BAB 5E UMPAN BALIK NEGATIF

Transkripsi

1 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 217 BB 5E UMPN BLIK NEGTIF Dengan pemberian umpan balik negati kualita penguat akan lebih baik hal ini ditunjukkan dari : 1. pengutannya lebih tabil, karena tidak lagi dipengaruhi oleh komponen-komponen internal dari penguat, melainkan hanya dari komponen-komponen umpan baliknya. 2. hambatan dalam output dan input tidak lagi bergantung pada parameter-parameter internal tranitor, mialnya h ie dan h oe. Namun bergantung pada komponen luarnya aja. 3. tanggapan rekeni menjadi lebih lebar baik pada LF maupun pada HF. 4. pada kondii tertentu nonlinearita (ditori harmonik) dan raio S/N dari penguat dapat diperbaiki. Diamping keuntungan-keuntungan tentunya ada yang haru dikorbankan, yaitu: 1. penguatan inyal menjadi lebih kecil. Kekurangan ini tidak begitu berarti karena dengan menggunakan op-amp penguatan 10 4 udah demikian murahnya. 2. jika menggunakan banyak bearan umpan balik akan cenderung tidak tabil yaitu kecenderungan beroilai dan menghailkan inyal tegangan output yang tidak diinginkan. Sehingga perancangan NFB perlu kehati-hatian. Pengaruh Umpan Negati Balik pada Penguatan Blok umum dari umpan balik negati digambarkan bb:

2 Bab E, Umpan Balik Negati Hal M - i - oi β o β Gambar 1, Umpan Balik Secara Umum Bearan merupakan tegangan inyal umber dapat berupa tegangan maupun aru, o adalah tegangan output ebagian diumpan balikan dengan menggunakan rangkaian β dengan output dari rangkaian β ebear β o. Sinyal tb digabung dengan inyal umber dengan rangkaian M, ehingga output yang keluar dari rangkaian M adalah i -. Jika adalah penguatan tanpa umpan balik yaitu o / i, maka penguatan dengan umpan balik negati adalah b o i i i + + β + β i i o i i atau b 1 + β Terlihat bahwa penguatan karena umpan balik maih dipengaruhi oleh (yaitu pengutan dari penguat), agar penguatan tidak bergantung pada parameter penguat, maka gunakan β >> 1, ehingga: b 1 β β Terlihat bahwa penguatan hanya bergantung pada aktor umpan baliknya aja (β).

3 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 219 Contoh: Jika penguat dirancang dengan β 0,1 dengan penguat yang dipakai adalah v 1000, maka aktor penguatan β 100, maka b 1000/101 ~ 10. Sedangkan jika penguat tb berubah penguatannya menjadi v 500, maka penguatan karena umpan balik menjadi b 500/501 ~ 10. Terlihat diini bahwa walaupun penguat tadi berubah penguatannya (karena aktor ekternal eperti uhu), namun penguatan karena umpan balik prakti tidak berubah, yaitu ~ 10. Stabilita Penguatan Dari penguatan karena umpan balik tabilita penguatan yaitu : d b d 1 (1 + β ) db 1 d 1 + β b 2 b dapat dicari 1 + β artinya perubahan penguatan d berkurang ebear 1/(1+β) bila menggunakan umpan balik negati. Contoh: Jika 1000 ± 200 yaitu kealahan penguatan tb 20%, dengan menggunakan umpan balik negati β 0,01 maka kealahnnya menjadi 2%, dengan b 100 ± 2. Pengaruh Umpan Balik Negati pada Lebar Frekueni Karakteritik tanggapan rekueni dikembangkan untuk 1. tanggapan rekueni rendah, penguatan berkurang dengan o berkurangnya rekueni, euai dengan L, dengan 1 1 j1

4 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 220 adalah rekueni cut-o (3 db) untuk tanggapan rekueni rendah. 2. tanggapan rekunei medium, penguatan prakti tetap untuk daerah ini, yaitu vo. 3. tanggapan rekueni tinggi, penguatan berkurang dengan o bertambahnya rekueni, euai dengan H 1 j, dengan adalah rekueni cut-o (3 db) untuk tanggapan rekueni tinggi. Secara umum dengan pemberian umpan balik negati penguatannya akan berkurang, euai dengan b demikian 1 + β juga penguatan untuk etiap tanggapan rekueni. Pada kau HF akibat umpan balik negati adalah : o (1 + j ) 1 + j H 2 2 o Hb. 1+ β H 1 + β (1 ) 1 j (1 ) o + j + + β 2 2 o j 2 Penguatan pada HF akibat umpan balik akan berkurang 3 db komponen real dan komponen imajiner pada peramaan tb ama bear, ehingga : 2 1+ β o. Berarti 2b (1 + β vo ) 2. Dengan cara ama untuk LF diperoleh 1b 1 /(1 + β vo ). Tanggapan rekueni akibat umpan balik dapat dilihat pada berikut. o lebar rekueni tanpa NFB ob lebar rekueni akibat NFB 1 (1+β ) (1+β ) Gambar 2, Pengaruh umpan balik negati pada taggapan rekueni

