EL3109_01_13211059

(1)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1

MODUL 01 TAHAP OUTPUT PENGUAT DAYA

Aji Suryo Wibowo (13211059)

Asisten: Jakfar Shadiq/13209081 Tanggal Percobaan: 17 September 2013

EL3109-Praktikum Elektronika II

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Pada modul ini, dilakukan percobaan untuk mengenali

karakteristik dari tahap output penguat daya kelas A, B,

dan AB. Selain itu, dilakukan pula percobaan untuk

mengukur dan menganalisis nilai distorsi serta daya dan

efisiensi dari ketiga kelas tahap output penguat daya.

Kemudian sebagai pilihan, dilakukan percobaan untuk

mengukur dan menganalisis rangkaian termal sederhana dari

transistor daya.

Kata kunci: Penguat, Karakteristik, Daya, Efisiensi,

Termal.

1. P

ENDAHULUAN

Salah satu kegunaan transistor BJT adalah konfigurasinya dalam rangkaian sebagai tahap output penguat daya. Tahap output penguat daya sendiri memiliki 4 jenis kelas konfigurasi, yaitu kelas A, kelas B, kelas AB, dan kelas C.

Setelah melakukan percobaan, diharapkan mahasiswa dapat:

a. mengetahui dan mengenali klasifikasi penguat berdasarkan bagian fungsi sinusoidal saat transistor konduksi

b. mengukur dan menganalisis distorsi pada tahap output penguat pada kelas A, B, dan AB

c. mengukur dan menganalisis daya dan efisiensi penguat kelas A, B, dan AB

d. mengamati, mengukur, dan menganalisis rangkaian termal sederhana pada transistor daya (opsional)

2. S

TUDI

P

USTAKA

2.1 K

ELAS

A

Gambar 1.1 Penguat Kelas A, [2]

Transistor Q1 pada gambar selalu aktif pada seluruh selang sinyal sinusoid. Saat tegangan input mendekati nol, maka arus yang ditarik oleh sumber arus IBIAS berasal dari transistor Q1 sehingga arus pada beban dan tegangan beban mendekati nol. Sementara itu, jika sumber sinyal input berada pada nilai yang terendah, maka IBIAS akan menarik arus dari beban, sehingga tegangan pada beban,

Nilai minimun dari tegangan output juga dapat diperoleh saat transistor Q2 saturasi,

Nilai tegangan beban maksimum yang dapat diperoleh meruakan nilai tegangan pada saat transistor Q1 memasuki daerah saturasinya.

Pada kurva VTC dari penguat kelas A ini, kurva menabrak sumbu x (tegangan input vi) pada nilai vBE1 yaitu sekitar 0.7 V dikarenakan oleh persamaan,

(2)

Gambar 1.2 Kurva VTC Penguat Kelas A, [2]

2.2 K

ELAS

B

Gambar 1.3 Penguat Kelas B, [2]

Pada penguat jenis ini, digunakan dua jenis transistor BJT yaitu transistor PNP dan transistor NPN yang seimbang. Saat tegangan input mendekati nol, maka kedua transistor berada dalam keadaan cut-off sehingga tidak ada arus yang masuk ke beban (tegangan beban nol). Pada saat tegangan input positif dan melebihi kira-kira 0.5 V maka transistor QN masuk ke dalam keadaan aktif, sehingga arus yang dilewatkan pada beban berasal dari transistor tersebut dan transistor QP dalam keadaan cut-off. Sementara saat tegangan input negatif dan kurang dari -0.5 V maka transistor QP akan aktif sementara transistor QN berada dalam keadaan cut-off dan arus pada beban ditarik oleh transistor QP.

Dapat dilihat dari kurva VTC-nya, tampak kurva linier yang terdistorsi di sumbu y (vo) sama dengan nol. Sementara dari kurva tegangan outputnya, terlihat gelombang sinusoidal yang terdistorsi (distorsi crossover).

Gambar 1.4 Kurva VTC Penguat Kelas B, [2]

2.3 K

ELAS

AB

Gambar 1.5 Penguat Kelas AB, [2]

Pada dasarnya penguat jenis ini konfigurasinya sama seperti penguat daya kelas B, namun pada masing-masing jungsi base-emitter (atau emitter-base) transistor diberikan bias tegangan untuk menjaga agar kedua transistor bekerja dalam keadaan aktif sehingga kemunculan distorsi cross-over dapat dihilangkan.

