MODUL I TAHAP OUTPUT PENGUAT DAYA

Transkripsi

1 MODUL I TAHAP OUTPUT PENGUAT DAYA Rosana Dewi Amelinda ( ) Asisten : Alvin Lianto( ) Tanggal Percobaan: 23/9/2015 EL3109-Praktikum Elektronika II Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Abstrak Pada praktikum Modul I ini dilakukan percobaan mengenai tahap output penguat daya. Tahap output penguat daya sendiri pada dasarnya terbagi menjadi 4 kelas penguat yaitu kelas A, B, AB, dan C. Namun pada percobaan kali ini hanya akan dilakukan pengamatan pada penguat kelas A, B, dan AB saja. Perbedaan keempat kelas penguat daya tersebut terletak pada swing maksimum, distorsi, dan daya disipasi maksimumnya. Beberapa pengamatan yang dilakukan diantaranya pengamatan kualitatif linieritas dan VTC, pengamatan linieritas kuantitatif, serta pengamatan daya disipasi dan daya pada beban. Ketiga pengamatan tersebut dilakukan pada masing-masing konfigurasi rangkaian tahap output penguat. Selain itu, untuk penguat kelas B juga dilakukan pengamatan tahap output dengan umpan balik (feedback) penguat operasional. Dari hasil pengamaran ketiga kelas tahap output tersebut, selanjutnya dapat disimpulkan kelebihan dan kekurangan pada masingmasing kelas penguat. Sebuah transistor dalam fungsi penguatannya biasanya menghasilkan panas. Agar panas dapat dikendalikan, dikenal analogy rangkaian thermal untuk menghitung besarnya pasan yang dapat dipindahkan dari transistor ke heatsink dan lingkungan. Oleh sebab itu pada percobaan keempat akan dilakukan pengamatan disipasi pada transistor dan rangkaian thermal. Kata kunci: Tahap output, Daya disipasi, Linieritas Rangkaian thermal. 1. PENDAHULUAN Secara umum, suatu penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk mengendalikan tenaga yang lebih besar. Ada beberapa cara untuk melakukan penguatan. Pertama yaitu penguat satu tingkat, terdir atas satu unsur penguat dan rangkaian pendukungnya. Lalu apabila beberapa unsur-unsur semacam digabungkan maka akan didapatkan penguat banyak tingkat. Dalam suatu system reproduksi suara, tahap pertama adalah penguatan tegangan (atau arus) sinyal kecil yang dirancang untuk menguatkan keluaran dari pembaca sinar laser yang merupakan keluaran DVD-player antara beberapa millivolt menjadi beberapa volt. Tahap akhir merupakan penguat sinyal besar atau penguat daya (power amplifier) dan memberikan daya yang cukup untuk menggerakan pengeras suara. Pengeras semacam itu disebut penguat audio jika menguatkan sinyal antara kurang lebih 20 Hz sampai dengan 20 khz. Dalam mengukur getaran, variasi suhu atau arus listrik yangd ditimbulkan oleh badan manusia, dijumpai sinyal-sinyal frekuensi yang sangat rendah antara nol sampai beberapa hertz. Rangakaian penguat umumnya digolongkan dalam kelas-kelas, yaitu Kelas A, Kelas B, Kelas AB, dan Kelas C untuk rancangan analog, serta Kelas D dan E untuk rancangan pengalih (switching). Disamping itu masih ada kelas E/F untuk penguat daya pengalih efisiensi tinggi yang bekerja untuk gelombang segi empat. Tahap Output bedasarkan Arus Colector Figure 1 Arus Colector - ωt untuk masing-masing kelas penguat daya Efisiensi maksimum pada tahap output kelas A yaitu 25%, kelas B 78.5%, dan kelas AB sebesar 78.5 %. Berikut kurva karakteristik Vo-Vi untuk masing masing kelas penguat daya : Figure 2 Kelas A Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 1

