TUGAS AKHIR - Penguat tala BJT frekuensi tinggi pita lebar - USD Repository

TUGAS AKHIR

Penguat Tala BJT Frekuensi Tinggi Pita Lebar

Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Elektro Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh

SURIYA KURNIAWAN

NIM : 005114088

PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

FINAL PROJECT

Wide Band High Frequency BJT Tuned Amplifier

In partial fulfillment of the requirements for the degree of SARJANA TEKNIK Sience and Technology Faculty

Electrical Engineering Study Program Sanata Dharma University

by

SURIYA KURNIAWAN

NIM : 005114088

ELECTRICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

ELECTRICAL ENGINEERING DEPARTMENT

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

Kupersembahkan Tugas Akhir ini untuk:

My Lord Jessus Cristus

Bapak, Mamah, mas Antok, adekku Santi

Special just to Memey

MOTTO

“ Berusaha bangkit dari kegagalan jauh lebih baik daripada hanya sekedar menyesalinya“

Bila kita hidup menurut Jiwa,

kita akan tahu bahwa hidup bukan hanya sekedar selamat, aman, nyaman, tidak

tersentuh, dan tidak teruji;

INTISARI

Perkembangan yang pesat dalam bidang elektronika khusus nya perangkat radio,

bersumber pada kemampuan piranti aktif untuk berosilasi dan menguatkan sinyal. Salah

satu piranti aktif adalah transistor. Pada penelitian ini, penulis membuat rangkaian

penguat tala bidang lebar menggunakan transistor BJT.

Untuk membuat sebuah rangkaian penguat tala bidang lebar, dibutuhkan studi

literatur, perancangan, pembuatan, pengujian, pengamatan. Untuk rangkaian penguat tala

frekuensi tinggi bidang lebar, pemilihan nilai-nilai komponen khusus nya pada tangki LC

harus akurat, karena akan sangat menentukan kinerja rangkaian.

Setelah melakukan pengujian rangkaian menghasilkan frekuensi resonansi (fo) =

23 MHz dan bandwidth (BW) = 9 MHz. Hal ini tidak sesuai dengan perancangan,

sehingga rangkaian tidak bekerja dengan baik.

ABSTRACT

Rapid development in electronics field, especially in radio devices, is based on the

capability of the component to oscillate and amplify.

Developing a wide band tuned amplifier circuit needs a study of some references,

circuit designing, assembling, and testing. Component values must be accurathy choosen

to make a good performance of circuit.

Test result shows that circuit has resonance frequency of 23 MHz with 9 MHz

bandwidth. It is concluded that circuit is not worked well.

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kupanjatkan kepada Allah Bapa dan Yesus Kristus atas segala

kasih dan karunia-Nya sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik. Saya sadar bahwa terselesaikannya tugas akhir ini tidak lepas dari bantuan banyak pihak, bantuan sekecil apapun dan dalam bentuk apapun yang sangat berarti bagi penyelesaian tugas akhir ini. Kepada pihak-pihak yang telah membantu dan terlibat dalam penyelesaian Tugas Akhir ini yaitu:

1. Bapak Ir. Gregorius Heliarko, S.J., S.S, B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas

Teknik, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Bapak Agustinus Bayu Primawan , S.T., M.Eng., selaku Ketua Jurusan dan Dosen

Pembimbing Akademik Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

3. Bapak Damar Widjaja, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Utama terima kasih

telah berkenan meluangkan waktu untuk membimbing saya dalam pengerjaan Tugas

Akhir ini.

4. Bapak Djito dan karyawan-karyawan Sekretariat Teknik.

5. Mas Mardi, Mas Sur, dan para Laboran yang ikut membantu penulis di Laboratorium.

6. Bapak dan Mamah ku yang telah memberikan restu, doa, dan kepercayaan, serta

dukungan finansial.

7. Mas Antok dan Mbak Wik, makasih ya udah banyak bantu.

8. Adek ku Santi, makasih ya pinjaman motor, uang, dan monitor nya.

9. Special just for “Memey” yang udah dengan setia bersama ku dalam suka dan duka,

yang selalu menjadi semangat dalam meraih cita-cita dan banyak membantu

keuangan ku.

10. Almarhum Mbah Kakung, Mbah Putri, Om Resmi yang sudah terlebih dahulu

menghadap Bapa di Surga sebelum penulis sempat menyelesaikan studi.

11. Bulik Anik, Ayu’ dan Pandu di Klaten.

12. Om Maryadi (K-CHE Bilyard), Bulik Menik dan Om Harjo (MM-Comp), Om Didik

(Vila Utama), Bulik Metik, Om Widodo (MKT-Comp); yang selalu memberikan

semangat dan dukungan financial.

14. “Si Jeruk“ ku, walaupun kamu banyak menghabiskan uang, tapi ‘dah banyak nganter

aku kemana mana.

15. A’as, Roy, Marcel-Boli, Niko, Kumis, Kampret, Sar_Kim, Sigit, Joko makasih ya

udah banyak bantu dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

16. Semua pihak yang telah berkenan membantu dalam penyusunan maupun pembuatan

tugas akhir ini.

Akhir kata, semoga Tugas Akhir ini dapat menjadi referensi bagi siapapun yang membutuhkan.