Gambar 1.6 Kurva VTC Penguat Kelas AB, [2]

3. M

ETODOLOGI

3.1 A

LAT DAN

K

OMPONEN YANG

D

IGUNAKAN

a. Generator Sinyal (1 buah)

(3)

c. Kit Praktikum Tahap Output Penguat Daya (1 buah)

d. Osiloskop Digital (1 buah)

e. Multimeter Digital (1 buah)

f. Multimeter Analog (1 buah)

g. Kabel

h. Termometer Inframerah (1 buah)

3.2 L

ANGKAH

-L

ANGKAH

P

ERCOBAAN a. Diagram 1.1 Kelas A

1

•Rangkaian dibuat seperti pada gambar 1.7.

•Input diset pada 2 Vpp, 1 kHz dan catudaya diset pada 6 V. •Kanal 1 osiloskop diset

untuk tegangan input, sementara kanal 2 diset untuk tegangan output.

2

•Pengamatan linieritas secara kualitatif dilakukan dengan mode dual trace untuk melihat bentuk gelombang. •Untuk melihat bentuk

kurva VTC dilakukan dalam mode xy.

3

•Pengamatan linieritas secara kuantitatif dilakukan dengan mode FFT pada osiloskop digital.

•Gambar diambil baik saat output terdistorsi maupun saat output belum terdistorsi.

4

•Untuk melakukan pengamatan disipasi daya dan efisiensi, osiloskop diset pada mode dual trace dan digunakan multimeter untuk mengukur arus dari masing-masing catu daya. •Dimulai dari sinyal input

terkecil (hampir nol) kemudian diulangi untuk sinyal input 2, 4, 6, 10 Vpp.

(4)

Gambar 1.7 Rangkaian Percobaan Penguat Kelas A, [1] b. Diagram 1.2 Kelas B

1

•Input diset pada 4 Vpp, 1 kHz dan catudaya diset pada 6 V. •Kanal 1 osiloskop diset untuk tegangan input, sementara kanal 2 diset untuk tegangan output.

2

•Pengamatan linieritas secara kualitatif dilakukan dengan mode dual trace untuk melihat bentuk gelombang. •Untuk melihat bentuk kurva

VTC dilakukan dalam mode xy.

3

•Pengamatan linieritas secara kuantitatif dilakukan dengan mode FFT pada osiloskop digital.

•Gambar diambil baik saat output terdistorsi maupun saat output belum terdistorsi.

4

•Untuk melakukan pengamatan disipasi daya dan efisiensi, osiloskop diset pada mode dual trace dan digunakan multimeter untuk mengukur arus dari masing-masing catu daya. •Dimulai dari sinyal input terkecil

(hampir nol) kemudian diulangi untuk sinyal input 2, 4, 6, 10 Vpp.

5

•Rangkaian diset seperti gambar 1.9, kemudian input diset pada 4 Vpp, 1 kHz.

•Percobaan diulangi untuk rangkaian ini, namun pada saat pengamatan kurva VTC, diambil gambar dari output penguat daya dan dari output penguat operasional,.

(5)

Gambar 1.8 Rangkaian Percobaan Penguat Kelas B, [1]

Gambar 1.9 Rangkaian Percobaan Penguat Kelas B dengan Penguat Operasional, [1] c. Diagram 1.3 Kelas AB

1

•Input diset pada 4 Vpp, 1 kHz dan catudaya diset pada 6 V. •Kanal 1 osiloskop diset

untuk tegangan input, sementara kanal 2 diset untuk tegangan output.

2

•Pengamatan linieritas secara kualitatif dilakukan dengan mode dual trace untuk melihat bentuk gelombang. •Untuk melihat bentuk

kurva VTC dilakukan dalam mode xy.

•Output diambil untuk R1 = R2 = 1.8 kΩ; R1 = R2 = 1.0 kΩ; R1 = R2 = 4.7 kΩ.

3

•Pengamatan linieritas secara kuantitatif dilakukan dengan mode FFT pada osiloskop digital setelah sebelumnya resistansi bias R1 dan R2 diset 1 kΩ. •Gambar diambil baik saat

output terdistorsi maupun saat output belum terdistorsi.

4

•Untuk melakukan pengamatan disipasi daya dan efisiensi, osiloskop diset pada mode dual trace dan digunakan multimeter untuk mengukur arus dari masing-masing catu daya. •Dimulai dari sinyal input

terkecil (hampir nol) kemudian diulangi untuk sinyal input 2, 4, 6, 10 Vpp.