5 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 221 Pengaruh Umpan Balik Negati pada Noie Noie akibat umpan balik dapat dinyatakan ebagai : N - β N, dengan N dan N maing-maing adalah level noie tanpa umpan balik dan dengan umpan balik. Sehingga diperoleh : N N. 1 + β Dari hail terihat bahwa raio S/N tidak ada perbaikan, untuk itu perlu menggunakan komponen dengan raio S/N yang tinggi eperti FET, kabel iolai, maupun menggunakan umber daya beba-noie, dll. Tipe-tipe umpan balik negati da 4 tipe umpan balik negati, yaitu Umpan balik tegangan eri, aru eri, tegangan hunt, aru hunt. Penjelaan dari tipe-tipe tb diberikan berikut ini. Umpan balik tegangan eri v i i v i L o β o β Gambar 3, Blok diagram Umpan Balik tegangan eri. Blok diagram umpan balik tegangan eri diberikan pada Gambar 3 dan contoh rangkaian untuk penguat emiter berama diberikan pada Gambar 4.

6 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 222 CC 5 k C I i 47 k 1 o i 3 k 2 Gambar 4, Umpan balik tegangan eri pada CE Perhatikan Gambar 3, dapat dihitung: Penguatan input o ; β v i o i vb o vb v 1+ β v Jika tidak ada umpan balik maka hambatan dalam input adalah i i /I i, edangkan jika ada umpan balik negati maka hambatan dalam input menjadi : output i + β o i + β v i ib i (1 + β v ) I I I i i i Dari Gambar 3 penguatan v adalah penguatan tegangan pada aat hambatan beban L (dalam keadaan terbuka) berarti rangkaian umpan balik eolah tak berhubungan, hal ini berarti o adalah hambatan dalam output tanpa umpan balik. Dengan adanya umpan balik maka berlaku:

7 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 223 v 1+β v o 1+β v L o Dari ii output: v i o + I o o, edangkan dari ii input o + Ioo i + β o + β o. v tau o v Ioo 1+ β 1+ β v v, ehingga diperoleh ob o 1 + β. v Dari rangkaian CE eperti ditunjukkan pada Gambar 4 jika menggunakan tranitor dengan parameter h ie 2 kω, h e 80, h re 0 h oe 0 S. Diperoleh ebelumnya bahwa penguatan untuk konigurai hec 80 5 kω emiter berama v 200, elanjutnya aktor hie 2 kω 2 3 umpan balik β 0, Hambatan dalam input i h ie 2 kω dan hambatan dalam input akibat umpan balik ib h i1 (1+β v ) 26 kω. Hambatan dalam output dengan mengabaikan h oe maka o C // ( ) 4,5 kω ehingga hambatan dalam output karena umpan balik ob 321 Ω. Umpan balik aru eri Seuai dengan namanya tegangan diumpan balik ecara eri ke tegangan input yang akan diperoleh aru output. Blok diagram umpan balik aru eri ditunjukkan pada Gambar 6 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 5. Dari Gambar 5 tegangan umpan balik diumpan ecara opoii terhadap ehingga be -, dengan menggunakan rangkaian ekivalen eperti pada

8 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 224 CC C be o E Gambar 5, Contoh rangkaian NFB aru eri pada CE I o i o β Gambar 6, Blok diagram umpan balik aru eri h e h ie C (1+h e ) C o e Gambar 7, angkaian ekivalen CE. Dari rangkaian tb (Gambar 7) dapat dihitung : h ie b + (1 +h e ) e, ehingga ib / h ie + (1 + h e ) e. Selanjutnya jika c ~ h ie maka ib ~ h e e.

9 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 225 Pengatan aru karena umpan balik ib I c / h e, edangkan I c c heib c c penguatan tegangan vb ib atau I b ib ib ( hie he e ) Ib c dengan pendekatan ib e Perhitungan hambatan dalam output dilakukan dengan menghubung-ingkatkan inyal input dan melepa inyal output ehingga rangkaiannya eperti dtunjukkan pada Gambar 8a. Perhatikan bahwa konduktani output h oe tidak diabaikan. Dari gambar tb dibuat rangkaian ekivalennya eperti ditunjukkan pada Gambar 8b. h e I h ie C h oe C h e h oe h oe I+ e h ie e (a) (b) Gambar 8, (a) angkaian ekivalen untuk menghitung ob dan (b) rangkain ekivalennya Dari Gambar 8b, maka hambatan dalam output adalah ob Perhatikan h ie dan e dalam hubungan paralel, maka:. I dan tegangan output adalah: I e Ih b ie ( I+ Ib) e Ib h + ie e

10 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 226 heib I I he + hieib Ib( hie + ) h h h h oe oe oe oe dengan menggunakan hail ebelumnya maka I I h e e + hie +. hoe hie + e hoe Sehingga hambatan dalam output ob /I diperoleh ebear: 1 h e e 1 h e e ob + hie + + hoe hie + e hoe hoe hie + e hoe Umpan balik tegangan hunt Seuai dengan namanya aru diumpan balik ecara paralel ke tegangan input yang akan diperoleh tegangan output. Blok diagram umpan balik aru eri ditunjukkan pada Gambar 9 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 10. I I i I o i o I βi o β Gambar 9, Blok diagram NFB tipe tegangan hunt CC C I I o Gambar 10, Contoh NFB tegangan hunt pada CE

