BUKU TEKNIK ELEKTRONIKA TERBITAN PPPPTK/VEDC MALANG

Transkripsi

1 PENGUAT Pendahuluan Pada paagap sebelumnya telah dijelaskan bagaimana semikondukto sambungan NPN atau PNP tebentuk menjadi sebuah tansisto. Pada bebeapa angkaian elektonik tansisto seing difungsikan sebagai elemen penguat dan sakla tekendali. Dua hal yang membedakan, bila tansisto diopeasikan sebagai penguat pembeian tegangan bias diletakkan pada daeah aktif (linie), sedangkan apabila tansisto bekeja sebagai sakla pembeian tegangan bias beada pada daeah hantaan penuh/sumbatan penuh (non linie) Kaakteistik masukan Untuk memudahkan pengetian secaa kualitatif peilaku dai bentuk kaakteistik masukan dan keluaan suatu tansisto dapat dipandang sebagai ekivalen dai dua buah dioda yang saling betolak belakang dengan posisi katodanya saling dihubungkan. Gamba 2.0. mempelihatkan suatu simbol dan angkaian pengganti tansisto-npn, dimana pada daeah aktif susunan dioda antaa emito-basis mendapat tegangan bias maju (fowad biased). Suatu sifat penting dai kaakteistik masukan aus tegangan adalah menyeupai sifat sumbe tegangan konstan yang ditandai dengan adanya tegangan ambang () dengan aus emito kecil. Umumnya, besanya tegangan ambang () kia-kia <0,3 untuk tansisto Gemanium dan <0.6 untuk tansisto Silikon. Pada daeah diatas batasan tegangan ambang () telihat jelas sekali bentuk kuva dapat digunakan model pendekatan linie sumbe aus konstan. Pada daeah ini telihat peubahan tegangan basis emito ( ) yang sedemikian kecil akan menyebabkan peubahan aus kolekto (I ) cukup besa. Dengan peilaku yang demikian ini sangat memungkinkan sekali suatu alasan kenapa tansisto banyak difungsikan sebagai penguat (amplification). Gamba 2.0. ias dan angkaian pengganti tansisto-npn

2 248 Aga supaya mudah dipahami, maka bentuk kuva dai kaakteistik masukan dapat kita pandang sebagai peubahan tegangan basis emito ( ) dengan mengkondisikan tegangan antaa kolekto-emito ( E ) konstan. Pesamaan (2.232) mempelihatkan kemiingan kuva hubungan fungsi peubahan antaa aus kolekto (I ) tehadap tegangan basis emito ( ) pada saat tegangan kolekto-emito ( E ) dikondisikan konstan. Gamba 2.a. mempelihatkan kaakteistik masukan, dimana absis adalah aus basis (I ) dan odinat menggambakan tegangan basis ke emito ( ) untuk bebagai nilai tegangan kolekto-emito ( E ). Petama dapat diamati untuk tegangan kolekto emito hubung singkat ( E =0) dengan basis emito tebias maju. Dengan kondisi sepeti ini, kaakteistik masukan dai tansisto pada hakekatnya menyeupai dioda pesambungan yang tebias maju. Dan apabila tegangan basis menjadi nol, maka aus basis (I ) akan beada pada nilai nol juga, kaena dalam keadaan ini kedua pesambungan antaa kolekto dan emito dalam kondisi hubung singkat (shot-cicuited). Pada kenyataanya menaikan tegangan E dengan kondisi tegangan basis emito ( ) tetap konstan, maka akan menyebabkan penuunan aus ekombinasi basis. (a) Gamba 2.. (a) Kaakteistik masukan I =f( ) dan (b) tansfe I =f( ) Dai Gamba 2.b mempelihatkan kemiingan kuva tansfe (k) dapat dinyatakan sepeti pesamaan beikut: (b) I k konstan E (2.232) dengan.i =..I, sehingga besanya aus kolekto adalah: I I S exp (2.233) T

3 249 sehingga didapatkan hubungan kemiingan (k) sebagai beikut: k I S exp (2.234) T T I T Kemiingan (k) tidak tegantung dai paamete tansisto, untuk semua jenis tansisto mempunyai bentuk kuva yang sama. Kaena kuva masukan I =f( ) dai tansisto menyeupai kaakteistik dioda pesambungan, makapeubahan aus basis (I ) belaku hubungan pesamaan sebagai beikut: I I S exp (2.235) m.t I S m T exp m. T (2.236) Dengan demikian besanya esistansi masukan dinamis ( ) adalah: k T (2.237) I dimana adalah esistansi dinamis masukan dalam, dan k adalah koefisien emisi tegantung dai mateial dan susunan fisis dioda. Untuk dioda Gemanium m= dan untuk dioda Silikon m=2, atau dalam ekspeimen besanya esistansi dalam dinamis dapat dicai dengan pesamaan: 2 - (2.238) I I A 2 Kuva tansfomasi; penguatan aus untuk sinyal kecil () dapat didefinisikan sebagai pebandingan antaa peubahan aus kolekto (.I ) tehadap peubahan aus basis (.I ) yang kecil yang teletak diantaa titik keja statis atau titik keja D (diect cuent / aus seaah) dengan kondisi tegangan kolekto emito ( E ) konstan, atau difinisi tesebut dapat dinyatakan sebagai beikut: β h fe I I I 2 - I I 2 - I konstan E (2.239) Gamba 2.2. mempelihatkan kuva kaakteistik peubahan aus basis (.I ) tehadap peubahan aus kolekto (.I ) dengan tegangan kolekto emito ( E ) dijaga konstan. Melalui kuva tesebut dapat ditentukan besanya penguatan aus statis () adalah:

4 250 I h FE (2.240) I ilamana kaateistik penguatan aus besifat linie, maka besanya antaa penguatan aus statis () dan penguatan aus dinamis () adalah sama. Akan tetapi secaa iil tidak demikian kaena penguatan aus tansisto sangat tegantung oleh peubahan tempeatu. Apabila tempeatu yang dibeikan ke tansisto semakin besa, maka menyebabkan aus yang mengali pada basis (I ) semakin naik cendeung tidak tidak linie (melengkung kebawah). Kondisi ini menyebabkan penguatan aus statis () dan penguatan aus dinamis () tidak sama. Gamba 2.2. Kaakteistik tansfe Dengan mensubstitusikan pesamaan-pesamaan (2.234), (2.238), dan (2.239), maka besanya esistansi masukan dinamis ( ) dapat ditentukan: β β T β (2.24) I I k I Pada kejadian ini m, dan kaena kuva masukan I =f( ) dipengauhi juga oleh kondisi tegangan keluaan kolekto emito ( E ), atau kejadian sebaliknya pada saat kondisi aus basis ditetapkan konstan. Dengan demikian dai poses tansfomasi tesebut tejadi pengauh efek balik antaa jaingan masukan tegangan basis emito ( ) tehadap jaingan keluaan tegangan kolekto emito ( E ) sepeti dinyatakan pada pesamaan beikut: A E Ikonstan (2.242)

5 25 demikian juga belaku: I k E konstan (2.243) secaa umum pengauh tansfomasi balik adalah elatif sangat kecil dan pada hakekatnya dapat diabaikan di dalam peencanaan angkaian. Dengan melakukan peubahan pada aus basis (I ), maka aus keluaan kolekto (I ) dapat dinyatakan dalam bentuk pesamaan diffeensial dan dapat ditulis sepeti pada pesamaan beikut: di I d I E d atau tansfomasi tehadap peubahan aus kolekto (di ) d I I E (2.244) I d.de (2.245) E sehingga didapatkan peubahan aus basis (di ) sepeti beikut ini: di d k. de (2.246) atau tansfomasi tehadap peubahan aus kolekto (di ) di k d. de (2.247) E atau bila dinyatakan dalam notasi (Y) matik adalah: di di k k d d E E (2.248) Fomulasi pada pesamaan (2.248) atau lebih dikenal dengan Y-matik, pada aplikasi didalam menentukan paamete-paamete tansisto seing diistilahkan dengan sebutan matik hibida (Hybid matix). Dan secaa umum dapat ditulis sepeti pesamaan beikut: d = di k d E (2.249) dan fomulasi peubahan aus keluaan (di ) dapat juga dinyatakan sebagai beikut:

6 252 di k d de (2.250) dengan demikian belaku pesamaan masukan: k.d d E k di k di (2.25) di dan selanjutnya dapat dinyatakan: atau d di - k d (2.252) E E di k di de (2.253) Dan dapat juga dicai dengan menggunakan pesamaan matix Hibida sepeti beikut: d di h h 2 h h 2 22 di d ingkasan istilah paamete-paamete tansisto bipola E (2.254) h = menyatakan esistansi masukan intenal dinamis antaa basis dan emito () h2 - k - d/de menyatakan tansfomasi balik antaa peubahan tegangan masukan ( ) dan peubahan tegangan keluaan ( E ) atau h 2 = A = d / d h 2 S - di /d I menyatakan besanya fakto penguatan aus dinamis sinyal kecil atau h 2 = h22 / E menyatakan besanya daya hanta keluaan (mho) edasakan fomulasi diatas, maka angkaian pengganti dapat digambakan sepeti yang ditunjukkan pada Gamba 2.3. beikut E

7 253 Gamba 2.3. Model umum hibida tansisto Gamba 2.4. angkaian Pengganti Model H Pesamaan empat kutub tegangan basis-emito ( ) dan aus kolekto tansisto (I ): v =.i (2.255) i = i + v E E (2.256) dai pesamaan empat kutub, maka pesamaan matik (2.248) dapat ditulis dengan menggunakan model pesamaan notasi matik H sebagai beikut: v I A I E E (2.257) dengan mengasumsikan bahwa nilai A /E 0 (kecil sekali), maka model angkaian pengganti tansisto dapat disedehanakan sepeti yang dipelihatkan Gamba 2.5 beikut: Gamba 2.5. angkaian pengganti model Y Pesamaan empat kutub dai aus basis dan kolekto sebuah tansisto i v (2.258)