(6)

Gambar 1.10 Rangkaian Penguat Kelas AB, [1]

d. Diagram 1.4 Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (opsional)

1

•Amperemeter digunakan untuk mengukur arus klektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan collector-emitter.

2

•Terminal kolektor dihubungkan dengan tegangan 0 V, kemudian diberikan tegangan -Vcc 6 V dan arus saat stabil diukur serta temperatur ambient, temperatur pada sirip terjauh heatsink, dan temperatur casing transistor diuur pula.

3

•Tegangan -Vcc diturunkan sehingga arus kolektor naik sekitar 20% arus semula, kemudian langkah 2 diulangi lagi.

4

•Langkah 2 kembali diulangi untuk arus kolektor sekitar 50% arus awal.

(7)

Gambar 1.11 Rangkaian Sumber Arus untuk Bias pada Penguat Kelas A, [1]

4. H

ASIL DAN

A

NALISIS

4.1 Penguat Kelas A

a. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Sinyal input dan output untuk vi = 2 Vpp, 1 kHz

Sbuy: 1 V/div Sbux:250 us/div vI = 2 Vpp vO = 2 Vpp fI = 1 kHz fO = 991.6 Hz VTC untuk vi = 2 Vpp, 1 kHz Sbuy: vO 0.5 V/div Sbux: vI 0.5 V/div vI = 2 Vpp vO = 2 Vpp fI = 1 kHz fO = 991.6 Hz

Batas saturasi : vI = 7.84 Vpp dan vO = 7.68 Vpp

Sinyal output yang melebihi batas saturasi

Sbuy: vO 0.5 V/div Sbux: t 250 us/div vI = 10 Vpp vO = 8.96 Vpp fI = 998.5 Hz fO = 1 kHz

VTC untuk sinyal output yang melebihi batas saturasi Sbuy: vO 2 V/div Sbux: vI 2 V/div vI = 10 Vpp vO = 8.96 Vpp fI = 998.5 Hz fO = 1 kHz Tabel 1.1 Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Penguat

Kelas A; RL = 56 Ω

Batas saturasi : vI = 4.04 Vpp dan vO = 3.92 Vpp

VTC untuk sinyal output di bawah batas saturasi Sbuy: vO 0.5 V/div Sbux: vI 0.5 V/div vI = 2.02 Vpp vO = 2.04 Vpp fI = 995 Hz fO = 1 kHz VTC untuk sinyal output melebihi batas saturasi

Sbuy: vO 1 V/div Sbux: vI 1 V/div vI = 5.96 Vpp vO = 4.96 Vpp fI = 1 kHz fO = 1 kHz Tabel 1.2 Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Penguat

Kelas A; RL = 33 Ω

Dapat dilihat dari gambar yang diperoleh, untuk set awal yaitu tegangan input 2 Vpp, 1 kHz, maka diperoleh tegangan output yang kurang lebih magnitudonya sama dengan frekuensi dan fase VO(

t)

VI(

t)

≈0.75V ≈0.75V ≈4.4 V ≈0.75V ≈0.75V ≈2.6 V ≈0.75V ≈0.75V

(8)

yang sama pula. Hal tersebut sesuai dengan kelinieritasan kurva VTC yang diperoleh dengan slope 1.

Dapat dilihat pula bahwa kurva VTC (untuk set awal) memotong sumbu x di koordinat sekitar 0.75 V. Nilai tegangan ini, merupakan nilai tegangan cut-in base-emitter. Hal ini bisa dilihat dari persamaan,

Saat nilai input lebih besar dari 0.75 V, barulah muncul nilai tegangan output yang positif.

Kemudian, untuk set nilai tegangan input yang menyebabkan tegangan output mengalami distorsi, terlihat bahwa distorsi terjadi di nilai sinusoidal negatif. Hal itu berarti bahwa distorsi disebabkan oleh transistor Q1 memasuki mode cut-off sehingga arus bias menarik seluruh arus dari beban.

