1. Pengertian Penguat RF

Transkripsi

1 1. Pengertian Penguat RF Secara umum penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk mengendalikan tenaga yang lebih besar. Dalam peralatan elektronik dibutuhkan suatu penguat yang dapat digunakan untuk mengkonversi sinyal frekuensi radio berdaya rendah menjadi sinyal yang lebih besar. Penguat ini harus menunjukkan tingkat perolehan daya yang tinggi, gambaran noise yang rendah, stabilitas dinamis yang baik, admitansi pindah baliknya rendah sehingga antena akan terisolasikan dari osilator, dan selektivitas yang cukup untuk mencegah masuknya frekuensi IF, frekuensi bayangan, dan frekuensi-frekuensi lainnya. Oleh karena itu, dibutuhkan penguat ideal yang sesuai dengan uraian di atas yaitu penguat RF. RF atau Radio Frequency mempunyai range frekuensi 10Khz sampai 300 GHz. Sinyal Audio yang mempunyai range 20Hz-20Khz harus terlebih dahulu dikuatkan dan dimodulasi agar bisa ditransmisikan dalam frekuensi RF. Penguat RF ini berfungsi untuk memperkuat sinyal frekuensi tinggi yang dihasilkan osilator RF sampai suatu nilai yang dikehendaki dan diterima oleh antena untuk dipancarkan melalui saluran transmisi. Daya keluaran dari suatu pemancar ditentukan oleh penguat daya RF yang digunakan, sehingga pemancar berdaya kuat akan dapat diperoleh apabila penguat daya RF yang digunakan mampu menghasilkan daya keluaran yang besar. Pemancar yang umum dipasarkan adalah pemancar dengan daya keluaran kecil. Pemancar berdaya besar, selain sulit diperoleh harganya juga sangat mahal. Selain itu, penggunaan pemancar komersial terbatas pada daya keluaran dan frekuensi kerja yang telah dispesifikasikan. Pemancar dengan spesifikasi daya keluaran 1000 mw pada frekuensi kerja 100 MHz tidak akan dapat menghasilkan daya keluaran 1000 mw apabila dikerjakan pada frekuensi 200 MHz. Penguat RF mempunyai 2 type yaitu RF low level yaitu penguat RF yang ditemukan pada radio dan pada transmisi sinyal dengan level kecil. Tipe penguat daya RF yang lain yaitu penguat daya RF yang digunakan pada pemancar atau aplikasi lainnya dimana daya RF level tinggi diperlukan. Dalam setiap desain suatu penguat, kita harus selalu memperhatikan matching (penyesuaian ) impedansi antara input dan output dari suatu penguat tingkat berikut dan sebelumnya. Mathing impedansi menjadi sangat penting karena impedansi input suatu penguat akan mengubah nilai impedansi output pada penguat

2 tingkat sebelumnya. Jika nilainya jauh lebih kecil dari impedansi output tingkat penguat ini,maka konsdisi matching diartikan sebagai kondisi dimana input atau output mendapat matching network yang nilai impedansinya merupakan konjugasi dari impedansi input atau output transistor. Terdapat banyak tipe matching, tipe yang paling sederhana adalah two reactance matching. Hasil perhitungan menunjukkan bandwith dari penguat tidak bisa diatur lagi dengan penyesuai tipe ini, selain itu cara ini tidak flexibel sehingga jarang dipakai. Cara matching yang banyak digunakan adalah three reactance matching network. Pada dasarnya cara ini bisa dipandang sebagai penyesuai impedansi tipe L dan komponen untuk kompensasi. Kompensasi yang dimaksud disini adalah kompensasi bagian reaktansi transistor pada frekuensi tertentu. Pada penguat RF, rangkaian yang umum digunakan adalah penguat kelas A dan Kelas C. Secara umum, penguat RF lengkap terdiri dari tiga buah tingkatan, yaitu buffer, driver, dan final. 2. Tingkatan Penguat RF a. Buffer Buffer merupakan blok rangkaian yang berfungsi sebagai penyangga atau penyaring sinyal masukan (input) agar sesuai dengan karakteristik kerja penguat. Ciri : a.) Daya outputnya kecil b.) Impedansi input tinggi yang pembebanan yang rendah dari tingkat sebelumnya c.) Impedansi output rendah