8 254 i k v ve (2.259) E dai pesamaan empat kutub, maka pesamaan matik (2.258) dapat ditulis dengan menggunakan model pesamaan notasi matik Y sebagai beikut: i i k k E v v E (2.260) dengan mengasumsikan bahwa nilai k i / ve 0(kecil sekali), maka model angkaian pengganti tansisto dapat disedehanakan sepeti yang dipelihatkan Gamba Paamete model tansisto untuk sinyal kecil Tansfomasi hubungan antaa kaakteistik masukan dan kaakteistik keluaan penting sekali untuk dipahami. Gamba 2.6 mempelihatkan hubungan kaakteistik masukan dai aus basis (I ) tehadap tegangan basis-emito ( ) ditansfomasikan menjadi peubahan aus kolekto (I ) tehadap peubahan tegangan basis-emito ( ), dimana keduanya mempunyai bentuk yang sama. Kaakteistik masukan tansisto cendeung besifat sebagai sumbe tegangan, sedangkan kuva kaakteistik keluaan cendeung besifat sebagai sumbe aus konstan. Gamba 2.6. Paamete kaakteistik Model Tansisto Paamete esistansi dinamis masukan basis emito ( ) adalah / I atau /k

9 255 Paamete tansfomasi peubahan aus kolekto (I ) tehadap peubahan tegangan masukan basis emito ( ) adalah k I / atau k I / T dimana T = 25m Paamete esistansi dinamis keluaan kolekto emito ( E ) adalah E E/ I Kaateistik Keluaan Pada daeah aktif pesambungan kolekto dibei tegangan bias balik (evese biased), sedangkan pada emito dibei tegangan maju (fowad biased). Untuk memahami pengetian, maka petama-tama aus emito dapat dianggap sama dengan nol (I E =0). Kaena polaitas kolekto basis tebias balik, maka pada kondisi ini aus kolekto yang mengali sangat kecil dan sama dengan aus kolekto balik jenuh I O (untuk tipe Gemanium aus balik jenuh dalam kisaan A, sedangkan untuk tansisto tipe silicon dalam kisaan na).dai pesambungan kolekto, dan dalam hal ini dapat dipandang sebagai komponen pesambungan-pn dioda. Dengan demikian apabila sekaang dimisalkan aus emito maju (I E ) mengali pada angkaian emito, yang mana sebagian dai aus ini sebesa -I E beada dan akan mencapai pada kolekto.pesamaan (2.26) menjelaskan hubungan antaa aus (I ) dan aus balik jenuh (I O ). Gamba 2.7. Aus oco Tansisto Dai Gamba 2.7 didapat hubungan aus boco tansisto sepeti beikut: I E < I ES < I E < I EO I O I EO I = I O -.I E (2.26)

10 256 Pada daeah aktif, peubahan aus kolekto (I )pada hakekatnya tidak tegantung dai peubahan tegangan kolekto dan hanya tegantung oleh peubahan aus emito (-.I E ). Pada daeah ini peubahan nilai dai aus keluaan kolekto (I ) paling peka tehadap peubahan sinyal masukan dan apabila tansisto akan digunakan sebagai penguat tanpa adanya distosi yang beati, maka opeasi titik keja sebaiknya dipilih dan dibatasi pada daeah keja aktif. Gamba 2.6. mempelihatkan kuva keluaan I =f( E ) untuk bebagai macam vaiasi aus basis (I ) yang bebeda-beda. Kaakteistik dan hubungan aus basis (I )pada angkaian emito besama (common emitte) dapat dinyatakan sebagai beikut: I = -(I + I E ) (2.262) Dengan menggabungkan pesamaan (2.262) ke dalam pesamaan (2.26), dipeoleh hubungan pesamaan beikut: dengan I O α. I I (2.263) - α α (2.264) - maka pesamaan (2.263) dapat ditulis menjadi: I = (+) I O + I (2.265) Oleh kaena aus balik jenuh aus basis I >>I O, dengan demikian (+).I O benilai kecil untuk selanjutnya dapat diabaikan. Dengan () meupakan konstanta, maka bedasakan pesamaan (2.265), kemiingan kuva aus kolekto tidak tegantung oleh tegangan ( E ). Pengauh ini disebut dengan Ealy effect (efek awal) (), yang menunjukan suatu pengauh numeik yang kecil tehadap nilai () akan menyebabkan peubahan nilai penguatan aus () yang elatif besa. Gamba 2.8 mempelihatkan kaakteistik keluaan tansisto aus kolekto (I ) tehadap tegangan kolekto emito ( E )

11 257 Gamba 2.8. Kaakteistik keluaan I =f( E ) Tegangan ias Tansisto Dan Stabilisasi Themal Stabilisasi Themal, Pemasalahan yang pelu dipehatikan didalam meancang sebuah penguat tansisto penentuan dan penetapan titik keja D (statis). Untuk menetapkan titik keja statis dai suatu penguat tansisto dipilih pada aea daeah aktif dai kaakteistiknya. Penting untuk dipehatikan bahwasannya disain penguat yang baik adalah bagaimana kita bisa memilih dan menempatkan titik keja statis pada daeah aktif dan dalam kondisi stabil (quiescent opeating point). Teknik pembeian tegangan bias betujuan untuk mendapatkan titik keja D sedemikian upa sehingga tidak mengalami pegesean ketika tansisto mendapatkan tekanan peubahan tempeatu (T), sebab paametepaamete tansisto (penguatan aus, aus boco I O dan tegangan basis-emito ) meupakan fungsi dai T dan masalah ini pelu dikendalikan sehingga tidak mempengauhi titik opeasi dai tansisto Titik Keja-D Kaakteistik titik keja tansisto mempunyai sifat linie yang paling baik jika daeah kejanya hanya dibatasi pada daeah aktifnya. Untuk menetapkan titik keja pada daeah ini tansisto haus mendapatkan tegangan bias dan aus bias seaah pada nilai yang tepat. Gamba 2.9, mempelihatkan suatu contoh angkaian sedehana dai penguat emito besama (common emitte) dengan bias tetap (fix biased) Paamete Tansisto ebeapa paamete yang dapat mempengauhi titik keja statis tansisto adalah: entang vaiasi peubahan penguatan aus tansisto (), dai data tansisto biasanya dinyatakan dengan nilai minimum-tipikal-

12 258 maksimum (nilai tesebut bekisa 5 banding atau lebih) untuk tipe tansisto tetentu. entang vaiasi aus boco kolekto basis (I O ) pada saat emito tebuka dan ini sangat tegantung dai peubahan tempeatu intenal tansisto. Peubahan tegangan basis-emito ( Q ), peubahan nilai ini sangat tegantung dai peubahan tempeatu intenal tansisto. Kondisi tegangan dai sumbe tegangan catu (powe supply) yang tidak stabil dapat membuat titik keja statis beubah. entang vaiasi nilai toleansi dai tahanan angkaian dan atau efek dai tempeatu ekstenal. Gamba 2.9. angkaian Emito besama dengan bias tetap (fix biased) Teknik ias Dan Tingkat Kestabilan Stabilisasi titik keja sepeti telah dijelaskan sebelumnya, bahwa aus boco yang tejadi pada angkaian dasa tansisto akibat pengauh peubahan tempeatu intenal tansisto dapat menggese pengatuan titik keja statisnya. Untuk mengetahui kondisi angkaian tesebut stabil atau tidak, maka pelu dianalisa tingkat fakto kestabilan (S F ) tehadap pengauh peubahan tempeatu dapat diminimalisi sekecil mungkin dengan demikian dihaapkan titik keja tansisto tetap dipetahankan dalam kondisi stabil. Dan pada akhinya pengauh aus boco (I O ) dapat ditekan sekecil mungkin Fakto Kestabilan Untuk menjaga aga kondisi titik keja statis angkaian tetap stabil, maka pelu dipehitungkan tingkat fakto kestabilan (S F ), dan dapat didefinisikan sebagai pebandingan peubahan aus kolekto (I ) dengan peubahan aus boco (I O ) dimana penguatan aus () dan tegangan basis-emito ( ) tetap konstan.

13 259 Fakto kestabilan (S F ) secaa matematis dapat dinyatakan sebagai beikut: I I S F (2.266) I O I O Fakto kestabilan dai pesamaan (3.266) diatas adalah akibat pengauh kenaikan tempeatu pada angkaian tansisto yang digunakan. Diatas telah disebutkan bebeapa pengauh yang dapat membuat tingkat fakto kestabilan angkaian mengalami peubahan sepeti akibat peubahan aus kolekto (I ) dengan peubahan penguatan aus () dan peubahan aus boco (I O ) tetap konstan. S I I β β (3.267) Selain itu ada pengauh tingkat kestabilan yang didefinisikan sebagai pebandingan dai peubahan aus kolekto (I ) dengan peubahan tegangan basis-emito ( ) dimana aus boco (I O ) dan penguatan aus () dijaga konstan. Dan secaa matematis dapat dinyatakan sebagai beikut: S I I (2.268) Dai ketiga analsisa fakto kestabilan tesebut dan untuk alasan kemudahan baik itu paktis maupun analisis, maka pesamaan (2.266) menjadi pilihan yang tepat yang seing digunakan untuk analisa kestabilan angkaian Analisa Kestabilan Dengan mengacu difinisi dai pesamaan 2.266, maka angkaian bias tetap sepeti yang ditunjukan pada Gamba 2.9 dapat dianalisa tingkat fakto kestabilannya. esanya aus basis yang mengali pada angkaian Gamba 2.9 adalah: = I + (2.269) - I (2.270) - I I (2.27)

14 260 (2.272) E - - Dai pesamaan (2.272) dapat disimpulkan bahwa untuk menetapkan besanya tegangan ( E ) komponen-komponen yang menentukan adalah,, dan () tansisto. Suatu pemasalahan yang penting untuk dipehatikan adalah pengauh peubahan penguatan aus () tansisto, kaena nilai () sangat tegantung dai peubahan/kenaikan tempeatu. Oleh kaena () beubah menyebabkan pegesean tegangan ( E ), dengan demikian titik keja statis tidak stabil. Pada daeah aktif, hubungan pesamaan aus kolekto (I ) dengan (I ) dapat dinyatakan sepeti beikut: I = ( + ) I O + I (2.273) Untuk mendapatkan tingkat fakto kestabilan (S F ), untuk itu pesamaan (2.273) didefeensialkan tehadap tehadap aus kolekto (I ), sehingga belaku pesamaan sepeti beikut: I I O ( ) (2.274) I I kaena S F I I O I I O, maka pesamaan (2.274) belaku: sehingga: I ( ) (2.275) SF I I - I S F ( ) S F (2.276) I - I Kesimpulan, kaena pada angkaian bias tetap menuut pesamaan (2.270) besanya aus (I ) tidak tegantung dai besanya aus kolekto (I ), maka fakto peubahan I /I sangat kecil sekali dan dapat diabaikan, dengan demikian fakto kestabilan (S F ) untuk angkaian bias tetap angkaian Gamba 2.9 dapat disedehanakan menjadi: S F = + (2.277) edasakan pesamaan (2.277) dapat disimpulkan bahwa angkaian pada bias ini sangat tegantung dai peubahan nilai () dan sangat tidak

