Anggota : 1. Wahyudin (3332141712)
2. Dzulfikar dwi yanto (3332141723) 3. Neneng Rohanah (3332141720) 4. Haerul hakim (3332141714) 5. Lucky muttakin (3332141710) 1.1 Sinyal
Sinyal adalah sekumpulan informasi tentang berbagai hal dan kegiatan di dunia fisik kita.Contohnya: Informasi tentang cuaca yang terkandung dalam sinyal tersebut yang mewakili suhu udara, tekanan, kecepatan angin, dll. Untuk mengekstrak informasi yang diperlukan dari satu set sinyal, pengamat (baik itu manusia atau mesin) selalu perlu untuk memproses sinyal dalam beberapa cara yang telah ditetapkan.
Contoh 1.1
Keluaran resistansi dari sumber sinyal, meskipun tak terelakkan, hal tersebut tidak sempurna membatasi kemampuan sumber untuk memberikan kekuatan sinyal penuh kepada beban. Untuk melihat titik ini lebih jelas, mempertimbangkan sumber sinyal ketika terhubung ke RL resistansi beban seperti ditunjukkan pada Gambar dibawah. Untuk kasus di mana sumber diwakili oleh bentuk setara Thevenin nya, menemukan vo tegangan yang muncul di RL, dan karenanya kondisi yang Rs harus memenuhi untuk vO menjadi dekat dengan nilai vs Ulangi untuk sumber Norton terwakili, pada kasus ini menemukan io arus yang mengalir melalui RL dan kondisi Rs harus memenuhi kondisi io menjadi dekat dengan nilai is.
Untuk sumber sinyal Thevenin terwakili ditunjukkan pada Gambar diatas tegangan output vo yang muncul di (a) RL resistansi beban dapat ditemukan dari rasio pembagi tegangan yang dibentuk oleh Rs dan RL,
Dari persamaan berikut :
Rs resistansi sumber harus jauh lebih rendah dari RL beban perlawanan,
Dengan demikian, untuk sumber diwakili oleh Thevenin setara, idealnya Rs = 0, dan sebagai Rs meningkat, relatif terhadap RL resistansi beban dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, Vo tegangan yang muncul di seluruh beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Dari hubungan ini kita melihat bahwa:
Rs resistansi sumber harus jauh lebih besar yang RL,
Jadi untuk sumber sinyal yang diwakili oleh Norton setara, idealnya Rs = ∞, dan sebagai Rs berkurang, relatif ke RL beban yang berlawanan dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, io arus yang mengalir melalui beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Akhirnya, kami mencatat bahwa meskipun desainer sirkuit biasanya tidak bisa melakukan banyak tentang nilai Rs; mereka mungkin harus memikirkan solusi sirkuit yang meminimalkan atau menghilangkan hilangnya kekuatan sinyal yang terjadi ketika sumber terhubung ke beban.
Dari pembahasan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa sinyal adalah jumlah waktu yang bervariasi yang dapat diwakili oleh grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3
1.2 Spektrum Frekuensi Sinyal
Karakterisasi spektrum frekuensi selalu berkaitan dengan fungsi perubahan waktu. Deskripsi seperti sinyal diperoleh melalui alat-alat matematika dari seri Fourier dan Fourier transform.Tegangan sinyal Vs (t) atau sinyal arus (t) sebagai jumlah dari sinyal gelombang sinus frekuensi yang berbeda dan amplitudo. Hal ini membuat gelombang sinus sinyal yang sangat penting dalam analisis, desain, dan pengujian sirkuit elektronik. Gambar 1.4 menunjukkan gelombang sinus sinyal tegangan Va (t),
di mana Va menunjukkan nilai puncak atau amplitudo dalam volt dan ω menunjukkan frekuensi sudut di radian per detik; yaitu, rad / s, dimana f adalah frekuensi dalam hertz, f = 1 / T Hz, dan T adalah periode dalam hitungan detik.
adalah umum untuk mengekspresikan amplitudo sinyal gelombang sinus dalam hal root-mean-square-nya (rms) nilai, yang sama dengan nilai puncak dibagi dengan demikian nilai
√
2
rms dari va sinusoid (t).gambar 1.4 Tegangan sinyal gelombang sinus dari amplitudo Va dan frekuensi f = 1 / T Hz. The frekuensi sudut ω=2πf rad / s.
Gambar 1.5 Sebuah sinyal gelombang persegi simetris V. Amplitudo
Dimana V adalah amplitudo gelombang persegi dan
ω
ₒ=
2
π
/
T
(T adalah periode alun-alun gelombang) disebut frekuensi dasar. Perhatikan bahwa karena amplitudo dari harmonik semakin menurun, seri terbatas dapat dipotong, dengan dipotong Seri menyediakan sebuah pendekatan untuk gelombang persegi.Gambar 1.7 Spektrum frekuensi sebuah gelombang sewenang-wenang seperti yang pada Gambar. 1.3.