3 d.)jika buffer tidak digunakan, maka transfer daya dari tingkat sebelumnya ke tingkat selanjutnya tidak akan maksimum. e.) Umumnya mempunyai daya output maksimum 0,5 watt. b. Driver Driver merupakan penguat tingkat dua yang juga merupakan rangkaian kendali dari penguat RF. Rangkaian penguat pada driver akan menentukan daya pada rangkaian final. Ciri : a.) Mempunyai daya output yang lebih besar dari rangkaian buffer b.) Umumnya mempunyai daya output maksimum 5 watt c.)rangkaian penguatnya dikatakan rangkaian penguat sinyal menengah atau daya sedang. c. Final Final merupakan penguat tingkat akhir. Rangkaian penguat final menentukan daya output secara keseluruhan dari penguat RF. Rangkaian final ini merupakan penguat tingkat akhir yang dihubungkan ke antena pemancar. Komponen penguat dari rangkaian final ini mempunyai daya yang tinggi. 3. Jenis Penguat RF a. Penguat Kelas A

4 Penguat kelas A adalah penguat yang bekerja dengan titik operasi dan sinyal masuk yang sedemikian rupa hingga arus dalam rangkaian keluaran mengalir terus menerus sehingga menyebabkan transistor selalu beroperasi di daerah aktif. Ini mengandung arti bahwa arus kolektor mengalir sepanjang 360o dari siklus ac. Hal ini disebabkan karena pada kondisi tanpa sinyal, basis transistor telah diberi tegangan bias. Sifat-sifat penguat kelas A, yaitu: Bati Tegangan dengan Beban Di dalam penguat CE, tegangan ac Vin menggerakkan basis, menghasilkan tegangan keluar ac Vout. Bati tegangan tanpa beban adalah : Gambar 1 Penguat CE Karena resistansi yang dilihat oleh kolektor adalah r c = R C // R L Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan persamaan sebagai berikut: Dimana : r c = Resistansi emiter ac rc = Resistansi kolektor ac RC = Resistansi kolektor dc A = Bati Tegangan tanpa beban

5 RL = Resistansi beban AV = Bati tegangan dengan beban Bati Arus Bati arus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor ac terhadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut: Dimana : Ai = Bati arus ic = Arus kolektor ac ib = Arus basis ac Bati Daya Daya masuk ac pada basis adalah P in = V in x I b Daya keluar ac pada kolektor adalah P out = - V out x I c Tanda minus (-) diperlukan karena adanya pembalikan fasa. Perbandingan Pout/Pin disebut sebagai bati daya dan ditulis dengan Ap. dengan mengambil perbandingan tersebut, didapatkan: Karena A v = V out / V in dan A i = I c / I b, maka : A p = - A v A i Dimana : P in = Daya input ac v in = Tegangan melintas pada resistansi emiter Ib = Arus basis ac Ic = Arus kolektor ac Vout = Tegangan keluar Pout = Daya output ac Ap = Bati daya Av = Bati tegangan

6 Daya Beban Ai = Bati arus Daya ac ke dalam tahanan beban RL adalah Dimana : P L = Daya beban ac V L = Tegangan beban rms R L = Resistansi beban Efisiensi Tahapan Efisiensi tahapan kelas A diberikan oleh Dimana : P L(maks) =Daya beban maksimum P S = daya dc dari catu η = Efisiensi tahapan b. Penguat Kelas C Daerah dimana arus kolektor yang mengalir kurang dari 180o siklus ac disebut daerah operasi kelas C. Hal ini berarti bahwa arus kolektor penguat kelas C tidak sinusoidal, karena arus mengalir dalam bentuk pulsa-pulsa. Untuk menghindari distorsi yang disebabkan oleh beban yang bersifat tidak murni, penguat kelas C selalu menggerakkan rangkaian bejana resonansi. Cara ini menghasilkan tegangan keluar berupa tegangan sinusoidal. Penguat Tertala Gambar 4 memperlihatkan salah satu cara utnuk membuat penguat kelas C. Rangkaian bejana resonansi ditala pada frekuensi sinyal masuk. Bila rangkaian mempunyai faktor kualitas (Q) yang tinggi, resonansi paralel akan terjadi disekitar.