2 Figure 3 Kelas B saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu dayanya. Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasika dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan digunakan rangkaian sumber arus seperti gambar 2 Gambar 2 Rangkaian sumber arus untuk bias tahap output penguat kelas A 2. STUDI PUSTAKA Tahap Output Penguat Kelas A Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Common Emitter tampak seperti gambar dibawah iniω Gambar 1 Rangkaian tahap output penguat kelas A Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus Ibias menarik arus dari transistor Q1 dan beban R L. Saat tegangan input sekitar nol, arus ditarik sumber I BIAS akan diberikan olhe transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan tegangan mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A menghantarkan arus sebesar arus biasnya. Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban R L sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif I bias R L. Saat tegangan input tertinggi maka transistor Q 1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi hubungan sebagai berikut I BIAS R L = V CC V CEsat (F 1) Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisaran dari 0 hingga 2xI BIAS. Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini ketika sinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor mencapai tegangan Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan berikut I BIAS = β(v CC R 2 V BE (R 1 R 2 )) R 1 R 2 + (β + 1)R 3 (R 1 R 2 ) Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati I BIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari V CC I BIAS saat amplitude tegangan input nol hingga V CC I BIAS /2 saat amplitude input maksimum (mendekati V CC). Sementara untuk menghitunga daya dan efisiensi digunakan rumus sebagai berikut : P D P P (F 2) S L P V I I S (F 3) P L CC 2 O( RMS ) V R (F 4) L PL 100% (F 5) P S Penguat Kelas B Push-Pull Penguat kelas B Pushpull mengguankan sepasang transistor NPN dan PNP (juga nmos dan pmos) yang seimbang dengan konfigurasi common emitor. Rangkaian dasar untuk tahap output penguat kelas B push pull tampak seperti pada gambar 3 Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 2

3 Gambar 3 Penguat Pushpull kelas B akibat ketidakseimbangan penguat arus transistor NPN dan PNP. Penguat operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Selisih tegangan input dan output akan membuat penguat operasional memberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata leih rendah dari input dan begitu pula sebaliknya. Gambar 4 Rangkaian penguat pushpull kelas B dengan feedback menggunakan op amp Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus tegangan input positis maka junction base-emitter transistor Qn akan mendapat tegangan maju sehingga transistor Qn konduksi sedangkan junction base-emitter transistor Qp akan mendapat tegangan mundur sehingga transistor Qp dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat siklus tegangan negative junction base-emitter transistor Qp akan mendapat tegangan maju dan transistor Qp konduksi dan Qn dalam keadaan cutoff. Adanya tegangan cut-in pada perilaku unction menyebabkan proses transisi transistor yang konduksi dari Qn ke Qp dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan cut-off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal input terdistorsi. Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu daya dapat mendekati sebagai half wave rectified sinusoidal wave untuk masing-masing transistor. Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati P S = 2 π Vo R L V CC (F 6) Daya yang disampaikan pada beban P L = 1 2 Vo 2 R L (F 7) Dengan demikian daya terdisipasi pada masingmasing transistor akan bergantung pada amplitude tegangan output atau tegangan inputnya. Vo Vo 2 P DQ = 1 V π R CC 1 (F 8) L 4 R L Output pada penguat kelas B push pull mengalami distorsi cross over saat pergatian transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaain umpan balik dengan penguat operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti tampak pada gambar 4. Umpan balik dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan cross-over tetapi juga menekan distorsi Penguat Kelas AB Push-Pull Cara lain menekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan bias yang cukup pada junction base-emitter. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB. Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan diode seperti ditunjukan pada gambar 5. Gambar 5 Penguat pushpull kelas AB dengan diode untuk pemberi tegangan bias 2.1 JUDUL SUB-BAB Sub-bab pada percobaan ini, yaitu : Penguat kelas A Penguat pushpull kelas B Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 3

