EL3109_1_13213060

(1)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1

MODUL I TAHAP OUTPUT PENGUAT DAYA

Rosana Dewi Amelinda (13213060) Asisten : Alvin Lianto(13212018)

Tanggal Percobaan: 23/9/2015 EL3109-Praktikum Elektronika II

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB

Abstrak

Abstrak Pada praktikum Modul I ini dilakukan percobaan

mengenai tahap output penguat daya. Tahap output penguat

daya sendiri pada dasarnya terbagi menjadi 4 kelas penguat

yaitu kelas A, B, AB, dan C. Namun pada percobaan kali

ini hanya akan dilakukan pengamatan pada penguat kelas A,

B, dan AB saja. Perbedaan keempat kelas penguat daya

tersebut terletak pada swing maksimum, distorsi, dan daya

disipasi maksimumnya. Beberapa pengamatan yang

dilakukan diantaranya pengamatan kualitatif linieritas dan

VTC, pengamatan linieritas kuantitatif, serta pengamatan

daya disipasi dan daya pada beban. Ketiga pengamatan

tersebut dilakukan pada masing-masing konfigurasi

rangkaian tahap output penguat. Selain itu, untuk penguat

kelas B juga dilakukan pengamatan tahap output dengan

umpan balik (feedback) penguat operasional. Dari hasil

pengamaran ketiga kelas tahap output tersebut, selanjutnya

dapat disimpulkan kelebihan dan kekurangan pada

masing-masing kelas penguat. Sebuah transistor dalam fungsi

penguatannya biasanya menghasilkan panas. Agar panas

dapat dikendalikan, dikenal analogy rangkaian thermal

untuk menghitung besarnya pasan yang dapat dipindahkan

dari transistor ke heatsink dan lingkungan. Oleh sebab itu

pada percobaan keempat akan dilakukan pengamatan

disipasi pada transistor dan rangkaian thermal.

Kata kunci: Tahap output, Daya disipasi, Linieritas

Rangkaian thermal.

1. P

ENDAHULUAN

Secara umum, suatu penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk mengendalikan tenaga yang lebih besar. Ada beberapa cara untuk melakukan penguatan. Pertama yaitu penguat satu tingkat, terdir atas satu unsur penguat dan rangkaian pendukungnya. Lalu apabila beberapa unsur-unsur semacam digabungkan maka akan didapatkan penguat banyak tingkat.

Dalam suatu system reproduksi suara, tahap pertama adalah penguatan tegangan (atau arus) sinyal kecil yang dirancang untuk menguatkan keluaran dari pembaca sinar laser yang merupakan keluaran DVD-player antara beberapa millivolt menjadi beberapa volt. Tahap akhir merupakan penguat sinyal besar atau penguat daya (power

amplifier) dan memberikan daya yang cukup untuk

menggerakan pengeras suara. Pengeras semacam

itu disebut penguat audio jika menguatkan sinyal antara kurang lebih 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Dalam mengukur getaran, variasi suhu atau arus listrik yangd ditimbulkan oleh badan manusia, dijumpai sinyal-sinyal frekuensi yang sangat rendah antara nol sampai beberapa hertz.

Rangakaian penguat umumnya digolongkan dalam kelas-kelas, yaitu Kelas A, Kelas B, Kelas AB, dan Kelas C untuk rancangan analog, serta Kelas D dan E untuk rancangan pengalih (switching). Disamping itu masih ada kelas E/F untuk penguat daya pengalih efisiensi tinggi yang bekerja untuk gelombang segi empat.

Tahap Output bedasarkan Arus Colector

Figure 1 Arus Colector - 𝝎𝒕 untuk masing-masing kelas penguat daya

Efisiensi maksimum pada tahap output kelas A yaitu 25%, kelas B 78.5%, dan kelas AB sebesar 78.5 %.