Pada nilai RL yang berbeda (lebih kecil), maka kurva VTC saat memasuki batas saturasi pun akan mengecil, dapat dilihat bahwa nilai batas saturasinya pun kecil yang sesuai dengan persamaan,

Dapat dilihat bahwa semakin besar nilai beban, maka semakin besar pula batas saturasi bawahnya sampai pada nilai saturasi minimum karena kapabilitas transistor dan catu daya,

b. Pengamatan Linieritas Kuantitatif

Spektrum sinyal output sedikit di bawah batas saturasi Sbuy : |vO|dB Sbux : f Hanya ada harmonik dasar. |vO|1 = 61.6 dB f1 = 1 kHz

Spektrum sinyal input saat sinyal output sedikit di bawah batas saturasi

Sbuy : |vO|dB Sbux : f Hanya ada harmonik dasar. |vI|1 = 61.6 dB f1 = 1 kHz

Spektrum sinyal output di bawah batas saturasi, vI

sekitar 4 Vpp Sbuy : |vO|dB Sbux : f Hanya ada harmonik dasar. |vO|1 = 56.8 dB f1 = 1 kHz

Spektrum sinyal output yang melebihi batas saturasi

Sumbu y : |vO| 10dB/div Sumbu x : frekuensi harmonik dasar: |vO|1 = 63.2 dB f1 = 1 kHz harmonik ke-2: |vO|2 = 30 dB f1 = 2.04 kHz harmonik ke-3: |vO|3 = 26dB f1 = 3.08 kHz Tabel 1.3 Pengamatan Linieritas Kuantitatif Penguat Kelas A Dari gambar, terlihat bahwa untuk nilai output sedikit di bawah batas saturasi maupun untuk output jauh di bawah batas saturasi, diperoleh gelombang yang hampir sama dan hanya diperoleh harmonik dasar saja. Hal ini terjadi dikarenakan baik sinyal output maupun sinyal input tidak mengalami distorsi atau dengan kata lain, sinyalnya murni sinyal sinusoidal (bukan merupakan penjumlahan dari sinyal-sinyal sinusoidal). Hal ini tidak dijumpai pada saat sinyal output mengalami distorsi. Karena sinyal output terdistorsi, maka sinyalnya merupakan bentuk penjumlahan dari sinyal-sinyal sinusoidal lain yang menyebabkan munculnya harmonik-harmonik lain selain harmonik-harmonik dasar.

c. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban vI (Vp p) IV+ (m A) I V-(mA ) ̂ (Vp) PL (W) PS (W) PD (W) η (%) ≈0 70 76.2 30 m 8.04 u 0.877 0.877 0.92m 2 70 76.2 1 8.9m 0.877 0.868 1.018 4 70 76.2 2 0.036 0.877 0.841 4.105 6 70 76.2 3 0.08 0.877 0.797 9.12 Harmonik dasar f1 f1 Harmonik dasar Harmonik dasar f1 f1 f2 f3

(9)

10 70 76.2 4.4 0.173 0.877 0.704 19.73 Tabel 1.4 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Penguat Kelas A

Dari tabel, terlihat bahwa semakin besar nilai tegangan output, maka efisiensinya makin besar, namun tidak dengan daya disipasinya. Daya disipasi PD makin mengecil seiring dengan naiknya tegangan output, hal ini disebabkan oleh kenaikan tegangan output sebanding dengan naiknya daya pada beban PL sementara nilai daya suplai PS selalu konstan,

di mana, ̂ dan, ( ) Dari persamaan, ( ̂ ) ( ̂ )

diperoleh bahwa nilai efisiensi maksimum yang dapat dicapai penguat kelas A adalah 25% karena ̂ dan ̂ . Nilai efisiensi ini

termasuk rendah untuk penguat. 4.2 Penguat Kelas B

a. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Sinyal output untuk vi = 4VPP

Sbu y: 1 V/div Sbu x:250 us/div vi = 4 Vpp vo = 2.76 Vpp fi = 1 kHz fo = 997 Hz

VTC saat sinyal output mulai saturasi

Sbu y: vo 2 V/div Sbu x: vi 2 V/div fi = 1 kHz fo = 1 kHz Batas saturasi : Vo = 12.2 Vpp Vi = 13.4 Vpp

Tabel 1.5 Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC Penguat Kelas B

Dari gambar terlihat bahwa sinyal output mengalami distorsi sehingga bentuknya tidak sinusoidal sempurna. Pada kurva VTC yang terjadi, terlihat bahwa kurva seolah-olah terpotong, hal ini terjadi karena penguat kelas B memiliki sudut konduksi 180o_{yang artinya hanya} setengah bagian sinyal input yang diteruskan ke output. Sudut konduksi ini disebabkan oleh adanya nilai tegangan cut-in yang berkisar antara -0.5 V untuk tegangan input negatif dan 0.5 V untuk tegangan positif. Saat nilai sinyal input lebih kecil dari | | V maka kedua transistor bekerja dalam kondisi cut-off. Distorsi yang terjadi pada penguat kelas B ini disebut distorsi cross-over. Penguat kelas B ini juga memiliki batas saturasi yang cukup besar jika dibandingkan dengan penguat kelas A yang dikarenakan oleh batas saturasi hanya ditentukan oleh parameter transistor dan catu daya bukan dari besar kecilnya beban.