4 3. METODOLOGI Penguat pushpull kelas AB Pada percobaan 1 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu : 1. Kit praktikum penguat daya 2. Generator sinyal 3. Osiloskop Digital dengan fungsi FFT 4. Multimeter 5. Catu daya Ter-regulasi 6. Kabel dan asesoris pegukuran 7. Thermometer Infrared Memulai percobaan Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum 1. Penguat kelas A Menyusun rangkaian Disusun rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada gambar 1. Nilainilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R 1 = 5,6k, R 2 = 1,2k, R 3 = 1,2, R L = 56 W, Q 1 = Q 2 =BD139, dan V CC = 6V. Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2V pp 1KHz. Diunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X), dan gambarkan bentuk sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya. Digunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati. Gambar dan catat batas saturasinya. Diamati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode dual trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya. Diubah nilai resistansi beban R L menjadi 33 1W dan amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya dan perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Gambar 6 Rangkaian pengamatan penguat kelas A Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 4

5 Diturunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan saturasinya (pada kisaran 9-10 Vpp) Digunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa fungsi MATH dilakukan untuk sumber sinyal dari kanal 2 (sinyal output). Diatur tampilan display sehingga dapat diperoleh pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Diamati spektrum sinyal output ini untuk amplituda sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik ketiga. Dilakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input fungsi MATH. Menyusun rangkaian Disusun rangkaian seperti pada Gambar3. Komponen yang digunakan transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140, resistansi beban RL 33 ohm 1 W, dan tegangan catu Vcc 6 V. Digunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Diamati dan dicatat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan distori bentuk sinyal dan penyebabnya. Diaktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Dilakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi batas saturasi (pada kisaran Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada beban Dikembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT dengan menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban). Dihitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal input. Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 V pp. Diperhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Diubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Diamati dan dicatat kuva VTC yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, digunakan fungsi FFT pada osilokop. Diamati spektrum sinyal input dan output dan catat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Dilakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan input yang lebih besar dari batas saturasi (pada kisaran Vpp). Diamati dan dicatat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban 2. Penguat pushpull kelas B Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 5

6 Digunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Dihitung dan diperhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. Diubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 4. Komponen yang digunakan transistor Q 1 BD139 dan Q 2 BD 140, resistansi beban R L 33 1W, penguat operasional LM741, dan tegangan catu V CC 6V. Gunakan juga ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Pengamatan Tahap Output kelas B dengan Umpan Balik Penguat Operasional Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4V pp 1KHz. Dihubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Diamati dan dicatat bentuk gelombang outputnya. Dibandingkan dengan hasil dengan hasil pengamatan sebelumnya tanpa umpan balik. Diubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Diamati dan dicatat bentuk kurva VTC ini. Dibandingkan dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. Dipindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional. Diamati dan dicatat juga bentuk kurva VTC ini. Diperhatikan fungsi transfer rangkaian umpan baliknya. Dikembalikan titik pengamatan output ke beban. Diatur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input dan output dan dicatat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Dibandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik. Digunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10V pp. Dihitung dan diperhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. 3. Penguat Pushpull Kelas AB Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 6

7 Menyusun Rangkaian Disusun rangkaian seperti pada Gambar 5 dengan resistansi Resistor R 1 dan R 2 1,8k, dioda D 1 dan D 2 1N4001, transistor Q 1 BD139 dan Q 2 BD140, resistansi beban RL = 33 1W dan tegangan catu daya V CC 6V. Digunakan ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya. Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4V pp 1KHz. Dihubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Diamati dan dicatat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Diperhatikan bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Diamati dan dicatat arus dari catu daya. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban Digunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, diamati dan dicatat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Dihitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya. Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4, 6, dan 10 V pp. Diperhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban. Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal Disusun rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 2 dengan resistansi R 1 5,6k, R 2 1,2k, R 3 1,2 dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan heatsink (pendingin). Digunakan amperemeter untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektor-emitor. Dilakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2 = 1 kω, dan untuk R1 = R2 = 4.7 kω Dihubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Diberikan tegangan V CC 6V kemudian diamati dan diukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh heatsink dan pada casing transistor. Diubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Diamati dan catat bentuk kurva VTC ini. Dilakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4.7 kω. Diperhatikan juga area kurva VTC disekitar tegangan input nol. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Dikembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1 kω diatur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop diamati spektrum sinyal input dan output dan dicatat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga. Diturunkan tegangan V CC 6V hingga arus kolektor naik sekitar 20% dan kembali amati dan ukur arus serta temperatur seperti di atas. Diulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal. Mengakhiri Percobaan Selesai praktikum dirapikan semua kabel dan dimatikan osiloskop, generator sinyal serta dipastikan juga multimeter analog, multimeter digital ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjukan ke pilihan off). Dimatikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan. Dilakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi dan untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Diamati dan dicatat amplitudo frekuensi dasar dan harmonik ketiganya. Diperiksa lembar penggunaan meja. DIpastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 7

