BAB I PENDAHULUAN.. Latar Belakang Dalam matakuliah Elektronika II telah dipelajari beberapa teori tentang rangkaian common seperti common basis, common emitter, dan common collector. Salah satu penerapan dari rangkaian common emitter adalah penguat kelas A. Penguat kelas A ini terdiri dari rangkaian CE, dimana titik Q nya itu berada tepat ditengah-tengah garis beban DC. Dalam teori kita telah mempelajari cara merancang penguat kelas A dengan perhitungan-perhitungan dan karakteristik dari penguat kelas A itu sendiri. Untuk membuktikan rancangan yang kita buat, maka kita harus mempraktikannya secara langsung. Maka dari itu, untuk memenuhi tugas matakuliah Elektronika II dan untuk membuktikan rancangan penguat yang telah kita buat menghasilkan output yang sesuai dengan apa yang kita inginkan. Penguat kelas A ini adalah penguat tegangan. Tegangan output yang dihasilkan akan memiliki nilai tegangan yang lebih besar daripada tegangan inputnya. Hal ini karena terdapat penguatan dalam rangkaian tersebut. Sinyal output yang dihasilkan akan berbanding terbalik dengan sinyal inputnya. Jika rancangan yang kita buat tepat, maka tidak akan terjadi perpotongan sinyal pada sinyal outputnya..2. Perumusan Masalah. Bagaimana karakteristik penguat daya kelas A? 2. Bagaimana membuat rancangan penguat daya kelas A? 3. Bagaimana cara kerja penguat daya kelas A? 4. Apakah ada perbedaan output yang dihasilkan antara rancangan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran?
.3. Tujuan Penulisan. Memahami karakteristik penguat daya kelas A 2. Dapat membuat rancangan penguat daya kelas A 3. Memahami cara kerja penguat daya kelas A 4. Mengetahui perbedaan output yang dihasilkan antara rancangan hasil perhitungan dengan hasil pengukuran 2
BAB II PEMBAHASAN PENGUAT DAYA KELAS A Apabila sebuah transistor mempunyai titik Q didekat tengah-tengah dari garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja di daerah aktif dalam seluruh siklusnya. Apabila isyarat membesar, transistor terus bekerja di daderah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik jenuh dan titik pancung tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini dari jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut dari kelas A. Operasi kelas A, berarti operasi di mana tidak terjadi pengguntingan di kedua ujung dari sinyal AC. Apabila pengguntingan terjadi, operasi tersebut tidak lagi disebut dari kelas A. Untuk membuat rangkaian penguat daya kelas A kita dapat menggunakan rangkaian sebuah penguat CE. Kita dapat melakukan perancangan penguat kelas A ini dengan menggunakan beberapa rumus yang akan dibahas di pembahasan berikutnya. Tentu saja rancangan yang kita buat harus meletakan titik Q berada di tengah-tengah garis beban DC agar tidak terjadi perpotongan sinyal pada outputnya. Sinyal output dari penguat daya kelas A ini adalah terbalik dengan sinyal inputnya. Hal ini terjadi karena????? 2..Garis beban AC Setiap penguat melihat dua macam beban; beban dc dan beban ac. Ini berarti kita mengenal dua jenis garis beban; garis beban dc dan garis beban ac. Kita dapat menurunkan garis beban dc, dengan menganalisa rangkaian ekivalen dc. Hal ini telah kita lakukan dalam bab-bab sebelumnya. Untuk memperoleh garis beban ac, kita harus menganalisa rangkaian ekivalen ac. 3
(a (b )) (c) (d ) Gambar. Penguat CE (a) Rangkaian (b) Rangkaian ekivalen DC (c) Rangkaian Ekivalen AC Gambar 2. Garis beban DC dan AC Pada Gambar -b. Bila terminal-terminal kolektor-emitor dihubung pendekan, transistor akan menjadi jenuh dan arus dc dari kolektor menjadi maksimum dan diberikan oleh: 4