Berikut kurva karakteristik Vo-Vi untuk masing masing kelas penguat daya :

(2)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 2 Figure 3 Kelas B

2. S

TUDI

P

USTAKA

Tahap Output Penguat Kelas A

Tahap output penguat kelas A untuk konfigurasi Common Emitter tampak seperti gambar dibawah ini𝜔

Gambar 1 Rangkaian tahap output penguat kelas A

Transistor Q1 selalu konduksi pada seluruh selang sinyal input sinusoid. Sumber arus Ibias menarik arus dari transistor Q1 dan beban RL . Saat tegangan input sekitar nol, arus ditarik sumber IBIAS akan diberikan olhe transistor Q1 sehingga beban mendapat arus dan tegangan mendekati nol. Dalam keadaan tanpa input transistor pada tahap penguat kelas A menghantarkan arus sebesar arus biasnya.

Saat tegangan input terendah maka arus yang ditarik sumber akan datang dari beban RL sehingga beban akan mendapat tegangan terendah negatif – Ibias RL. Saat tegangan input tertinggi maka transistor Q1 akan memberikan arus lebih dari yang ditarik sumber arus sehingga beban akan memberoleh arus dan tegangan tertinggi positif. Untuk memperoleh ayunan tegangan tertinggi pada beban maka digunakan arus bias dan beban yang memenuhi hubungan sebagai berikut

𝐼𝐵𝐼𝐴𝑆𝑅𝐿= 𝑉𝐶𝐶− 𝑉𝐶𝐸𝑠𝑎𝑡 (F 1)

Arus yang diberikan oleh transistor Q1 akan berkisaran dari 0 hingga 2xIBIAS.

Distorsi pada penguat kelas A yang paling menonjol adalah distorsi saturasi. Distorsi ini ketika sinyal input sangat besar sehingga tegangan kolektor-emitor transistor mencapai tegangan

saturasi dan tegangan output sudah mendekati tegangan catu dayanya.

Rangkaian bias berupa sumber arus untuk tahap output penguat kelas A dapat direalisasika dengan berbagai jenis sumber arus, misalnya dengan cermin arus. Pada percobaan digunakan rangkaian sumber arus seperti gambar 2

Gambar 2 Rangkaian sumber arus untuk bias tahap output penguat kelas A

Arus bias untuk rangkaian tersebut dapat diperkirakan dengan memanfaatkan persamaan berikut

𝐼𝐵𝐼𝐴𝑆=

𝛽(𝑉𝐶𝐶𝑅2− 𝑉𝐵𝐸(𝑅1𝑅2))

𝑅1𝑅2+ (𝛽 + 1)𝑅3(𝑅1𝑅2)

Pada penguat daya kelas A sumber arus bias akan selalu mendisipasikan daya mendekati IBIAS. Daya yang terdisipasi pada transistor tahap output akan berkisar dari VCC IBIAS saat amplitude tegangan input nol hingga VCC IBIAS /2 saat amplitude input maksimum (mendekati VCC).

Sementara untuk menghitunga daya dan efisiensi digunakan rumus sebagai berikut :

L S D

P





(F 2)











V

I

P

S CC (F 3) L RMS O L

V

R

P



₍ ₎2 (F 4)

%

100 



S L

P



(F 5)

Penguat Kelas B Push-Pull

Penguat kelas B Pushpull mengguankan sepasang transistor NPN dan PNP (juga nMOS dan pMOS) yang seimbang dengan konfigurasi common emitor. Rangkaian dasar untuk tahap output penguat kelas B push pull tampak seperti pada gambar 3

(3)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 3 Gambar 3 Penguat Pushpull kelas B

Pada penguat pushpull kelas B transistor NPN dan PNP bekerja bergantian. Saat siklus tegangan input positis maka junction base-emitter transistor Qn akan mendapat tegangan maju sehingga transistor Qn konduksi sedangkan junction base-emitter transistor Qp akan mendapat tegangan mundur sehingga transistor Qp dalam keadaan cut-off. Sebaliknya saat siklus tegangan negative junction base-emitter transistor Qp akan mendapat tegangan maju dan transistor Qp konduksi dan Qn dalam keadaan

cut-off.

