1. PENDAHULUAN
Dalam praktek sering kali kita harus menghubungkan suatu penguat dengan suatu
sumber, dengan penguat lain, atau dengan beban secara langsung. Ini perlu dilakukan
bila isyarat berupa arus DC atau tegangan bolak balik dengan frekuensi amat rendah.
Dalam banyak hal kita perlu menghubungkan satu transistor dengan transistor yang
lain secara langsung yaitu apabila diinginkan penguatan arus yang besar untuk isyarat
DC maupun AC. Selain itu, penggandengan langsung antara dua transistor juga
dilakukan untuk membuat rangkaian lebih sederhana, ringkas, dan mempunyai titik
operasi yang lebih mantap, yaitu tidak mudah berubah.
Dalam bab ini mula-mula akan dibahas mengenai penguat gandengan DCyang biasa,
yaitu kolektor transistor pertama dihubungkan dengan basis transistor kedua.
Kemudian hubungan Darlington, yaitu emitor transistor pertama masuk basis
transistor kedua, hubungan npn-pnp, penguat differensial, serta penguat kaskoda.
2. Penguat dengan dua transistor dihubungkan langsung
Gambar dibawah ini menunjukkan dua transistor npn yang digandengkan langsung
secara biasa, diamana kolektor transistor pertama dihubungkan dengan basis transistor
kedua. Agar penguat bekerja dengan baik, yaitu mampu menghasilkan isyarat
keluaran yang besar tanpa cacat, titik-q haruslah ditengah garis beban. Penguat
dengan tegangan panjar seperti ini disebutpenguat kelas-A.
Karena kedua transistor berhubungan langsung, yaitu tanpa kapasitor penyekat DC,
maka tegangan panjar pada satu transistor akan mempengaruhi tegangan panjar
transistor yang lain. Agar transistor Q2 mendapat tegangan panjar kelas A, yaitu
dengan titik kerja di tengah garis beban , maka VCE(q) untuk Q2 haruslah sama dengan
10 V, sehingga emitor Q2 mempunyai tegangan 10 V terhadap tanah. Oleh karena RE3
= 1 KΩ, maka IE(q) untuk transistor Q2 haruslah sama dengan 10 mA. Informasi ini
diperlukan untuk menghitung hie2. Oleh karena kolektor Q1 berbeda satu VBE diatas
emitor Q2 maka tegangan kolektor Q1 haruslah kira-kira 10.6 V. selanjutnya ini
berarti
Dan tegangan emitor transistor Q1 haruslah pada (RE1+RE2)IC1 (q)=0.5 V terhadap
tanah. Kemudian tegangan basis Q1 haruslah pada tegangan VB= VE + VBE =0.5
+0.^%= 1.15 V. nilai tegangan pada basis Q1 dapat juga kita hitung dari:
Untuk menganalisa perilaku penguat untuk isyarat kecil, maka dapat dihitung penguat
tegangan pada frekuensi tengah. Rangkaiannya dapat ditunjukkan pada gambar
dibawah ini:
Untuk memudahkan perhitungan, maka dianggap jauh lebih besar dari RE2, dan
.
Dari gambar tersebut,
Sehingga
Akibatnya//
Selanjutnya dihitung,
Jika
Oleh karena itu RC1=10K,maka RC1
Selanjutnya
Dapat juga diperkirakan nilai hambatan masukan Ri dan hambatan keluaran Ro
dengan RB=RB1//RB2
Dengan andaian β1=200
3. Tegangan Panjar Balikan
Suatu variasi rangkaian tegangan pancar untuk penguat dengan dua transistor yang
digandengakan langsung dilukiskan pada gambar 3.1 dan 3.2 dibawah ini.
Pada rangkaian tersebut, arus panjar Q1 diambil dari rangkaian pada emitor Q2.
Misalan arus IC2 pada Q2 bertambah besar, tegangan DC pada titik a akan naik.
Akibatnya, arus basis untuk Q1 akan bertambah besar, arus kolektor IC1 pada transistor
Q1 akan bertambah besar dan tegangan DC pada kolektor C1 akan turun. Akibatnya,
VBE pada transistor Q2 akan berkurang, mempengaruhi arus kolektor IC2 pada
transistor Q2, dan tegamgan titik a kan turun. Tampak bahwa dengan tegangan panjar
balikan rangkaian akan menekannya bila karena suatu hal tegangan pada titik a
bertambah. Akibatnya dengan tegangan panjar seperti inidapat kita peroleh titik kerja
yang mantap.