Yogyakarta, 13 September 2007

D A F T A R I S I

Hal

HALAMAN JUDUL ……….…….…... i

HALAMAN PENGESAHAN PEMBIMBING …...………... ii

HALAMAN PENGESAHAN PENGUJI………...…... iii

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………..…………... iv

HALAMAN PERSEMBAHAN DAN MOTO HIDUP………... v

INTISARI ………....…………... vi

ABSTRACT ………....……... vii

KATA PENGANTAR ………...……... viii

DAFTAR ISI ………...…... x

DAFTAR GAMBAR ………... xii

DAFTAR TABEL …………...………... xiv

DAFTAR LAMPIRAN... xv

BAB I PENDAHULUAN I.1. Judul ... ... 1

I.2. Latar Belakang Masalah ... 1

I.3. Batasan Masalah... 2

I.4. Tujuan Penelitian... 2

I.5.Manfaat Penelitian ... 2

I.6. Metode Penelitian ... 2

I.6. Sistematika Penulisan ... 2

BAB II DASAR TEORI II.1. Bipolar Junction Transistor (BJT)... 4

II.2. Konfigurasi Common Emiter (CE)... 5

II.3. Penguat... 5

II.4. Penguat Transistor... 6

II.4.1. Analisa DC... 6

II.4.2 Analisa AC... 7

II.2.3.Penguat TalaModelHybrid



... 13

II.2.4. Penguat Tala... 14

BAB III PERANCANGAN HARDWARE III.1. Menentukan Komponen Rangkaian Tala ... 16

III.1.1. Menentukan Nilai L... 16

III.1.2. Menentukan Nilai C... 16

III.2. Menentukan Komponen Penguat... 17

III.3. Menghitung penguatan sistem (Av)... 19

III.4. Merangkai Seluruh Komponen Sistem... 20

III.5. Simulasi... 21

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN IV.1. Alat Penguji Rangkaian... 25

IV.2. Langkah Pengujian... ... 25

IV.3. Data Hasil Pengujian ... 26

IV.4. Pembahasan... 29

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN V.1. Kesimpulan... 31

V.2. Saran... ... 31

DAFTAR PUSTAKA... ...32

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.2(a) Diagram BJT jenis PNP dan NPN... 4

Gambar 1.2(b) Bentuk fisik beberapa jenis transistor BJT ... 5

Gambar 2.2 Rangkaian Common Emiter dengan menggunakan BJT... 5

Gambar 2.3 Analisis DC pada rangkaian CE...………... 6

Gambar 2.4(a) Rangkaian input CE... 7

Gambar 2.4(b) Rangkaian ekivalen transistor CE... 8

Gambar 2.5(a) Penguat transistor CE... 9

Gambar 2.5(b) Rangkaian lengkap transistor CE………...……….….. 9

Gambar 2.6 Rangkaian ditala paralel... 11

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen hibrid- untuk BJT yang disederhanakan...13

Gambar 2.8(a) Rangkaian amplifier CE tertala... 15

Gambar 2.8(b) Rangkaian ekivalen amplifier CE tertala…...…..…... 15

Gambar 3.1 Rangkaian ditala paralel pada f0 = 50Mhz... 17

Gambar 3.2 Rangkaian penguat tertala dengan f0 = 50MHz dan BW = 5Mhz... 21

Gambar 4.1 Grafik penguatan tegangan terhadap frekuensi resonansi... 22

Gambar 4.2(a) Grafik besarnya fL... 22

Gambar 4.2(b) Grafik besarnya fH……... 23

Gambar 4.3 Simulasi DC rangkaian penguat tala...…… 24

Gambar 5.1 Hardware rangkaian penguat tala bidang lebar... 25

Gambar 5.2 Grafik tanggapan frekuensi dengan fo= 23 Mhz... 26

Gambar 5.3 Grafik tanggapan frekuensi (fL) saat -3dB... 27

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Tanggapan frekuensi penguat... 33

DAFTAR LAMPIRAN

Tanggapan Frekuensi Penguat... 33

BAB I

PENDAHULUAN

I.1. Judul

Penguat Tala BJT Frequency Tinggi Pita Lebar

I.2. Latar Belakang Masalah

Kemajuan yang pesat telah dicapai dalam dunia elektronika dan radio bersumber

pada kemampuan piranti aktif untuk berosilasi dan menguatkan (Shrader,1991). Salah

satu piranti aktif adalah transistor. Berbagai macam konfigurasi rangkaian transistor

adalah Common Emiter (CE), Common Colector (CC) dan Common Base (CB).

Transistor yang dahulunya diciptakan dan diaplikasikan hanya sebagai saklar otomatis,

kini dapat digunakan dan diaplikasikan keberbagai macam rangakaian penguat dengan

menggunakan beberapa konfigurasi, dan salah satu hasil dari pengembangan kegunaan

transistor adalah penerapannya pada rangkaian penguat yang menerapkan konfigurasi

Common Emitter (CE). (Wikipedia Indonesia, 2007).

Dari hal tersebut di atas, penulis mencoba menghasilkan sebuah rangkaian

penguat tala bidang lebar dengan transistor. Beberapa jenis penguat yang ada sekarang

ini, salah satunya adalah rangkaian penguat tala bidang lebar (wideband). Rangkaian

penguat tala bidang lebar atau disebut juga penguat pita lebar, menggunakan komponen

dasar transistor jenis Bipolar Junction Transistor (BJT) dan rangkaian dasar common

emitter (CE).

