MAKALAH PENGUAT gilang

PENGUAT KELAS A, B, AB, C dan D

PENGUAT KELAS A, B, AB, C dan D

Di susun oleh, Di susun oleh, n

naammaa : : GGiillaanng g CCaannddrra a KKuussuummaa k

keellaass : : TTeellkkoom m 11BB N

NIIMM : : 33..3333..0088..11..0088

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2009 2009

DAFTAR ISI DAFTAR ISI

Da

Dafftatar r IIsisi……....……….. 11 BA

BAB I B I PPenendadahuhulluauan…n…...……….…... 22 BAB II

BAB II 2

2..11 PPeenngguuaat Kt Keellaas A s A ………..……….. 33 2

2..22 PPeenngguuaat t KKeellaas s B B ………..……….. 88 2

2..33 PPeenngguuaat t KKeellaas s AABB....………..……….. 1166 2

2..44 PPeenngguuaat t KKeellaas s C C ………..……….. 1166 2

2..55 PPeenngguuaat t KKeellaas s D D ………..……….. 1188 2

2..66 KKeerrttaas s sseemmiilloog g ………..……….. 2200 Daf

BAB I

PENDAHULUAN

Istilah penguatan pada dasarnya berarti membuat menjadi lebih kuat. Dalam bidang elektronika maka yang diperkuat adalah amplitudo dari sinyal. Untuk mengerti bagaimana

penguat bekerja perlu dimengerti dua tipe penguatan yang utama yaitu : 1. Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan. 2. Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan.

Sedangkan penguat daya yaitu kombinasi dari dua tipe penguat di atas. Meskipun pada kenyataannya semua penguat adalah penguat daya karena tegangan tidak akan ada tanpa adanya daya kecuali jika impedansinya tak terhingga.

Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima  beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya.

Rangkaian penguat daya yang dibahas hanya penguat daya pada bagian akhir dari rangkaian transmitter pada sistim komunikasi. Daya yang akan dikirimkan ke antena harus mempunyai level yang cukup tinggi, sehingga informasi yang dipancarkan antena ini, yang  berupa gelombang elektromagnetika, akan bisa merambat sampai ke tempat tujuannya (receiver) yang terpisah jauh dari transmitter dan masih mempunyai level daya tertentu yang memungkinkan adanya pendeteksian sinyal tersebut.

Pada rangkaian penguat daya, amplitudo sinyal sudah cukup besar, sehingga pembahasan dengan menggunakan besaran-besaran linier yang dilakukan pada penguat sinyal lemah tidak  lagi relevan di sini.

Macam -macam Penguat Daya Penguat daya diklasifikasikan menurut titik kerjanya. Titik kerja (titik Q) yaitu titik pada garis beban yang menggambarkan keadaan transistor saat tidak ada sinyal masukan.

BAB II ISI

2.1. Penguat Kelas A

a. Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban.

 b. Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain. c. Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain. d. _{Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor.}

Disipasi daya tertinggi terjadi saat tidak ada sinyal masukan. Besarnya disipasi daya pada transistor dirumuskan :

sehingga

Penguat daya kelas A mempunyai titik kerja di titik A, di tengah garis karakteristik yang linier. Titik kerja ini menghasilkan arus kolektor DC sisa yang besar yang akan menghasilkan daya kerugian DC yang besar, yang mengakibatkan efisiensi maksimal yang bisa dicapai hanya 50% (secara teoretis). Tetapi pada prakteknya hanya akan dicapai 20% - 40%. Pada dasarnya  penguat daya kelas A sama dengan penguat sinyal lemah.

Rangkaian prategangan fixed biased merupakan contoh sederhana penguat yang Beroperasi  pada klas-A.