Kami menyimpulkan bagian ini dengan mencatat bahwa sinyal dapat diwakili baik oleh cara yang gelombang bervariasi dengan waktu, seperti untuk Va sinyal tegangan (t) ditunjukkan pada Gambar.1.3, atau di hal spektrum frekuensi, seperti pada Gambar. 1.7. Kedua representasi alternatif dikenal sebagai representasi waktu-domain dan representasi frekuensi-domain masing-masing. The representasi frekuensi-domain dari Va (t) akan dilambangkan dengan simbol Va (ω).
1.3 Sinyal Analog Dan Sinyal Digital
Sinyal tegangan yang digambarkan dalam Gambar (1.3) disebut sebagai sinyal analog. .Besarnya sebuah sinyal analog dapat mengambil nilai apapun, yaitu amplitudo sinyal analog menunjukkan variasi yang terus menerus lebih dari jangkauan aktivitas. Sebagian besar sinyal di dunia dan di sekitar kita adalah sinyal analog. Rangkaian elektronik yang memproses sinyal tersebut dikenal sebagai rangkaina analog. Sebuah Alternatif dari bentuk representasi sinyal berdasarkan dari urutan angka, setiap angka mewakili besarnya sinyal pada satuan waktu. Sinyal yang dihasilkan disebut sinyal digital.Untuk melihat bagaimana sinyal dapat direpresentasikan dalam bentuk ini adalah bagaimana sinyal dapat dikonversi dari analog ke digital ditunjukan pada Gambar. 1.8 (a). Berikut ini kurva yang merepresentasikan sinyal tegangan pada Gambar. 1.3. Pada interval yang sama sepanjang sumbu waktu, telah menandai waktu t0 t1, t2, dan seterusnya.
Gambar 1.8 (a) sinyal analog (b) sinyal diskrit s
Gambar 1.8 (b) menunjukan representasi sinyal dari gambar (a) dalam hal yang sama Sinyal dari Gambar. 1,8 (b) didefinisikan hanya pada sampel langsung tidak lagi merupakan fungsi kontinu dari waktu. Sinyal ini dinamakan sinyal waktu diskrit.
1.4 Amplifier
1.4.1 Sinyal Amplifikasi
Hal ini sesuai untuk membahas kebutuhan linearitas pada amplifier. Perawatan harus dilakukan diamplifikasi sinyal, sehingga informasi yang terkandung dalam sinyal tidak berubah dan tidak ada informasi baru diperkenalkan. Jadi ketika kita memasukan sinyal seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3 ke amplifier, kita ingin sinyal output amplifier menjadi replika serupa seperti inputnya. Dengan kata lain, "menggoyangkan" di gelombang keluaran harus identik dengan yang di bentuk gelombang input. Setiap perubahan dalam gelombang dianggap distortion (penghancur) yang tidak diinginkan.
Sebuah penguat yang melindungi rincian dari gelombang sinyal ditandai dengan hubungan V0(t)=Avi(t) ……… (1.4)
Di mana v i dan v o adalah input dan output sinyal , secara berturut-turut , dan a adalah sebuah konstanta mewakili besarnya amplifikasi , dikenal sebagai penguat amplifier. Persamaan ( 1,4 ) adalah suatu hubungan linier. Itu menjadi mudah melihat bahwa jika hubungan antara v o dan vi berisi kekuatan lebih tinggi dari vi ,
kemudian bentuk gelombang v o tidak akan lagi identik dari vi.
1.4.2 Simbol Rangkaian Amplifier
Gambar 1.11 (a) symbol rangkaian amplifier (b) Sebuah amplifier dengan terminal umum (ground) antara input dan output port.
1.4.3 Penguat amplifier
Sebuah penguat linear menerima sinyal input Vi(t) Dan memberikan pada output, seluruh tahanan beban RL
(lihat Gambar 1.12 (a).), sinyal output V0(t) Yang merupakan replika diperbesar Vi (t). The gain tegangan
penguat didefinisikan oleh
Gambar 1.11 (a) simbol Circuit untuk penguat. (b) Sebuah penguat dengan terminal umum (ground) antara input dan output port.
Gambar. 1.12 (b) menunjukkan karakteristik transfer penguat linear. Jika kita menerapkan ke input dari penguat ini tegangan sinusoidal amplitudo kita memperoleh pada output sinusoid dari amplitude AvV.