7 Dimana : fr = Frekuensi resonansi L = Induktansi C = Kapasitansi Gambar 5 Penguat Kelas C Tertala Garis Beban DC Karena RS sangat kecil, garis beban dc tampak hampir vertikal, seperti ditunjukkan pada gambar 2.6. transistor tidak mempunyai arus selain arus bocor sehingga tidak ada pelanturan termal. Titik Q diletakkan pada titik putus tanpa resiko pengatur termal. : Gambar 6 Garis beban Penguat Kelas C Garis beban ac yang diturunkan masih tetap sama. Untuk penguat CE dan

8 Dimana : I C( jen) = Arus jenuh ac r C = Resistansi kolektor ac V CEQ = Tegangan kolektor emiter tenang I CQ = Arus kolektor tenang V CE( put ) = Tegangan putus ac Gambar 6 memperlihatkan garis beban ac. Bila transistor bekerja, titik operasinya berayun ke atas sepanjang garis beban ac. Dengan demikian arus jenuh ac pada penguat kelas C adalah VCC/rC, dan ayunan maksimumnya adalah VCC. Resistansi Kolektor AC Setiap kumparan atau induktor mempunyai resistansi seri RS. Harga Q dari sebuah induktor diberikan oleh 4. Macam-Macam Frekuensi Radio Namun Secara umum, jenis frekuensi yang digunakan oleh radio komunikasi adalah VHF (Very High Frequency) dan HF (High Frequency). Sebelum mengetahui nama Band, Panjang Gelombang, Batasan Frekuensi dan nama

9 gelombang radio, alangkah baiknya kita mengenal lebih dulu kedua jenis band yang biasa kita pergunakan selama ini. a. Band HF (High Frequency) Frekuensi HF ( High Frequency ), biasanya dipergunakan untuk komunikasi jarak jauh. Frekuensi ini memancar pada frekuensi 2 Mhz 24 Mhz. Frekuensi HF ( High Frequency ) sifat gelombangnya dapat memantul dan tidak memiliki efek hambatan pada objek atau lawan komunikasi. Kelebihannya : -Kemampuan frekuensi ini dapat memantul sampai ke lapisan ionosphere. -Jika stasiun Komunikasi Radio Antar Penduduk/KRAP bekerja pada frekuensi ini, jarak sejauh apapun dapat dijangkau, dengan catatan apabila cuaca bagus. Karena frekuensi ini masih sangat tergantung kepada keadaan cuaca dan propagasi. Sifat dan kerja frekuensi ini adalah pancaran gelombangnya dikirimkan terlebih dahulu melewati lapisan ionosphere dan kemudian memantulnya kembali ke bumi menuju stasiun tujuan. Untuk pancaran gelombang kedua yang terhambat oleh objek, akan memantul terus menerus sampai ke stasiun tujuan. b. Band VHF (Very High Frequency) Frekuensi VHF ( Very High Frequency ) atau lebih dikenal dengan sebutan 2 meter band, biasanya dipergunakan untuk komunikasi jarak dekat. Band/Frekuensi ini memancar pada frekuensi 100 Mhz Mhz. Frekuensi VHF ( Very High Frequency ) gelombang yang dipancarkan berbentuk garis lurus ( Horisontal ) sehingga daya pancarnya sangat dipengaruhi oleh keadaan obyek atu benda padat dimana gelombang melaluinya. Sebagai ilustrasi : apabila jarak antara 2 stasiun Komunikasi Radio Antar Penduduk/KRAP, salah satu diantarnya terdapat hambatan atau halangan objek seperti gunung, pohon, bangunan tinggi, yang posisinya lebih tinggi dibanding tempat yang bersangkutan mengudara ( pancaran gelombang radionya lebih rendah dibanding penghalang atau hambatannya ), maka sudah pasti transmisi yang dikirimkan ataupun diterima akan terhambat pula. Dari kesemua penghalang dan hambatan sifatnya berbeda-beda. Misalkan jika hambatanya berupa sebuah gunung, maka gelombang yang dipancarkan akan dipantulkan kembali, sehingga transmisi yang yang dikirimkan kepada lawan komunikasi tidak akan mencapai tujuan. (Untuk solusi kendala seperti ini, sebagian stasiun Komunikasi Radio Antar Penduduk/KRAP mempergunakan antene pengarah dengan cara memantulkannya ke pegunungan lain yang tidak bergaris lurus dengan lawan bicaranya, tujuannya agar pantulan gelombang transmisinya dapat memantul dan mengarah kepada lawan bicaranya ). Lain lagi dengan hambatan sebuah pohon. Keberadaan gelombangnya masih ada dan dapat dipancarkan kelawan komunikasi atau stasiun tujuan. Akan tetapi transmisinya sangat lemah sehingga tidak dapat diterima dengan jelas. Dan yang paling tidak