Analisis prategangan dalam penentuan titik 

kerja transistor : Power  Transisto RB C1 RC Vi V CC  C  C  CC  CE   B  FE   B C   B CC   B  BE  CC   B  R  I  V  V   I  h  βI   I   R V   , V   R V  V   I  − = = = − = − = 07

Berdasarkan rangkaian penguat daya klas-A tersebut, dengan Q-point merupakan titik kerja Optimum dari transistor tersebut, maka :

Daya sinyal masukan yang berasal dari catu daya DC adalah  P i(dc) = V CC  I CQ

Sedangkan daya output merupakan daya yang diterima oleh resistor beban RC dapat ditentukan sebagai berikut :

Berdasarkan kedua persamaan tersebut, efisiensi penguat daya dapat diperoleh sbb :

Dan daya disipasi pada transistor yang merupakan daya hilang sebesar :

Daya maksimum dan efisiensi : Maximum V CE (p-p) = V CC  Maximum I C (p-p) =

Sehingga dapat diperoleh P o(ac) maksimumdalam bentuk persamaan sbb :

Yang dicapai saat arus titik kerja sebesar :

% 100 ) ( ) ( % x dc  P  ac  P  i o = η  ) ( ) (dc  P  ac  P   P   P _transistor  = _Q = _i − _o C  CC   R V  C  CC  o  R V  ac  P  8 ) ( 2 = 2 C  CC  C   R V   I 

=

8 ) ( ) ( ) ( 8 ) ( 8 ) ( ) ( 2 ) ( 2 ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 2 2 2 2 2 2  p  p V   p  p  I  ac  P   R  p  p V   R  p  p  I  ac  P   R  peak  V   R  peak   I  ac  P   R rms V   R rms  I  ac  P  CE  C  o C  CE  C  C  o C  CE  C  C  o C  CE  C  C  o

−

−

=

−

=

−

=

=

 

 

 



 

 

=

=

=

Sehingga daya input yang dikirim oleh catu daya adalah :

Dengan demikian, efisiensi penguat daya Klas-A yang diperoleh sebesar :

Penguat Daya Klas-A dapat dinaikkan efisiensinya dengan menambahkan trafo penyesuai impedansi beban.

Dengan penambahan komponen trafo penyesuai beban ini efisiensi penguat daya bisa mencapai 50%.

Percobaan Penguat klas A

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui letak titik kerja penguat klas A dan efeknya bila titik kerjanya tidak pada tengah garis beban.

•Langkah pertama yaitu mengukur besarnya Ic dan Vce masing masing transistor saat tidak ada

sinyal masukan. C  CC  i  R V  dc  P  2 ) ( 2 = % 2 5 % 1 0 0 2 8 % 2 2 = = x  R V   R V  C  CC  C  CC  η  Power  Transistor  RB C1 RL Vi V CC  N1 N2  

•Setelah itu lepas amperemeter dan beri sinyal masukan rangkaian penguat. Lihat gambar sinyal

masukan dan keluaran di osiloskop.

•Dari gambar terlihat kalau sinyal keluaran sefasa dengan sinyal masukan dan terpotong.

• Terpotongnya linyal disebabkan oleh letak titik kerja penguat tingkat kedua yang tidak 

 berada di tengah garis beban, terlihat dari hasil pengukuran Vce dan Ic sebelumnya.

• Untuk membetulkan titik kerja maka digunakan resistor variabel sebagai pengganti salah

satu resistor bias pembagi tegangan pada penguat tingkat kedua.

• Resistor variabel diset sampai memperoleh tegangan keluaran yang tidak terpotong.

•Kemudian hasil pengukuran dibandingkan dengan hitungan secara teori.

2.2 _{Penguat kelas B}

Penguat dengan letak titik Q di titik cut off garis beban. Kelemahannya yaitu adanya cacat penyeberangan (crossover distortion) yang terjadi karena adanya tegangan bias pada dioda  basis emitor. Sehingga saat sinyal masukan belum bernilai sebesar tegangan on dari dioda basis emitor maka tidak akan ada sinyal keluaran. Karena letak titik Q penguat kelas B di titik cut-off  maka untuk satu transistor hanya bisa menguatkan setengah siklus dari sinyal masukan. Sehingga untuk penguat kelas B digunakan konfigurasi Push-pull dimana dua transistor akan bergantian  bekerja menguatkan masing-masing setengah siklus sinyal masukan.