Dalam elektronika, penguat merupakan penerapan sifat-sifat komponen

elektronika yang paling utama. Tanpa penguatan sinyal-sinyal lemah tidak mungkin

terbentuk sistem-sistem elektronika yang bermanfaat. Kebutuhan penguatan pada

mulanya diperlukan dalam memperkuat sinyal radio yang amat lemah agar dapat

menggetarkan membran pengeras suara. Dalam sejarahnya komponen penguat

mula-mula adalah triode tabung hampa. Setelah diketemukan transistor, maka transistor

I.3. Batasan Masalah

Batasan masalah dalam tugas akhir ini adalah:

1. Jenis transistor yang digunakan adalah jenis Bipolar Junction Transistor (BJT).

2. Konfigurasi rangkaian transistor adalah Common Emitter(CE).

3. Frekuensi kerja (f₀)= 50 MHz, dengan Bandwidth (BW) = 5 MHz.

I.4.Tujuan Penelitian

Tujuan yang hendak dicapai dalam penulisan tugas akhir ini adalah menghasilkan

rangkaian penguat tala bidang lebar (wideband).

I.5.Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini diantaranya:

1. Memberikan petunjuk atau cara dalam menghasilkan rangkaian penguat tala

bidang lebar (wideband).

2. Menjadi acuan untuk pengembangan perangkat radio penguat tala bidang lebar

(wideband).

I.6. Metode Penelitian

Dalam penulisan tugas akhir ini, metode penelitian yang digunakan meliputi:

1. Studi literatur pustaka yang berkaitan dengan masalah penguat tala bidang lebar

(wideband).

2. Ide perancangan yang direalisasikan kedalam rangkaian nyata, diuji dan diamati

melalui percobaan-percobaan di laboratorium.

I.7. Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan memahami permasalahan yang akan dibahas, maka tugas

akhir ini disusun dengan sistematika sebagai berikut:

BAB.I. PENDAHULUAN

Bab ini membahas latar belakang masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian

dan sistematika penulisan.

Berisi tinjauan umum rangkaian penguat tala bidang lebar (wideband), rangkaian

penguat common emitter (CE) dan Bandwidth (BW).

BAB.III. PERANCANGAN

Berisi tentang perancangan penguat tala bidang lebar (wideband).

BAB.IV. HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang langkah pegujian rangkaian, pengambilan data hasil pengujian

rangkaian serta pembahasan data hasil pengujian rangkaian penguat tala bidang lebar.

BAB.V. PENUTUP

Berisi tentang kesimpulan dan saran mulai dari pembahasan pada

BAB II

DASAR TEORI

II.1. Bipolar Junction Transistor (BJT)

Transistor adalah alat semi konduktor yang dipakai sebagai penguat, saklar

(switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. Dalam

rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa

transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate,

memori, dan komponen-komponen lainnya. Dalam rangkaian analog, transistor

digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara,

sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang

di satu terminal mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya.

Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern.

Bipolar Junction Transistor (BJT) dapat memberikan penguatan yang jauh lebih

besar dan tanggapan frekuensi yang lebih baik. Pada BJT, baik pembawa muatan

mayoritas maupun minoritas, mempunyai peranan yang sama pentingnya.

Cara kerja BJT dapat dibayangkan sebagai dua dioda dengan terminal positif atau

negatif berimpit, sehingga menjadi tiga terminal. Ketiga terminal tersebut adalah emitor

(E), kolektor (C), dan basis (B). Gambar diagram transistor dan bentuk fisik transistor

dapat dilihat pada Gambar 2.1.(a) dan (b).

Gambar.2.1-(b)Bentuk fisik beberapa transistor BJT

II.2. Konfigurasi Common Emiter (CE).

Penguat CE dengan rangkaian input dan output tertala dapat dilihat pada Gambar

2.2. Pada gambar tersebut kapasitor C1 dan C2 merupakan kapasitor pemblokir arus DC

dengan reaktansi yang dapat diabaikan pada frekuensi tinggi. Resistor bias RBIAS memasok arus bias ke kaki basis, dan ini dapat diabaikan pada frekuensi tinggi. Sumber

sinyalnya ditunjukkan sebagai pembangkit arus ekivalen is dan Rs.

Gambar.2.2Rangkaian Common Emitter dengan menggunakan BJT

II.3. Penguat

Perubahan arus listrik dalam jumlah kecil pada terminal basis dapat menghasilkan

perubahan arus listrik dalam jumlah besar pada terminal kolektor. Prinsip inilah yang

mendasari penggunaan transistor sebagai penguat elektronik. Rasio antara arus pada

koletor dengan arus pada basis biasanya dilambangkan dengan β atau hFE. β biasanya

II.4. Penguat Transistor

Ada beberapa hal penting yang harus kita perhatikan dalam karakteristik penguat

transistor, antara lain:

1. Arus emitor I_E , ditentukan oleh tegangan emitor basis V_BE ,dan keduanya

memiliki hubungan eksponensial.

2. Arus kolektor I_C  I_E, dan hampir tidak dipengaruhi oleh tegangan kolektor

(jika V_CB  0 ).

II.4.1. Analisa DC

Rangkaian pada Gambar 2.3 adalah analisis DC untuk transistor dengan

konfigurasi common emitter (CE). Prasikap tegangan basis diperoleh menggunakan

hukum kirchoffdan menghasilkan persamaan:

BE B B

BB I R V

V  

Dengan V_BB  0,7Volt untuk silikon, dan V_BE  0,3Volt untuk germanium.

Gbr. 2.3. Analisis DC pada rangkaian common emitter(CE)

dan arus basis persamaannya:

B BE BB B

R

V

V

I





karena I_C  I_Bdengan  adalah penguatan arus, maka

B BE BB C

R

V

V

I





(



)

is

vi

+

_

Y1

Yf

gmv1

Y2

vo

+

_

(2.1)

Arus kolektor didapat dari tegangan yang melewati kolektor dan emitor dari transistor

 

VCE . Berikut adalah persamaan dengan menggunakan KVL:

CE C C CC I R V

V  

atau

C C CC CE V I R

V  

dengan V_CE adalah tegangan kolektor-emitor, V_CC adalah catu daya, I_C adalah arus pada

C

R .