10 menguntungkan adalah bangunan tinggi sebagai hambatannya. Karena apabila salah satu penggunanya terhalang oleh sebuah bangunan maka gelombang yang dipancarkannya akan hilang dan berhenti saat mengenai bangunan tersebut. 5. Penguatan Komponen elektronika yang di pakai untuk menguatkan daya atau tenaga secara umum. Dalam penggunaannya, amplifier akan menguatkan signal suara yaitu memperkuat signal arus I dan tegangan V listrik dari inputnya. Sedangkan outpunya akan menjadi arus listrik dan tegangan yang lebih besar. Besarnya pengertian amplifier sering di sebut dengan istilah Gain. Nilai dari gain yang dinyatakan sebagai fungsi penguat frekunsi audio, Gain power amplifier antara 200 kali sampai 100 kali dari signal output. Jadi gain merupakan hasil bagi dari daya di bagian output dengan daya di bagian input dalam bentuk fungsi frekuensi. Ukuran gain biasannya memakai decible (db). Ada tiga jenis gain amplifier yang dapat diukur, yaitu : Gain Tegangan (A v ), Gain Arus (A i ) dan Gain Daya (A p ) tergantung pada kuantitas yang diukur dengan contohcontoh dari berbagai jenis gain yang diberikan dibawah ini. Gain Penguat Sinyal Input Gain Penguat Tegangan Gain Penguat Arus Gain Penguat Daya Untuk Gain Daya juga dapat dihitung dengan membagi daya output dengan daya input. Gain daya atau level daya dapat dinyatakan ke dalam satuan Desibel (db). Bel adalah unit satuan logaritma berbasis 10 untuk ukuran yang tidak memiliki unit

11 satuan. Karena satuan Bel terlalu besar sebagai satuan ukur, maka yang umum digunakan adalah satuan 1/10-nya atau yang lebih disebut sebagai Desibel. Untuk menghitung gain amplifier dalam desibel atau db, kita dapat menggunakan persamaan berikut. Gain Tegangan dalam db: Gain Arus dalam db: Gain Daya dalam db: Perlu diketahui bahwa Gain Daya arus DC sebuah amplifier adalah sama dengan sepuluh kali hasil logaritma basis 10 dari perbandingan output dan input, sedangkan gain tegangan dan arus adalah 20 kali hasil log perbandingan output dan input penguat. Namun penting untuk diketahui bahwa daya 20 db bukanlah 2 kali dari daya 10 db karena berada dalam skala logaritma. Selain itu, nilai positif pada db menyatakan sebuah Gain dan nilai negatif pada satuan db menyatakan sebuah Loss dalam amplifier. Misalnya, gain amplifier +3dB menyatakan bahwa sinyal output menjadi dua kali lipat dari sinyal input (x2) sementara gain amplifier -3dB menyatakan bahwa sinyal output telah dikurangi setengahnya dari sinyal output (x0,5) dengan kata lain merupakan sebuah Loss. Amplifier Daya Amplifier sinyal lemah pada umumnya disebut sebagai penguat "tegangan" karena penguat ini biasanya mengonversi sebuah tegangan input kecil menjadi tegangan output yang jauh lebih besar. Kadang-kadang rangkaian amplifier dibutuhkan untuk menjalankan sebuah motor atau loudspeaker dan pada aplikasi seperti ini yang membutuhkan arus switching yang tinggi, maka Amplifier Daya diperlukan. Sesuai namanya, pekerjaan utama dari "Amplifier Daya" (atau Amplifier Sinyal Kuat) adalah menyalurkan daya ke beban seperti pada pernyataan sebelumya yakni hasil pengaplikasian arus dan tegangan ke beban dengan sinyal output menjadi lebih besar daripada daya sinyal input. Dengan kata lain, sebuah amplifier daya menguatkan daya input sinyal sehingga rangkaian amplifier jenis ini digunakan dalam penguat sinyal output audio untuk membunyikan loudspeaker. Penguat daya bekerja sesuai prinsip dasar konversi daya DC yang diperolah dari power supply menjadi sinyal tegangan AC yang disalurkan ke beban. Meskipun