Rangkaian dasar penguat klas B menggunakan dua transistor, yang satu transistor jenis  NPN dan yang satunya lagi transistor jenis PNP. Emitor kedua transistor tersebut berhubungan dengan tahanan beban, RL. Sedangkan sinyalinput dimasukkan pada basis dari kedua transistor  tersebut. Gambar dari rangkaian dasar penguat klas B ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 3. Penguat Daya Klas B

Jika diberi sinyal input  positif, maka transistor NPN (Q1) akan aktif dan transistor PNP (Q2) cutoff . Begitu juga sebaliknya, jika diberi sinyal input negatif, maka transistor NPN (Q1) cut-off dan transistor PNP (Q2) aktif. Jadi transistor NPN (Q1) meneruskan sinyal input  positif  dan transistor PNP (Q2) akan meneruskan sinyal input negatif, sehingga akan dihasilkan sinyal output yang lengkap. Perhitungan daya penguat kelas B adalah sebagai berikut ini : Tegangan rms diketahui sebagai berikut :

Sedangkan arus rms adalah :

Sehingga dari sini diketahui bahwa daya yang keluar ke speaker (Prms) atau daya beban adalah sebagai berikut :

Bila penguat menerapkandual power supply maka tegangan dihitung dari –Vcc sampai +Vcc

Diketahui daya disipasi transistor (PD) dirumuskan sebagai berikut :

Tegangan DC:

Arus DC :

Daya power supplyyang mengalir adalah :

Karena menggunakandouble supply maka daya total dari power supplyadalah :

Oleh karena itu efisiensi daya maksimum dari penguat klas B adalah :

Pada dasarnya adalah penguat kelas B :

2. Sinyal input AC menyebabkan transistor transisi ke daerah ON.

3. Sehingga dapat dikatakan bahwa penguat daya Klas-B beroperasi pada kondisi tanpa “bias” dan hanya konduksi pada setengah siklus sinyal masukan AC.

4. Untuk menghasilkan siklus keluaran penuh digunakan sepasang transistor yang konduksi secara bergantian, konfigurasi ini yang dikenal sebagai penguat daya push-pull.

Rangkaian penguat daya Kelas B Terdiri atas pasangan komplemen transistor yang terhubung sedemikian rupa. Sehingga kedua transistor tidak pernah konduksi dalam waktu yang sama.

Linieritas penguat daya Klas-B adalah 50% Siklus sinyal keluaran penguat daya Klas-B 180o

Q1 Q2 RL VCC1 VCC2 C Vi Loop 1 Loop 2  + -Vo I C  V CE  V CC  V CE  Q  I B Q  Q-point  garis beban dc  I C  Q  Sinyal In I C  max  ≈ 0 

Untuk menentukan efisiensi konversi penguat daya klas-B, diasumsikan keluaran Penguat adalah ideal (tanpa distorsi crossover). Dengan amplitudo maksimum tegangan keluaran sebesar  Vo, maka daya rata-rata yang terukur pada beban adalah

Sehingga diperoleh daya rata-rata dari setiap catu daya penguat sebesar :

Dan daya rata-rata total dari catu daya penguat sebesar :

Dengan demikian efisiensi penguat klas-B diperoleh sebagai bentuk :

Efisiensi penguat akan diperoleh pada saat Vo pada kondisi maksimum. Kondisi maksimum ini dibatasi oleh kondisi saturasi dari QN dan QP. Saat kondisi saturasi terjadi, VCC – VCEsat ≈ VCC. Pada kondisi ini, efisiensi konversi penguat akan mencapai nilai :

Pada saat daya pada beban :

Besaran lainnya yang harus diperhatikan pada analisis kinerja penguat daya adalah menyangkut disipasi daya pada komponen transistor daya. Hal ini d irumuskan sbg :