4. Pelepas Gandengan
Pada gambar dibawah ini, resistor R3 dan kapasitor CD dipasang agar pengaruh
tegangan isyarat pada transistor Q2 terhadap VCC karena hambatan dalam VCC tidak
masuk kedalam rangkaian Q1. Apabila hal ini terjadi, maka dapat terjadi osilasi, yaitu
keadaan dimana tanpa isyarat masukan terjadi isyarat keluaran. Osilasi ini biasa
terjadi pada daerah frekuensi amat rendah, sehingga penguat akan menghasilkan
isyarat yang mengeluarkan bunyi sseperti perahu motor. Osilasi semacam ini disebut
osilasi perahu motor. Kombinasi R3 dan CD dipilih agar mempunyai tetapan waktu R3
CD yang amat rendah, sehingga tegangan syarat yang kembali melalui VCC ditekan
serendah mungkin. Kapasitor CD disebut kapasitor pelepas gandengan, yaitu
melepaskan gandengan antara satu tahap dengan tahap berikutnya terhadap pengaruh
isyarat pada arus dari VCC.
5. Pasangan Darlington
Karena penguatan tergantung pada harga β , maka memproduksi transistor dengan β
yang tinggi banyak memberi keuntungan. Tetapi untuk maksud tersebut diperlukan
lapisan yang sangat tipis pada daerah basis yang akan mengakibatkan transistor
mempunyai tegangan dadal (breakdown voltage) rendah.
Untuk mencapai maksud tersebut di atas bisa dilakukan dengan menghubungkan
dua transistor yang biasa disebut dengan pasangan Darlington seperti terlihat pada
gambar di bawah ini. Pasangan transistor tersebut terdapat di pasaran dalam paket
dengan
ujung-ujung kaki E’, B’ dan C’.
Jika kita berasumsi arus masukan i seperti diperlihatkan pada gambar 14.10 dan
menghitung arus yang mengalir, akan didapat penguatan efektif β=(IC’IB’) adalah
Pasangan Darlington sering juga digunakan dengan arus emitor yang relative tinggi
sehingga β2 relatif kecil; jika tidak Q1 mempunyai berarus rendah sehingga β1 bisa
berharga kecil. Namun demikian dengan mudah kita mendapatkan
Kita mungkin berangan-angan dapat menghitung re dari arus emitor dari Q2. Namun
demikian Q2 dikendalikan dari sumber (Q1) yang memiliki arus yang sangat rendah,
karenanya memiliki hambatan keluaran yang tinggi. Oleh sebab itu harga re efektif
pasangan Darlington diberikan oleh
Namun IE1=IE2/β2 dan juga re1=β2re2, dengan demikian harga re efektif diberikan oleh
Transistor pasangan Darlington banyak dimanfaatkan pada rangkaian pengikut emitor
tenaga-tinggi, utamanya pada penguat daya audio.
Contoh 1:
Hitung parameter kinerja penguat diferensial seperti pada gambar dibawah ini, untuk
berbagai isyarat masukan. Transistor penyusun diasumsikan identik dengan β= 250
dengan toleransi 1%.
Jawab:
Hitung besarnya tegangan panjar
Semua angka-angka diatas mempunyai toleransi 0.1 V atau 1% namun nilai inii tidak
penting untuk dikoreksi. Untuk masing-masing transistor kita mempunyai:
Untuk pengoperasian diferensial, masukan isyarat-kecil (misalnya ± 1 mV), emitor
dalam kondisi ditanahkan (ac) dan Q1 dan Q2 masing-masing mempunyai penguatan
sebesar
Besarnya keluaran diferensial VC1-V C2 adalah 2 X 2 X 0,312 = 1,25 volt p - p . Untuk
masukan diferensial, hambatan masukan adalah
sedangkan untuk masukan ujung-tunggal besarnya hambatan masukan adalah
dan untuk masukan modus bersama besarnya hambatan masukan adalah
besarnya fraksi masukan modus bersama yang ada pada sambungan B-E adalah
jadi walaupun dengan masukan sebesar 2 volt p-p akan hanya mengubah vbe sebesar
±2,6 mV, dengan demikian masih pada pengoperasian isyarat-kecil. Jika kita
mengasumsikan harga efektif RE sebesar 100 kW, besarnya keluaran modus bersama
pada kolektor adalah sebesar
Karena adanya toleransi sebesar 1% untuk RL1, RL2, harga di atas dapat berubah-
ubah pada kisaran ±0,0002 volts. Keluaran diferensial ( vo1-vo2) akan berharga paling
besar ±0,4 mV (peak).