8 4. HASIL DAN ANALISIS PENGUAT KELAS A Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC Pada percobaan pertama ini dilakukan pengamatan kualitratif linieritas dan VTC pada penguat kelas A. Dibuat rangkain penguat kelas A terlebih dahulu dengan nilai-nilai komponen sesuai dengan metodologi. Lalu diberikan input penguat yang berasal dari generator sinyal sinusoidal dengan input tegangan sebesar 2 Vpp dan frekuensi 1 khz. Kemudian diperoleh hasil sinyal sebagai berikut : Gambar 7 Sinyal input dan output penguat kelas A (R L = 56 Ω) Gambar 10 Mode dual trace sinyal input dan output saat melewati batas saturasi penguat kelas A Setelah dilakukan pengamatan dengan resistansi beban 56 Ω, selanjutnya dilakukan pengamatan kurva VTC untuk resistansi beban sebesar 33 Ω sebagai berikut : Gambar 11 Kurva Voltage Transfer Characteristics penguat kelas A (R L 33 Ω) Gambar 8 Voltage Transfer Characteristics penguat kelas A (R L = 56 Ω) Dari gambar diatas (Gambar 7 dan 8) terlihat bahwa sinyal input hampir identic dengan sinyal output, dimana tegangan output memiliki peak to peak yang sama (hanya bergeser kebawah) dengan tegangan inputnya. Hal ini berarti bahwa penguatan yang dihasilkan pada penguat kelas A adalah mendekati 1. Selain itu terlihat pula dari kutva karakteristik VTC yang dihasilkan berbanding lurus (linier) atau memiliki kemiringan 1 V/V. Pada saat tegangan output diperbesar hingga mendekati batas saturasinya, tegangan inputnya yaitu sebesar 7.2 Vpp. Berikut kurva karakteristik VTC dan sinyal input-output mode dual trace saat terjadinya saturasi : Gambar 9 Mode XY sinyal input dan output saat batas saturasi penguat kelas A (R L = 56 Ω) Besarnya tegangan input saat outputnya berada pada batas saturasi yaitu sebesar 3 Vpp. Pada Gambar 10 terlihat bahwa sinyal output terpotong pada bagian bawah. Batas saturasi bawah pada penguat kelas A bergantung pada besarnya nilai resistansi beban. Apabila dibandingkan besarnya tegangan saat saturasi untuk R L 56 Ω dan 33 Ω diketahui bahwa semakin kecil nilai resistansi beban (R L) maka semakin kecil pula swing outputnya sehingga batas saturasinya semakin turun. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Dikembalikan beban pada nilai resistansi beban sebesar 56 Ω. Lalu diturunkan tegangan input menjadi dibawah 7.2 Vpp. Dengan menggunakan mode Fast Fourier Transfor (FFT) pada osiloskop, kita dapat mengamati sinyal penjumlahan dari berbagai sinyal sinusoidal. Spectrum sinyal output untuk amplitude sinyal pada frekuensi dasar, harmonic kedua, hamonik ketiga sebagai berikut : Table 1 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas A \ Spektrum dasar (1000 Hz) Harmonik pertama (2000 Hz) Sinyal output Sinyal input 53.2 db 55.6 db 12.8 db 12.8 db Harmonik kedua (3000 Hz) 9.2 db 9.2 db Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 8