 L o  L  R V   P  2 2 1

=

CC   L o S  S  V   R V   P   P  π   1 = = ₋ + CC   L o S  V   R V   P  π   2 = CC  o V  V  4 π  η 

=

% 5 , 78 4 max = = π  η   L CC   L  R V   P  2 max 2 1 =

Dengan  P  D= Daya disipasi total

 P  S = Daya catuan DC

 P  L= Daya keluaran pada beban

Dengan mensubstitusikan PL dalam bentuk :

Akan diperoleh bentuk persamaan menjadi :

Jika diketahui pada kondisi PDmax :

Sehingga diperoleh :

Atau pada masing-masing transistor daya :

Permasalahan Distorsi Crossover Pada Penguat KelasB terjadi saat transisi konduksi antara Q N 

dan Q P pada penguat daya Klas-B, terdapat kondisi dimana kedua transistor sama-sama Cut-off.

Hal ini terjadi saat suatu transistor menuju kondisi cut-off, sedangkan transistor komplemennya  belum mendapat sinyal AC yang cukup besar untuk konduksi, sehingga saat itulah terjadi yang

disebut distorsi crossover. Bentuk sinyal keluaran yang dihasilkan akibat terjadinya distorsi ini menjadi tidak sama periodenya dengan sinyal masukan AC. Terdapat delay transisi siklus sinyal

 L S   D  P  P   P  = −  L o  L  R V   P  2 2 1

=

 L o CC   L o  D  R V  V   R V   P  2 2 1 2

−

=

π  CC   P  o V  V   D _π   2 max =  L CC   D  R V   P  ₂ 2 max 2 π 

=

 L CC   DP   DN   R V   P   P  ₂ 2 max max π 

=

=

dimana amplitudo output = 0. Dalam gambaran sinyal keluaran hal ini dapat ditunjukkan sebagai berikut :

Vo

Salah satu solusi untuk mengurasi distorsi crossover :

Menambahkan komponen OP-AMP pada penguat daya klas-B

Penguat klas B dan AB

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui kelemahan dari penguat klas B murni dan cara mengatasinya.

•Penguat klas B yang dipraktekkan disini menggunakan konfigurasi push pull dengan catu

tunggal. Namun untuk penguat sinyal kecilnya digunakan penguat dengan konfigurasi Common Emitor.

•Langkah pertama percobaan yaitu mengeset tegangan bias untuk masing masing transistor. Hal

ini dilakukan dengan mengeset resistor variabel yang akan meletakkan tegangan di output  penguat adalah ½ Vcc. Dan jangan lupa untuk mengukur arus yang ditarik dari catu daya

sebelum penguat diberi sinyal masukan. Q1 Q2 RL -VCC +VCC Vi        +

    -•Kemudian beri masukan sinyal segitiga dan terlihat pada output kalau sinyal keluaran terdapat

cacat penyeberangan (crossover distortion).

•Untuk mengatasi cacat penyeberangan ini digunakan dua dioda untuk membias transistor push

•Dalam keadaan tanpa sinyal masukan ukurlah arus dari catu, maka akan terlihat bahwa

rangkaian menarik arus lebih banyak.

2.3. _Penguat

Kelas AB

Penguat daya klas AB sebenarnya hampir sama dengan penguat klas B. Perbedaannya hanya terletak pada pemasangan dioda pada masingmasing basis dari kedua transistor untuk klas AB. Pemasangan dioda ini akan menghilangkan cacat yang terjadi pada penguat daya klas B. Karena pada saat tegangan input , vi = 0, maka tegangan basis, vB = 0,7V. Maka dari itu pada  penguat klas AB tidak terdapat cacat pada sinyal outputnya seperti pada klas B. Gambar dari  penguat klas AB diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Penguat Kelas AB

2.4. Penguat Kelas C

Penguat kelas B perlu 2 transistor untuk bekerja dengan baik, maka ada penguat yang disebut kelas C yang hanya perlu 1 transistor. Ada beberapa aplikasi yang memang hanya memerlukan 1 phase positif saja. Contohnya adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot, rangkaian penguat tuner RF dan sebagainya. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada  phase positif saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja dikuatkan. Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C. Tipikal dari rangkaian penguat kelas C adalah seperti pada rangkaian berikut ini.

