatuhan 15V.

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

7

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

Gambar

4.

Kepatuhan dc sama denegan seluruh garis beban dc.  Sinyal maksimum tak terpotong Sebuah penguat akan beroperasi sepanjang garis beban ac, bila penguat tersebut dijalankan oleh sebuah tegangan ac. Apabila sinyalnya terlalu besar, sinyal tersebut akan terpotong di salah satu ujungnya seperti ditunjukkan dalam Gambar 5-a. Apabila titik Q berada di bawah pusat garis beban, kita memperoleh pemotongan seperti ditunjukkan dalam Gambar 5-a. Apbila titik Q berada di atas pusat dari garis beban, kita peroleh pemotongan jenuh, seperti diperlihatkan dalam Gambar 5-b. Apbila kita menempatkan Q di tengah-tengah garis beban, kita peroleh sinyal terbesar yang tidak terpotong (Gambar 5-c).

Gambar 5. (a)Penjepitan pancung. (b)Penjepitan kejenuhan. (c) ayun isyarat maksimal



Kepatuhan AC ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

8

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A] Kepatuhan ac PP adalah maksimum tegangan keluaran penguat dari puncak ke puncak (tanpa pemotongan). Misalnya dalam Gambar 5-a diperlihatkan garis beban ac dengan titik Q lebih dekat ke keadaan pancung daripada keadaan jenuh. Oleh karena perpotongan dalam keadaan terpancung terjadi lebih dulu, maka kepatuhan ac-nya adalah:

Apabila

I CQ =1 mA

r L=3 KΩ ,

dan

harus mempunyai kepatuhan ac

penguat

sebesar

Nilai PP ini menyatakan maksimum dari tegangan keluaran dari puncak ke puncak yang tak terpancung dari setiap penguat dengan

I CQ =1 mA

dan r L=3 KΩ

Dalam Gambar 5-b, titik Q lebih dekat pada kejenuhan. Ini berarti sinyal keluaran yang terbesar yang tidak tergantung mempunyai tegangan puncak ke puncak sebesar

Apabila misalnya

V CEQ =5 V

, penguat mempunyai kepatuhan ac sebesar 10 V.

Apabila titik Q ditempatkan di pertengahan di garis beban ac seperti diperlihatkan dalam Gambar 5-c, penguat mempunyai kepatuhan ac yang maksimal, artinya penguat tersebut dapat menghasilkan sinyalyan tak terpancung yang maksimal. Selanjutnya

Oleh karena itu kita dapat menghitung kepatuhan ac dengan menggunakan atau

2 I CQ . r L

2V CEQ

. Apabila kita menganalisa penguat transistor, kita ingin mengetahui

kepatuhan ac-nya. Untuk setiap penguat, kepatuhan tersebut sama dengan yang terkecil di antara

2V CEQ

dan

2 I CQ . r L .

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

9

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

BAB III PERANCANGAN Setelah kita mengetahui tentang definisi dan juga rumus-rumus dari penguat daya kelas A. Selanjutnya adalah perancangan penguat daya kelas A. Untuk merancang sebuah penguat daya kelas A, diperlukan langkahlangkah dalam membuatnya, diantaranya: 3.1.Menentukan Transistor. Untuk menentukan transistor yang digunakan pada penguat daya kelas A. Maka kita memilih transistor jenis NPN dan memiliki aplikasi untuk penguat daya. Jika kita lihat pada Gambar. 1 maka secara kasat mata kita akan mengetahui bentuk fisik transistor daya. Selain itu, lihat datasheet transistor untuk mengetahui Power Dissipation, ingat bahwa transistor daya harus memiliki PD lebih dari 0,5 watt. Pada perancangan rangkaian penguat daya kelas A, kami memilih transistor TIP41C, yang memiliki karakteristik dan absolute maximum rating sebagai berikut. Jenis : NPN Epitaxial Silicon Transistor Aplikasi : Medium Power Linier and Switching

Tabel 1. Absolute Maximum Ratings of TIP41C

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

10

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

V CC ,

3.2.Menentukan besar

β dc

, dan

I CQ

Dalam menentukan besar Vcc, jangan melebihi dari nilai Dan dalam menentukan nilai dari

I CQ

V CEO

, jangan melebihi dari

= 100 V.

IC

DC = 0,3

A. Sehingga kita mendapatkan:

β dc =75 I C =0,3 A V CC =20V I CQ =0,5 I C =0,5 ( 0,3 )=0,15 A

3.3.Menentukan nilai

R E , RC

,

R1

dan

R2

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

11

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]



Kita mulai dengan menghitung Tegangan Emiter. V E =0,1 V CC =0,1 ( 20 )=2 volt



Maka, Tahanan Emiter

VE 2V = =13,3 Ω I E 0,15 A Tahanan Kolektor RC =4 R E=4 ( 13,3 )=53,2 Ω R E=

 

Tegangan Basis yang diperlukan adalah : V B =V E + V BE=2+ 0,7=2,7 Volt



Oleh karena

I B=



β dc

= 75, maka Arus Basis :

I C 0,15 A = =2 mA β dc 75

Arus melalui pembagi tegangan sekurang-kurangnya 10 kali lebih besar dari arus basis yaitu :

I 2 =10 I B =10 ( 2 mA )=20 mA 

Oleh karena itu, tahanan total dari sebuah pembagi tegangan :

R=

V CC 20 V = =1 K Ω I 2 20 mA

 Oleh karena

R 2=

V B =V 2=2,7 V maka R 1 dan R2 sebagai berikut :

V 2 2,7 V = =135 Ω I 2 20 mA

dan

R1=R−R2=1000−135=865 Ω

Tabel Nilai Perhitungan dan Nilai sebenarnya resistor.

ELEKTRONIKA II | Pendidikan Teknik Elektronika

12

[LAPORAN PENGUAT DAYA KELAS A]

Nilai Resistor

Hasil Perhitungan

Yang ada Di Pasaran

R1

865 Ω

820 Ω

R2

135 Ω

120 Ω

RE

13,3 Ω

15 Ω

RC , R L

53,2 Ω

56 Ω

3.4.Menentukan besar

C1 , C2

dan

C3

Pada rangkaian penguat daya kelas A, kapasitor yang digunakan adalah yang memiliki polaritas (electrolyc capacitor). Untuk C1 dan C2 bernilai 10 µF karena hanya sebagai bypass. Sedangkan untuk karena sebagai kapasitor kopling. Oleh karenanya

erhatikan nila X C dari kapasitor XC

1 = 2 πfc

XC

=

C3

C3 XC

sebesar 100 µF