Apabila terminal-terminal kolektor-emitor terbuka transistor-transistor tersebut dalam keadaan off dan tegan dc kolektor-emitor mencapai maksimum sama dengan Perpotongan dengan sumbu-sumbu vertikal dan mendatar diperlihatkan dalam Gambar 2. Selanjutnya, kita dapat mencari arus dan tegangan dc di titik Q. Untuk seterusnya kita akan mempergunakan I CQ V CEQ untuk melambangkan dan di titik Q. Seperti dan diperlihatkan dalam Gambar 2. Dalam Gambar 2, arus kolektor diberikan oleh dc kira-kira Dimana Tegangan dc kolektor-emitor adalah Setelah menentukan garis beban dc. Pada Gambar -c menunjukkan rangkaian ekivalen ac. Emiter untuk ac tersambung ke bumi, oleh adanya kapasitor pintas, dan kolektor memacu suatu tahanan beban sebesar Apabila tegangan masukan ac dari Gambar -c disusutkan menjadi nol, transistor akan beroperasi di titik Q yang diperlihatkan dalam Gambar -d. Apabila isyarat masukan ac diperbesar mulai dari nol, perubahan perubahan akan terjadi dalam arus kolektor total dan tegangan kolektor total IC V CE. Oleh karena tahanan beban ac berbeda dengan tahanan beban dc, maka operasi berlangsung sepanjang garis beban ac daripada garis beban dc. Perhatikan bahwa garis beban ac mempunyai titik jenuh (saturation point) yang diberi lambang I C (sat) dan suatu titik pancung yang ditunjukkan dengan v CE (cutoff ). 2.2.Ujung-ujung Garis Beban AC 5
i c(sat ) dan Untuk mendapatkan harga dari v CE(cutoff ) dalam Gambar -c, tegangan kolektor ac diberikan oleh Dimana tanda minus menunjukkan pembalikan fasa. Oleh karena tegangan ac dan arus ac ekivalen dengan perubahan dalam arus dan tegangan total, persamaan di atas dapat ditulis sebagai: Dalam Gambar 2, perubahan dalam arus total antara titik Q dan titik jenuh dari garis beban adalah: Ini menyatakan kenaikan dalam arus total apabila kita berpindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Dengan jalan yang sama, perubahan dalam tegangan total antara titik Q dan titik jenuh adalah Hal ini diperhatikan oleh karena tegangan total menurun bila kita pindah dari titik Q ke titik jenuh yang terletak pada garis beban. Apabila perubahan ini disubstitusikan ke dalam persamaan (-6), kita peroleh : Dengan menyelesaikan persamaan untuk ini kita peroleh : arus ini adalah arus di ujung atas dari garis beban. Dengan penurunan yang serupa, tegangan di ujung bawah dari garis beban adalah 6
Gambar 3. Garis beban ac untuk penguat yang sembarang. Gambar 3 memberikan rangkuman dari garis beban. Garis beban ac ini juga berlaku untuk penguat yang sembarang oleh karena penurunan untuk tittik-titik ujung serupa dengan penurunan dari persamaan (-7) dan (-8). 2.3.Kepatuhan Dalam sebuah penguat linier, sebuah transistor bekerja sebagai sebuah sumber arus. Selama sinyal ac kecil, transistor akan berperilaku sebagai sebuah sumber arus selama siklus ac. Akan tetapi, apabila isyaratnya besar, transistor dapat didesak ke keadaan jenuh atau keadaan terpancung di mana transistor tidak lagi berperilaku sebagai sumber arus. Kepatuhan DC Kepatuhan (Complience) dari sebuah sumber arus adalah jangkauan tegangan operasi dari sumber tersebut. Misalnya apabila sebuah sumber arus dapat bekerja antara suatu tegangan minimum 5 V dan sebuah tegangan maksimal 25 V,maka sumber tersebut mempunyai kepatuhan 20 V Kepatuhan dc dari sebuah penguat transistor adalah jangakauan tegangan operasi dc dari kolektor. Misalnya, Gambar 4 memperlihatkan sebuah garis beban dc dari sebuah rangkaian yang diberi prategangan oleh sebuah pembagai tegangan. Oleh karena titik Q dapat ditempatkan di mana saja sepanjang garis beban dc, maka kepatuhan tegangan dc sama dengan. Apabila V CC =5V maka penguat transistor tersebut mempunyai kepatuhan 5V. 7