9 Table 2 Pengukuran amplitude spectrum saat sinyal input 4 Vpp dan saat batas saturasi penguat kelas A \ Spektrum Saat input 4 Vpp Saat batas satursi Table 3 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efiiensi penguat kelas A (1) V input I + (ma) I - (ma) Vo (V) V min dasar (1000 Hz) Harmonik pertama (2000 Hz) 51.6 db 62 db 7.6 db 44 db 2 Vpp Vpp Vpp Vpp Harmonik kedua (3000 Hz) 4 db 35.6 db Pada pengamatan linieritas kuantitatif ini, diperolehh tiga kondisi sinyal input yang berbeda yaitu saat sinyal input berada dibawah batas saturasi, pada batas saturasi dan diatas batas saturasi. Saat sinyal input berada dibawah batas saturasi, sinyal output masih berbentuk sinusoidal dan pada FFT nya hanya menghasilkan amplitude sinyal pada frekuensi dasar saja. Berbeda halnya ketika kita mengamati saat sinyal berada pada batas saturasi dan diatas daerah saturasi, sinyal output menjadi terpotong atau dengan kata lain sinyal output sudah mulai mengalami distorsi. Sinyal output tidak berbentuk sinyal sinusoidal lagi, sehingga pada FFT nya tidak hanya menghasilkan amplitude sinyal frekuensi dasar saja tetapi juga amplitude pada frekuensi harmonic kedua dan ketiga. Karakteristik lain dari sinyal spectrum yang dihasilkan yaitu amplitude sinyal harmoniknya menjadi semakin mengecil. Hal tersebut menandakan distorsi semakin terlihat saat tegangan melebihi daerah saturasi. Selain itu semakin besar frekuensi, maka semakin kecil pula spectrum amplitudenya. Karaketeristik ini menjelaskan mengapa untuk nilai tegangan input yang berbeda-beda menghasilkan nilai penguatan yang berbeda-beda pula meskipun perbedaannya sangat kecil. Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Selanjutnya dilakukan pengukuran nilai arus pada bjt yang dihubungkan dengan catu daya positif, arus pada bjt yang dihubungkan dengan catu daya negative, serta dilakukan pengukura tegangan output pada beban. Berikut data yang diperoleh : Setelah data I+, I-, serta Vo seperti table diatas, dengan menggunakan rumus (F 2) (F 5) dilakukan perhitungan untuk mencari daya sumber, daya beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat sebagai berikut : Table 4 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efiiensi penguat kelas A (2) V input Ps (mw) Pl (W) Pd (mw) H V min % 2 Vpp % 4 Vpp % 6 Vpp % 10 Vpp % Untuk tegangan input dan output yang kecil, menghasilkan daya beban dan disipasi yang kecil pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya beban dan daya disipasi berbanding lurus dengan nilai tegangan input dan outputnya. Berdasarkan perhitungan daya diatas, diperoleh bahwa daya disipasi rata-rata transistor adalah sebesar W. Untuk input paling besar 10 Vpp menghasilkan daya disipasi yang cukup kecil yaitu %. Sehingga diperoleh pula range efisiensi yaitu sekitar %. Teori pada referensi [2] menyatakan bahwa efisiensi untuk penguat kelas A berselang antara % dan efisiensi maksimum 25 %. Apabila dibandingkan, maka hasil percobaan dapat dikatakan sudah mendekati teori. Namun karena beberapa kesalahan yang mungkin terjadi saat percobaan (seperti ketidak telitian praktikan dalam pengukuran nilai arus dan tegangan) sehingga menghasilkan data yang tidak sama persis dengan teori. PENGUAT PUSHPULL KELAS B Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 9