Spektrum sinyal output di bawah saturasi, vi = 6 Vpp Sumbu y : |vO| 10 dB/div Sumbu x : frekuensi harmonik dasar: |vO|1 = 55.2 dB f1 = 1 kHz harmonik ke-3: |vO|3 = 36.4 dB f3 = 3.05 kHz harmonik ke-5: |vO|5 = 31.6 dB f5 = 5.1 kHz Spektrum sinyal output sedikit di bawah saturasi, vi = 10Vpp Sumbu y: |vO| 10 dB/div Sumbu x : frekuensi harmonik dasar: |vO|1 = 60 dB f1 = 1 kHz harmonik ke-3: |vO|3 = 37.2 dB f3 = 3.05 kHz harmonik ke-5: |vO|5 = 31.2 dB 5 f= 5.1 kHz -0.4V 0.8 V f1 f3 f5 f1 f3 f5

(10)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1 0

Spektrum sinyal output melebihi batas saturasi, vi = 13.77Vpp Sumbu y : |vO| 10 dB/div Sumbu x : frekuensi harmonik dasar: |vO|1 = 64 dB f1 = 1 kHz harmonik ke-3: |vO|3 = 46.8 dB f3 = 3.05 kHz harmonik ke-5: |vO|5 = 36.8 dB f5 = 5.1 kHz Tabel 1.6 Pengamatan Linieritas Kuantitatif Penguat Kelas B Dari gambar terlihat bahwa meskipun tidak saturasi, sinyal output tetap memiliki harmonik lain selain harmonik dasar. Harmonik yang muncul pada sinyal output dari penguat kelas B merupakan harmonik ganjil karena kemunculan harmonik pada nilai ganjil yang dikalikan frekuensi harmonik dasar. Harmonik lain (harmonik ketiga, harmonik kelima, dst) muncul dikarenakan bentuk sinyal output penguat kelas B yang tidak sinusoidal sempurna karena adanya distorsi cross-over. Ketidaksempurnaan bentuk sinyal output tersebut dapat direpresentasikan dalam bentuk kombinasi dari sinyal-sinyal sinusoidal lain (dalam deret Fouriernya bisa terlihat) sehingga pastilah sinyal output tersebut memiliki harmonik selain harmonik dasar, tidak peduli apakah dia saturasi atau tidak saturasi. c. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban vI (Vp p) IV+ (m A) I V-(mA ) ̂ (Vp) PL (W) PS (W) PD (W) η (%) ≈0 0 0 10m 1.52 u 1.158 1.158 0.131 2 2 2.3 0.37 2.074 m 0.042 8 0.040 7 4.85 4 9.7 9.5 1.64 0.041 0.19 0.149 21.58 6 19 19.1 2.56 0.099 0.296 0.197 33.54 10 38 37.7 4.4 0.293 0.509 0.216 57.56 Tabel 1.7 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Penguat Kelas B

Dari tabel diperoleh bahwa nilai efisiensi membesar seiring dengan naiknya tegangan

output yang secara langsung juga menaikkan nilai daya beban PL. Namun yang berbeda di sini jika dibandingkan dengan penguat kelas A, nilai daya suplai PS tidaklah konstan, akan tetapi berubah-ubah sesuai dengan arus pada catu daya yang juga berubah-ubah, semakin besar nilai sinyal output, maka semakin besar pula daya suplai. Berubah-ubahnya nilai daya suplai ini dikarenakan oleh arus yang diberikan pada catu daya dapat didekati sebagai gelombang half-wave rectified sinusoidal sehingga daya total yang diberikan catu daya,

̂

sementara, daya pada beban, ̂

sehingga daya disipasinya menjadi, ̂

̂ Dapat dilihat untuk nilai efisiensi,

( ̂ )

⁄ ̂

bahwa nilai efisiensi maksimal ( ) kira-kira

sebesar 78.5% yang jelas jauh lebih baik jika dibandingkan dengan penguat kelas A.