Gambar 4. Kepatuhan dc sama denegan seluruh garis beban dc. Sinyal maksimum tak terpotong Sebuah penguat akan beroperasi sepanjang garis beban ac, bila penguat tersebut dijalankan oleh sebuah tegangan ac. Apabila sinyalnya terlalu besar, sinyal tersebut akan terpotong di salah satu ujungnya seperti ditunjukkan dalam Gambar 5-a. Apabila titik Q berada di bawah pusat garis beban, kita memperoleh pemotongan seperti ditunjukkan dalam Gambar 5-a. Apbila titik Q berada di atas pusat dari garis beban, kita peroleh pemotongan jenuh, seperti diperlihatkan dalam Gambar 5-b. Apbila kita menempatkan Q di tengah-tengah garis beban, kita peroleh sinyal terbesar yang tidak terpotong (Gambar 5-c). Gambar 5. (a)penjepitan pancung. (b)penjepitan kejenuhan. (c) ayun isyarat maksimal Kepatuhan AC 8
Kepatuhan ac PP adalah maksimum tegangan keluaran penguat dari puncak ke puncak (tanpa pemotongan). Misalnya dalam Gambar 5-a diperlihatkan garis beban ac dengan titik Q lebih dekat ke keadaan pancung daripada keadaan jenuh. Oleh karena perpotongan dalam keadaan terpancung terjadi lebih dulu, maka kepatuhan ac-nya adalah: Apabila I CQ = ma r L=3 KΩ, dan harus mempunyai kepatuhan ac penguat sebesar Nilai PP ini menyatakan maksimum dari tegangan keluaran dari puncak ke puncak yang tak terpancung dari setiap penguat dengan I CQ = ma dan r L=3 KΩ Dalam Gambar 5-b, titik Q lebih dekat pada kejenuhan. Ini berarti sinyal keluaran yang terbesar yang tidak tergantung mempunyai tegangan puncak ke puncak sebesar Apabila misalnya V CEQ =5 V, penguat mempunyai kepatuhan ac sebesar 0 V. Apabila titik Q ditempatkan di pertengahan di garis beban ac seperti diperlihatkan dalam Gambar 5-c, penguat mempunyai kepatuhan ac yang maksimal, artinya penguat tersebut dapat menghasilkan sinyalyan tak terpancung yang maksimal. Selanjutnya Oleh karena itu kita dapat menghitung kepatuhan ac dengan menggunakan atau 2 I CQ. r L 2V CEQ. Apabila kita menganalisa penguat transistor, kita ingin mengetahui kepatuhan ac-nya. Untuk setiap penguat, kepatuhan tersebut sama dengan yang terkecil di antara 2V CEQ dan 2 I CQ. r L. 9
BAB III PERANCANGAN Setelah kita mengetahui tentang definisi dan juga rumus-rumus dari penguat daya kelas A. Selanjutnya adalah perancangan penguat daya kelas A. Untuk merancang sebuah penguat daya kelas A, diperlukan langkahlangkah dalam membuatnya, diantaranya: 3..Menentukan Transistor. Untuk menentukan transistor yang digunakan pada penguat daya kelas A. Maka kita memilih transistor jenis NPN dan memiliki aplikasi untuk penguat daya. Jika kita lihat pada Gambar. maka secara kasat mata kita akan mengetahui bentuk fisik transistor daya. Selain itu, lihat datasheet transistor untuk mengetahui Power Dissipation, ingat bahwa transistor daya harus memiliki PD lebih dari 0,5 watt. Pada perancangan rangkaian penguat daya kelas A, kami memilih transistor TIP4C, yang memiliki karakteristik dan absolute maximum rating sebagai berikut. Jenis : NPN Epitaxial Silicon Transistor Aplikasi : Medium Power Linier and Switching Tabel. Absolute Maximum Ratings of TIP4C 0