Sebuah penguat meningkatkan kekuatan sinyal, fitur penting yang membedakan penguat dari transformator. Dalam kasus transformator, meskipun tegangan dikirim ke beban bisa lebih besar dari tegangan makan sisi input (primer), daya yang dikirim ke beban (dari sisi sekunder transformer yang) kurang dari atau paling sama dengan daya yang disediakan oleh sumber sinyal. Di sisi lain, amplifier menyediakan beban dengan kekuatan yang lebih besar dari yang diperoleh dari sumber sinyal. Yaitu, amplifier memiliki gain kekuasaan. Gain daya dari penguat pada Gambar. 1.12 (a) didefinisikan sebagai
Gambar 1.12 (a) Sebuah penguat tegangan makan dengan sinyal Vl (t) dan terhubung ke RL beban perlawanan. (b) karakteristik transfer dari penguat tegangan linear dengan gain tegangan Av
Dimana io adalah saat yang penguat memberikan ke beban (RL), O = VO / RL, dan iI adalah arus penguat menarik dari sumber sinyal. Arus peningkatan dari penguat didefinisikan sebagai
Dari pers. (1,5) ke (1,8) kami mencatat bahwa
1.4.5 mengekpresikan peningkatan dalam desibel
Keuntungan penguat yang didefinisikan di atas adalah rasio jumlah sama dimensioned. Dengan demikian mereka akan dinyatakan baik angka sebagai berdimensi atau, untuk penekanan, sebagai V / V untuk gain tegangan, A / A untuk gain arus, dan W / W untuk mendapatkan kekuasaan. Atau, untuk sejumlah alasan, beberapa dari mereka yang bersejarah, insinyur elektronik mengungkapkan gain amplifier dengan ukuran logarith-mic. Khususnya gain tegangan Av dapat dinyatakan sebagai
Sejak kekuasaan berhubungan dengan tegangan (atau arus) kuadrat, gain daya Ap dapat dinyatakan dalam desibel sebagai
Nilai absolut dari tegangan dan keuntungan saat digunakan karena dalam beberapa kasus Av atau Ai akan menjadi angka negatif. Sebuah gain Av negatif hanya berarti bahwa ada perbedaan 180 ° fasa antara sinyal input dan output; itu tidak berarti bahwa penguat sinyal pelemahan. Di sisi lain, sebuah penguat yang gain tegangan, katakanlah, -20 dB pada kenyataannya pelemahan sinyal input dengan faktor 10 (yaitu, Av = 0,1 V / V).
1.4.6 penyedia daya amplifier
Karena daya yang dikirim ke beban lebih besar dari kekuatan yang diambil dari sumber sinyal, muncul pertanyaan ke sumber daya tambahan ini. Jawabannya ditemukan oleh Observ-ing yang amplifier perlu pasokan listrik dc untuk operasi mereka. Sumber dc ini menyediakan theextra daya yang dikirim ke beban serta setiap kekuatan yang mungkin hilang dalam rangkaian internal penguat (power tersebut diubah menjadi panas). Pada Gambar. 1.12 (a) kita tidak secara eksplisit menunjukkan sumber dc ini.
Gambar 1.13 (a) menunjukkan sebuah penguat yang membutuhkan dua sumber dc: satu ofvalue positif VCC dan satu negatif dari nilai VEE. Penguat memiliki dua terminal, berlabel V + dan V-, untuk koneksi ke pasokan dc. Untuk penguat untuk beroperasi terminal berlabel V + harus terhubung ke sisi positif dari sumber dc yang tegangan VCC dan yang sisi negatif terhubung ke sirkuit tanah. Juga, terminal berlabel V harus terhubung ke sisi negatif dari sumber dc yang tegangan VEE dan yang sisi positif terhubung ke sirkuit tanah. Sekarang, jika saat ini diambil dari pasokan positif dilambangkan ICC dan bahwa dari catu negatif adalah IEE. (lihat Gambar. 1.13a), maka daya dc dikirim ke penguat adalah
Jika daya yang dihamburkan dalam rangkaian penguat dilambangkan P hilang, persamaan daya keseimbangan untuk penguat dapat ditulis sebagai
mana PI adalah kekuatan yang diambil dari sumber sinyal dan PL adalah daya yang dikirim ke beban. Karena daya yang diambil dari sumber sinyal biasanya kecil, efficiencyis power amplifier didefinisikan sebagai (1.10)
Gambar 1.13 Sebuah penguat yang membutuhkan dua pasokan dc (ditampilkan sebagai baterai) untuk operasi. Contoh 1.2
Pertimbangkan penguat beroperasi dari ± pasokan listrik 10-V. Hal ini diberi makan dengan tegangan sinusoidal yang memiliki 1 V puncak dan memberikan output tegangan sinusoidal dari 9 V puncak ke beban Ω 1-k. Amplifier menarik arus 9,5 mA dari masing-masing dua pasokan listrik nya. Input saat penguat ditemukan menjadi sinusoidal dengan 0,1 mA puncak. Cari gain tegangan, keuntungan saat ini, mendapatkan kekuasaan, kekuatan diambil dari dcsupplies, daya yang dihamburkan di amplifier, dan efisiensi amplifier.