Jika masukan berupa isyarat modus bersama yang tergabung (superimpossed) dengan
isyarat diferensial sebesar 2 mV(p-p), maka keluaran sebesar 312 mV(p) dari isyarat
DM akan menenggelamkan isyarat keluaran 20 mV(p) dari CM. dengan
menggunakan keluaran diferensial, perbedaanya akan naik sebesar 624 mV(p) sampai
0,4 mV(p).
6. Hubungan npn-pnp dan pnp-npn
Suatu bentuk gandengan langsung antara dua transistor yang sering dijumpai adalah
seperti pada gambar 1.
Gambar 6.1. Penguat gandengan npn-pnp
Penguat di atas tidak lain penguat gandengan langsung biasa seperti pada gambar 1.
Perbedaannya hanya terletak pada transistor Q2 yaitu transistor pnp. Dioda D1 dan D2
adalah untuk penyedot arus ICO, agar tak menyebrang sambungan basis kolektor, yang
akan menyebabkan titik kerja mudah berubah dengan suhu.
Kombinasi pnp-npn seringkali digunakan sebagai satu transistor ini dilukiskan pada
gambar 2 berikut:
Gambar 6.2. a) Kombinasi npn-pnp berfungsi sebagai npn; b) Kombinasi pnp-npn
berfungsi sebagai pnp.
Sifat transistor gabungan ditentukan oleh macam transistor pertamanya. Misalkan
transistor pertama npn, maka kombinasi akan bersifat sebagai transistor npn pula.
7. Penguat Differensial
Satu bentuk penguat gandengan langsung yang banyak digunakan dapat dilihat pada
gambar 3 yaitu suatu bentuk penguat diferensial.
Penguat ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran. Selisih tegangan isyarat
antara kedua keluaran ini sebanding dengan selisih kedua isyarat pada masukan, jika
penguatan tegangan kedua penguat sama. Ini dapat dijelaskan sebagai berikut:
V01 = A1V1 dan V02 = A2 Vi2. Jika A1 = A2 = A
V01 –V02 = A(Vi1-V12)
Atau Vod = A Vid dengan Vod = V01 – V02 dan Vid = Vi1-V12
Penguatan A juga disebut penguatan diferensial. Oleh karena itu ada dua masukan dan
dua keluaran, penguat diferensial seperti itu dikatakan mempunyai masukan berujung
dua dan keluaran berujung dua. Penguat diferensial tersebut dikenal dengan nama
penguat diferensial masukan berimbang dan keluaran berimbang.
Marilah kita tinjau perilaku penguat di atas untuk isyarat masukan diferensial
Vid = Vi1-V12. Agar lebih mudah dimengerti Vi2 dibuat tetap besarnya, misalnya sama
dengan nol. Rangkaian menjadi seperti gambar 4a.
Jika Vid diperbesar, arus IE1 akan diperbesar pula. Akibatnya tegangan titik A akan
naik, VBE(Q2) akan berkurang sehingga IE2 akan berkurang. Ini berarti
Gambar 3.4. (a) penguat diferensial dengan masukan dan keluaran berimbang; (b)
rangkaian setara penguat pada (a)
Gambar. 3.3 a Penguat diferensial Gambar 3.3 b. Tegangan pada titik
A tak langsung pada isyarat
masukan diferensial
iE 1 + 1E.2 = lE tetap besarnya. Oleh karena VA = iE RE - VEE, tegangan pada titik A tak
dipengaruhi oleh isyarat diferensial. Dengan kata lain tegangan pada titik A
mempunyai nilai tetap terhadap isyarat diferensiaL Dapatlah diartikan bahwa untuk
isyarat diferensial, RE tak dilalui arus isyarat sehingga tidak muncul pada rangkaian
setara isyarat kecil. Untuk isyarat diferensial pada suatu penguat diferensial dengan
masukan berimbang dap keluaran berimbang rangkaian setara adalah seperti pada
gambar 5.