II.4.2. Analisa AC

Gambar 2.4.(a) menunjukkan rangkaian input CE dengan r_e diletakkan di bagian

dalam terminal sumber, r_e merupakan parameter transistor.

Gambar 2.4.(a) Rangkaian input CE

Tahanan input AC r_in v_be/i_b,

telah diketahui i_e 



 1



i_b,

maka









e be e be in i v i v r 1 1       Karena _e e be _r v  1 , maka





e in r

r   1 

b i  E e r  b i be v c r c i ce v . . . . .

Ternyata tahanan input menjadi  kali tahanan dalam kalau dihubungkan secara

Common Base (CB). Dapat dibuktikan bahwa tahanan output pada CE menjadi  kali

lebih kecil dari pada tahanan output CB, yaitu r_o r_c/. Jadi rangkaian CE lebih baik dari pada rangkaian CB untuk penguat tegangan, sebab mempunyai tahanan input yang

lebih besar  kali dan tahanan output  kali lebih kecil.

Gambar. 2.4.(b)Rangkaian ekivalen transistor CE

Gambar 2.4.(b) menunjukkan bahwa i_c i_b. Gambar 2.5(a) menunjukkan penguat transistor CE dan Gambar 2.5(b) menyatakan rangkaian ekivalen untuk analisis

AC. Tegangan sumber DC dianggap hubung singkat. Tahanan

c r

paralel denganR_c.

1 2 3 (a) +VCC 1 2 (b) 1 2

Gambar 2.5Penguat transistor CE- (a).Rangkaian lengkap dan (b).Rangkaian ekivalen lengkap.

Maka:

o

r = R_C

o c o i r

v  = i_eR_C

b e in r i

v  _.

b C b e C b in o v i R i r R r v v

A   

 

Tanda negatif dipergunakan untuk menyatakan bahwa adanya fasa yang berlawanan antara input dan output.

   b c i i i A C R o v B R S v o v C R C r b i  e r  B R in v S v b

i i_C

in

r = R_B //r_e

Dalam banyak rangkaian praktis R_B r_e sehingga

in

r r_e

Dari



 



L o L in s in v S L R r R r r r A v v    . . dan



 

o L



o in s in v S L R r r r r r A v v    . . sehingga





C

L L in s in v s L _R R R r r r A v v    . . C L L in B s e B e C s L R R R r R r r R r R v v    . // // . C L C in B S B S i s L R R R R R r R r A v i    . // // . C L C e B S B S i s L R R R r R r R r A v i    . // // . untuk s s S v v i 

Dapat disimpulkan untuk penguat transistor CE berlaku:

ohm

r_e 0,026/ (pada temperatur kamar)





e e

in r r

r   1 

e B in B

in R r R r

r  //  //

c o r r  C c C o R r R

r  

 // e C e o v r R r r

A    (output terbuka)

Gambar 2.6.Rangkaian ditala paralel. C L L re B S re B V S L R R R R r R A v v    . // // .     i A C L C e B S B S i S L R R R r R r R r A i i    . // // .  untuk s s S r v i 

II.5. Rangkaian Ditala Paralel

Rangkaian ditala paralel ditunjukkan dalam Gambar 2.6. Induktornya mempunyai

induktansi L dan resistansi r. Kapasitornya mempunyai kapasitansi C dan resistansi yang

dapat diabaikan. Rangkaian ditala paralel mempunyai frekuensi resonansi fo dan faktor Q

yang sama dengan rangkaian ditala seri (dalam hal ini tidak dibahas tentang rangkaian

ditala seri). Fenomena lain yang terjadi pada rangkaian ditala paralel yaitu impedansinya

akan sangat tinggi pada saat resonansi dan berkurang apabila frekuensinya menjauh dari

resonansi.

Dengan menyatakan impedansi cabang kapasitif dengan ZC dan impedansi cabang

induktif dengan ZL, maka impedansi paralelnya ialah :

ZP =

Dimana, ZC = 1/jωC dan ZL = r + jωL ≈ jωL (pada frekuensi tinggi).

Impedansi dinamik pada rangkaian tertala paralel adalah :

RD =

Cr L

= ωoL.Q = Q2.r

=

C Q

o



Rangkaian paralel memberikan impedansi tinggi dan impedansi tersebut berubah

terhadap frekuensi. Selanjutnya bila Io adalah arus masukan pada saat resonansi ke suatu rangkaian paralel maka besarnya arus di cabang kapasitif adalah sebesar IoQ dan di cabang induktif ≈ IoQ. Dengan demikian rangkaian ditala paralel menunjukkan pembesaran arus.

Faktor Q (kependekan dari faktor kualitas) dapat didefinisikan sebagai

perbandingan reaktansi induktif pada resonansi terhadap resistansi pada rangkaian yang

ditala. Persamaan faktor Q adalah sebagai berikut :

Q = r L o  = Cr o  1

Persamaan untuk frekuensi resonansi paralel adalah sebagai berikut :

fo =

LC



2 1

Persamaan untuk bandwidth (-3dB) adalah sebagai berikut :

BW-3dB =

Q f_o

Persamaan untuk admitansi output nya:

Yo =

L D

C R R

r 1 1 1 2  

Persamaan untuk penguatannya adalah:

Av =

g C . E r v b'e c r b'e r b'e C m C b'b cb' B C B' c

II.6. Penguat Tala Model Hybrid-



.