10 Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC Pada percobaan kedua ini dilakukan pengamatan kualitatis linieritas dan VTC sama seperti pada percobaan 1 namun dengan rangkaian penguat kelas B. Berikut hasil pengamatan yang diperoleh : Gambar 12 Sinyal input dan output penguat kelas B Table 6 Pengukuran amplitude spectrum sinyal saat input 4 Vpp dan saat batas saturasi penguat kelas B \ Spektrum Saat input 4 Vpp Saat batas satursi 1000 Hz 52 db 53.6 db 2000 Hz 11.6 db 12.8 db 3000 Hz 6.8 db 20.8 db Gambar 13 Kurva karakteristik alih tegangan (VTC) penguat kelas B Pada Gambar 12 dan 13 diatas dapat terlihat bahwa sinyal input dan output tidak linier. Meskipun sinyal input diatur pada nilai yang masih berada dibawah nilai saturasi, namun sinyal output yang dihasilkan sudah mengalami distorsi cross-over (sesuai dengan teori). Terjadnya distorsi ini disebabkan karena terdapat tegangan cut-in junction pada transistor yang menyebabkan perpindahan kondisi aktif transistor dari transistor NPN ke transistor PNP dan sebaliknya. Sehingga untuk nilai input pada range batas tegangan V BE (- 0.7 V sampai 0.7 V), transistor tidak diperkuat karena transistor berada pada daerah cut-off. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Selanjutnya dilakukan perngamatan linieritas kuantitatif seperti pada penguat kelas A, dan diperoleh data sebagai berikut : Table 5 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas B \ Spektrum Sinyal output Sinyal input 1000 Hz 54.8 db 58 db 2000 Hz 19.6 db 8 db Apabila dillihat pada table 5 dan 6 diatas, pada keadaan sinyal input berada dibawah nilai batas saturasinya, FFT nya menghasilkan amplitude sinyal pada frekuensi dasar, harmonic pertama, dan harmonic kedua. Hal ini dikarenakan pada keadaan tersebut sinyal output sudah mengalami distorsi. Sehingga jika sinyal input terus dinaikan pada nilai batas saturasi atau melebihinya, maka nilai amplitude frekuensinya akan semakin besar. Selain itu, pada penguat kelas B ini range nilai sebelum batas saturasinya lebih lebar dari penguat kelas A. Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Table 7 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B (1) V in (Vpp) I 1 (ma) I 2 (ma) Vo (V) V min Table 8 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B (2) V input Ps (mw) Pl (W) Pd (mw) H V min x % 2 Vpp % 4 Vpp % 6 Vpp % 10 Vpp % 3000 Hz 29.6 db 5.2 db Dapat dilihat bahwa pada tegangan input dan output yang kecil, menghasilkan daya beban dan disipasi yang kecil pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya beban dan daya disipasi berbanding Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 1 0

11 lurus (linier) dengan nilai tegangan input dan outputnya. Berdasarkan data perhitungan daya diatas, didapatkan daya disipasi rata-rata sebesar 63.6 mw. Selain itu, ada input maksimum sebesar 10 Vpp diperoleh nilai efisiens yang cuku besar yaitu %. Berdasarkan teori pada referensi [2] menyatakan bahwa untuk penguat kelas B, memiliki nilai maksimum efisiensi sebesar π/4 atau 78.5 %. Jika membandingkan kedua nilai efisiensi tersebut maka dapat dikatakan bahwa praktikum telah berhasil karena data yang diperoleh telah sesuai dengan referensi teori yang ada. Pengamatan tahap output kelas B dengan umpan balik (feedback) penguat operasional Selatelah dilakukan pengamatan pada penguat keas B, juga dilakukan pengamatan pada penguat kelas B yang diberi umpan balik (feedback) penguat operasional. Berikut hasil yang diperoleh : Gambar 14 Dual trace sinyal input dan output penguat kelas B dengan feedback op amp Berbeda dengan hasil penguatan kelas B sebelumnya, penguat kelas B dengan umpan balik op amp menghasilkan sinyal output yang hampir sama dengan sinyal inputnya (penguatan 1) dan tidak terdapat distorsi. Penambahan op amp pada penguat kelas B ini berfungsi untuk menjaga tegangan output agar sama dengan tegangan inputnya. Tidak hanya itu, op amp juga berperan untuk menekan distorsi akibat ketidak seimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP. Dilihat dari kurva karakteristik tegangan, output op amp terlihat sebagai komplemen dari sinyal distrosi cross-over sehingga apabila kedua sinyal dijumlahkan maka diperoleh kurva karakteristik yang linier. Untuk hasil FFT saat sinyal input berada dibawah nilai batas saturasi hanya memiliki frekuensi dasar. Lalu sinyal input yang melewati nilai batas saturasinya memiliki frekuensi dasar, harmnik kedua, dan harmonic ketiga. Table 9 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas B dengan feedback op amp \ Spektrum Sinyal output Sinyal input 1000 Hz 55.6 db 54.8 db 3000 Hz 6.4 db 12.4 db Gambar 15 Kurva VTC penguat kelas B dengan feedback op amp Gambar 16 Kurva VTC penguat kelas B dengan feedback op amp saat memasuki daerah saturasi Berdasarkan data pengamatan kualitatif seperti pada table diatas diketahui bahwa penguatan tidak murni linier. Hal ini karena yang semakin besar frekuensi harmoniknya, amplitude sinyal yang dihasilkan menjadi semakin kecil. Sehingga ketidak linieraan lebih kecil jika dibandingkan dengan penguat kelas B tanpa menggunakan feedback dengan op amp. Table 10 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B dengan feedback op amp (1) V input I 1 (ma) I 2 (ma) Vo (V) V min Vpp Gambar 17 Kurva VTC dengan output pada op amp (penguat kelas B dengan feedback op amp) Table 11 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B dengan feedback op amp (2) V input Ps (mw) Pl (mw) Pd (mw) H V min x x % 10 Vpp % Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 11