12 nilai penguatannya sangat tinggi, efisiensi dari proses konversi dari pembangkit daya DC menjadi sinyal output AC biasanya sangat buruk. Amplifier ideal yang sempurna akan menghasilkan tingkat efisiensi 100% atau setidaknya daya masukan adalah sama dengan daya keluaran. Namun pada kenyataannya hal ini tidak dapat terjadi karena sebagian daya selalu menghilang karena diubah menjadi energi kalor dan amplifier itu sendiri memerlukan daya selama proses penguatan input. Maka persamaan efisiensi amplifier menjadi : Efisiensi Ampilifer Amplifier Ideal Kita bisa mengetahui karakteristik dari amplifier yang ideal dari paragraf sebelumnya yakni dengan mengacu pada gainnya, atau gain tegangannya : a. Gain amplifier (A) harus bernilai konstan untuk berbagai nilai sinyal input b. Gain tidak dipengaruhi oleh frekuensi. Sinyal dari setiap frekuensi hasur dikuatkan dengan nilai yang sama persis. c. Gain amplifier harusnya tidak menambahkan noise ke dalam sinyal output. Maka amplifier tersebut harus menghilangkan semua noise yang telah ada pada sinyal input. d. Gain amplifier harus tidak terpengaruh oleh perubahan suhu atau memiliki stabilitas temperatur yang baik. e. Gain amplifier harus tetap stabil dalam waktu yang lama. Sudut Kelas A B C AB Konduksi Posisi titik Q Efisiensi Keseluruhan 360 o 180 o kurang dari 90 o 180 hingga 360 o Titik tengah garis beban Tepat di sumbu X Buruk, 25 to 30% Baik, 70 to 80% Distorsi Tidak ada jika tegangan Pada titik silang Di bawah sumbu X Lebih 80% dari Berjumlah besar Di antara sumbu x dan garis tengah beban Lebih baik dari A tapi lebih sedikit dari B, 50 to 70% Berjumlah Kecil

13 Sinyal di"bias"kan dengan tepat sumbu X Amplifier yang tidak didesain dengan baik khususnya pada jenis kelas A membutuhkan transistor dengan daya yang lebih besar, penyerap panas yang lebih mahal, bahkan penambahan ukuran pembangkit daya untuk menyalurkan daya extra yag diperlukan amplifier. Daya yang dikonversi menjadi panas dari transistor, resistor atau komponen lainnya untuk hal yang seperti itu membuat rangkaian elektronik menjadi tidak efisien dan akan menghasilkan kerusakan pada awal pemakaian perangkat. Jadi mengapa menggunakan amplifier kelas A jika efisiensinya kurang dari 40% dibandingkan dengan amplifier kelas B yang memiliki tingkat efisiensi yang tinggi di atas 70%. Pada dasarnya, amplifer kelas A memberikan output yang jauh lebuh ideal, bahkan linearitas pada frekuensi yang lebih tinggi meskipun memakan daya DC dalam jumlah yang besar.

14 DAFTAR PUSTAKA Albert Paul Malvino, Ph.D.Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid I.1991:Erlangga