15 26 stabil. ila pada angkaian menggunakan = 00, ini menunjukan bahwa betambahnya aus boco (I O ) yang disebabkan oleh kenaikan tempeatu, maka aus kolekto (I ) betambah 0kali sepeti petambahan aus boco. Dan ini membuktikan tingkat kestabilan angkaian sangat jelek, kaena titik keja angkaian ditentukan oleh nilai aus boco (I O ) dan penguatan aus () Masalah Disain Untuk mendapatkan tingkat fakto kestabilan yang baik, maka nilai (S F ) sebaiknya didisain sekecil mungkin. Kaena aus basis (I ) tegantung dai paamete tansisto, dimana nilai aus (I ) dan tegangan ( E ) sangat dipengauhi oleh () tansisto, dengan demikian stabilisasi titik keja statis angkaian tidak baik atau I f( E ) menjadi tidak stabil Teknik ias dengan umpan balik negatif. ontoh : encanakan sebuah penguat dengan bias tetap sepeti Gamba 2.9 Pengatuan titik keja statis yang dikehendaki adalah aus kolekto I = 25mA dengan tegangan E = 7,5. a) Tentukan nilai tahanan,, jika diketahui penguatan aus = 00, tegangan basis-emito = 0,7 dan tegangan catu = 5. b) Sepeti pemasalahan (a), jika tempeatu naik sehingga penguatan aus = 200. Tentukan besanya tegangan kolektoemito ( E ). c) eikan kesimpulan dai pemasalahan (a) dan (b). Hitungan: Menentukan tahanan ( ) = I ,7 57,2k I 25mA 00 Menentukan tahanan ( ) = I + E 5 = ,5 5-7, A 3

16 262 Jika tempeatu naik penguatan aus = 200, maka tegangan ( E ) begese sebesa: E - - E E ,7 Kesimpulan; Jika tegangan E <, maka tidak lagi diopeasikan pada daeah aktif, dengan demikian pesamaan diatas tidak bisa digunakan untuk daeah titik keja satuasi. Pemasalahan disain angkaian dengan menggunakan bias tetap yang haus dipehatikan adalah pengauh peubahan naik tuunnya penguatan aus dai nilai tipical ke nilai minimal atau maksimalnya, kaena pabik pembuat tansisto membeikan data pengujian spesifikasi pada tempeatu keja dipetahankan konstan sebesa angkaian ias dengan Stabilisasi Umpan alik Tegangan Pada angkaian bias tetap Gamba 2.9, tahanan bias basis ( ) langsung dihubungkan dengan teminal sumbe daya dc (powe supply), sedangkan pada angkaian bias dengan umpan balik tahanan basis ( ) dihubungkan ke kaki kolekto sehingga membentuk jaingan umpan balik tegangan kolekto-emito. Gamba 2.20 mempelihatkan angkaian dasa bias umpan balik Titik Keja D Melalui Tahanan. Gamba 2.20 mempelihatkan metode penstabil titk keja D dengan menggunakan umpan balik tegangan melalui tahanan ( ). Gamba 2.20 angkaian bias umpan balik aus kolekto Analisa angkaian D

17 263 Untuk menghitung titik keja D semua kapasito dapat diasumsikan sebagai angkaian tebuka (open cicuit). Dengan menggunakan hukum kichoff, maka didapatkan pesamaan tegangan sebagai beikut: = (I + I ) + I + (2.278) = I + I + I + (2.279) I I I (2.280) I (2.28) ila I + I I, maka I (2.282) - I (2.283) Jika atau sepeti beikut: -, maka didapatkan pesamaan pendekata I (2.284) Dai pesamaan (2.284) dapat disimpulkan bahwa, selama aus kolekto (I ) tidak tegantung dai penguatan aus (), selama itu titik keja statis beopeasi pada daeah aktif dan dalam hal ini angkaian dapat dinyatakan stabil. ila pesamaan masukan dinyatakan kedalam aus basis (I ), maka: = I + I. ( + ) + (2.285) - - I I (2.286) Tegangan, suatu nilai yang konstan dan tidak tegantung dai aus kolekto (I ), maka difeensial aus basis (I ) tehadap aus kolekto (I ) dai pesamaan (2.286) adalah: I I - (2.287)

18 264 Subsititusi pesamaan (2.276) tehadap pesamaan (2.286) S F. I -. I (2.288) Kesimpulan; dai pesamaan (2.288) akan didapatkan fakto kestabilan yang baik apabila penguatan aus () ditetapkan besa, sehingga pekalian. semakin betambah besa. Kaena pada angkaian bias umpan balik membuktikan bahwa peubahan aus (I ) tehadap peubahan aus (I ) dapat membuat nilai (S F ) kecil, dengan demikian angkaian dengan bias umpan balik sepeti yang Gamba 2.20, mempunyai fakto kestabilan yang jauh lebih baik bila dibandingkan dengan angkaian bias tetap Gamba Stabilisasi angkaian Gamba 2.20: ila tempeatu (T) naik, maka penguatan aus () naik, demikian pula aus kolekto (I ) naik, dengan naiknya aus (I ) menyebabkan tegangan pada tahanan ( ) juga mengalami kenaikan ( = I ). Kaena tegangan pada tahanan ( ) naik, dengan demikian menyebabkan aus basis (I ) menuun (lihat pesamaan 2.386). Dengan tuunnya aus basis (I ) menyebabkan aus kolekto juga tuun (ingat I = I ) dan angkaian tejadi poses umpan balik sehingga dapat mengkompensasi kenaikan fakto penguatan aus () akibat kenaikan tempeatu (T) Titik Keja D Pembagi Tegangan Sumbe Kolekto Dasa pemikian dan lata belakang dai stabilisasi titik keja D pada angkaian ini adalah mengacu pada angkaian emito besama (commonemitte), dimana pada angkaian emito besama stabisasi titik keja atau peubahan tegangan kolekto-emito ditentukan oleh tahanan E dan atau E -I ( E + ). Melalui pembagi tegangan yang dibangun oleh tahanan dan 2 pada gamba angkaian dibawah betujuan untuk menjaga aga tegangan kolekto-emito tetap konstan akibat peubahan atau kenaikan tempeatu. Dai angkaian diatas dapat digambakan diagam alu poses stabilisasi titik keja D melalui pembagi tegangan tahanan dan 2. Dimana tegangan keluaan kolekto-emito E dikendalikan oleh jaingan umpan balik yang dibangun oleh besanya fakto pebandingan antaa dan 2 dengan fakto umpan balik 2 /( ). Gamba 2.2(a) mepelihatkan pinsip stabilisasi titik keja dengan pembagi tegangan dan 2

19 265 (a) (b) Gamba 2.2. Stabilisasi titik keja dengan pembagi tegangan dan 2 Gamba 2.22 mempelihatkan diagam alu peubahan tegangan kolekto-emito ( E ) akibat pengauh dai peubahan tegangan masukan basis-emito ( ) dapat dinyatakan kedalam pesamaan beikut: Δ Δ D E D 2 2 (2.289) β 2 D ila / D benilai kecil maka peubahan E / hanya ditentukan oleh pembagi tegangan antaa tahanan dan 2, dengan demikian belaku pesamaan sebagai beikut: Δ Δ E 2 (2.290) 2 edasakan pesamaan ini, maka tebukti bahwa fungsi dai tahanan dan 2 identik dengan angkaian stabilisasi titik keja dengan menggunakan tahanan E dan Titik Keja D Pembagi Tegangan Sumbe Ada bebeapa caa untuk mendapatkan tingkat fakto kestabilan yang baik, beikut ini akan dibahas angkaian bias pembagi tegangan dengan umpan balik aus emito. Untuk itu pada kaki emito pelu dihubungkan

20 266 tahanan E dengan nilai elatif kecil. Gamba 2.23, mempelihatkan sebuah angkaian bias pembagi tegangan dengan umpan balik aus. Gamba angkaian bias pembagi tegangan dengan umpan balik aus emito Gamba 2.23 mempelihatkan angkaian pengganti menuut teoi Thevenin, dimana tahanan, 2 diganti dengan ( TH ) dan tegangan sumbe ( TH ) Gamba angkaian Pengganti Thevenin Menuut theoi Thevenin nilai tahanan ( TH ) dapat dinyatakan kedalam pesamaan beikut: 2 TH (2.29) 2 sedangkan nilai tegangan pengganti Thevenin ( TH ) dapat dicai dengan pesamaan beikut: (2.292) 2 TH x 2 Nilai pembagi tegangan tahanan ( 2 ) adalah

21 TH TH / Nilai pembagi tegangan tahanan ( ) adalah TH TH Analisa titik keja statis angkaian: I E I =.I (2.293) Pesamaan mansukan basis-emito: TH = I TH + + I E E (2.294) I TH (2.295) TH - Pesamaan keluaan kolekto-emito E = I + E + I E E (2.296) E = - I ( + E ) (2.297) Kaena tegangan sumbe adalah konstan, maka peubahan tegangan kolekto-emito E ditentukan oleh: E E - ΔI (2.298) atau aus kolekto dapat dinyatakan I - E E E E - E E E I (2.299) /( + E )menentukan kemiingan gais beban D angkaian penguat. Aga supaya didapatkan jaingan umpan balik yang efektif, maka nilai tahanan TH sebaiknya dipilih lebih kecil dai. E ( TH <<. E ), dengan demikian pesamaan (2.295) dapat disedehanakan menjadi: dan - TH I (2.300).E

22 268 - TH I (2.30) E Subsitusi pesamaan (2.30) tehadap pesamaan (2.299) adalah sebagai beikut: E - I - E E E TH - (2.302) Dai pesamaan (2.302) dapat disimpulkan bahwa dengan menghubungkan tahanan ( E ) jaingan umpan balik aus negatif, maka besanya aus kolekto (I ) dan tegangan kolekto-emito ( E ) tidak lagi tegantung oleh peubahan fakto penguatan aus (). Gamba 2.24 mempelihatkan angkaian umpan balik aus negatif dengan angkaian pengganti thevenin. Dengan memasang tahanan ( E ) dan tegangan thevenin ( TH ) konstan, maka dapat menkompensasi peubahan tegangan basis-emito ( ) akibat pengauh peubahan tempeatu. Gamba 2.24 Umpan balik aus negatif Gamba 2.25 mempelihatkan kuva diagam pegesean titik keja o tansisto akibat peubahan tempeatu dai 25 (kuva wana biu) o dinaikkan menjadi lebih besa 25 (kuva wana meah). Pada saat tanpa tahanan ( E ) didapatkan peubahan aus kolekto (I ) lebih besa bila dibandingkan dengan pada saat kondisi dengan tahanan ( E ).