Dari gambar 4 tampak bahwa hambatan masukan Ri = 2hie dan hambatan keluaran
c
oe
Rh
R //1
20
Penguatan arus adalah hfe, sehingga pengaturan tegangan adalah:
ie
coefe
ii
oo
id
odV
h
Rhh
Ri
Ri
V
VK
//
Untuk 1/hoe >> Rc maka
KV, dif adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.
dengan Kv,di adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.
7.1 Penguat diferensial dengan keluaran tunggal.
Seringkali kolektor salah satu transistor dihubungkan langsung padA Vcc sehingga
berada pada tanah ac. Penguat diferensial semacam ini mempunyai keluaran tunggal
dan disebut penguat diferensial dengan keluaran, tak berimbang. Penguat semacam ini
dilukiskan pada gambar 3.5
Gambar 3.5. Penguat diferensial dengan keluaran tunggal
Marilah kita tinjau perilaku kedua masukan pada penguat di atas. Jika V i2 kita
buat tetap dan V.1 diperbesar maka arus iEl membesar dan iE2 mengecil maka
tegangan pada keluaran akan naik. Jadi isyarat pada masukan akan menghasilkan
keluaran sefasa. Masukan a disebut masukan tak membalik, dan dinyatakan dengan
tanda +. Jika masukan a dibuat tetap dan tegangan pada masukan b diperbesar,
maka arus kolektor Q2 akan bertambah besar yang berakibatkan tegangan pada
keluaran akan turun. Tampak jika keluaran b dinaikkan, keluaran turun, atau
isyarat pada masukan b akan menghasilkan keluaran dengan fasa berlawanan. Oleh
karena itu masukan b disebut masukan membalik, dan diberi tanda -.
Suatu bentuk penguat diferensial dengan masukan diferensial dan keluaran tunggal
adalah penguat operasional.
Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang dilukiskan pada
gambar berikut
Gambar 3.6. Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang.
7.2 Nisbah Penolakan Modus Bersama.
Misalkan kedua masukan penguat diferensial dengan masukan berimbang dan
keluaran tak berimbang (keluaran tunggal) kita hubungkan satu dengan yang
lainnya, dan dihubungkan dengan suatu cumber isyarat-isyarat yang bersama
dihubungkan dengan kedua masukan penguat diferensial disebut isyarat modus
bersama (common mode). Berapa besar tegangan isyarat keluaran untuk masukan
modus bersama seperti itu? Jika penguatan tegangan Q2 sama dengan penguatan Q1
yaitu A, maka tegangan isyarat keluaran ialah
V0 = A (V1-V2)
Penguatan tegangan untuk isyarat modus bersama disebut penguatan modus bersama
(ACM). Secara ideal jelaslah penguatan modus bersama harus sama dengan nol (Ac,yr
= 0). Dalam praktek ACM ≠ 0, tetapi bernilai lebih kecil dari penguatan diferensial.
Sehubungan dengan perilaku penguat diferensial terhadap isyarat modus bersama,
prang mendefinisikan suatu besaran yang disebut nisbah penolakan modus bersama
(Common Mode Rejection Ratio-CMRR), yang menyatakan bagaimana penguat
menolak isyarat modus bersama. CMRR didefinisikan sebagai nisbah penguatan
diferensial terhadap penguat modus bersama atau CMRR.
CM
dif
A
ACMRR
Nisbah modus bersama (CMRR) seringkali dinyatakan dalam dB, yaitu
ataulog20)(CM
dif
A
AdBCMRR
CMRR (dB) = 20 log A d if - 20 log A cm
CMRR (dB) = Adif (dB) -ACM (dB).
Nilai CMRR = 100 dB termasuk tinggi. Tak mullah dibuat penguat diferensial
dengan CMRR sebesar ini. CMRR = 120 dB hanya dapat dicapai pads penguat
diferensial hibrid, dimana komponen-komponen untuk penguat diferensial dibuat
agar mempunyai nilai yang sedekat mungkin. CMRR setinggi ini Bering diperlukan
pada panguat instrumentasi.