4.3 Penguat Kelas B dengan Penguat Operasional a. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

Sinyal input dan output untuk vI = 4 Vpp

Sbu y: 2 V/div Sbu x:250 us/div vi = 4.08 Vpp vo = 4.08 Vpp fi = 996.5Hz fo = 1 kHz

VTC saat sinyal output tampak memasuki saturasi f1 f3 f5

vi(t)

(11)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 11 Sbu y: vo 1 V/div Sbu x: vi 1 V/div fi = 997.5 Hz fo = 1 kHz Batas saturasi : vo = 7.24 Vpp vi = 7.24 Vpp

VTC dengan kanal 2 merupakan output opamp saat mulai saturasi Sbu y: vop 2 V/div Sbu x: vi 2 V/div fi = 1 kHz fo = 1 kHz Batas saturasi : vop = 8.4 Vpp vi = 7.4 Vpp

Spektrum sinyal output sedikit di bawah batas saturasi Sbu y : |vO|dB Sbu x : f Hanya ada harmonik dasar. |vO|1 = 60 dB f1 = 1 kHz Tabel 1.8 Pengamatan Penguat Kelas B dengan Penguat

Operasional

Dari gambar terlihat bahwa bentuk sinyal output dan input nyaris identik yang artinya kemiringan dari kurva VTCnya adalah satu. Dapat dilihat pula bahwa kurva VTC dari output penguat yang terbentuk memiliki slope 1 dan tidak terlihat adanya distorsi cross-over. Hal ini disebabkan oleh adanya penimpaan sinyal output dari penguat operasional yang dijadikan input untuk penguat kelas B (kaskade). Terlihat bahwa kurva VTC sinyal output dari penguat operasional memiliki bentuk yang terdistorsi secara vertikal, tidak seperti kurva VTC kelas B yang terdistorsi secara horizontal. Hasil superposisi dua sinyal inilah yang menyebabkan terjadinya kurva VTC mulus dengan slope 1.

Dari tabel sebelumnya (tabel 1.8), dapat dilihat bahwa FFT sinyal output yang diperoleh tidak memiliki harmonik lain selain harmonik dasar. Hal ini dikarenakan oleh bentuk sinyal output

yang sinusoidal sempurna atau dengan kata lain bukan merupakan kombinasi sinyal-sinyal sinusoidal lain sehingga hanya memiliki satu frekuensi dasar saja.

c. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban vI (Vp p) IV+ (m A) I V-(mA ) ̂ (Vp) PL (W) PS (W) PD (W) η (%) ≈0 0.4 2 0.41 5.2m 78.79 u 601.9 u 523.1 1u 13.09 10 60 34.8 9 3.96 0.237 6 0.458 4 0.220 8 51.836 Tabel 1.9 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Penguat Kelas B dengan Penguat Operasional Dengan analisis yang serupa dengan penguat kelas B tanpa penguat operasional, maka dapat ditunjukkan bahwa nilai efisiensi yang dihasilkan termasuk tinggi jika dibandingkan dengan nilai efisiensi penguat kelas A.

Dari tabel dapat dilihat juga jika semakin besar input, maka semakin besar pula output. Kemudian semakin besar nilai sinyal output, maka daya beban PL dan daya suplai PS juga makin membesar (sesuai dengan persamaan daya pada penguat kelas B tanpa penguat operasional). 4.4 Penguat Kelas AB

a. Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC R1 = R2 = 1 kΩ; IV+ = 155 mA; IV- = 54.3 mA Sbu y: 2 V/div Sbu x:250 us/div vi = 3.92 Vpp vo = 4.08 Vpp fi = 1 kHz fo = 1 kHz R1 = R2 = 1.8 kΩ; IV+ = 86 mA; IV- = 28.8 mA Sbu y: 2 V/div Sbu x:250 us/div vi = 3.92 Vpp vo = 3.92 Vpp fi = 1 kHz fo = 1.005 kHz 0.6V -0.6V f1 Harmonik dasar vi(t) vo(t)