Adanya tegangan cut-in pada perilaku unction menyebabkan proses transisi transistor yang konduksi dari Qn ke Qp dan sebaliknya akan melalui saat kedua transistor dalam keadaan cut-off. Keadaan tersebut menyebabkan sinyal input terdistorsi.

Pada penguat kelas B, dengan menganggap tegangan cut-in nol, arus yang diberikan catu daya dapat mendekati sebagai half wave rectified

sinusoidal wave untuk masing-masing transistor.

Dengan demikian daya rata-rata yang diberikan catu daya akan mendekati

𝑃𝑆= 2 𝜋

𝑉𝑜

𝑅𝐿 𝑉𝐶𝐶 (F 6) Daya yang disampaikan pada beban 𝑃𝐿=

1 2

𝑉𝑜2

𝑅𝐿 (F 7)

Dengan demikian daya terdisipasi pada masing-masing transistor akan bergantung pada amplitude tegangan output atau tegangan inputnya.

𝑃𝐷𝑄= 1 𝜋 𝑉𝑜 𝑅𝐿 𝑉𝐶𝐶− 1 4 𝑉𝑜2 𝑅𝐿 (F 8)

Output pada penguat kelas B push pull mengalami distorsi cross over saat pergatian transistor yang konduksi akibat adanya tegangan cut-in pada transistor tersebut. Untuk menghilangkan distorsi tersebut dapat digunakan rangkaain umpan balik dengan penguat operasional. Rangkaian penguat kelas B seperti tampak pada gambar 4. Umpan balik dengan penguat operasional ini tidak hanya menekan cross-over tetapi juga menekan distorsi

akibat ketidakseimbangan penguat arus transistor NPN dan PNP. Penguat operasional pada rangkaian ini akan menjaga tegangan output sama dengan tegangan inputnya. Selisih tegangan input dan output akan membuat penguat operasional memberikan tegangan lebih tinggi bila tegangan pada beban ternyata leih rendah dari input dan begitu pula sebaliknya.

Gambar 4 Rangkaian penguat pushpull kelas B dengan feedback menggunakan op amp

Penguat Kelas AB Push-Pull

Cara lain menekan distorsi cross over pada penguat B adalah dengan kedua transistor tetap konduksi saat tegangan input sekitar nilai nol. Untuk itu transistor diberikan tegangan bias yang cukup pada junction base-emitter. Pada cara ini transistor bekerja pada kelas AB.

Cara sederhana untuk memperoleh tegangan bias yang menjamin transistor dalam keadaan konduksi saat tegangan input kurang dari tegangan cut-in adalah dengan menggunakan diode seperti ditunjukan pada gambar 5.

Gambar 5 Penguat pushpull kelas AB dengan diode untuk pemberi tegangan bias

2.1 J

UDUL

S

UB

-

BAB

Sub-bab pada percobaan ini, yaitu :

 Penguat kelas A

(4)

 Penguat pushpull kelas AB

3. M

ETODOLOGI

Pada percobaan 1 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu :

1. Kit praktikum penguat daya 2. Generator sinyal

3. Osiloskop Digital dengan fungsi FFT 4. Multimeter

5. Catu daya Ter-regulasi 6. Kabel dan asesoris pegukuran 7. Thermometer Infrared

Memulai percobaan

1. Penguat kelas A Menyusun rangkaian

Gambar 6 Rangkaian pengamatan penguat kelas A

Pengamatan Kualitatif Linieritas dan VTC

Pengamatan Linieritas Kuantitatif

Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum

Disusun rangkaian tahap penguat kelas A dan sumber arus biasnya seperti tampak pada gambar 1.

Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah R1= 5,6k , R2= 1,2k , R3= 1,2 , RL=

56 W, Q1= Q2=BD139, dan VCC= 6V.

Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 2Vpp1KHz.

Diunakan mode dual trace pada osiloskop, yakinkan bahwa input kopling osiloskop terset pada DC. Amati secara kualitatif bentuk sinyal output (kanal 2 atau Y) dan input (kanal 1 atau X), dan gambarkan bentuk

sinyalnya. Bandingkan bentuk sinyal input dan outputnya.