Solusi
1.4.7 Amplifier Saturation
Praktis berbicara, karakteristik transfer amplifier tetap linear lebih hanya limitedrange dari tegangan input dan output. Untuk penguat dioperasikan dari dua pasokan listrik tegangan output tidak dapat melebihi batas yang ditentukan positif dan tidak bisa menurunkan bawah batas yang ditentukan negatif. Karakteristik transfer yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar. 1,14, dengan tingkat kejenuhan positif dan negatif dilambangkan L + dan L-, masing-masing. Masing-masing dua tingkat kejenuhan biasanya dalam sepersekian volt dari tegangan catu daya yang sesuai. Jelas, untuk menghindari distorsi gelombang sinyal output, ayunan sinyal input harus dijaga dalam kisaran linear operasi,
Pada Gambar. 1.14, yang menunjukkan dua bentuk gelombang input dan bentuk gelombang output yang sesuai, puncak gelombang lebih besar telah terpotong karena kejenuhan amplifier.
Gambar 1.14 Karakteristik perpindahan amplifier yang linear kecuali saturasi output. 1.4.8 Simbol Konvensi
Pada titik ini, kita menarik perhatian pembaca untuk terminologi kita akan menggunakan seluruh buku. Untuk menggambarkan terminologi, Gambar. 1.15 menunjukkan bentuk gelombang dari IC saat ini (t) yang mengalir melalui cabang di sirkuit tertentu. The IC saat ini (t) terdiri dari komponen ikon dc yang ditumpangkan komponen ic sinusoidal (t) yang amplitudo puncak Ic. Mengamati bahwa pada waktu t, thetotal IC arus sesaat (t) adalah jumlah dari dc IC saat ini dan saat ini sinyal,
Dengan demikian, kita menyatakan beberapa konvensi: Total jumlah seketika dilambangkan dengan simbol huruf kecil dengan huruf besar subscript (s), misalnya, IC (t), v DS (t). Arus searah (dc) jumlah dilambangkan dengan simbol huruf besar dengan huruf besar subscript (s), misalnya IC, VDS tambahan
Gambar 1.15 Simbol konvensi yang digunakan dalam buku ini.
jumlah sinyal dilambangkan dengan simbol huruf kecil dengan huruf kecil subscript (s), misalnya, ic (t), vgs (t). Jika sinyal gelombang sinus, maka amplitudonya dilambangkan dengan simbol huruf besar dengan huruf kecil subscript (s), misalnya Ic, Vgs. Akhirnya, meskipun tidak ditunjukkan pada Gambar. 1,15, pasokan listrik dc dilambangkan dengan huruf anuppercase dengan surat ganda huruf besar subscript, misalnya, VCC, VDD. Sebuah notasi yang sama digunakan untuk arus dc diambil dari power supply, misalnya, ICC, IDD.
1.5 Model Circuit untuk Amplifier
disini akan dibahas mengenai model amplifier sederhana namun efektif. Model ini berlaku terlepas dari kompleksitas rangkaian internal amplifier. Nilai-nilai parameter model dapat ditemukan baik dengan menganalisis rangkaian penguat atau dengan melakukan pengukuran pada terminal amplifier. 1.5.1 Amplifier Tegangan
Gambar 1.16 (a) menunjukkan model sirkuit untuk tegangan penguat. Model ini terdiridari sumber tegangan dengan mengendalikan volt yang memiliki faktor Avo, resistansi Ri yang mempengaruhi amplifier menarik arus input dari sumber sinyal, dan resistansi output Ro yang memberikan perubahan tegangan output sebagai penguat untuk memasok arus ke beban. Lihat Gambar. 1.16 (b) model amplifier makan dengan sumber tegangan sinyal vs memiliki resistensi Rs dan terhubung pada output pada RL. Resistansi keluaran nol Ro menyebabkan
hanya sebagian kecil dari Avovi muncul di output. Menggunakan aturan tegangan-pembagi kita memperoleh.
Sehingga gain tegangan diberikan oleh
jelas bahwa dalam menentukan gain tegangan dari sebuah penguat, kita juga harus menentukan nilai resistansi beban
Gambar 1.16 (a) Model Circuit untuk penguat tegangan. (b) Tegangan amplifier dengan sumber sinyal input dan beban.
di mana nilai ini diukur atau dihitung. Jika resistansi beban tidak ditentukan, biasanya diasumsikan bahwa nilai
tegangan yang diberikan adalah sirkuit terbuka gain Avo.