23 269 Gamba Pinsip Stabilisasi dengan Tahanan E Gamba 2.26 mempelihatkan poses stabilisasi aus kolekto (I ) akibat dai kenaikan tempeatu dengan memanfaatkan tahanan ( E ). Diagam gamba dibawah betujuan untuk mempejelas dan membuktikan poses pentabilan aus kolekto (I ) bedasakan konsep dai Gamba Gamba Diagam alu stabilisasi umpan balik aus I E Pinsip stabilisasi tempeatu, bila tempeatu () naik maka aus kolekto (I ) naik dengan demikian aus emito (I E ) juga naik dan menyebabkan tegangan pada tahanan ( E ) naik dan tegangan basis emito ( ) tuun dikaenakan tegangan Thevenin ( TH ). Suatu apesiasi adanya pebaikan pinsip keja bias angkaian Gamba (2.23) bila dibandingkan dengan bias angkaian Gamba (2.20). Pada jaingan umpan balik masukan basis-emito yang dibeikan adalah sebesa TH = I. TH + + I E. E. Jika jaingan umpan balik dipilih dan dikondisikan TH. I << I E. E atau << (I E /I ) E E, maka jainngan Hukum Kichoff Tegangan (HKT) meeduksi tegangan TH + I E E dan memaksa aga supaya aus emito I E tidak tegantung dai paamete-paamete tansisto. eikut peihal penting yang lain yang pelu dipehatikan adalah bila TH + I E E. Sebagai contoh kejadian apabila tegangan basis-emito tidak konstan dan sedikit mengalami peubahan tuun 0,6 atau naik 0,7, maka dalam hal ini tegangan pada tahanan emito I E E haus menjadi lebih besa dai nilai peubahan tegangan. Misalnya apabila tegangan mengalami peubahan sebesa 0,, maka didalam disain aga supaya titik keja angkaian stabil, maka kita pelu tegangan emito E = I E E >> 0, atau biasa dipilih dengan fakto E > 0 x 0, = olt (tegangan E minimum untuk mendapatkan kestabilan titik keja statis angkaian). Kesimpulan, bila aus kolekto I naik yang disebabkan kenaikan akibat tempeatu, maka tegangan E =I E E menjadi naik, dan selama tegangan TH dan tidak beubah, maka aus basis I haus dapat menjadi tuun untuk meeduksi nilai aus kolekto I kembali ke nilai tipikalnya. Dan jika aus kolekto I mengecil maka kejadian beubah sebaliknya, aus basis I naik dan aus kolekto I naik, tegangan mengecil seteusnya aus

24 270 basis kembali tuun dan Hukum Kichoff Tegangan kembali menyetabilkan aus kolekto I Analisa Kestabilan Dengan menggunakan Hukum Kichoff Tegangan (HKT) dai pesamaan (2.294), maka pesamaan masukan basis-emito adalah: TH = I TH + + (I + I ) E (2.303) Kaena dan meupakan suatu nilai konstanta yang tetap dan tidak tegantung dai aus kolekto I, dengan demikian didapatkan difeensial pesamaan (2.303) tehadap aus kolekto I sepeti beikut: I 0 I 0 I TH E I I I (2.304) TH E E (2.305) I I - E I TH E (2.306) I E - TH E I I Subsititusi pesamaan (2.307) tehadap pesamaan (2.288) S F I - I E E TH (2.307) (2.308) Kesimpulan, dai pesamaan (2.308) akan didapatkan fakto kestabilan yang baik apabila penguatan aus ditetapkan besa, sehingga pekalian. E semakin betambah besa. Kaena pada angkaian bias tetap membuktikan bahwa peubahan aus I tehadap peubahan aus I dapat membuat nilai (S F ) kecil. Dimensi peancangan ditetapkan sehingga nilai. E >> TH. Tahanan E dan TH // 2 befungsi sebagai penstabil titik keja statis akibat pengauh peubahan atau naiknya tempeatu. ontoh: encanakan titik keja statis angkaian dai Gamba 2.23, jika dikehendaki aus kolekto I = 2,5mA dan tegangan kolekto emito E = 7,5. Tansisto yang digunakan mempunya entang facto penguatan aus antaa MIN = 50 sampai MAKS = 200.

25 27 Langkah : Menentukan tegangan catu, untuk mendapatkan ayunan maksimum tegangan keluaan, maka gais beban ditetapkan sebesa sehingga tegangan catu: = 2 E = 2 7,5 = 5olt Langkah 2. Menentukan nilai tahanan dan E : E = I ( + E ) 7,5 E 3k -3 2,5 x 0 A Untuk mendapatkan tingkat kestabilan angkaian yang mantap, maka dipilih besanya tegangan emito E = I E. E > atau tahanan emito E / I E = 400. Untuk itu tahanan emito E dipilih sebesa k, dengan nilai tahanan = 2k. Langkah 3. Menentukan tahanan pengganti TH dan tegangan TH. Untuk mendapatkan kestabilan titik keja statis, maka jaingan umpan balik Hukum Kichoff Tegangan ditetapkan aga nilai TH <<. E. Dan kaena penguatan aus tansisto beubah dai nilai minimal-tipikal-maksimum, maka aga supaya untuk kasus angkaian Gamba 2.23 didapatkan tingkat kestabilan yang tinggi, untuk alasan tesebut dipilih haga minimalnya (min). sehingga belaku pesamaan pendekatan sebagai beikut: TH << min E TH = 0,. min E = 0, 50 k = 5k Sehingga didapatkan nilai tegangan TH TH = + I TH + I E E = 0,7 + 2, = 3,2olt TH = + I. TH + I E. E nom = 0,7 + 0,25 + 2,5 x 0-3 x 0 3 = 3,325olt Langkah 4. Menentukan nilai tahanan dan 2. Menuut teoi thevenin tahanan ( TH ) dapat dicai dengan menggunakan pesamaan: TH 2 2 5k Menuut teoi thevenin belaku hubungan:

26 272 TH 2 3, ,222 kaena dua pesamaan mempunyai dua besaan yang tidak diketahui ( dan 2 ), maka untuk menyeselesaikan pesamaan tesebut adalah dengan membagi dua pesamaan tesebut untuk mendapatkan nilai tahanan dan untuk itu digunakan pesamaan untuk tegangan TH : 5k 22,5k 0, ,222 22,5k 22,5k 2 0,222 4,995k 2 22,5k 2 22,5k - 4,995k 7,505k Analisa gais beban Pada analisa D (diect cuent/aus seaah) semua kapasito dan betindak sebagai hubungan tebuka (open cicuit). Dengan demikian nilai aus dan tegangan kolekto dalam keadaan tenang (tanpa sinyal) dapat dpeoleh dengan menaik gais beban statis (D) dengan kemiingan tegantung dai besanya nilai tahanan. Untuk mencai gais beban dapat dengan membuat aus kolekto I = 0 sehingga didapatkan titik tegangan kolekto-emito EMAKS =, dan sebaliknya dengan membuat tegangan kolekto-emito E = 0 sehingga didapatkan titik puncak aus kolekto (I MAX ). Hasilnya sepeti yang ditunjukkan Gamba Gais yang bewana biu mempelihatkan kemiingan gais beban D. Gamba Titik Keja dan Gais beban

27 273 Untuk mendapatkan titik keja Q dengan kemiingan dai gais beban statis (D) dapat dicai dengan menggunakan pesamaan beikut: E = I Q + I EQ E (2.309) EQ I Q (2.30) E Dengan menganggap I Q = I EQ, maka dipeoleh hubungan pesamaan: Untuk mendapatkan aus kolekto I maksimum, maka tegangan kolekto emito E = 0 olt, sehingga didapatkan pesamaan aus sebagai beikut: I mak (2.3) E Sedangkan untuk mendapatkan tegangan kolekto emito maksimum Emak, maka aus kolekto I = 0olt, sehingga didapatkan hubungan pesamaan sebagai beikut: = Emak (2.32) Dengan menggunakan pesamaan-pesamaan 2.309, 2.30, 2.3, 2.32, maka didapatkan titik keja statis sepeti yang ditunjukan pada Gamba Pada analisa titik keja dan gais beban A semua kapasito, dan sumbe tegangan betindak sebagai angkaian hubung singkat (shot cicuit). Gamba 2.28 mempelihatkan pengauh sinyal masukan tehadap kemiingan gais beban dinamis (A). Gais wana hitam pada Gamba 2.27 mempelihatkan kemiingan gais beban A, dimana posisi kemiingannya dipengauhi oleh posisi titik keja statis (D) Gamba Sinyal keluaan dan gais beban A Pesamaan aus keluaan untuk sinyal bolak-balik pada kolekto adalah:

28 274 i I (2.33) - Q - ve - EQ L// Untuk menentukan titik potong aus kolekto maksimum i mak, maka v E = 0, dengan demikian didapatkan pesamaan: i v EQ mak I Q (2.34) L// Sedangkan untuk menentukan titik potong tegangan kolekto-emito maksimum v Emak, maka aus i = 0, dengan demikian didapatkan pesamaan sebagai beikut: i - Q //L ve - EQ - I (2.35) I (2.36) Q (//L) ve - EQ.L v Emak EQ I Q (2.37) L Untuk mendapatkan ayunan sinyal maksimum saat dengan beban L, yaitu:i maks = 2.I Q (2.38) Subsitusi pesamaan (2.38) tehadap pesamaan (2.34) 2. v EQ I Q I Q (2.39) L// sehingga didapatkan pesamaan aus kolekto I Q untuk ayunan maksimum sebagai beikut: v EQ I Q (2.320) L// Untuk mendapatkan titik keja Q yang optimal, maka pesamaan (2.320) disubsitusikan tehadap pesamaan (2.309), sehingga didapatkan pesamaan: = EQ + I Q ( + E ) (2.32) Maka ayunan maksimum aus kolekto I Q adalah: I Q (2.322) 2. E Penting dipehatikan didalam mendisain angakaian, bahwa gais beban A pada angkaian kolekto emito adalah ac = // L, dan oleh kaena gais beban dc adalah dc = + E. Maka bila difinisi ini digunakan ke dalam pesamaan (2.322) didapatkan pesamaan:

29 275 I Q (2.323) dc ac sehingga didapatkan ayunan tegangan kolekto-emito maksimum ( EQ ) EQ E dc (2.324) 2 // ac L Gamba Titik Keja dan Gais eban Gamba 2.29 mempelihatkan penempatan titik keja D dan titik keja A tehadap hubungan sinyal pada tansisto Analisa Sinyal Ada pebedaan model analisa antaa sinyal D (model analisa sinyal besa) dengan sinyal A (model analisa sinyal kecil), untuk itu didalam menganalisa angkaian tansisto dapat dibedakan bedasakan fungsinya. Analisa statis (D) dapat dengan mengasumsikan semua kapasito sebagai angkaian tebuka (open cicuit) dan hungbung singkat (shot cicuit) untuk kondisi A Analisa sinyal A Tegangan catu meupakan angkaian hubung singkat. Dengan mengasumsikan semua kapasito sebagai angkaian hubung singkat (shot cicuit). Sedangkan efek dai kapasito ( ), ( ), dan ( E ) menentukan batas fekuensi endah ( L ).

30 276 Gamba 2.30 angkaian pengganti emito besama Pesamaan tegangan masukan antaa basis-emito (v ) v I. (2.325) Pesamaan tegangan keluaan pada beban (v OUT ) v OUT.L.L I. I (2.326) L L Sehingga didapatkan besanya penguatan tegangan (A ) v Av v OUT. I I..L L.L L (2.327) Untuk mendapatkan penguatan tegangan (A ) yang besa dipilih tansisto yang memiliki fakto penguatan aus () yang besa dengan nilai esistansi masukan basis ( ). ontoh: Analisa Titik Keja D Gamba 2.3 angkaian emito besama esanya tahanan pengganti thevenin ( TH )

31 277 TH x 2 50 x ,7k 2 esanya tegangan pengganti thevenin ( TH ) TH 2 2 x 25 x 5 5olt Dai angkaian pengganti Thevenin didapat pesamaan TH = I. TH + I E. E TH = I. TH + (I.+ I ). E TH = I. TH + (.I.+I ). E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I.{ TH + ( + ). E } I TH TH - ( ). E2 ( 5-0,65 ) 4,35 2,4553μ, 6,7k ( 350).5k 77,7k I =. I = ,4553 A = 0,86 ma Menentukan besanya tanskonduktansi (gm). gm = 38,9. I = 38,9. 0,86mA = 33,454 angkaian Pengganti Sinyal A ma / olt Gamba 2.32 angkaian pengganti Menentukan esistansi basis-emito dinamis ( ). gm I Q T

32 278 gm ,454 8,97k Menentukan impedansi masukan ( IN ). IN TH TH. (6 7,.8, 79)k 5, 759k (6 7, 8, 79)k Menentukan penguatan tegangan ( Avi )..L o. Avi L , 79 Avi (d) = 20.log.47,83 = 33,59d 2 420,42 8, 79 47,83kali Menentukan penguatan tegangan tehadap geneato input (A S ) A S A I ZIN Z IN S 5, ,83. 5, 759 A S (d) = 20.log.40,75 = 32,2 d Menentukan penguatan aus (Ai) Ai Avi IN L 5, , , 73kali Ai (d) = 20.log.37,73 = 42,78 d Menentukan penguatan daya (A P ) 40, 75 kali Ap = Avi. Ai = 47,83. 37,73 = 6587,62 kali Ap (d) = 0 log 6587,62 = 38,9 d Menentukan impedansi keluaan ( OUT ) OUT = = 5k 2.0. angkaian asis esama (ommon ase) Tidak ada pebedaan didalam pengkondisian titik keja D dan stabilisasi themal antaa angkaian emito besama dan basis besama. Pebedaannya hanya teletak pada pengkodisian sinyal bolak-balik. angkaian basis besama didisain dengan maksud untuk mendapatkan tahanan masukan yang kecil, maka dai itu vaiasi sinyal masukan ditempatkan pada kaki emito dan sebagai kapasito bypass-nya ditempatkan antaa basis dan massa, dimana untuk sinyal bolak-balik bias D yang dibangun oleh, 2 dapat dianggap angkaian hubung

33 279 singkat. Gamba 2.33 mempelihatkan konsep dasa angkaian basis besama yang dibangun dengan menggunakan tansisto NPN. Gamba 2.33 Konsep dasa angkaian basis besama Sedangkan Gamba 2.34 mempelihatkan Gamba angkaian asis esama (ommon ase) Gamba angkaian pengganti sinyal bolak-balik Analisa asis besama (ommon ase)

34 280 Gamba 2.36 angkaian basis besama esanya tahanan pengganti thevenin ( TH ) TH x 2 50 x ,7k 2 esanya tegangan pengganti thevenin ( TH ) 2 25 TH x x 5 5olt Dai angkaian pengganti Thevenin didapat pesamaan TH = I. TH + I E. E TH = I. TH + (I.+ I ). E TH = I. TH + (.I.+I ). E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I.{ TH + ( + ). E } I TH TH - ( ). E2 ( 5-0,65 ) 4,35 2,4553A 6,7k ( 350).5k 77,7k I =. I = ,4553 A = 0,86 ma Menentukan besanya tanskonduktansi (gm). ma gm = 38,9. I = 38,9. 0,86mA = 33,454 olt angkaian Pengganti Sinyal A Gamba 2.37 angkaian pengganti basis esama Menentukan esistansi emito-basis dinamis ( E ).

35 , k E gm 33, Menentukan impedansi masukan ( Zin ).. E ( 879, )k Zin // E 29, o ( 294 ) 79 Menentukan penguatan tegangan ( Avi )..L 5.2 o. 294 L 5 2 Avi 8, 79 E Avi(d) = 20.log.47,83 = 33,59d 420,42 8, 79 47,83kali Menentukan penguatan tegangan tehadap geneato input (A S ) A S A I ZIN Z IN S A S (d) = 20.log.7,82 = 25,02 d Menentukan penguatan aus ( Ai ) Z Ai Avi IN L 47, , 47,83. 7,82kali 29 7, , 2000 Ai(d) = 20.log.0,7 = -2,97 d Menentukan penguatan daya ( A P ) 0, 7kali Ap = Avi. Ai = 47,83. 0,7 = 33,96 34 kali Ap (d) = 0 log 34= 5,3 d Menentukan impedansi keluaan (Z OUT ) Z OUT = = 5k 2.. angkaian Kolekto esama (ommon olecto) Konfiguasi angkaian kolekto besama (common colecto) dapat digunakan sebagai angkaian pengubah impedansi, kaena konsep dasa pada angkaian ini betujuan untuk mendapatkan tahanan masukan yang tinggi.

36 282 (a) (b) Gamba angkaian kolekto besama (ommon olecto) Pinsip pengendalian pada angkaian kolekto besama, bahwa aus masukan (I ) dan tegangan kolekto emito ( E ) betindak sebagai vaiabel bebas, sedangkan tegangan masukan basis-emito ( ) dan aus keluaan kolekto (I ) betindak sebagai vaiable-vaiabel yang tegantung dai vaiable bebas, atau untuk masukan umunnya dinyatakan dengan = f ( E, I ) dan untuk keluaan dinyatakan dengan I = f 2 ( E, I ). Kelebihan dai angkaian kolekto besama adalah kesetabilan titik keja statis (D), kaena sistem bias pada angkaian ini adalah selalu dihubungkan tahanan E pada emito. Gamba angkaian Pengganti Sinyal olak-alik Pesamaan masukan sinyal kecil vi v (2.328) v v v v i. ie.e i. (i i ). (2.329) i i.. Tahanan masukan (.i (.i i i E ). ). E E E i. (.i i ). (2.330)

37 283 v IN (. ). E (2.33) i Dengan adanya bias pembagi tegangan (bias Thevenin), 2 pada masukan, maka besanya esistansi masukan menjadi tebatasi atau semakin kecil, dengan demikian pesamaan diatas beubah sepeti beikut: IN v i // 2 (. ). E (2.332) Dai pesamaan diatas dapat disimpulkan adanya suatu pemasalahan dengan tahanan bias, 2, suatu poblem pebaikan angkaian adalah bagaimana kedua tahanan tesebut untuk sinyal kecil dapat dibuat sedemikian aga tidak membatasi sinyal bolak-balik akan tetapi peubahan tesebut haus tetap menjaga kondisi titik keja statis (titik keja D tidak boleh beubah). Pesamaan Keluaan v OUT = i E. E = i.( + ) E (2.333) Penguatan tegangan Av A. vout i.e.e (2.334) v i IN dengan adanya bias, 2 maka penguatan beubah menjadi: A.E // vout (2.335) v IN Tahanan keluaan OUT // E 2 TH // S dimana TH = // 2 (2.336) Kaena tahanan keluaan ( OUT ) dai angkaian kolekto besama meupakan fungsi dai sumbe aus (i E ), dengan demikian fakto pembagi ( + ) dikaenakan aus basis (i ) dipandang sebagai sumbe aus emito (i E ). Dan nilai dai tahanan keluaan ( out ) angkaian kolekto besama adalah kecil (dalam ode ) Penguatan Aus (Ai) v vi OUT ie dan i (2.337) OUT IN

38 284 Ai ie v OUT IN IN A (2.338) ie vi OUT OUT atau dapat dinyatakan Ai E. E E (2.339) nilai E dapat ditentukan dai datasheet tansisto pada aus kolekto I. Analisa angkaian Kolekto esama (ommon olecto) Gamba angkaian Kolekto esama esanya tahanan pengganti thevenin ( TH ) TH x 2 50 x ,7k 2 esanya tegangan pengganti thevenin ( TH ) 2 25 TH x x 5 5olt Dai angkaian pengganti Thevenin didapat pesamaan TH = I. TH + I E. E TH = I. TH + (I.+ I ). E TH = I. TH + (.I.+I ). E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I. TH + (.+). I. E TH = I.{ TH + ( + ). E }