V CC, 3.2.Menentukan besar β dc, dan I CQ Dalam menentukan besar Vcc, jangan melebihi dari nilai Dan dalam menentukan nilai dari I CQ V CEO, jangan melebihi dari = 00 V. IC DC = 0,3 A. Sehingga kita mendapatkan: β dc =75 I C =0,3 A V CC =20V I CQ =0,5 I C =0,5 ( 0,3 )=0,5 A 3.3.Menentukan nilai R E, RC, R dan R2
Kita mulai dengan menghitung Tegangan Emiter. V E =0, V CC =0, ( 20 )=2 volt Maka, Tahanan Emiter VE 2V = =3,3 Ω I E 0,5 A Tahanan Kolektor RC =4 R E=4 ( 3,3 )=53,2 Ω R E= Tegangan Basis yang diperlukan adalah : V B =V E + V BE=2+ 0,7=2,7 Volt Oleh karena I B= β dc = 75, maka Arus Basis : I C 0,5 A = =2 ma β dc 75 Arus melalui pembagi tegangan sekurang-kurangnya 0 kali lebih besar dari arus basis yaitu : I 2 =0 I B =0 ( 2 ma )=20 ma Oleh karena itu, tahanan total dari sebuah pembagi tegangan : R= V CC 20 V = = K Ω I 2 20 ma Oleh karena R 2= V B =V 2=2,7 V maka R dan R2 sebagai berikut : V 2 2,7 V = =35 Ω I 2 20 ma dan R=R R2=000 35=865 Ω Tabel Nilai Perhitungan dan Nilai sebenarnya resistor. 2
Nilai Resistor Hasil Perhitungan Yang ada Di Pasaran R 865 Ω 820 Ω R2 35 Ω 20 Ω RE 3,3 Ω 5 Ω RC, R L 53,2 Ω 56 Ω 3.4.Menentukan besar C, C2 dan C3 Pada rangkaian penguat daya kelas A, kapasitor yang digunakan adalah yang memiliki polaritas (electrolyc capacitor). Untuk C dan C2 bernilai 0 µf karena hanya sebagai bypass. Sedangkan untuk karena sebagai kapasitor kopling. Oleh karenanya erhatikan nila X C dari kapasitor XC = 2 πfc XC = C3 C3 XC sebesar 00 µf << R E P berikut 2. π. 00.0 6. 00.0 6 X C =0,0000592 Ω Terbukti bahwa nilai XC lebih kecil dari nilai RE Setelah semua nilai komponen sudah didapat nilainya, maka rangkaiannya akan seperti gambar di bawah ini. 3
820 56 Ω 0 56 Ω TIP 3 C 0 00 20 5 Ω Gambar 8. Skema yang diuji cobakan Karena resistor yang memiliki nilai pada skema diatas tidak di jual di pasaran, maka kita akan menggantinya dengan resistor yang nilainya mendekati nilai perhitungan. Kami juga menggunakan resistor dengan toleransi rendah yakni 5%. Untuk menghindari kesalahan nilai dalam perancangan rangkaian. Tabel 3. Nilai Perhitungan dan Nilai sebenarnya resistor. Nilai Resistor Nilai Perhitungan Nilai Sebenarnya R 865 Ω 820 Ω R2 35 Ω 20 Ω RE 3,3 Ω 5 Ω RC, R L 53,2 Ω 56 Ω BAB IV PERCOBAAN 4. Tujuan Percobaan 4
Berikut adalah tujuan dari percobaan terhadap Penguat Kelas A :. Meguji Penguat Kelas A yang telah dirancang. 2. Membuktikan Karakteristik dari Penguat Kelas A. 4.2 Alat dan Bahan Berikut adalah daftar dari Alat dan Bahan yang digunakan dalam percobaan : No 2 3 4 5 6 7 8 Alat/Bahan Oskiloskop Function Generator Multimeter Digital Power Supply Probe Oskiloskop Probe Function Generator Capit Buaya Transistor 9 Resistor 0 Kapasitor 2 Proto Board Kabel Jumper Keterangan Dual Trace Sanwa TIP 4 C - 20 Ω - 820 Ω - 5 Ω - 56 Ω - 0 uf - 0 uf - 00 uf Potongan Jumlah 2 2 4 @ pcs @ pcs 0 4.3 Penguat Kelas A Berikut adalah gambar rangkaian dari Penguat Kelas A yang telah dirancang sebelumnya : Gambar. Rangkaian Penguat Kelas A 5
4.4 Langkah Percobaan Langkah-langkah yang telah kami lakukan dalam percobaan ini adalah :. Menyiapkan Segala Alat dan Bahan yang dibutuhkan. 2. Menyusun rangkaian pada proto board seperti gambar : Gambar 2. Rangkaian Pada Proto Board 3. Mengukur arus dan tegangan pada rangkaian penguat kelas A. 4. Menampilkan bentuk gelombang pada masukan dan keluaran. 4.5 Data Hasil 6 Gambar 3. Gelombang masukan dan gelombang keluaran.