Rangkaian ekivalen hybrid-



mendapatkan namanya dari kenyataan bahwa

konfigurasi rangkaian ini berbentuk



, dan unit-unitnya merupakan campuran, atau

hybrida, yang mengandung pembangkit arus yang tergantung tegangan. Versi yang

sederhana mengenai rangkaian ekivalen hybrid-



untuk BJT (sambungan dua kutub)

ditunjukkan dalam Gambar 2.7.

Terminal yang ditandai B, E, dan C itu adalah terminal eksternal base, emitter,

dan collector, yang tersedia bagi pemakai. Terminal B adalah internal bagi transistor dan

ditunjukkan karena extrinsic base resistanse rWb itu harus diperhitungkan dalam situasi

tertentu pada frekuensi tinggi.

Gambar 2.7 Rangkaian ekivalen hybrid-



untuk BJT yang disederhanakan

Rangkaian yang disederhanakan itu mengandung elemen yang paling banyak

pengaruhnya terhadap respon frekuensi tinggi: transkonduktans gm;output resistance rc ;

input resistance rb’e ; colector output capasitance Cc;collector-to-base capasitance Ccb’;

base-to-emitter capasitance Cb’e; dan extrinsic base resistance rb’b. Rinciannya adalah

sebagai berikut:

Transkonduktans adalah fungsi arus collector, yang diberikan oleh

T C m V I g

DenganVT = 26 mV pada temperatur kamar. Jadi transkonduktans dapat diperoleh segera

dari informasi arus bias kolektor I_C.

Output resistance juga merupakan fungsi arus kolektor dan diberikan oleh

VAadalah sebagai early voltage, suatu parameter khusus transistor. Sering kali rc cukup

besar sehingga mempunyai efek kecil terhadap rangkaian dan dapat diabaikan.

Resistance input bergantung pada gm dan diberikan oleh:

m o e

b

g

r

_





o

 adalah penguatan arus pendek frekuensi rendah suatu parameter khusus transistor.

II.7. Penguat Tala

Penguat-penguat RF yang ditala (tuned RF amplifiers) biasanya digunakan untuk

memberikan penguatan dan selektifitas bagian awal (front end) pada pesawat-pesawat

penerima radio untuk memisahkan sinyal-sinyal yang masuk dari antena. Pada

frekuensi-frekuensi yang tinggi, kestabilan (stability) sangat penting, dan jenis-jenis penguat yang

mempunyai umpan-balik dalam (internal feedback) yang sangat rendah, seperti penguat

basis-bersama (common base) dan penguat kaskode yang sering digunakan. Bahkan

dengan penguat-penguat inipun, kompensasi atau netralisasi masih sering diberikan agar

kestabilan dapat dipertahankan untuk semua kondisi-kondisi kerja.

Karakteristik filter bandpass dihasilkan oleh satu atau beberapa

rangkaian-rangkaian tala di dalam rangkaian-rangkaian penguat itu. Biasanya diperlukan juga penguatan

tegangan, dan karena itu sering digunakan rangkaian tala paralel. Karena lebar-bidang

(lebar-jalur) respon suatu rangkaian tala tergantung pada Q nya, yang pada gilirannya

tergantung pula pada besarnya resistansi di dalam atau terhubung ke rangkaian tala

tersebut, diperlukan perhatian khusus dalam penyesuaian impedansi yang semestinya

untuk mempertahankan karakteristik yang diinginkan itu. Keadaannya adalah

benar-benar demikian terutama pada rangkaian daya pemancar, di mana

rangkaian-rangkaian impedansi yang sangat rendah harus dihubungkan ke rangkaian-rangkaian-rangkaian-rangkaian tala

tanpa terlalu banyak menurunkan Q.

Pada Gambar 2.8.(a). menunjukkan C₃ dan C₄ adalah kapasitor pemblokir DC

dengan reaktans yang dapat diabaikan pada frekuensi tinggi, resistor bias RBIAS memasok

arus bias ke base. Dan ini dapat juga dianggap mempunyai pengaruh yang diabaikan

2 C 2 L 4 C BIAS R 3 C 1 L 1 C s R s i . VCC . -+ +

-pembangkit arus ekivalen i_s dan R_s. Rangkaian ekivalen yang menggunakan rangkaian

ekivalen hybrid- untuk transistor, ditunjukkan pada Gambar 2.8.(b). Dari rangkaian ekivalen pada Gambar 2.8.(b) dapat dilihat bahwa resistans output transistor dan resistans

beban berada dalam keadaan parallel dengan rangkaian tertala output. Kapasitans output

transistor, yang ditunjukkan sebagai Cc , paralel dengan kapasitans penala rangkaian C2

dan merupakan bagian dari rangkaian resonans.

Gambar 2.8.(a)Rangkaian Amplifier Common Emiter Tertala

Gambar 2.8.(b) Rangkaian Ekivalen Amplifier Common Emiter Tertala i v s i S R 1

C L1 r_be C_be

i mv g b c C _ c

r C_c C₂

BAB III

PERANCANGAN

Langkah-langkah perancangan penguat tertala adalah sebagai berikut :

III.1. Menentukan Komponen Rangkaian Tala

Frekuensi resonansi ( f₀) yang dikehendaki pada rangkaian tala pada Gambar 2.6

adalah sebesar 50 MHz dan Bandwidth (BW) sebesar 5 MHz. Dengan demikian, dengan

menggunakan rumusan yang sudah ada, serta mengacu pada rangkaian tertala paralel,

maka komponen rangkaian talanya adalah sebagai berikut:

III.1.1. Menentukan Nilai L

Dengan menggunakan persamaan 2.4, maka:

Q f BW  0

dengan r adalah resistansi dalam induktor.