Resistansi input yang terbatas Ri memberikan tindakan tegangan-pembagi pada masukan, dengan hasil bahwa hanya sebagian kecil dari sumber sinyal vs benar-benar mencapai terminal input dari penguat itu adalah,
(1.13) Agar tidak kehilangan porsi yang signifikan dari sinyal input di kopling sumber sinyal ke input amplifier, amplifier harus dirancang untuk memiliki resistansi masukan RI jauh lebih besar dari resistansi dari sumber sinyal, Ri Rs. Selain itu, ada aplikasi di mana resistansi sumber diketahui bervariasi pada rentang tertentu. untuk meminimalkan efek variasi ini pada nilai sinyal yang muncul pada masukan dari penguat, desain memastikan bahwa Ri jauh lebih besar dari nilai terbesar dari Rs. Sebuah penguat tegangan ideal adalah satu dengan Ri = ∞. Dalam kasus ideal ini baik keuntungan dan kekuasaan keuntungan saat menjadi tak terbatas. Gain tegangan secara keseluruhan (vo / vs) dapat ditemukan dengan menggabungkan Pers. (1.12) dan (1.13),
Ada situasi di mana yang tertarik tidak mendapatkan tegangan tetapi hanya dalam keuntungan kekuatan yang signifikan. Misalnya, sinyal sumber dapat memiliki tegangan terhormat tetapi resistansi sumber yang jauh lebih besar dari resistansi beban. Menghubungkan sumber langsung ke beban akan menghasilkan pelemahan sinyal yang signifikan. Dalam kasus seperti itu, satu membutuhkan amplifier dengan daya tahan tinggi masukan (jauh lebih besar dari resistansi sumber) dan resistansi output yang rendah (jauh lebih kecil dari resistansi beban) tetapi dengan gain tegangan sederhana (atau bahkan gain). Amplifier seperti ini disebut sebagai penguat penyangga. Kami akan menghadapi amplifier penyangga sering sepanjang buku ini.
1.5.2 Amplifier Mengalir
tertentu. Misalnya, dalam rangka memberikan penguat keseluruhan dengan resistansi masukan besar, tahap pertama biasanya diperlukan untuk memiliki resistansi masukan besar. Juga, untuk melengkapi penguat keseluruhan dengan resistansi output yang rendah, tahap akhir dalam kaskade biasanya dirancang untuk memiliki resistansi keluaran rendah. Untuk menggambarkan analisis dan desain amplifier mengalir, kita mempertimbangkan contoh praktis.
Contoh soal 1.3
Gambar 1.17 menggambarkan sebuah penguat yang terdiri dari kaskade tiga tahap. Penguat diberi makan oleh sumber sinyal dengan resistansi sumber 100 kΩ dan memberikan output menjadi perlawanan beban 100 Ω. Tahap pertama memiliki resistansi masukan yang relatif tinggi dan faktor keuntungan sederhana 10. Tahap kedua memiliki faktor keuntungan yang lebih tinggi tetapi resistansi masukan rendah. Akhirnya, yang terakhir, atau output, tahap memiliki gain tetapi resistansi output yang rendah. Kami ingin mengevaluasi gain tegangan secara keseluruhan, yaitu, VL / vs, keuntungan saat, dan mendapatkan kekuasaan.
Gambar 1.17 Tiga-tahap penguat untuk Contoh 1.3
Solusinya
Fraksi sumber sinyal muncul pada terminal masukan dari penguat diperoleh dengan menggunakan pembagi tegangan aturan pada masukan, sebagai berikut:
Gain tegangan dari tahap pertama diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi input dari tahap kedua menjadi beban tahap pertama; itu adalah,
Demikian pula, gain tegangan dari tahap kedua diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi masukan dari tahap ketiga menjadi beban tahap kedua,
Terakhir, hasil tegangan dari tingkat keluaran adalah sebagai berikut:
keseluruhan dari tiga tahap di cascade dapat sekarang ditemukan dari
atau 58,3 dB.
atau 57,4 dB.
Nilai arus ditemukan sebagai berikut:
Atau 138,3 dB
Keuntungan daya yang ditemukan dari
Beberapa komentar pada penguat cascade dalam contoh di atas adalah dalam rangka. Untuk menghindari kehilangan kekuatan sinyal pada masukan penguat sinyal di mana biasanya sangat kecil, tahap pertama dirancang untuk memiliki resistansi masukan yang relatif besar (1 MQ), yang jauh lebih besar dari resistansi sumber. Trade-off tampaknya menjadi gain tegangan menengah (10 V / V). Tahap kedua tidak perlu memiliki sebuah resistansi masukan yang tinggi; bukan, di sini kita perlu menyadari sebagian besar gain tegangan yang diperlukan. Yang ketiga dan terakhir, atau output, tahap tidak diminta untuk memberikan gain tegangan; bukan, itu berfungsi sebagai penguat penyangga, memberikan resistansi masukan yang relatif besar dan resistansi output yang rendah, jauh lebih rendah dari RL. Ini adalah tahap ini yang memungkinkan menghubungkan amplifier ke 10Ω beban. Poin ini dapat dibuat lebih konkret dengan memecahkan latihan berikut. Dengan begitu,mengamati bahwa dalam mencari keuntungan dari tahap penguat dalam penguat cascade, efek pembebanan dari tahap penguat berhasil harus diperhitungkan seperti yang telah kami lakukan dalam contoh di atas.