39 285 I TH TH - ( ). E2 ( 5-0,65 ) 4,35 A 6,7k ( 350).5k 77,7k 2,4553 I =. I = ,4553 A = 0,86 ma I E = I (+ 0 ) = 2,4553 (+294) = 0,724mA o = I E.( // L ) = 0,724mA(5//2)k = 0,724mA.,43k =,035olt O Z Ib,035olt 42,85k 2,4553A angkaian Pengganti Sinyal A Gamba 2.4 angkaian pengganti Kolekto esama Menentukan besanya tanskonduktansi (gm). gm = 38,9. I = 38,9. 0,86mA = 33,454 ma/olt Menentukan esistansi basis-emito dinamis ( ). gm ,454 8,97k Menentukan impedansi masukan ( Zin ). Zin ( Z)// (8,97 42,85) k //6,7 k 29,79 TH Zin (8,97 42,85) k //6,7 k (430,82) k //6,7 k (430,82.6,7) k 794,69k (430,82 6,7) k 447,52k Zin 6,07k 2 2

40 286 Menentukan penguatan tegangan ( Avi ). Avi. Z 42,85k Z (8,79 42,85) k 42,85 0,98kali 430,64 Avi (d) = 20.log.0,98 = -0,7d Menentukan penguatan tegangan tehadap geneato input (A S ) A S A I ZIN Z IN 5,75k 0,922kali 7,07 6,07k 0,98. 6,07k k S A S (d) = 20.log.0,922 = -0,705 d Menentukan penguatan aus ( Ai ) Z Ai Avi IN L 6,07 k 0,98 7,87 kali 2k Ai (d) = 20.log.7,87 = 7,92 d Menentukan penguatan daya ( A P ) Ap = Avi. Ai = 0,98. 7,87 = 7,7 kali Ap (d) = 0 log 7,7= 8,87 d Menentukan impedansi keluaan (Z OUT ) Z Z l OUT TH // s o 6,7k. k 8,79k 6,7k k 9,733k 32, E.Zl ( ,99) 32 Z ( ,99) 7, 2.2. angkaian ootstap Pemasalahan E l Teknik bias untuk untuk mendapatkan tahanan masukan tinggi pada angkaian kolekto besama (common colecto) dengan bias metode Thevenin besanya tahanan masukan tidak bisa mencapai nilai yang

41 287 lebih tinggi, kaena besanya tahanan masukan dibatasi oleh nilai tahanan bias // 2. Salah satu caa untuk menghilangkan pembatasan tahanan Thevenin // 2 yaitu dapat dengan caa menggunakan teknik bootstapping (angkaian boostap) sepeti yang ditunjukan pada Gamba 2.42 beikut. v I S T T v T 2 E IN Gamba angkaian bootstap Iin I T vb T IT IE 2 E' E IN Gamba angkaian pengganti sinyal bolak-balik Dai angkaian pengganti sinyal A Gamba 2.43, dapat ditentukan besanya tahanan masukan (in) sesuai dengan pesamaan beikut: v IN (2.340) i it dengan pesamaan (2.340) diatas, untuk mencai nilai tahanan masukan ( IN ) dipelukan aus (i ) dan aus (i T ) dan untuk memudahkan disain angkaian maka besanya tahanan boostap dibuat lebih besa daipada

42 288 tahanan basis-emito ( ) tansisto ( T >> ). Dengan demikian dapat digambakan angkaian pengganti ac dai Gamba 2.43 beubah menjadi Gamba 2.44a dan gamba 2.44b sebagai angkaian pengikut emito dipandang dai emito tehadap basis. I vb T I IT T IE IE ' vb (T vb IT ( IE' ( (E' vb E' (b) (a) Gamba angkaian pengganti pengikut emito Untuk menyedehanakan disain angkaian, ditetapkan nilai dai <<( + ) T, dengan demikian didapatkan hubungan aus basis (i ) dan aus bootstap (i T ) sepeti peasamaan beikut: i v ' (2.34) E kaena T // maka belaku pesamaan: i T. T =.i (2.342) Subsitusi pesamaan (2.34) tehadap pesamaan (2.342): i v T T ' (2.343) E Admitansi masukan adalah: IN IN i v T T (2.344) i v ' E Dengan demikian besanya tahanan masukan ( IN ) dapat ditentukan: T ' E IN (2.345)

43 289 Aga supaya didapatkan tahanan masukan ( IN ) sebesa + ( + ). E, maka besanya tahanan bootstap ( T ) ditetapkan sedemikian besa tehadap tahanan basis-emito ( ) tansisto ( T >> ). Dengan demikian belaku pesamaan pendekatan sepeti beikut: IN. ' E (2.346) Sebagai contoh, jika besanya tahanan bias // 2 = k, tahanan emito E = k, tahanan masukan tansisto = k, penguatan aus tansisto = 99, dan tahanan bootstap T = 0k. Tentukan besanya tahanan masukan ( IN ) dengan bootstap dan tahanan standa tanpa bootstap. Tahanan masukan ( IN ) dengan bootstap: IN // // Tahanan masukan ( IN ) tanpa bootstap: T 2 E * IN = // 2 //[ + ( + ). E = 000// k angkaian Pengubah Impedansi k Untuk dapat menguatkan sinyal masukan kecil secaa efektif, maka dipelukan sebuah angkaian dengan tahanan masukan yang besa. Gamba 2.45, dibawah mempelihatkan teknik bias untuk memdapatkan tahanan masukan ( IN ) tinggi dan tahanan keluaan ( OUT ) endah. Tahanan T dan kapasito T befungsi untuk menghilangkan komponen D dan 2 pada basis dan dengan bantuan kapasito T dipindahkan ke kaki emito tansisto dan tidak lagi sebagai pembagi tegangan untuk sinyal bolak-balik. Gamba angkaian ootstap etingkat (Pengubah Impedansi) Analisa angkaian ila diketahui: =0k, T =47k, E2 =0k, E =2, E2 =6 dan bila tansisto yang digunakan 548 pada tegangan catu =2,.

44 290 Kapasito T = E =4,7F, sedangkan untuk kapasito s=0nf. Tahanan beban L k. Tentukan besanya tahanan E,, 2 dan besanya tahanan masukan sinyal bolak-balik saat dengan bootstap dan tanpa boostap. Untuk mencapai ayunan maksimum tegangan E2 tansisto T 2 adalah: E2 = 0,5. = 6olt ila I I E, maka besanya kolekto I 2 tansisto T 2 adalah: I 2 E2 E2 6 6mA 0k Dai buku data, dapat ditentukan besanya tegangan basis emito 2 =0,7 pada aus kolekto 6mA. Kaena tegangan basis emito diketahui, maka besanya tegangan kolekto dapat dihitung: = E2 + 2 = 6+0,7=6,7 Dengan demikian besanya aus yang mengali pada tahanan kolekto adalah: I - 2-6,7 0k 5,3 0k 5,3mA Penguatan aus seaah pada I 2 =6mA untuk T 2, didapatkan dai datasheet nilai penguatan aus =320, dengan demikian besanya aus basis I 2 adalah. I 2 I2 6mA 0,0875mA 320 Maka besanya aus kolekto T adalah: I = I 2 +I = 0,0875mA+5,3mA=5,3875mA esanya penguatan aus T pada I =5,3875 didapatkan dai datasheet nilai penguatan aus =30, dengan demikian besanya aus basis T adalah: I I 5,3875mA 0,07mA 30 ila tegangan pada emito T 2 dikehendaki ( E =2), maka besanya tahanan E adalah: E E E 2 374,95 I I I 5,334mA E

45 29 Tegangan basis-emito T pada aus I =5,334mA didapatkan dai datasheet nilai tegangan =0,69, maka didapatkan besanya tegangan basis ( ) tansisto T adalah: = E + = 2+0,69=2,69 esanya tahanan masukan tansisto T pada aus I =5,3 didapatkan dai datasheet nilai tahanan =,2k, untuk itu dipilih T =47k, dengan demikian besanya tegangan T = i * T = 0,8037. esanya tegangan pada tahanan 2 ( 2 ) adalah: 2 = E + + T = 2 + 0,69 + 0,8037 = 3,4937 Aga angkaian bekeja pada daeah linie aktif, maka dtetapkan tegangan thevenin TH > 2, untuk itu dipilih TH =4, Untuk stabilisasi titik keja D TH <<( +) E dan dipilih TH =0k: esanya tahanan Thevenin. TH TH 2 0k 4 30k dan besanya tahanan Thevenin 2 adalah: 2 TH 0k 5,0k TH esanya tahanan masukan sinyal bolak-balik ( IN ) dengan metode bootsap adalah: IN IN // T 2 // E // ,0255 // 390 // ,25 5k,0255 Tahanan masukan ( IN ) standa tanpa angkaian bootstap. IN = // 2 //[ + ( + ). E = 30k//5k//7937,25 = 9,22k 2.3. Tanggapan Fekuensi Penguat

46 292 Tanggapan fekuensi suatu sistem adalah tanggapan keadaan tunakstabil (steady-state esponse) dai sistem tehadap masukan sinusoidal. Ada bebeapa keuntungan pemakaian metode tanggapan fekuensi. Petama dengan metode tesebut kita dapat menyelidiki stabilitas sistem jaingan umpan-balik dai tanggapan fekuensi open-loop, tanpa pelu mencai aka-aka Pesamaan. Kaakteistiknya. Kedua, metode tanggapan fekuensi, secaa umum, mudah dan dapat dipeoleh secaa teliti dengan pembangkit sinyal sinusoidal (Audio Feuency Geneato) dan bebeapa alat uku yang ada. Seingkali fungsi alih komponen dapat dicai secaa pecobaan dengan uji tanggapan fekuensi. Keuntungan lain bila sistem diancang dengan metode ini, maka dimungkinkan untuk mengabaikan pengauh deau (noise) yang tidak diinginkan, dan analisis seta peancangan dengan metode ini dapat dikembangkan juga pada sistem kontol non-linie Tanggapan Fekuensi dan Fungsi Alih Fekuensi Untuk sistem linie, tanggapan fekuensi mempunyai sifat yang khas, yaitu bila masukan sistemnya adalah : u(t ) _ u.cos.(.t ) (2.347) kemudian keluaannya adalah : dimana : y(t ) _ y.cos.(.t ) (2.348) u, y : amplitudo,, : fase, : fekuensi, t : waktu Itu atinya keluaan mempunyai fekuensi angula ( ) yang sama dengan masukannya, yang bebeda hanyalah amplitudo dan fasenya saja Pentingnya tanggapan fekuensi (esponse Fequency) a. Untuk aplikasi yang bebeda memelukan fekuensi yang bebeda pula, sebagai contoh: Audio 20kHz ideo 00MHz Micowave 0GHz b. Untuk membatasi ugi daya hilang, semakin leba tanggapan fekuensi semakin besa daya yang dipelukan, dan aga tidak tejadi