Agar lebih jelas, misalkan kita mempunyai penguat diferensial dengan CMRR = -100
dB, dan Adi f = 100 = 40 dB, kits peroleh ACM = -60 dB = 10-3
. Jadi andaikan ada
isyarat modus bersama dengan tegangan 10 V, misalnya oleh sebab dengung dari
listrik PLN, maka pada keluarannya, akan ada tegangan isyarat (10 V) (10-3
) = 10 mV.
Untuk membahas penguatan modus bersama digunakan penguat diferensial dengan
isyarat modus bersama. Perlu kita perhatikan bahwa untuk isyarat modus bersama,
titik pertemuan emitor kedua transistor tidak lagi berperilaku sebagai tanah ac.
Rangkaian setara untuk isyarat modus bersama ditunjukkan pada gambar 10.20
Gambar 3.7. (a) penguat diferensial dengan isyarat modus bersama; (b) Rangkaian
setara penguat (a)
7.3 Penguat Gandengan Emitor.
Suatu modifikasi terhadap penguat diferensial adalah seperti dilukiskan pada
gambar 10.22. Penguat semacam ini disebut penguat gandengan emitor (Emitter
Coupled Amplifier). Penguat ini juga dikenal sebagai penguat diferensial dengan
masukan tak berimbang dan keluaran tak berimbang. Penguat gandengan Or
emitor ini mempunyai tanggapan frekuensi amplitudo yang lebar. Ini disebabkan
karena penguat ini dapat dipandang sebagai suatu pengikut emitor Q1 yang
dihubungkan dengan penguat basis ditampilkan Qz.
Penguat pengikut enutor Q1 mempunyai penguatan tegangan sebesar 0,5 bila kedua
transistor yang digunakan identik, seperti dapat dilihat pada gambar 3.8
tak berpengaruh terhadap kapasitansi Cil
. Selanjutnya penguat Q2 membentuk
penguat basis ditanahkan dengan frekuensi potong atas yang tinggi. Berdasarkan
sifat inilah, penguat gandengan emitor digunakan-untuk penguat daerah frekuensi
radio.
8. Penguat kaskoda
Suatu bentuk penguat gandengan langsung yang dikenal sebagai penguat kaskoda
dapat dilihat pada gambar di bawah ini.
Gambar 3.9 (a) Penguat kaskoda; (b) Kaskoda dilukiskan sebagai penguat emitor
bersambung dengan penguat basis ditanahkan.
Penguat kaskoda sering digunakan sebagai penguat RF (radio frequency) untuk
memperkuat isyarat yang diterima oleh pesawat radio, televisi, ataupun aiat
komunikasi radio yang lain. Penguat kaskoda memiliki tanggapan amplituda yang
amat lebar. Ini dapat dicapai karena penguat kaskoda tak lain adalah suatu penguat
emitor ditanahkan dengan penguatan tegangan satu, dihubungkan dengan penguat basis
ditanahkan.
01eh karena Qr mempunyai penguatan rendah maka efek Miller tak terlalu
berpengaruh terhadap kapasitansi masukan Ql . Selanjutnya penguat Q2 adalah
penguat basis ditanahkan yang mempunyai hambatan masukan rendah, sehingga
frekuensi potong atas mempunyai nilai tinggi Pada penguat frekuensi radio orang
banyak menggunakan kaskoda FLY, seperti pada gambar 3.1010.26.
Persarnaan (10.3) adalah persamaan garis beban yang memberikan nilai
Vos( Q ~ untuk transistor Ql dan Q2.
PENGUAT GANDENGAN DC
OLEH:
INDRAWANTO P (H21109263)
MUH. NUR (H21109268)
SRI RAHAYU (H21109260)
WAHYUNI AR (H21109261)
SUNGKAR EKA GAUTAMA (H211092628)
KONSENTRASI FISIKA MEDIK
JURUSAN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS HASANUDDIN
MAKASSAR
2010
POKOK PEMBAHASAN
1. PENDAHULUAN
2. TANGGAPAN PANJAR BALIK
3. PELEPASAN GANDENGAN
4. HUBUNGAN DARLINGTON
5. HUBUNGAN NPN-PNP DAN PNP-NPN
6. PENGUAT DIFFERENSIAL
Daftar Pustaka
Sutrisno, 1985.Elektronika 2 Teori dan Penerapannya.ITB, Bandung
Malvino, 1992, Prinsip-Prinsip Elektronik (edisi Terjemahan),Erlangga:Jakarta
Top Related