Digunakan mode xy pada osiloskop, amati kurva karakteristik alih tegangan (voltage transfer characteristics, VTC), perbesar amplituda input agar batas saturasi tegangan dapat teramati. Gambar dan

catat batas saturasinya.

Diamati juga bentuk gelombang sinyal output yang melewati batas saturasi di atas pada mode dual

trace. Perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

Diubah nilai resistansi beban RLmenjadi 33 1W dan

amati kembali kurva VTC-nya. Catat juga batas saturasinya. Bandingkan dengan hasil sebelumnya

dan perhatikan apa yang menentukan batas saturasinya.

(5)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 5 Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada beban

2. Penguat pushpull kelas B

Menyusun rangkaian

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Diturunkan amplitudo sinyal input hingga sinyal output berada di bawah batas tegangan saturasinya

(pada kisaran 9-10 Vpp)

Digunakan fungsi Fast Fourier Transform (FFT) pada osiloskop untuk mengamati spektrum sinyal output dengan menekan tombol MATH dan yakinkan bahwa

fungsi MATH dilakukan untuk sumber sinyal dari kanal 2 (sinyal output). Diatur tampilan display sehingga dapat diperoleh pengamatan yang lebih teliti (pada kisaran skala 10dB/div dan posisi 3dB). Diamati spektrum sinyal output ini untuk amplituda

sinyal pada frekuensi dasar, harmonik kedua dan harmonik ketiga.

Dilakukan juga pengamatan spektrum untuk sinyal input (ch 1). Dengan mengubah sumber input fungsi

MATH.

Diaktifkan tampilan kanal 1 (ch 1) agar dapat membaca besaran amplituda sinyal input dan ubah

sinyal input untuk amplituda input yang lebih kecil (pada kisaran 4 Vpp). Kembali nonaktifkan tampilan kanal 1 untuk memudahkan pengamatan spektrum sinyal outputnya (ch 2). Lalu amati spektrum sinyal outputnya (kanal 2). Dilakukan juga untuk sinyal amplituda output yang melebihi batas saturasi (pada

kisaran 11-12 Vpp) dan amati spektrum sinyal outputnya.

Dikembalikan osiloskop pada pengamatan dual trace dan nonaktifkan pengamatan FFT dengan menekan tombol MATH hingga lampu indikator mati. Berikan sinyal input terkecil dari generator sinyal, amati dan

catat arus dari kedua catu daya, serta tegangan output (beban). Dihitung dan perhatikan daya yang terdisipasi saat tahap penguat tidak mendapat sinyal

input.

Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Diperhatikan

besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Disusun rangkaian seperti pada Gambar3. Komponen yang digunakan transistor Q1 BD139 dan Q2 BD140 , resistansi beban RL 33 ohm 1 W, dan tegangan catu Vcc 6 V. Digunakan ampere meter untuk mengukur

arus dari kedua catu daya.

Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp 1KHz. Hubungkan osiloskop untuk mengamati sinyal input dan

outputnya.

Diamati dan dicatat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Perhatikan distori

bentuk sinyal dan penyebabnya.

Diubah amplituda tegangan input (pada kisaran 9-10 Vpp) agar cukup besar sehingga tegangan output tampak memasuki batas saturasi dan gunakan mode

xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Diamati dan dicatat

kuva VTC yang diperoleh. Perhatikan distorsi yang ada pada tahap penguat jenis ini.

Masih dalam keadaan tegangan input di bawah nilai saturasinya, digunakan fungsi FFT pada osilokop. Diamati spektrum sinyal input dan output dan catat

besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

Dilakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi (pada kisaran 4 Vpp) dan untuk amplituda tegangan

input yang lebih besar dari batas saturasi (pada kisaran 11-12 Vpp). Diamati dan dicatat amplitudo

(6)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 6 Pengamatan Tahap Output kelas B dengan Umpan

Balik Penguat Operasional

3. Penguat Pushpull Kelas AB

Digunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, amati dan catat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Dihitung dan diperhatikan daya catu, daya

disipasi dan daya pada bebannya.

Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Perhatikan besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi

pada penguat, dan daya pada beban.

Diubah rangkaian menjadi seperti pada Gambar 4. Komponen yang digunakan transistor Q1BD139 dan

Q2BD 140, resistansi beban RL33 1W, penguat

operasional LM741, dan tegangan catu VCC6V.

Gunakan juga ampere meter untuk mengukur arus dari kedua catu daya.

Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp1KHz. Dihubungkan

osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya. Diamati dan dicatat bentuk gelombang outputnya. Dibandingkan dengan hasil dengan hasil

pengamatan sebelumnya tanpa umpan balik.

Diubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC). Diamati dan dicatat bentuk kurva VTC ini. Dibandingkan dengan

hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik.

Dipindahkan titik pengamatan output (kanal 2 atau Y) dari beban ke output penguat operasional. Diamati dan dicatat juga bentuk kurva VTC ini. Diperhatikan

fungsi transfer rangkaian umpan baliknya.

Dikembalikan titik pengamatan output ke beban. Diatur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop amati spektrum sinyal input

dan output dan dicatat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

Dibandingkan juga dengan hasil pengamatan rangkaian tanpa umpan balik.

Digunakan mode dual trace untuk mengamati tegangan output atau beban dan arus dari catu daya untuk sinyal tegangan input terkecil dan input 10Vpp.

Dihitung dan diperhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

(7)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 7 Menyusun Rangkaian

Pengamatan Daya Disipasi dan Daya pada Beban

Disipasi pada Transistor dan Rangkaian Termal

Mengakhiri Percobaan

Disusun rangkaian seperti pada Gambar 5 dengan resistansi Resistor R1dan R21,8k , dioda D1dan D2

1N4001, transistor Q1BD139 dan Q2BD140,

resistansi beban RL = 33 1W dan tegangan catu daya VCC6V. Digunakan ampere meter untuk mengukur

arus dari kedua catu daya.

Diberikan input pada penguat dari sumber sinyal dari generator sinusoidal 4Vpp1KHz. Dihubungkan

osiloskop untuk mengamati sinyal input dan outputnya.

Diamati dan dicatat bentuk sinyal tegangan input dan outputnya dengan osiloskop. Diperhatikan bentuk sinyal output dan bandingkan dengan hasil tahap output kelas B. Diamati dan dicatat arus dari

catu daya.

Dilakukan kembali pengamatan bentuk sinyal dan arus catu daya ini untuk resistansi R1 = R2 = 1 kΩ,

dan untuk R1 = R2 = 4.7 kΩ

Diubah amplituda tegangan yang cukup besar hingga tegangan output tampak memasuki saturasi

dan gunakan mode xy pada osiloskop untuk mengamati kurva karakteristik alih tegangan (VTC).

Diamati dan catat bentuk kurva VTC ini.

Dilakukan kembali pengamatan VTC ini untuk resistansi R1 = R2 = 1kΩ, dan untuk R1 = R2 = 4.7

kΩ. Diperhatikan juga area kurva VTC disekitar tegangan input nol.

Dikembalikan resistansi bias R1 = R2 = 1 kΩ diatur tegangan input sehingga tegangan output sedikit di

bawah nilai saturasinya. Memanfaatkan fungsi FFT pada osilokop diamati spektrum sinyal input dan

output dan dicatat besaran amplitudo untuk frekuensi dasar dan frekuensi harmonik ke tiga.

Dilakukan kembali langkah di atas untuk amplituda tegangan input yang jauh lebih kecil dari saturasi dan

untuk amplituda yang lebih besar dari saturasi. Diamati dan dicatat amplitudo frekuensi dasar dan

harmonik ketiganya.

Digunakan sinyal terkecil dari generator sinyal, diamati dan dicatat arus dari catu daya dan tegangan pada beban. Dihitung dan perhatikan daya catu, daya disipasi dan daya pada bebannya.

Dilakukan kembali pengamatan di atas untuk tegangan input 2, 4 , 6, dan 10 Vpp. Diperhatikan

besaran daya catu (supplied power), daya terdisipasi pada penguat, dan daya pada beban.