(12)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 12 R1 = R2 = 4.7 kΩ; IV+ = 57 mA; IV- = 19.9 mA Sbu y: 2 V/div Sbu x:250 us/div vi = 4.08 Vpp vo = 3.84 Vpp fi = 990.6 Hz fo = 1.01 kHz Tabel 1.10 Grafik Sinyal Input dan Output Penguat Kelas AB Dari tabel, terlihat bahwa bentuk gelombang sinyal input dan output hampir identik, yang berarti penguatannya 1 (slope kurva VTC 1). Adanya perbedaan pada pembacaan arus pada catu daya positif dan catu daya negatif dikarenakan alat ukur yang mengacau (sudah disaksikan asisten). R1 = R2 = 1 kΩ Sbu y: vo 2 V/div Sbu x: vi 2 V/div fi = 996.7 Hz fo = 1 kHz Batas saturasi : vo = 9.8 Vpp vi = 9.4 Vpp R1 = R2 = 1.8 kΩ Sbu y: vo 2 V/div Sbu x: vi 2 V/div fi = 1 kHz fo = 1 kHz Batas saturasi : vo = 8.6 Vpp vi = 8.1 Vpp R1 = R2 = 4.7 kΩ Sbu y: vo 2 V/div Sbu x: vi 2 V/div fi = 995.5 Hz fo = 1 kHz Batas saturasi : vo = 6.8 Vpp vi = 6.4 Vpp

Tabel 1.11 Kurva VTC Penguat Kelas AB

Dari tabel terlihat bahwa kurva VTC yang terbentuk merupakan kurva linear dengan kemiringan 1. Terlihat pula bahwa ketika nilai bias diubah (berkorelasi dengan nilai resistansi R1 dan R2) maka batas saturasi pada kurva VTC juga ikut berubah. Semakin besar nilai resistansi R1 dan R2 yang dipakai maka semakin kecil bias yang diberikan pada transistor sehingga semakin kecil pula batas saturasi dari kurva VTCnya.

Spektrum sinyal output sedikit di bawah batas saturasi vi =9.6 Vpp Sbu y : |vO|dB Sbu x : f Hanya ada harmonik dasar. |vO|1 = 60 dB f1 = 1 kHz

Spektrum sinyal output melebihi batas saturasi vi = 9.6

Vpp Sumbu y : |vO| 10dB/div Sumbu x : f harmonik dasar: |vO|1 = 62 dB f1 = 1 kHz harmonik ke-3: |vO|2 = 41.6 dB f3 = 3.05 kHz harmonik ke-5: |vO|5 = 33.2 dB f5 = 5.1 kHz Tabel 1.12 Pengamatan Linieritas Kuantitatif Penguat Kelas AB Dari tabel diperoleh bahwa sebelum sinyal output memasuki daerah saturasi (sebelum terdistorsi) maka FFTnya tidak memiliki harmonik yang lain kecuali harmonik dasar. Namun ketika sinyal output mulai masuk ke daerah saturasi (terdistorsi) maka munculah harmonik lain yang nilainya merupakan bilangan ganjil dikali frekuensi harmonik dasar. Munculnya harmonik lain disebabkan karena pada saat sinyal output terdistorsi, maka sinyal output tersebut sudah bukan sinyal sinusoidal murni atau dengan kata lain merupakan kombinasi dari sinyal-sinyal sinusoidal lain.

c. Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

f1

Harmonik dasar

(13)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 13 vI (Vp p) IV+ (m A) I V-(mA ) ̂ (Vp) PL (W) PS (W) PD (W) η (%) ≈0 69 70 12m 2.18 u 0.834 0.834 0.26m 2 71 72 1 1/66 0.858 0.843 1.766 4 70 71 2 2/33 0.846 0.785 7.164 6 67. 6 68.5 3 3/22 0.816 6 0.68 16.699 10 66. 3 67.3 4.7 0.335 0.801 6 0.466 6 41.79 Tabel 1.13 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Penguat Kelas AB

Dari tabel, diperoleh bahwa nilai arus pada catu daya cenderung konstan untuk setiap input (maupun output). Hal ini menyebabkan nilai daya suplai PS cenderung konstan sehingga nilai efisiensi daya dan daya disipasi PD ditentukan oleh daya pada beban PL. Terlihat bahwa semakin besar nilai output, maka semakin besar pula nilai efisiensi dan semakin besar pula nilai daya pada beban. Namun untuk nilai daya disipasinya, mengalami penurunan seiring dengan naiknya nilai output. Dari tabel tersebut, dapat dilihat pula bahwa nilai efisiensi yang dimiliki penguat kelas AB ini termasuk tinggi namun tidak setinggi nilai efisiensi dari penguat kelas B.