1.5.3 Amplifier Jenis Lain
Jadi, meskipun ini adalah yang paling populer, penguat tegangan dipertimbangkan di atas hanyalah salah satu dari empat jenis amplifier mungkin. Tiga lainnya adalah penguat arus, penguat transkonduktansi, dan amplifier transresistance. Tabel 1.1 menunjukkan empat jenis amplifier, model sirkuit mereka, definisi parameter keuntungan mereka, dan nilai-nilai ideal input dan output mereka resistensi.
1.5.4 Hubungan antara Empat Amplifier Model
Sirkuit terbuka nilai tegangan Avo dapat berhubungan dengan sirkuit pendek keuntungan saat Ais sebagai berikut: Tegangan output rangkaian terbuka yang diberikan oleh model penguat tegangan dari Tabel 1.1 adalah ovi Av. Model penguat arus di meja yang sama memberikan tegangan output rangkaian terbuka dari Aisii Ro. Menyamakan kedua nilai dan mencatat bahwa ii = vi / Ri memberikan
Demikian pula, kita dapat menunjukkan bahwa
Dan
Ekspresi di pers. (1.14) ke (1,16) dapat digunakan untuk berhubungan dua parameter nilai Av o, Ais, Gm, dan Rm.
1.5.5 Menentukan Ri dan Ro
= vi / ii. Resistansi keluaran ditemukan sebagai rasio dari tegangan output rangkaian terbuka ke sirkuit pendek arus keluaran. Atau, resistansi keluaran dapat ditemukan dengan menghilangkan sumber sinyal input (kemudian ii dan vi keduanya akan nol) dan menerapkan vx sinyal tegangan output dari penguat, seperti ditunjukkan pada Gambar. 1.18. Jika kita menunjukkan arus yang ditarik dari vx ke terminal output sebagai ix (perhatikan ix yang berlawanan arah untuk io), maka Ro = vx / ix. Meskipun teknik ini secara konseptual benar, dalam prakteknya metode yang lebih halus dipekerjakan dalam mengukur Ri dan Ro.
Gambar 1.18 Menentukan resistansi keluaran. 1.5.6 unilateral Model
Model penguat di atas adalah unilateral; yaitu, aliran sinyal adalah searah, dari input ke output. Kebanyakan amplifier nyata menunjukkan beberapa transmisi sebaliknya, yang biasanya tidak diinginkan, tetapi harus tetap dimodelkan. Untuk menambah model Tabel 1.1 untuk memperhitungkan sifat nonunilateral beberapa amplifier transistor.
Contoh1.4
Bipolar junction transistor (BJT) adalah perangkat tiga terminal yang saat didukung-up oleh sumber dc (baterai) dan dioperasikan dengan sinyal kecil dapat dimodelkan oleh rangkaian linear ditunjukkan pada Gambar. 1.19 (a). Tiga terminal basis (B), emitor (E), dan kolektor (C). Jantung model adalah penguat transkonduktansi diwakili oleh resistansi masukan antara B dan E (dilambangkan rπ), sebuah sirkuit pendek transkonduktansi gm, dan ro resistansi keluaran.
Gambar 1.19 (a) model rangkaian Kecil-sinyal untuk transistor bipolar junction (BJT). (b) BJT terhubung sebagai penguat dengan emitor sebagai terminal umum antara input dan output (disebut penguat common-emitter).(c) Sebuah model rangkaian sinyal kecil alternatif untuk BJT.
a) Dengan emitor digunakan sebagai terminal umum antara input dan output, Gambar. 1.19 (b) menunjukkan penguat sistor transponder dikenal sebagai common-emitor atau sirkuit
membumi-emitor. Turunkan ekspresi untuk
b) Model alternatif untuk transistor di mana penguat arus daripada transkonduktansi am- plifier digunakan ditunjukkan pada Gambar. 1.19 (c). Apa yang harus pendek-sirkuit gain arus beta menjadi?