III.1.2. Menentukan Nilai C

Dengan menggunakan persamaan 2.40, maka:

Dari perhitungan diatas didapat nilai L=31,8nH dan C=318,9F. Di pasaran nilai L dan C di atas tidak ada di pasaran. Di pasaran (berdasarkan survei) nilai L yang ada sebesar

1,5H, maka untuk menyesuaikan nilai L yang ada di pasaran sebagai berikut :

1698 , 47

8 , 31 5 , 1

 

X

nH H

X 

X adalah skala impedansi, dengan skala impedansi tersebut nilai C dapat ditentukan

sebagai berikut :

pF pF

F

C 6,676 6,8

1698 , 47

9 , 318

 

 

Dari perhitungan di atas maka nilai L dan C adalah L=1,5H dan C=6,8 pF. Dengan demikian rangkaian tala paralelnya adalah seperti Gambar 3.1.

Gambar 3.1. Rangkaian ditala paralel pada f0= 50 MHz dengan nilai kapasitor yang sudah disesuaikan

dengan nilai di pasaran elektronika

III.2. Menentukan Komponen Penguat

Komponen penguat digunakan sebagai penguatan amplitudo output. Komponen

penguat yang digunakan adalah model penguat Common Emitter (CE). Penguat tersebut

menggunakan transistor 2N2222 dengan alasan bahwa transistor tersebut dapat bekerja

pada daerah frekuensi tinggi dan memiliki IC max yang cukup besar yakni 800 mA (data

Transistor yang yang digunakan memiliki hFE sebesar 192 (sesuai pengukuran).

Dengan nilai hFE sebesar itu, agar transistor aman maka perlu diberikan RE dan ICQ diatur

sedemikian rupa agar berada jauh di bawah nilai IC max. Perancangan komponen penguat

CE adalah sebagai berikut :

VCC =12 V ICQ = 5 mA β = 192

a. Menghitung nilai IB (dengan menggunakan persamaan 2.2) IC = β.IB

IB = C I IB = 192 10 5_x 3

IB = 26,04 μA

b. Menghitung nilai RE (dengan menggunakan persamaan 2.5)

VCE = ½ VCC (titik kerja transistor)

VCE = ½ . 12 V

VCE = 6 V

Dengan nilai VCE tersebut di atas transistor akan bekerja pada titik kerja

maksimum, maka:

VCE = VC - VE

VCE = VCC– ICRC– IERE (IC≈ IE)

RE = E C C CE I R I V

Vcc 

RE = ₃

3 10 5 240 ). 10 5 ( 6 12     x x

RE = 1440Ω

RE≈ 1200 Ω

c. Menghitung nilai RB

RB = B E E BE I R I V

Vcc 

RB = ₆

3 10 04 , 26 1200 ). 10 5 ( 7 , 0 12     x x

RB = 203725,04 Ω ≈ 203 kΩ (200 kΩ + 3 kΩ)

III.3. Menghitung penguatan sistem (Av)

Setelah komponen komponen penguat dan rangkaian tala diketahui, dan dengan

mengacu pada persamaan 2.42, maka sistem penguatan dapat dihitung sebagai berikut :

Tanskonduktans (gm),

gm = T C

V I

gm = ₃

3 10 26 10 5   x x

gm = 0,19 S

Resistansi dinamik (RD2) (dengan menggunakan persamaan 2.39)

R L Q0

2 0. .

10 D R C Q   RD2 = ) 10 8 , 6 ( ) 10 50 .( 2 10 12 6 _{ } 





RD2 = ₃

10 136 , 2 10 

RD2 = 4681,64

Resistansi output (rc) (dengan menggunakan persamaan 2.45):

Saat resonansi, admitansi output nya murni konduktif (dengan menggunakan persamaan

2.42) dan,

Yo =

L D

C R R

r 1 1 1 2   Yo = 1000 1 64 , 46801 1 2400 1   Yo = 1000 1 11235936 2400 11235936 64 , 4681   Yo = 1000 1 11235936 64 , 7081 _ Yo = 1000 11235936 11235936 1000 11235936 7081640    Yo = 1000 11235936 18317576  Yo = 1,63 10-3 S (RL = resistansi dalam induktor)

maka dengan menggunakan persamaan 2.43, penguatannya adalah :

Av =

-Yo gm

Av =

-S S 3 10 63 , 1 19 . 0  

Av = - 116,56

│Av│ = 116,56

Av(dB) = 20  log Av = 20  log 116,56 = 41,33 dB

III.4. Merangkai Seluruh Komponen Sistem

Seluruh komponen sistem yang sudah dirancang dirangkaikan menjadi sebuah

rangkaian penguat tertala dengan gambar rangkaian yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Tegangan sumber DC yang digunakan sebesar 12 V sedangkan tegangan input AC yang

Gambar 3.2.Rangkaian penguat tertala paralel dengan fo= 50 MHz dan (BW) 5 MHz

III.5. Simulasi

Simulasi dari rangkaian penguat tertala paralel dengan frekuensi resonansi

50 MHz menggunakan software Micro-Cap 8.0 dengan hasil simulasi seperti tampak

pada Gambar 4.1. Analisis yang digunakan pada simulasi tersebut adalah analisis AC

dengan sumbu Y merupakan penguatan tegangan (dB) dan sumbu X merupakan

frekuensi (Hz). Dari hasil simulasi yang tampak pada Gambar 4.1, Av(dB) maksimum terjadi pada frekuensi 50 MHz yang merupakan frekuensi resonansinya. Penguatan