11 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 227 Dari Gambar 10 aru yang mauk ke terminal bai adalah I -I dan ada umpan balik tegangan hunt. Pada hambatan akan terjadi eek Miller (yaitu eolah-olah nilai hambatan menjadi lebih kecil) eperti ditunjukkan pada Gambar 11. CC C o 1- v Gambar 11, angkaian CE etelah diganti dengan hambatan Miller Dari Gambar 11 diperoleh /h ie dan dengan menggunakan hec pendekatan vb v maka vb, ehingga aru umpan balik hie v (1 v) didapat I, dengan v negati. Jika input diberi inyal tak ideal berarti ada hambatan umber ebear, namun penguatan tegangan prakti tidak berubah yaitu v o / be. Contoh rangkaian dengan hambatan umber diberikan pada Gambar 12. CC 50 k C 5 k 2,5 k o Gambar 12, Contoh dengan hambatan umber.

12 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 228 Dengan menyadari bahwa v >> 1, maka berarti juga I > dengan demikian I / yaitu dengan mengabaikan be. Selanjutnya tegangan output o - I - /. Dengan demikian o diperoleh :. Hail ini menunjukkan bahwa ada vb pembalikan aa, dan dipergunakan ebagai prinip dari penguat inverting. Hambatan dalam output Untuk menghitung hambatan dalam output rangkaian ekivalen tb dibah menjadi rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 13 yaitu dengan meng-hubung-ingkatkan inyal umber dan membuka output. I - h e h e I I - (1 - h e ) h ie C Gambar 13, angkaian ekivalen untuk mencari hambatan dalam output Dari gambar tb maka (I - h e ) + h ie. Terlihat juga bahwa antara h ie dan pada Gambar 13. Terhubung ecara paralel, maka tegangan pada ama dengan tegangan pada h ie atau h ie [I - (1 - h e ) ], karena aru yang mengalir di adalah I r I -(1 - h e ) eperti yang ditunjukkan pada Gambar 13. Sehingga aru yang I mengalir ke kaki bai adalah Ib. Hambatan dalam hie + (1 + he) output dihitung dari ob /I ehingga : ob I ( I heib) + hie hie+ (1 + he ). I I

13 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 229 ob Dengan menggunakan hail di ata maka h he ie + ( ) dan dengan pendekatan h + (1 + h ) h + (1 + h ) ie e ie e h e > 1 diperoleh : ob h ( + ) ie h + h ie e Perhatikan bahwa untuk menghitung hambatan output o ob // c, yaitu eolah menghubungkan c dengan ground. Dari Gambar 12 jika menggunakan tranitor dengan h e 80 dan h ie 1,5 kω, maka didapat: h I o e c b v be hie I b o vb -20 ib ob // hie 165 Ω 1 v hie( + ) 391 Ω h + h ie e Hambatan output c // ob 362 Ω Umpan balik aru hunt Tegangan diumpan balik ecara paralel ke tegangan input beraal aru eri yang diperoleh dari aru output. Blok diagram umpan balik aru eri ditunjukkan pada Gambar 14 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 15.

14 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 230 I I i I o i o I βi o Io β I o Gambar 14, Blok diagram NFB aru hunt CC C1 C2 I 1 I e2 Gambar 15, Contoh rangkaian NFB aru hunt Penguatan aru i I o /I i, karena ada umpan balik negati I i I - I dengan I β I o. Contoh dari rangkaian NFB tipe aru hunt ditunjukkan pada Gambar 15. Perhatikan pada Gambar 15 komponen bia tidak ditunjukkan hal ini makudnya untuk mempermudah. Parameter tranitor tb adalah : h e 80, h ie 2 kω. Sedangkan hambatan, c1, c2, dan c1 maing-maing adalah 1 kω, 10 kω, 470 Ω dan 100 Ω. Sedangkan 1,5 kω. Dengan menggunakan pendekatan e2 >>, maka aktor umpan balik β dilakukan dengan cara : (perhatikan Gambar 16).

15 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 231 I 1 h e1 1 2 h e2 2 h ie2 C h ie1 C C1 C2 o S E2 I o I 1/16 Gambar 16, angkaian ekivalen dari rangkaian pada Gambar 15. I Io I 1/ e2 I e 2, elanjutnya β I I 1/ I + e2 o e2 c 1 dan I h I h h I + o e b2 e e b1 c1 i dengan 2 h + (1 + h )( // ) ~ 9,6 kω, i ie e e dan I β ( 1+ β) , dengan demikian ib I Io I I + I o b1 ~ 16 be 1 Sedangkan hambatan dalam input ib I o Ioc2 Penguatan tegangan vb I 775 be1 i

16 Bab E, Umpan Balik Negati Hal 232 edangkan be` + i 104 o Dengan demikian didapat penguatan tegangan 775/104 7,5