12 Berdasarkan data pada tebel diatas, terlihat bahwa tegangan input berbanding lurus (linier) dengan daya beban dan daya disipasinya. Untuk tegangan input terbesar yaitu 10 Vpp menghasilkan efisiensi sebesar %. Nilai ini lebih kecil dibandingkan dengan efisiensi pada 10 Vpp untuk penguat kelas B tanpa op amp (yaitu %). Hal ini menunjukan bahwa dengan adanya penambahan feedback dengan op amp pada penguat kelas B maka akan menurunkan efisiensi penguat. PENGUAT PUSHPULL KELAS AB Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC Gambar 18 Dual trace sinyal input dan output penguat kelas AB (R1 = 1.8 kω) Gambar 21 Dual trace sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 1 kω) Gambar 22 VTC sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 1 kω) Gambar 19 Kurva VTC penguat kelas AB (R1 = 1.8 kω) Gambar 23 VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 1 kω) Berdasarkan data pengamatan pada mode dual trace sinyal input dan output, terlihat bahwa kedua sinyal identic. Selain itu dari pengamatan kurva karakteristik VTC nya teramati bentuk garis lurus dengan kemiringan kurva 1 V/V. sehingga dapat disimpulkan bahwa sinyal tersebut linier. Gambar 20 Kurva VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 1.8 kω) Gambar 24 Dual trace sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 4.7 kω) Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 12