4.5 Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal (opsional)

Percobaan tidak dilakukan karena waktu praktikum sudah habis.

5. K

ESIMPULAN

Dari percobaan dapat disimpulkan bahwa:

a. Penguat daya dapat diklasifikasikan ke dalam beberapa kelas, namun yang biasa ditemui ada tiga kelas, yaitu kelas A, kelas B, dan kelas AB.

Kelas A meneruskan semua sinyal input sinusoidal saat transistor terkonduksi (sudut konduksinya 360o_{) sehingga kurva VTCnya} linear dengan batas saturasi maksimum,

dan batas saturasi minimum,

atau,

Kelas B meneruskan setengah sinyal input sinusoidal (sudut konduksinya 180o₎ sehingga memunculkan distorsi yang disebut distorsi cross-over. Batas saturasi maksimum maupun minimum dari penguat kelas B ini hanya dipengaruhi oleh kapabilitas transistor dan catu daya yang digunakan.

Kelas AB meneruskan lebih dari setengah sinyal input sinusoidal (sudut konduksinya lebih dari 180o_{) sehingga distorsi cross-over} dapat diredam. Batas saturasi maksimum dan minimum dari penguat kelas AB ini selain dipengaruhi oleh kapabilitas transistor dan catu daya yang digunakan juga dipengaruhi oleh bias yang diberikan.

b. Distorsi yang timbul pada penguat kelas A hanya disebabkan oleh pengaruh beban dan kapabilitas transistor dan catu daya. Distorsi yang timbul pada penguat kelas A hanya distorsi yang berupa distorsi karena saturasi (maksimum ataupun minimum).

Distorsi yang timbul pada penguat kelas B ada dua jenis, yaitu distorsi karena sudut konduksi yang 180o_{atau yang dinamakan} distorsi cross-over dan distorsi karena batas saturasi transistor yang dipengaruhi oleh kapabilitas transistor dan catu daya. Distorsi cross-over dapat diredam, salah satu caranya adalah mengkaskadekan penguat operasional dengan penguat daya kelas B ini. Distorsi cross-over ini menyebabkan munculnya harmonik lain selain harmonik dasar dikarenakan sinyal outputnya yang tidak sinusoidal sempurna (dapat dinyatakan sebagai kombinasi dari sinyal-sinyal sinusoidal lainnya)

Distorsi yang timbul dari penguat kelas AB hanyalah distorsi batas saturasi. Batas saturasi ini tiak hanya dipengaruhi oleh kapabilitas transistor dan catu daya, namun juga dipengaruhi oleh bias yang diberikan pada transistor.

c. Efisiensi dari penguat kelas A sangatlah rendah karena efisiensi maksimal yang dapat dicapai hanya 25%.

Efisiensi dari penguat kelas B termasuk tinggi karena efisiensi maksimal yang dapat dicapai yaitu pada kisaran 78.5%.

Efisiensi dari penguat kelas AB lebih kecil jika dibandingkan dengan efisiensi dari penguat kelas B namun masih cukup tinggi jika dibandingkan dengan efisiensi dari penguat kelas A.

(14)

6. D

AFTAR

P

USTAKA

EL3109_01_13211059

MODUL 01 TAHAP OUTPUT PENGUAT DAYA

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Pada modul ini, dilakukan percobaan untuk mengenali

karakteristik dari tahap output penguat daya kelas A, B,

dan AB. Selain itu, dilakukan pula percobaan untuk

mengukur dan menganalisis nilai distorsi serta daya dan

efisiensi dari ketiga kelas tahap output penguat daya.

Kemudian sebagai pilihan, dilakukan percobaan untuk

mengukur dan menganalisis rangkaian termal sederhana dari

transistor daya.

Kata kunci: Penguat, Karakteristik, Daya, Efisiensi,

Termal.

1. P

2. S

P

2.1 K

A

2.2 K

B

2.3 K

AB

3. M

3.1 A

K

D

3.2 L

-L

P

1

2

3

4

1

2

3

4

5

1

2

3

4

1

2

3

4

4. H

A

t)

t)

5. K

6. D

P

[1]

Hutabarat, Mervin T., Praktikum Elektronika II,

Sekolah Teknik Elektro dan Informatika

Institut Teknologi Bandung, Bandung, 2013.

[2]

Adel S. Sedra dan Kennet C. Smith,

Microelectronic Circuits, Oxford University Press,