Memberikan baik sebuah
ekspresi dan nilai. solusinya
(a) Lihat Gambar. 1.19 (b). Kami menggunakan aturan tegangan-pembagi untuk menentukan fraksi sinyal input yang muncul pada masukan penguat sebagai
Selanjutnya kita menentukan tegangan output vo dengan mengalikan arus (gmvbe) oleh perlawanan (RL || ro),
Menggantikan VBE dari Persamaan. (1.17) menghasilkan ekspresi nilai tegangan
Perhatikan bahwa gain negatif, menunjukkan bahwa amplifier ini pembalik. Untuk nilai-nilai komponen yang diberikan,
Mengabaikan efek ro, kita memperoleh
yang cukup dekat dengan nilai yang diperoleh termasuk ro. Hal ini tidak mengherankan, karena ro RL. (b) Untuk model pada Gambar. 1.19 (c) untuk menjadi setara dengan yang di Gambar. 1.19 (a),
Tapi ib = VBE / rπ; dengan demikian,
Untuk nilai yang diberikan,
1.6 respon frekuensi dari amplifier ( penguat )
Menurut Gambar 1.20 menggambarkan penguat tegangan linier pada input dengan gelombang sinus sinyal amplitudo Vi dan ω frekuensi. Dalam hal ini, sinyal diukur pada keluaran penguat juga sinusoidal dengan persis ω frekuensi yang sama. Setiap kali sinyal gelombang sinus diterapkan ke sirkuit linier, output yang dihasilkan adalah sinusoidal dengan frekuensi yang sama sebagai masukan. Bahkan, gelombang sinus adalah satu-satunya sinyal yang tidak berubah bentuk saat melewati rangkaian linier. Rasio amplitudo output sinusoid (Vo) dengan amplitudo yang masukan sinusoid (Vi) Adalah besarnya penguat (atau transmisi) pada frekuensi uji ω. Juga, sudut φ adalah fase transmisi penguat pada frekuensi uji ω. berikut ini bentuk transmisi penguat atau fungsi transfer pada umumnya :
Gambar 1.20 Mengukur respon frekuensi penguat linier: Pada ω frekuensi tes, penguat ditandai dengan besarnya (Vo / Vi) Dan fase φ.
1.6.2 Amplifier Bandwidth
Pada Gambar 1.21 dibawah ini menunjukkan besarnya respons dari sebuah penguat. Hal ini menunjukkan bahwa hampir konstan selama rentang frekuensi yang luas, kira-kira antara ω1 dan ω2. Biasanya amplifier dirancang sehingga bandwidth bertepatan dengan spektrum sinyal itu diperlukan untuk memperkuat. Jika ini tidak terjadi, penguat akan mendistorsi spektrum frekuensi sinyal input, dengan komponen yang berbeda dari sinyal input yang diperkuat oleh jumlah yang berbeda.
Gambar 1.21 Respon dari sebuah penguat. 1.6.3 Mengevaluasi Respon Frekuensi Penguat
di mana Vi (ω) dan Vo (ω) menunjukkan sinyal input dan output, masing-masing. T (ω) umumnya merupakan fungsi kompleks yang besarnya | T (ω) |yang berarti besarnya transmisi atau besarnya Tanggapan dari amplifier. Fase T (ω) memberikan respon fase penguat.
1.6.4 Jaringan Single-Time-Konstan
Sebuah jaringan STC adalah salah satu yang terdiri dari salah satu komponen reaktif (induktansi atau kapasitansi) dan satu perlawanan. sebuah STC jaringan membentuk sebuah induktansi L dan resistansi R memiliki waktu konstan. waktu τ konstan jaringan STC terdiri dari kapasitansi C dan resistansi R diberikan oleh τ = CR.
Sebagian besar jaringan STC dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, low pass (LP) dan High Pass (HP), dengan masing-masing memberikan tanggapan sinyal jelas berbeda. Sebagai Misalnya, jaringan STC ditunjukkan pada Gambar. 1,22 (a) adalah dari jenis low-pass dan yang pada Gambar.1,22 (b) adalah dari jenis high-pass. Untuk melihat alasan dari klasifikasi ini, amati bahwa fungsi transfer dari masing-masing dua sirkuit ini dapat dinyatakan sebagai rasio tegangan-pembagi, dengan pembagi terdiri dari resistor dan kapasitor. Sekarang, mengingat bagaimana impedansikapasitor bervariasi dengan frekuensi, mudah untuk melihat bahwa transmisi rangkaian pada Gambar. 1,22 (a) akan menurun dengan frekuensi dan mendekati nol sebagai ω pendekatan ∞. Demikian rangkaian dari Gambar. 1,22 (a) bertindak sebagai low-pass filter; melewati frekuensi rendah, input gelombang sinus dengan sedikit atau tanpa redaman (di ω = 0, transmisi kesatuan) dan melemahkan frekuensi tinggi sinusoid masukan. Rangkaian Gambar. 1,22 (b) tidak sebaliknya; transmisi adalah kesatuan di ω = ∞ dan menurun sebagai ω berkurang, mencapai 0 untuk ω = 0. Yang terakhir sirkuit, oleh karena itu, melakukan sebagai filter high-pass.
Gambar 1.22 Dua contoh STC Jaringan: (a) jaringan low-pass dan (b) jaringan high-pass. Perbedaan antara jaringan low pass dan high pass dapat dilihat di tabel 1.2
Tabel. 1.2 Perbedaan antara LH ( low Pass) dan HP (high pass).