Berikut adalah sata hasil pengukuran pada percobaan pada rangkaian Penguat Daya Kelas A : No. Besaran Nilai Vcc 20 V 2 VR 6,93 V 3 VR2 2,5 V 4 VBE 0,7 V 5 VRE,93 V 6 Channel V RC No. Keterangan 8 =5V Volt/Div Channel Volt/Div Channel 9 2=5V Time/Div = ms Nilai IE IC,8 Div VIN = 9 V Channel 26,5 V 25,65 ma 4,2 Div ma 206,43 VOUT = 2 V Gambar Hasil pengukuran Gelombang : 7
Berdasarkan Vin dan Vout yang diperoleh maka : A= V OUT 2 = =2,3 V 9 4.6 Analisis Data dan Perhitungan Garis Beban DC R2 20 Ω V 2= x V CC = x 20=2,55 Volt R 2+ R 20Ω+ 820Ω I E =I C = I B= V 2 V BE 2,5V 0,7 V = =23,3 ma RE 5 Ω I C 23,3 ma = =,64 ma β DC 75 V CE =V CC I E ( RC +R E ) V CE =20 23,3 ma ( 56 Ω+5 Ω ) V CE =20 V 8,75 V CE =,25 V I C (sat)= V CC 20 V = =28,6 ma R E + RC 5Ω+ 56 Ω V CE ( cut off )=V CC=20Volt 8
Penguatan R.R 56 Ω.56 Ω rc= C L = =28 Ω RC + R L 56 Ω+56 Ω ' r e= A= 25 mv 25 mv = =0,202 Ω IC 23,3mA rc ' re = 28 Ω =38,6 0,202 Ω Mencari Garis Beban AC R.R 56 Ω.56 Ω rc= C L = =28 Ω RC + R L 56 Ω+56 Ω ic ( sat )=I CQ + V CEQ,25 Ω =23,3 ma + =384, 92Ω r C +r E 28 Ω+5 Ω v ce ( cutoff )=V CEQ + I CQ ( r C +r E ) v ce ( cutoff )=,25 V +23,3 ma ( 28Ω+5 Ω ) v ce ( cutoff )=,25 V +5,3 V =6,55 V 9
No Besaran Hasil Pengukuran Hasil Perhitungan Presentasi Error % Vcc 20 V 20 V 0% 2 VR 6,93 V - - 3 VR2 2,5 V 2,55 V,96% 4 VBE 0,7 0,7 V 0% 5 VRE,93 V,8 V 7,2% 6 VRC 6,5 V 6,3 V,58% 7 IE 25,65 ma 23,3 ma,9% 8 IC 206,43 ma 23,3 ma 67% 9 A 2,3 38,6 98,3 % Perhitungan-Perhitungan lain V 2=V R 2=2, 5Volt V ℜ=V 2 V BE=2,5 0,7=,8 V V RC =I C x RC =23,3 ma x 56 Ω=6,9 V Analisis Error 20
BAB V PENUTUP 5. Kesimpulan Apabila sebuah transistor mempunyai titik Q didekat tengah-tengah dari garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja di daerah aktif dalam seluruh siklusnya. Apabila isyarat membesar, transistor terus bekerja di daderah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik jenuh dan titik pancung tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini dari jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut dari kelas A. Operasi kelas A, berarti operasi di mana tidak terjadi pengguntingan di kedua ujung dari sinyal AC. Apabila pengguntingan terjadi, operasi tersebut tidak lagi disebut dari kelas A. Untuk merancang penguat kelas A yang memiliki titik Q ditengah garis beban DC nya maka menentukan nilai dari setiap hambatan dan juga kapasitor adalah kuncinya. Disamping menentukan hal tersebut pemilihan transistor juga meruapakan hal yang penting, karena data karakteristik dari sebuah transistor-lah yang akan mempengaruhi nilai-nilai dari resistor pada rangkaian. Besarnya penguatan dapat dihitung dengan membandingkan tegangan keluaran (Vout) dengan tegangan masukan (Vin). Ciri khas dari sebuah penguat kelas A adalah memiliki gelombang keluaran yang tidak terpangkas dan bekerja pada daerah aktif. 2
5.2 Saran. Pemilihan transistor hendaknya memiliki karakteristik kerja diatas 0,5 Watt. 2. Dalam menentukan βdc lebih baik menggunkana instrument ukur agar hasil dapat lebih akurat. 3. Menggunakan alat ukur yang masih bekerja dengan baik (presisi). 4. Memilih resistor yang tersedia di pasaran dengan cermat, hindari menggunakan resistor yang memiliki nilai cukup jauh dari yang telah ditentukan pada saat perancangan. 22