Rangkaian Dasar Penguat Kelas C

Rangkaian ini juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang sengaja dibuat  bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian tersebut akan ber-resonansi dan ikut  berperan penting dalam me-replika kembali sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi

yang sama. Rangkaian ini jika diberi umpanbalik dapat menjadi rangkaian osilator RF yang sering digunakan pada pemancar. Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi bahkan sampai 100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah. Tetapi sebenarnya fidelitas yang tinggi  bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini.

Karena posisi dari titik kerja di C yang berada di bawah kaki dari karakteristik transistor, maka arus kolektor ada pada interval yang lebih kecil dari setengah perioda. Efisiensi yang dicapai >85%. Untuk mendapatkan sinyal sinus (dengan band untuk sinyal informasinya) pada output penguat daya kelas C ini dipasangkan rangkaian resonansi.

Penggunaan tegangan DC yang dipasangkan secara serial dengan tegangan RF yang akan diperkuat memungkinkan dipilihnya titik-titik kerja di atas, yang akan mengklasifikasikan masing-masing penguat daya itu sesuai dengan namanya.

Di bab ini kita hanya akan membahas penguat daya kelas C, yang juga merupakan  penguat yang dipakai pada perangkat keras transmitter.

Mula-mula kita bahas dasar dari terjadinya pembentukan sinyal yang tidak linier akibat  pemilihan titik kerja di bawah kaki karakteristik transistor, yang dilanjutkan dengan penurunan

dari koefisien deret Fourier, yang menggambarkan harmonis-harmonis yang muncul. 2.5.

Penguat

Kelas D

Penguat kelas D menggunakan teknik PWM ( pulse width modulation), dimana lebar dari  pulsa ini proporsioal terhadap amplituda sinyal input. Pada tingkat akhir, sinyal PWM men-drive transistor  switching ON dan OFF sesuai dengan lebar pulsanya. Transistor  switching  yang digunakan biasanya adalah transistor jenis FET. Konsep penguat kelas D ditunjukkan pada gambar-11. Teknik  sampling  pada sistem penguat kelas D memerlukan sebuah generator  gelombang segitiga dan komparator untuk menghasilkan sinyal PWM yang proporsional terhadap amplituda sinyal input. Pola sinyal PWM hasil dari teknik sampling ini seperti digambarkan pada gambar-12. Paling akhir diperlukan filter untuk meningkatkan fidelitas.

 gambar 11 : konsep penguat kelas D

 gambar 12 : ilustrasi modulasi PWM penguat kelas D

Beberapa produsen pembuat PA meng-klaim penguat kelas D produksinya sebagai  penguat digital. Secara kebetulan notasi D dapat diartikan menjadi Digital. Sebenarnya bukanlah  persis demikian, sebab proses digital mestinya mengandung proses manipulasi sederetan bit-bit

yang pada akhirnya ada proses konversi digital ke analog (DAC) atau ke PWM. Kalaupun mau disebut digital, penguat kelas D adalah penguat digital 1 bit (onatau off saja).

http://yunus07elektro.wordpress.com/2008/09/29/penguat-tegangan-dan-penguat-daya/ http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=5 www.stttelkom.ac.id/staf/MRM/.../Bab%2014%20Penguat%20Daya.pdf  http://www.sap.or.id/Menghitung_Konsumsi_Daya_Penguat_Kelas_B_AB.html http://id.wikipedia.org/wiki/Penguat_kelas-D http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Penguat_kelas-A&action=edit&redlink=1 http://www.electroniclab.com/index.php? view=article&catid=10%3Alabaudiovideo&id=25%3Aklasifikasi-penguat-audio-bag-3&format=pdf&option=com_content&Itemid=10