47 293 pemboosan untuk itu dipelukan adanya pembatasan daeah leba fekuensi dan disesuaikan dengan kebutuhan. c. Untuk mempekecil dan menekan nois tehadap sinyal pada fekuensi yang tak dikehendaki apabila satu sistem pealatan beinteaksi dengan sistem lain. Sebagai contoh, penguat F bila tidak dibatasi leba daeah fekuensinya bisa menimbulkan intefeensi. d. Stabilitas,pada opeasi fekuensi tinggi yang tak dikehendaki. e. Penyaing befungsi untuk membatasi angkaian hanya untuk fekuensi yang digunakan saja Tanggapan Fekuensi dan Tansien (Peilaku Tempoe): Ini penting kaena pada daeah fekuensi yang kompleks mempunyai hubungan dalam kaitannya dengan s= + j, dengan = tanggapan fekuensi atau fakto edaman (tansient esponse o damping tem). j = tanggapan fekuensi keadaan stabil (steady state fequency esponse). Daeah yang paling menaik untuk dibahas dalam peancangan adalah pada entang fekuensi keadaan stabil, dengan = 0 dan s=j. agaimanapun, peilaku tempoe (tanggapan tansien) adalah suatu kaakteistik yang amat penting dai suatu sistem elektonik, kaena hali ini akan ikut bepean untuk membangkitkan distosi sinyal. Penyimpangan (distosi) sinyal dapat dibedakan ke dalam tiga kategoi, yaitu: a. Penguatan tidak tegantung fekuensi atau biasa disebut distosi amplitudo b. Pegesean fasa meupakan fungsi tidak linie tehadap fekuensi (distosi fasa) c. Penguatan tidak linie atau disebut distosi tidak linie. Tanggapan fekuensi dai suatu angkaian meupakan fungsi step dai peubahan infomasi masukan yang didalamnya mengandung tiga unsu jenis distosi dan masalah ini sangat penting untuk mendapatkan dan mempekiakan stabilitas dai suatu sistem, kaena pada angkaian kutub tunggal (single pole). Dan tegangan keluaan di dalam daeah waktu (time domain) dapat dinyatakan. t - mak (2.349) OUT mak INITIAL 2.4. Komponen Induktif & Kapasitif Sejauh ini didalam peancangan sebuah amplifie kebanyakan hanya mempetimbangkan apa yang disebut penguatan pada tanggapan fekuensi pada cakupan fekuensi tengah (mid-band gain).

48 294 Di dalam angkaian elektonik moden, pemakaian indukto dan kapasito secaa nomal dipekecil ini betujuan untuk menghindai pelambatan (konstanta waktu) antaa masukan dan keluaan. Untuk peneapan amplifie sedehana, Aus bolak-balik dengan penggandeng kapasito bila mungkin sebaiknya dihindakan, sebab kapasito kopling/penggandeng aus bolak-balik dapat menaikkan batas tanggapan fekuensi endah. Sedangkan pada fekuensi tinggi yang tidak bisa diabaikan adalah fakto pengauh angkaian tehadap efek paasit kapasitansi dan induktansi, kapasitansi dan induktansi paasit tesebut muncul pada komponen aktif, tansisto dan didalam kemasan akan saling saling behubungan dan menimbulkan efek paasit pada fekuensi tinggi. Untuk fekuensi tengah, induktansi paasit tidak mempengauhi kondisi angkain, sedangkan kapasitansi paasit mempunyai pean utama di dalam menentukan peilaku angkaian pada daeah fekuensi tinggi. Untuk itu kenapa didalam analisa sinyal kecil banyak melibatkan angkaian komponen disuatu jaingan dan untuk itu akan dicoba untuk menganalisa pada angkaian sedehana. Kaena alasan ini, dan untuk memudahkan didalam analisa pehitungan pelu adanya penyedehanaan masalah, maka metode penyelesaian yang baik adalah dengan memisahkan tanggapan fekuensi tesebut menjadi tiga bagian. Disamping itu, munculnya komponen tanpa ukuan (paasit komponen) dapat menyebabkan angkaian menjadi umit dan kesulitan didalam disain, untuk itu seing kita jumpai didalam angkaian dilengkapi dengan fasilitas offset. Untuk memudahkan pengetian didalam analisa, maka kita pelu memisahkan spektum fekuensi ke dalam tiga daeah sepeti yang ditunjukan pada Gamba 2.46 beikut: Keteangan Gamba 2.46: Gamba Tanggapan fekuensi a. Tanggapan fekuensi endah, kaakteistik angkaian ditentukan oleh kapasitansi sei.

49 295 b. Tanggapan fekuensi tengah, pada kondisi ini fekuensi besifat independen tidak bepengauh tehadap peilaku kaakteistik angkaian. c. Tanggapan fekuensi tinggi, kaakteistik angkaian cendeung ditentukan oleh kapasitansi paalel. Untuk penguat betingkat (multi-stage system), pada fekuensi endah dan fekuensi tinggi peilaku angkaian akan secaa nomal ditandai dan dikuasai oleh sejumlah kutub (pole) dan nol (zeo) angkaian Penyaing Lolos Atas (High Pass Filte-HPF) Gamba 2.47 mempelihatkan konsep dasa jaingan penyaing lolos atas ode petama st -High Pass File (HPF), dengan kuva tanggapan fekuensi sepeti yang ditunjukkan pada Gamba Gamba 2.47 Penyaing lolos atas Jaingan filte yang paling sedehana dapat dibangun dengan satu tahanan dan sutu kapasito: Tansfomasi fungsi mendekati fekuensi tinggi adalah = 0, Av = 0 dan = Av =. OUT s. A (2.350) IN s. s. dimana =. Tansfe fungsi magnitudo adalah: A. (2.35) 2 bila = /, A = /2 = 0,707 fekuensi ( L, f L ) dibatasi oleh: dibawah fekuensi cut-off

50 296 Fasa tansfe fungsi: dibawah fekuensi batas -3d 20log 0 tan fekuensi sudut yang yang lebih endah tan. tan 0 - ω ω atau tan - 2-3d (2.352) Gamba 2.48 Tanggapan fekuensi penyaing lolos atas Tanggapan fekuensi endah ditentukan oleh nilai dai Kapasitansi Sei Tanggapan tansien dengan tegangan masukan gelombang pesegi. Tanggapan tegangan keluaan tehadap input adalah: -t OUT MAK e untuk kondisi tegangan awal nol Gamba 2.49 Tansien penyaing lolos atas Penyaing Lolos awah (Low Pass Filte-LPF)

51 297 Gamba 2.50 mempelihatkan konsep dasa jaingan penyaing lolos bawah ode petama st -Low Pass File (HPF), dengan kuva tanggapan fekuensi sepeti yang ditunjukan pada Gamba 2.5. Gamba 2.50 Penyaing lolos bawah Jaingan filte yang paling sedehana dapat dibangun dengan satu tahanan dan sutu kapasito: Tansfomasi fungsi mendekati fekuensi tinggi adalah = 0, Av = dan = Av = 0. OUT A (2.353) s s. dimana =. IN Tansfe fungsi magnitudo adalah: A (2.354) 2 bila = /, A = /2 = 0,707 fekuensi ( H, f H ) dibatasi oleh: Fasa tansfe fungsi: diatas fekuensi cut-off diatas fekuensi batas -3d diatas fekuensi sudut 20log 0 2-3d tan - (2.355)

52 298 Gamba 2.5 Tanggapan fekuensi penyaing lolos bawah Tanggapan fekuensi endah ditentukan oleh nilai dai kapasitansi paallel. Tanggapan tansien dengan tegangan masukan gelombang pesegi. Tanggapan tegangan keluaan tehadap input adalah: -t OUT MAK - e untuk kondisi tegangan awal nol Gamba 2.52 Tansien penyaing lolos bawah Estimasi ( L ) atas Fekuensi awah Ada dua metode untuk menentukan leba daeah fekuensi suatu penguat, yaitu dengan caa model estimasi metode pendekatan angkaian hubung singkat konstanta waktu (shot cicuit time constant- ST) dan dengan metode angkaian tebuka konstanta waktu (Open cicuit time constant-ot). Metode ini seing digunakan kaena kemudahan dan ketepatan hasil estimasi.

