5 BLIKN (FEEDBCK) 5. Dasar Penguat Balikan Karena sebuah transistr dapat memberikan penguatan > 00 kali, kita hanya memerlukan beberapa transistr (suatu penguatan dikuatkan leh penguat berikutnya) untuk mendapatkan penguatan isyarat yang sangat besar. Namun perlu diperhatikan bagaimana membuat penguat yang baik. Penguat yang baik adalah penguat yang keluarannya merupakan cpy dari isyarat masukan, mempunyai tanggapan rekuensi yang lebar, keadaan panjarnya cukup stabil dan mempunyai keluaran yang tidak tergantung pada beban yang dipasang. Dengan teknik balikan, maksud tersebut mungkin dapat tercapai. Dengan teknik ini sebagian dari isyarat keluaran dikembalikan lagi ke masukan. Balikan yang dipasang untuk memperlemah masukan disebut balikan negati, sedangkan pada balikan psiti masukan diperkuat. Penjumlah + s Σ - i Penguat β Balikan Gambar 5. kema rangkaian dasar balikan angkaian dasar dari balikan negati terdiri atas tiga kmpnen seperti ditunjukkan pada gambar 5... Penguat dengan ungsi = i (5.) Balikan (Feedback) 89
. Jaringan kerja balikan β dengan ungsi = β (5.) Biasanya kita memerlukan β yang sangat stabil, yang biasanya terdiri atas pembagi tegangan sederhana. 3. Penjumlah Σ dengan ungsi i = (5.3) Idealnya, mempunyai harga sangat besar, karenanya = mempunyai i / harga sangat kecil dan mendekati nl lt, yaitu pada keadaan tanah maya (irtuil earth). Karena = i dan i 0 Kita mempunyai = β (5.4) sehingga kita mendapatkan / = / β (5.5) Terlihat bahwa besarnya penguatan / tidak tergantung pada, tetapi hanya tergantung pada β. Besarnya tergantung pada besaran-besaran transistr, sedangkan β dapat diperleh dengan sebuah pembagi tegangan. Perhatikan bahwa pada gambar 5., rangkaian berupa sebuah lingkar tertutup (clsed lp) yang terdiri dari Σ : penguatan - : penguatan β : penguatan β Ttal penguatan pada lingkar tertutup disebut penguatan lingkar dan besarnya adalah β. angkaian ini membandingkan hasil cpy β dari dengan pada Σ. egala ketidaksesuaian dinyatakan sebagai kesalahan dan diperkuat kali untuk 90 ELEKTONIK D
melawan kesalahan awal pada. Jadi kesalahan awal harus dilawan, sehingga penguatan lingkar harus negati ( (negatie eedback). Hubungan penguatan lingkar-tertutup ( / β ); dan karenanya balikan ini disebut balikan negati lingkar-terbuka () dan balikan (β) sebagai berikut. Kita mempunyai ) dalam bentuk penguatan = = i ( β ) sehingga = β (5.6) dan juga = = + β + β (5.7) jika << β, bentuk di atas akan menjadi β (5.8) jadi penguatan hanya tergantung sepenuhnya pada β, dimana ini dapat dibuat dengan sepasang resistr. ebagai gambaran diambil cnth = 0 4 dan β = 0,0, maka 4 0 4 + 0 0 = = 99,0 Jika karena penggantian transistr, harga menjadi setengahnya, maka besarnya penguatan menjadi 5000 = + 5 0 0 ' = = 3 98,0 Terlihat bahwa dengan perubahan menjadi setengahnya hanya akan mengakibatkan perubahan penguatan sebesar %. Dengan kata lain walaaupun penguatan tegangan Balikan (Feedback) 9
berkurang dengan aktr 0 tetapi stabilitas penguatannya meningkat dengan aktr yang sama. 5. Pengaruh Balikan Terhadap Tanggapan Frekuensi udah ditunjukkan sebelumnya bahwa balikan negati dapat mengatasi penurunan akibat penggantian transistr. Kita juga berharap balikan negati dapat mengatasi penurunan akibat terbatasnya tanggapan rekuensi (requency respnse). angkaian terbuka Gain/Penguatan (db) Gain Gain α Gain α / angkaian tertutup Gain /(+ β ) D ' F F FT Frekuensi (dalam skala lgaritmik) Gambar 5. Peningkatan tanggapan rekuensi dengan balikan ' FT Gambar 5. (kura ) memberikan ilustrasi tanggapan rekuensi penguat sederhana, dimana tanggapan rekuensinya mempunyai kelemahan akibat adanya rangkaian C lls-rendah dan juga rangkaian C lls tinggi. Dapat dibuktikan bahwa dengan memasang lingkar balikan pada penguat di atas, maka rangkaian akan mempunyai tanggapan rekuensi dengan rekuensi 3 db sebagai ' = ( β ) (bagian rekuensi tinggi) (5.9) FT FT + F ' F = (bagian rekuensi rendah) 5.0) + ( β ) 9 ELEKTONIK D