13 Gambar 25 VTC sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 4.7 kω) tersebut dapat disimpulkan penguat kelas ini bagus dalam hal linieritas. Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Table 13 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas AB (1) (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A ) V input I 1 (ma) I 2 (ma) Vo (V) V min Vpp Gambar 26 VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 4.7 kω) 4 Vpp Vpp Vpp Terlepas dari saturasi yang tetap terjadi pada sinyal, batas tegangan inpu agar tidak terjadi distorsi menjadi semakin besar. Selain itu distorsi cross-over yang terjadi pada penguat kelas B, tidak terjadi pada penguat jenis ini. Hal-hal tersebut merupakan keuntungan dari penguat kelas AB. Pengamatan Linieritas Kuantitatif Table 12 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas AB (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A ) V input / dasar (1 khz) Harmonik ketiga (3 khz) 8 Vpp Vpp Berdasarkan data pengamatan kualitatif seperti pada table diatas diketahui bahwa penguatan tidak linier. Hal ini karena yang semakin besar frekuensi harmoniknya, amplitude sinyal yang dihasilkan menjadi semakin kecil. Untuk tegangan input yang jauh lebih besar dari saturasinya menampilkan amplitude harmonic yang juga besar sedangkan untuk tegangan input yang lebih kecil dari saturasi menunjukan amplitude harmonic yang sangat kecil. Dari hal Table 14 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas AB (2) (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A ) V input Ps (W) Pl (W) Pd (W) H V min % 2 Vpp % 4 Vpp % 6 Vpp % 10 Vpp % Pada amplitude sinyal input yang kecil, daya beban serta daya disipasi yang dihasilkan juga kecil. Sedangkan untuk amplitude sinyal yang lebih besar, dihasilkan daya beban dan disipasi beban yang besar pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya pada beban daya disipasi pada penguat kelas AB ini berbanding lurus (linier) dengan nilai sinyal input dan outputnya. Dalam hal efisiensi, pada sinyal input terbesar (10 Vpp) dihasilkan efisiensi sebesar %. Oleh karena itu, penguat kelas AB ini dapat dikatakan baik dalam hal efisiensi. DISIPAS PADA TRANSISTOR DAN RANGAKAIAN TERMAL *Percobaan ini tidak sempat dilakukan karena keterbatasan waktu saat praktikum. 5. KESIMPULAN Percobaan yang dilakukan pada praktikum I tahap output penguat daya ini bertujuan antara lain untuk mengamati karakteristik dari ketiga kelas Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 13

14 penguat yaitu kelas A, B, dan AB. Setelah dilakukan pengamatan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : Tahap output penguat daya terdiri dari beberapa kelas yang tiap-tiap kelas tersebut memiliki kelemahan dan kelebihan masing-masing. Faktor yang memberdakan tiap kelas tersebut yaiut dilihat dari batas penguatannya, linieritas (kualitatif dan kuantitatif), daya disipasinya, serta efiensi yang dihasilkan. Kelas penguat yang linier secara kualitatif belum tentu dapat dikatakan linier secara kuantitatif. Penguat kelas A memiliki swing sinyal yang baik, namun untuk batas bawah sinyalnya masih terpengaruh oleh nilai R L yang digunakan (apabila arus bias tidak mencukupi). Distorsi saturasi terjadi ketika rangkaian diberi tegangan input yang terlalu besar. Pada penguat kelas A, daya disipasi yang dihasilkan cukup besar sedangkan efisiensi maksimumnya cukup kecil (berkisar antara %). Penguat kelas B terjadi distorsi cross-over yang disebabkan karena adanya tegangan cut-in pada transistor. Daya disipasi yang dihasilkan pada penguat kelas B berbanding lurus dengan inputnya. Untuk besar efisiensi yang dihasilkan yaitu berkisar antara %. Distorsi cross-over yang terjadi pada penguat kelas B ini, dapat minimalisasi dengan penambahan rangkaian umpan balik (feedback) operasional amplifier. Namun dengan penambahan feedback ini dapat mengurangi sedikit efisiensi dari rangkaian. Penguat kelas AB merupakan kelas yang mengkombinasikan kelebihan-kelebihan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Dari rangkain penguat kelas AB hasil yang diperoleh yaitu sinyal output dengan swing yang baik serta linieritas yang baik namun dengan tidak adanya distorsi cross-over. Selain itu daya disipasi yang dihasilkan berbanding lurus dengan inputnya dan efisiensi yang dihasilkan cukup tinggi (sekitar %). Secara garis besar dapat disimpulkan bahwa untuk batas penguatan, linieritas, daya disipasi, dan efisiensi dari suatu penguatan palinh baik adalah penguat kelas AB. DAFTAR PUSTAKA [1]. Mervin T Hutabarat, Praktikum Elektronika II Laboratorium Dasar Teknik Elektro ITB,Bandung, [2]. Adel S. Sedra and Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA, [3]. guat-kelas-a/, 19 September 2015, 10:40. [4]. 2/chapter_7_output_penguat_daya.pdf, 19 September 2015, 10:39. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro STEI ITB 14