53 299 Gamba 2.53 Tanggapan fekuensi lolos atas Metoda sikuit tebuka konstanta-waktu (open cicuit time constant- OT) hanya tepat digunakan untuk menentukan suatu pekiaan pada fekuensi diatas batas 3d, H. Sedangkan metoda tetapan-waktu hubung singkat (shot cicuit time constant-st) digunakan untuk menentukan suatu pekiaan pada fekuensi dibawah batas 3d atau yang lebih endah, L. Hauslah dicatat bahwa metoda ini didasakan pada analisa angkaian pendekatan metode yang kemudian secaa teoitis cukup bealasan untuk digunakan estimasi model Konstanta Waktu Sebuah angkaian sedehana tehubung sei dan paalel sepeti yang ditunjukan pada gamba 2.54 beikut: Gamba 2.54 Jaingan sei paalel Titik potong fekuensi endah angkaian sei, pada fekuensi endah angkaian akan dominan besifat kapasitansi, dan kita asumsikan bahwa /. P benilai sangat besa sehingga untuk fekuensi endah mendekati suatu angkaian tebuka Titik potong fekuensi tinggi

54 300 angkaian paalel, pada fekuensi tinggi angkaian akan dominan besifat kapasitansi, dan kita asumsikan bahwa /S benilai sangat kecil sehingga untuk fekuensi endah mendekati suatu angkaian hubung singkat angkaian Tebuka Konstanta Waktu (Open icuit Time onstant) Peneapan, sepeti contoh yang ditunjukan pada Gamba 2.55 untuk itu dipelukan metode pendekatan yang bebeda guna mengamati peilaku fekuensi tinggi pada angkaian. Gamba 2.55 Jaingan penyaing lolos bawah Misalkan kita mengambil satu buah kapasito, katakan, dengan mengasumsikan bahwa semua kapasito yang lain meupakan angkaian tebuka dan selanjutnya adalah menghitung nilai tahanan efektif di dalam angkaian paalel tehadap kapasito, dan dengan mengasumsikan semua sumbe independen hubung singkat dalam kasus ini adalah sumbe tegangan IN, dengan demikian didapatkan: Kapasito dilepas, sedangkan 2, 3, 4 tebuka dan IN hubung singkat: =. (2.356) Kapasito 2 dilepas, sedangkan, 3, 4 tebuka dan IN hubung singkat: 2 = ( + 2 ). 2 (2.357) Kapasito 3 dilepas, sedangkan 2,, 4 tebuka dan IN hubung singkat: 3 = ( ). 3 (2.358) Kapasito 4 dilepas, sedangkan 2, 3, tebuaka dan IN hubung singkat: 4 = ( ). 4 (2.359) Untuk mempeoleh fekuensi bagian atas 3d, yaitu dengan menjumlahkan masing-masing konstanta waktu tesebut diatas, sehingga didapatkan pesamaan sepeti beikut:

55 30 H (2.360) Langkah-langkah didalam menghitung time konstan diatas 3d: a. Mengambil satu kapasito, misalkan dengan nama (i), kemudian asumsikan bahwa semua kapasito yang lain dalam keadaan angkaian tebuka sempuna. b. eikut adalah menentukan nilai tahanan (i) efektif paalel dengan kapsito (i) dengan semua sumbe tegangan independen mulai nol (hubung singkat) dan semua kapasito yang lain pelakukan sebagai angkaian tebuka. c. Menghitung (i), dengan konstanta waktu (i.i) -. d. Mengulangi langkah-langkah (a) sampai (c), dan menganggap untuk semua kapasito dalam angkaian tebuka dan ulangi sampai semua kapasito teakhi. e. Menghitung H dengan pesamaan, dimana secaa umum batas fekuensi diatas 3d tehadap fungsi waktu ( H ) dapat dinyatakan: H i ii (2.36) i i Dai analisa angkaian sedehana, kita mengetahui bahwa batas fekuensi 3d yang iil akan lebih tinggi dibanding H angkaian Hubung Singkat Konstanta Waktu (Shot icuit Time onstant) Untuk mengamati peilaku fekuensi endah dai angkaian yang ditunjukan pada Gamba 2.56a, kita pelu mengambil satu kapasito, katakan, kemudian dengan mengasumsikan bahwa semua kapasito yang lain adalah angkaian hubung singkat dan selanjutnya menghitung nilai tahanan efektif paalel dengan dengan semua sumbe tegangan independen tehubung singkat. Gamba 2.56a Jaingan penyaing lolos atas

56 302 Gamba 2.56b Jaingan penyaingan sei-paalel Sehingga didapatkan pesamaan konstanta waktu yang dibentuk oleh masing-masing angkaian dan, sebagai beikut: Kapasito dilepas, sedangkan 2, 3, 4 dan IN hubung singkat: = ( // 2 // 3 // 4 ). (2.362) Kapasito 2 dilepas, sedangkan, 3, 4 dan IN hubung singkat: 2 = ( 2 // 3 // 4 ). 2 (2.363) Kapasito 3 dilepas, sedangkan 2,, 4 dan IN hubung singkat: 3 = ( 3 // 4 ). 3 (2.364) Kapasito 4 dilepas, sedangkan 2, 3, dan IN hubung singkat: 4 = 4. 4 (2.365) Untuk mempeoleh fekuensi batas dibawah 3d, yaitu dengan menginvesikan dan kemudian menjumlahkan dai masing-masing konstanta waktu tesebut diatas, sehingga didapatkan pesamaan sepeti beikut: H (2.366) Langkah-langkah didalam menghitung time konstan diatas 3d: a. Lepaskan satu kapasito, misalkan dengan nama (j), kemudian asumsikan bahwa semua kapasito yang lain dalam keadaan angkaian hubung singkat sempuna. b. eikut adalah menentukan nilai tahanan (j) efektif paalel dengan kapasito (j) dengan semua sumbe tegangan independen mulai nol (hubung singkat) dan semua kapasito yang lain pelakukan sebagai angkaian hubung singkat. c. Menghitung (j), dengan konstanta waktu (j.j) -. d. Mengulangi langkah-langkah (a) sampai (c), dan menganggap untuk semua kapasito dalam angkaian hubung singkat dan ulangi sampai semua kapasito teakhi.

57 303 e. Menghitung L dengan pesamaan, dimana secaa umum batas fekuensi dibawah 3d tehadap fungsi waktu ) dapat dinyatakan: L ( L j j j (2.367) j j Untuk mengevaluasi dan membuktikan metode ini, kita coba siapkan untuk meneapkan kedalam angkaian yang sedehana sepeti yang ditunjukkan pada Gamba 2.56b adalah: Open icuit Time onstant, Dengan mengasumsikan bahwa kapasito ( P ) meupakan angkaian tebuka, kapasito ( S ) dan sumbe tegangan indepeden ( IN ) tehubung singkat (0olt). Dengan demikian konstanta waktu yang dibentuk oleh angkaian tesebut adalah: = P.( S // P ) (2.368) dan besanya fekuensi batas diatas 3d adalah H (2.369) // P S P Shot icuit Time onstant, dengan mengasumsikan bahwa kapasito ( S ) meupakan angkaian hubung singkat, kapasito ( P ) angkaian tebuka dan sumbe tegangan indepeden ( IN ) tehubung singkat (0olt). Dengan demikian konstanta waktu yang dibentuk oleh angkaian tesebut adalah: 2 = S.( S + P ) (2.370) dan besanya fekuensi batas dibawah 3d adalah: L (2.37) ( ) 2 S S P Metode ini adalah suatu model pendekatan, sehingga ketepatan metode sepeti ini masih kalah bila dibandingkan dengan metode analisis pole (numeato) dan zeo (denumeato). ila suatu angkaian sepeti yang ditunjukkan pada Gamba 2.57, dan secaa teoitis bahwa fekuensi batas bawah (lowe cut-off) untuk suatu jaingan yang tedii n kapasito, yaitu dua kapasito kopling dan satu kapasito bypass dapat dinyatakan dengan menggunakan pesamaan beikut: n L (2.372) i is. i

58 304 di mana (i S ) meupakan jumlah nilai tahanan pada jaingan teminal ke (i) dan kapasito (i) meupakan jumlah semua kapasito pada jaingan tesebut yang dapat digantikan dengan caa menghubung singkat semua kapasito yang tedapat pada angkaian. Dengan demikian poduk dai pekalian antaa tahanan i S dengan kapasito i menunjukan nilai shot cicuit time constant (ST) pada jaingan tesebut atas fekuensi endah angkaian Emito esama Menentukan ( L ) antaa asis-emito Dengan menggunakan metode pendekatan, maka estimasi ( L ) untuk angkaian Gamba 2.57, maka batas fekuensi bawah (f L ) dapat ditentukan sepeti beikut: Gamba 2.57 angkaian pengganti ST basis-emito Untuk menentukan konstanta waktu ( ) yang dibentuk oleh tahanan ( S ) dengan kapasito penggandeng ( ), yaitu dapat dengan caa menghubung singkat kapasito bypass ( E ) dan kapasito penggandeng keluaan ( ). Dengan demikian didapatkan pesamaan: S = S + // 2 // (2.373) = S. (2.374) Menentukan ( L ) antaa Kolekto-Emito Gamba 2.58 angkaian pengganti ST kolekto-emito

59 305 Untuk menentukan konstanta waktu ( 2 ) yang dibentuk oleh tahanan ( 2S ) dengan kapasito penggandeng ( ), yaitu dapat dengan caa menghubung singkat kapasito penggandeng ( ) dan kapasito bypass ( E ). Dengan demikian didapatkan pesamaan: 2S = L + // E (2.375) 2 = 2S. (2.376) Gamba 2.59 angkaian Pengganti ST Emito-asis Dan untuk menentukan konstanta waktu ( 3 ) yang dibentuk oleh tahanan ( 3S ) dengan kapasito bypass ( E ), yaitu dapat dengan caa menghubung singkat kapasito penggandeng ( ) dan kapasito penggandeng ( ). Dengan demikian didapatkan pesamaan: Tahanan pengganti TH = // 2 // S 3S // E TH (2.377) 3 = 3S. E (2.377) L 3. is i 2. 3 S. 2S. L (2.378) sehingga tanggapan fekuensi batas bawah (f L ) dapat dicai dengan pesamaan beikut: L fl (2.379) 2 Pada umumnya pengauh fekuensi batas bawah (f L ) pada penguat emito besama (common emitte) yang sangat dominan adalah nilai kapasito bypass E, kaena untuk menentukan nilai 3 = 3S. E, dimana besanya tahanan pada emito 3S E//( TH)/( ) ditentukan dai angkaian kolekto besama (common collecto) angkaian Fekuensi Tinggi 3S E

60 306 Gamba 2.60 mempelihatkan angkaian pengganti fekuensi tinggi, dimana nampak pada tansisto muncul dua buah kapasito paasitik. kapasito paasit antaa basis dan kolekto, kapasito paasit basisemito. Kapasito bukan digolongkan kapasito paasitik tapi dinamakan kapasito penggandeng atau kopling dengan sumbe sinyal masukan ( S ). Gamba 2.60 angkaian pengganti fekuensi tinggi Kapasito paasit dipengauhi mateial, konstuksi dan teknologi poses pembuatan tansisto. Gamba 2.68 mempelihatkan hubungan kapasito paasitik ( ), ( e ) tehadap peubahan tegangan bias tansisto. Semakin tinggi tegangan bias semakin mengecil nilai kapasito paasitnya. Kedua kapasito paasit ini mempengauhi leba pita pada daeah batas fekuensi tinggi (f H ).