3M 10M 100M 1G 1.965G -0.401

10.730 21.861 32.993 44.124 55.255

db(v(o)/v(i)) F (Hz)

Micro-Cap 8 Evaluation Version ELKOMNYA SURYO.CIR

Left Right Delta Slope 0.050G,42.318

2.000G,3.390

42.318 3.390 -38.928 -1.997E-08 0.050G 2.000G 1.950G 1.000E00

50M 59.991M

39.015 39.704 40.393 41.081 41.770 42.459

db(v(o)/v(i)) F (Hz)

Micro-Cap 8 Evaluation Version ELKOMNYA SURYO.CIR

Left Right Delta Slope

50.332M,42.318

40.684M,39.319

42.318 39.319 -2.999 3.108E-07

50.332M 40.684M -9.648M 1.000E00

Gambar 4.1.Grafik penguatan tegangan terhadap frekuensi resonansinya

50M 59.991M 39.015

39.704 40.393 41.081 41.770 42.459

db(v(o)/v(i)) F (Hz)

Micro-Cap 8 Evaluation Version ELKOMNYA SURYO.CIR

Left Right Delta Slope

50.332M,42.318

56.892M,39.319

42.318 39.319 -2.999 -4.571E-07

50.332M 56.892M 6.560M 1.000E00

Gambar 4.2 (b) Grafik penguatan (fH) saat -3dB

Besarnya fL dan fH dapat ditunjukkan pada Gambar 4.2.(a) dan (b). Dengan demikian besarnya bandwidth sistem secara simulasi dapat ditentukan sebagai berikut :

BW = fH– fL

BW = 56,829 MHz – 40,684 MHz

BW = 16,208 MHz

Faktor Q dari sistem adalah sebagai berikut :

Q =

BW f_o

Q = ₃

3

10 208 , 16

10 50

x x

Penguatan tegangannya adalah sebagai berikut :

AV = 20

) (

10

dB V

A

AV = 20

318 , 42

10

AV = 102,1159 AV = 130,58

Av(dB) = 20log Av

Av(dB) = 20log 130,58

Av(dB) = 42,31 dB

Simulasi DC dapat ditunjukkan pada Gambar 4.3

Gambar 4.3.Simulasi DC Rangkaian Penguat Tala

Pada simulasi tersebut diperoleh beberapa data yaitu :

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

Bab ini akan membahas pengujian dan pengamatan rangkaian serta analisa hasil.

Gambar 5.1 adalah bentuk fisik rangkaian penguat tala bidang lebar (wide band).

Gambar 5.1.Hardware rangkaian penguat tala bidang lebar

IV.1. Alat Penguji Rangkaian

Pengujian rangkaian menggunakan catu daya (VCC) sebesar 12 Volt, Radio

Frekuensi Generator (RFG) sebagai input untuk rangkaian, dan digital osciloscope

sebagai penampil gelombang sinus dari input dan output rangkaian.

IV.2. Langkah Pengujian

Langkah pertama adalah melakukan kalibrasi pada RFG dengan cara mengatur

amplitudo (Vpp-in) sampai 100mV kemudian menghubungkan RFG pada input (VS)

rangkaian. Langkah berikutnya menghubungkan prob 1 osciloscope pada VS (Vin), dan

prob 2 osciloscope terhubung pada output (Vout) rangkaian. Setelah itu rangkaian diberi

VCC (catu daya) sebesar 12 Volt.

Langkah selanjutnya adalah memberikan sinyal input dengan frekuensi

diubah-ubah. Osciloscope diatur agar tampilan gelombang sinus pada Vpp-in tertampil dengan

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 20 40 60 80 100

frkuensi (MHz)

p

e

n

g

u

a

ta

n

(

d

B

)

MHz. Pengambilan data dimulai dari frekuensi 10 MHz sampai dengan 80

Mhz.Pengambilan data dilakukan dengan memberikan fin setiap kenaikan 1 MHz.

IV.3. Data Hasil Pengujian

Data pengujian rangkaian pada Tabel.4.1. menunjukkan tanggapan frekuensi

penguat. Dari data hasil pengujian pada Tabel 4.1. dapat dilihat bahwa frekuensi

resonansi terjadi di 23 Mhz dengan penguatan 16,65 dB.

Gambar 5.2.Grafik tanggapan frekuensi dengan frekuensi resonansi (fo)= 23 Mhz

Dari Gambar 5.2. dapat terlihat bahwa frekuensi resonansi terjadi pada frekuensi

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 20 40 60 80 100

frkuensi (MHz)

p

e

n

g

u

a

ta

n

(

d

B

)

Gambar 5.3. Grafik tanggapan frekuensi (FL) saat -3dB

Gambar 5.3. menunjukkan tanggapan frekuensi FL saat -3dB, dan Gambar 5.4

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18

0 20 40 60 80 100

frkuensi (MHz)

p

e

n

g

u

a

ta

n

(

d

B

)

Gambar 5.4 Grafik tanggapan frekuensi (FH) saat -3dB

Dari Gambar 5.2. dapat kita tentukan FL dan FH seperti terlihat pada Gambar 5.3. dan

Gambar 5.4, untuk menentukan bandwidth dengan:

BW = FH – FL

BW = 29 MHz -19 MHz

BW = 9 MHz

Faktor Q sistem hasil pengujian adalah:

BW f Q o

3 3

10 9

10 23

  

Q

Q = 2,55

Dengan pengujian rangkaian penguat tala bidang lebar tersebut di diperoleh data:

VCC = 12,08 Volt ; (catu daya)

VCE = 6,7 Volt ; (tegangan kolektor – emiter)

VBE = 0,9 Volt ; (tegangan basis – emiter)

IV.5 Pembahasan

Setelah mengamati cara kerja rangkaian penguat tala bidang lebar dan menguji

nya, bisa diketahui bahwa ada selisih atau pergeseran frekuensi resonansi dan bandwidth

antara hasil pengujian yang diperoleh dengan hasil perancangan. Hal ini dapat dilihat

pada Tabel 4.2.