Pada persamaan 5.9 dan 5.0 nampak bahwa tanggapan rekuensi dapat ditingkatkan (melebar) dengan aktr yang sama, yaitu sebesar ( + β ) mengalami penurunan. Karena >> / β walaupun penguatan dimana adalah penguatan lingkar terbuka, dan / β mendekati harga penguatan lingkar-tertutup, maka + β β Namun demikian saat β, maka + β Jadi sepanjang penguatan lingkar-tertutup lebih kecil dari, penguatan akan berharga ~/β. 5.3 Pengaruh Balikan Terhadap Cacat Isyarat (Distrtin) ecara ideal, keluaran dari sebuah penguat adalah merupakan ungsi linier dari masukan i seperti diperlihatkan pada gambar 5.3-a, dalam bentuk = a a (5.) + Namun pada prakteknya, linieritas tersebut tidak sempurna; untuk penguat transistr tunggal, akan berupa ungsi ekspnensial. Kita memerlukan lebih banyak suku dari deret Taylr (seperti terlihat pada gambar 5.3-b), = a + a + a (5.) i i Balikan (Feedback) 93
(a) i (b) i Gambar 5.3 Keluaran penguat (a) kndisi ideal dan (b) keadaan riil Jika masukan berupa rekuensi tunggal i = V sin ω t (5.3) Dengan persamaan 5. dapat diselesaikan dengan memasukkan persamaan 5.3 yang secara praktis berupa penyelesaian persamaan trignmeteri yang akan menghasilkan keluaran dengan rekuensi baru (rekuensi harmnik) misalnya = (5.4) ( sin ω t) cs ω t Frekuensi baru tersebut menyebabkan terjadinyaa distrsi (cacat) pada keluaran. Dengan penguat balikan negati, rekuensi harmnik tersebut tidak dapat menemukan pasangannya untuk saling menghilangkan pada bagian penjumlah (summer), tetapi mereka melawan terhadap mereka sendiri sehingga dapat mengurangi cacat pada keluaran. Cacat pada isyarat keluaran dapat berkurang dengan aktr (yang tidak asing lagi) sebesar + β. Jadi jika D adalah distrsi pada lingkar terbuka, maka distrsi dengan pemasangan balikan ( D ) akan berkurang menjadi B D ( β ) = D / (5.5) B + 94 ELEKTONIK D
5.4 Pengaruh Balikan Pada Hambatan Masukan dan Keluaran da beberapa cara untuk memasang balikan. Pada prinsipnya, dengan pemasangan balikan akan meningkatkan kualitas hambatan masukan maupun hambatan keluaran (akan mendekati keadaan ideal) yaitu i) hambatan masukan akan membesar dan ii) hambatan keluaran akan mengecil, keduanya dengan aktr (tidak lain) sebesar ( + β ). 5.5 Permasalahan dengan Balikan udah kita lihat beberapa keuntungan dengan pemasangan balikan pada penguat. Namun ada beberapa masalah yang timbul misalnya, pada rekuensi tinggi penguat dasar akan mengalami pergeseran ase karena keterbatasan tanggapan rekuensi. Jika pergeseran ase ini mencapai 80, maka tujuan semula sebagai balikan negati akan berubah menjadi balikan psiti dimana isyarat keluaran akan bersilasi walaupun tanpa masukan. Cnth ebuah penguat tegangan mempunyai kinerja sebagai berikut: Penguatan Band menegah : ± 000 Tleransi penguatan : ± 0% Tanggapan rekuensi : Datar pada 50Hz - 5 khz (-3 db) Hambatan masukan : 50 kω Hambatan keluaran : 00 Ω Distrsi : 5% pada keluaran 0 V (p-p) Penguat di atas akan digunakan untuk menurunkan penguatan menjadi 50 dengan menggunakan balikan negati, dengan β tersusun dari pembagi tegangan dengan hambatan ttal berkisar 0 0 kω. Hitung nilai yang sesuai dari kmpnen penyusunnya dan perkirakan kinerja dari penguat balikan tersebut. Balikan (Feedback) 95
Jawab (i) Besarnya penguatan dengan balikan adalah memberikan 50 = 000 / ( + β ) ( + 000β ) = / + 000β = 0 β = 0,09 Jika pembagi tegangan mempunyai terhubung dengan keluaran penguat dan ditanahkan, kita mempunyai / ( + ) 0,09 = 0,09 = 0,98 = 5,6 Tentu saja harga di atas tidak dapat dipenuhi dengan harga resistr standar. Dua buah harga resistr standar yang mungkin diambil adalah dimana = 0 = 390 + k dan = 5.8 = 0,39 k (ii) Besarnya penguatan berkurang dengan aktr + β = 0. Oleh sebab itu kita memprediksi besarnya perubahan parameter penguat juga akan meningkat dengan aktr + β, seperti terlihat pada tabel berikut. Tleransi penguatan ± 0 % ± % 50 Hz,5 Hz F 5 khz 00 khz FT in 50 kω MΩ ut 00 Ω 5Ω Distrsi (0 Vp-p) 5 % 0,5 % 96 ELEKTONIK D