Pembeda Low Pass (LH) High Pass (PH)
Gambar 1.23 (a) Besaran dan (b) respon fase STC jaringan dari jenis low-pass
Contoh 1.5
Gambar 1.25 menunjukkan tegangan amplifier memiliki resistansi masukan Ri, kapasitansi Ci input, faktor keuntungan μ, dan resistansi keluaran Ro. Amplifier adalah makan dengan sumber tegangan Vs memiliki Rs resistansi sumber, dan beban perlawanan RL terhubung ke output.
(a) Turunkan ekspresi untuk tegangan penguat sebagai fungsi dari frekuensi. Dari menemukan ini ekspresi untuk keuntungan dc dan frekuensi 3-dB.
(b) Hitunglah nilai dari gain dc, frekuensi 3-dB, dan frekuensi di mana gain menjadi 0 dB (yaitu, kesatuan) untuk Rs kasus = 20 kΩ, Ri = 100 kΩ, Ci = 60 pF, Ro = 200 Ω, dan RL = 1 kW.
(c) Cari vo (t) untuk masing-masing input berikut: (i) vi = 0.1 sin 102 t, V
(ii) vi = 0.1 sin 105 t, V (iii) vi = 0.1 sin 106 t, V (iv) vi = 0.1 sin 108 t, V Solusi :
(a) Memanfaatkan aturan tegangan-pembagi, kita dapat mengekspresikan Vi dalam hal Vs mengikuti
di mana Zi adalah impedansi masukan penguat. Sejak Zi terdiri dari dua unsur paralel, jelas mudah untuk bekerja dalam hal. Menjelang itu kami membagi pembilang dan penyebut dengan Zi, sehingga mendapatkan :
Ungkapan ini dapat dimasukkan dalam bentuk standar untuk jaringan STC low-pass (lihat bagian atas Tabel 1.2) dengan mengekstraksi dari penyebut; dengan demikian kita memiliki
Persamaan ini dapat dikombinasikan dengan Persamaan. (1.20) untuk mendapatkan fungsi transfer penguat sebagai
Kami mencatat bahwa hanya faktor terakhir dalam ungkapan ini baru (dibandingkan dengan ekspresi yang berasal diBagian terakhir). Faktor ini adalah hasil dari input kapasitansi Ci, Dengan waktu konstan.
Kita bisa diperoleh hasil ini dengan inspeksi: Dari Gambar. 1,25 kita melihat bahwa rangkaian input jaringan STC dan bahwa waktu yang konstan dapat ditemukan dengan mengurangi Vs ke nol, dengan hasil bahwa perlawanan dilihat oleh Ci adalah Ri secara paralel dengan Rs. Fungsi transfer dalam Pers. (1.21) adalah bentuk yang sesuai dengan jaringan STC low-pass. Gain dc ditemukan sebagai
3-dB frekuensi ω0 dapat ditemukan dari
Karena respon frekuensi penguat ini dari low-pass jenis STC, plot Bode untuk gain besarnya dan fase akan mengambil bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 1,23, di mana K diberikan oleh Persamaan. (1.23) dan ω0 diberikan oleh Persamaan. (1.24).
(b) mensubstitusikan nilai-nilai numerik yang diberikan dalam Persamaan. (1.23) menghasilkan
Sehingga penguat memiliki gain dc dari 40 dB. Mengganti nilai numerik ke dalam Persamaan. (1.24) memberikan frekuensi 3-dB
Terus :
Frekuensi gain :
(c) Untuk menemukan vo (t) kita perlu menentukan besarnya gain dan fasa pada 102, 105, 106, dan 108 rad / s. Hal ini dapat dilakukan baik sekitar memanfaatkan plot Bode dari Gambar. 1,23 atau tepatnya memanfaatkan ekspresi untuk fungsi transfer penguat,
Kami akan melakukan keduanya:
(i) Untuk ω = 102 rad / s, yang merupakan plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | = K = 100 dan φ = 0 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | 100 dan φ = -tan-10-04 Januari 0 °. Dengan demikian,
(ii) Untuk ω = 105 rad / s, yang, plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | K = 100 dan φ = -5,7 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | = 99,5 dan φ = -tan-1 0.1 = -5,7 °. Dengan demikian,
(iv) Untuk ω = 108 rad / s, yang merupakan (100ω0), plot Bode menunjukkan bahwa | T | = 1 dan φ = -90 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan :
1.6.5 Klasifikasi Penguat Berdasarkan Respon Frekuensi
Penguat dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk kurva besarnya-tanggapan mereka. Gambar 1.26 menunjukkan kurva frekuensi-respon khas untuk berbagai jenis amplifier. Pada Gambar. 1.26 (a) gain tetap konstan selama rentang frekuensi yang luas, tetapi jatuh pada frekuensi rendah dan tinggi. Jenis respon frekuensi umum di audio amplifier.