Tabel 4.2. Tabel perbandingan.

Selisih nilai yang cukup besar terlihat antara hasil perancangan dengan hasil

pengujian rangkaian. Hal ini disebabkan oleh beberapa faktor, salah satu faktor yang

menjadi kendala adalah pemilihan nilai komponen untuk rangkaian. Dalam rangkaian

penguat tala frekuensi tinggi bidang lebar, nilai komponen pada rangkaian tangki LC

sangat berpengaruh. Dalam perancangan, nilai L menggunakan 1,5 H dan nilai C 6,8 pF. Tapi setelah dilakukan pengukuran, nilai L 1,5 H yang beredar di pasaran

Teori Simulasi Pengujian

fo(MHz) 50 50,33 23

BW(MHz) 5 16,20 9

Q 10 3,0848 2,55

elektronika hanya 0,96 H. Faktor lain yang menyebabkan hasil rangkaian tidak sesuai dengan perancangan adalah dalam menentukan transistor. Jenis transistor BJT untuk

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

V.1. Kesimpulan

Dari data hasil pengujian rangkaian penguat tala bidang lebar (wide band), maka

dapat disimpulkan:

1. Rangkaian tidak bekerja sesuai perancangan.

2. Frekuensi resonansi bergeser dan berada pada 23 MHz.

3. Bandwith yang dihasilkan rangkaian sebesar 9 MHz.

V.2. Saran

Dari kesimpulan diatas ada beberapa saran yang dapat diajukan sebagai bahan

pertimbangan dari penulis antara lain :

1. Untuk mendapatkan hasil nilai yang presisi dengan perancangan, menentukan

nilai L dan C pada tangki LC harus akurat.

2. Sebaiknya dalam perancangan nilai L ditentukan terlebih dahulu, karena nilai L di

pasaran elektronika sangat terbatas, terutama nilai yang kecil.

3. Perlu diperhatikan juga cara merangkai keseluruhan komponen, karena untuk

frekuensi tinggi pembuatan jalur-jalur dalam PCB berpengaruh pada kualitas

kinerja rangkaian.

4. Dalam pembuatan rangkaian penguat, terutama untuk frekuensi tinggi, sebaiknya

menggunakan C jenis Tantalum. Karena nilai C Tantalum memiliki toleransi nilai

yang kecil sehingga diharapkan hasil pengujian rangkaian tidak terjadi selisih

Daftar Pustaka

Boylestad, Robert.L., Nashelsky, Louis. Electronic Devices and Circuit Theory 6th ed.

Prentice-Hall, Inc. New Jersey, 1999.

Roddy, Dennis., Coolen, John. Komunikasi Elektronik. PT. Prenhallindo, Jakarta,2001.

Http://www.all-data-sheet.com, 2007.

Tabel 4.1. Tanggapan frekuensi penguat

fin

(MHz)

Ampl.in (mV)

Ampl.out (mV)

Gain =

in out

dB 20.log(gain)

10 100 580 5.8 15.26

11 100 560 5.6 14.96

12 100 620 6.2 15.84

13 100 600 6 15.56

14 100 480 4.8 13.62

15 100 540 5.4 14.64

16 100 500 5 13.97

17 100 520 5.2 14.32

18 100 520 5.2 14.32

19 100 480 4.8 13.62

20 100 620 6.2 15.84

21 100 580 5.8 15.26

22 100 640 6.4 16.12

23 100 680 6.8 16.65

24 100 620 6.2 15.84

25 100 580 5.8 15.26

26 100 540 5.4 14.64

27 100 520 5.2 14.32

28 100 540 5.4 14.64

29 100 480 4.8 13.62

30 100 440 4.4 12.86

31 100 480 4.8 13.62

32 100 420 4.2 12.46

33 100 460 4.6 13.25

34 100 420 4.2 12.46

35 100 420 4.2 12.46

36 100 420 4.2 12.46

Lanjutan Tabel 4.1. Tanggapan frekuensi penguat

fin

(MHz)

Ampl.in (mV)

Ampl.out (mV)

Gain =

in out

dB 20.log(gain)

38 100 460 4.6 13.25

39 100 500 5 13.97

40 100 460 4.6 13.25

41 100 480 4.8 13.62

42 100 500 5 13.97

43 100 520 5.2 14.32

44 100 500 5 13.97

45 100 540 5.4 14.64

46 100 480 4.8 13.62

47 100 500 5 13.97

48 100 460 4.6 13.25

49 100 480 4.8 13.62

50 100 500 5 13.97

51 100 520 5.2 14.32

52 100 480 4.8 13.62

53 100 460 4.6 13.25

54 100 480 4.8 13.62

55 100 520 5.2 14.32

56 100 560 5.6 14.96

57 100 540 5.4 14.64

58 100 440 4.4 12.86

59 100 460 4.6 13.25

60 100 420 4.2 12.46

62 100 400 4 12.04

64 100 380 3.8 11.59

66 100 440 4.4 12.86

68 100 460 4.6 13.25

70 100 420 4.2 12.46

72 100 380 3.8 11.59

74 100 340 3.4 10.62

76 100 380 3.8 11.59

78 100 360 3.6 11.12