Disusun rangkaian sumber arus seperti pada Gambar 2 dengan resistansi R15,6k , R2 1,2k ,

R31,2 dan transistor BD139 yang dilengkapi dengan

heatsink (pendingin). Digunakan amperemeter

untuk mengukur arus kolektor dan voltmeter untuk mengukur tegangan kolektor-emitor.

Dihubungkan terminal kolektor dengan tegangan 0V. Diberikan tegangan –VCC6V kemudian diamati dan

diukur arus saat relatif stabil dan ukur temperatur ambient dan temperatur pada sirip terjauh heatsink

dan pada casing transistor.

Diturunkan tegangan –VCC6V hingga arus kolektor

naik sekitar 20% dan kembali amati dan ukur arus serta temperatur seperti di atas.

Diulangi langkah di atas untuk arus 50% arus awal.

Selesai praktikum dirapikan semua kabel dan dimatikan osiloskop, generator sinyal serta dipastikan juga multimeter analog, multimeter digital

ditinggalkan dalam keadaan mati (selector menunjukan ke pilihan off).

Dimatikan MCB dimeja praktikum sebelum meninggalkan ruangan.

Diperiksa lembar penggunaan meja.

DIpastikan asisten telah menandatangani catatan percobaan kali ini pada Buku Catatan Laboratorium.

(8)

4. H

ASIL DAN

A

NALISIS



P

ENGUAT

K

ELAS

A

Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC

Pada percobaan pertama ini dilakukan pengamatan kualitratif linieritas dan VTC pada penguat kelas A. Dibuat rangkain penguat kelas A terlebih dahulu dengan nilai-nilai komponen sesuai dengan metodologi. Lalu diberikan input penguat yang berasal dari generator sinyal sinusoidal dengan input tegangan sebesar 2 Vpp dan frekuensi 1 kHz. Kemudian diperoleh hasil sinyal sebagai berikut : Gambar 7 Sinyal input dan output penguat kelas A (RL = 56

Ω)

Gambar 8 Voltage Transfer Characteristics penguat kelas A (RL = 56 Ω)

Dari gambar diatas (Gambar 7 dan 8) terlihat bahwa sinyal input hampir identic dengan sinyal output, dimana tegangan output memiliki peak to peak yang sama (hanya bergeser kebawah) dengan tegangan inputnya. Hal ini berarti bahwa penguatan yang dihasilkan pada penguat kelas A adalah mendekati 1. Selain itu terlihat pula dari kutva karakteristik VTC yang dihasilkan berbanding lurus (linier) atau memiliki kemiringan 1 V/V.

Pada saat tegangan output diperbesar hingga mendekati batas saturasinya, tegangan inputnya yaitu sebesar 7.2 Vpp. Berikut kurva karakteristik VTC dan sinyal input-output mode dual trace saat terjadinya saturasi :

Gambar 9 Mode XY sinyal input dan output saat batas saturasi penguat kelas A (RL = 56 Ω)

Gambar 10 Mode dual trace sinyal input dan output saat melewati batas saturasi penguat kelas A

Setelah dilakukan pengamatan dengan resistansi beban 56 Ω, selanjutnya dilakukan pengamatan kurva VTC untuk resistansi beban sebesar 33 Ω sebagai berikut :

Gambar 11 Kurva Voltage Transfer Characteristics penguat kelas A (RL 33 Ω)

Besarnya tegangan input saat outputnya berada pada batas saturasi yaitu sebesar 3 Vpp.

Pada Gambar 10 terlihat bahwa sinyal output terpotong pada bagian bawah. Batas saturasi bawah pada penguat kelas A bergantung pada besarnya nilai resistansi beban. Apabila dibandingkan besarnya tegangan saat saturasi untuk RL 56 Ω dan 33 Ω diketahui bahwa semakin kecil nilai resistansi beban (RL) maka semakin kecil pula swing outputnya sehingga batas saturasinya semakin turun.

Dikembalikan beban pada nilai resistansi beban sebesar 56 Ω. Lalu diturunkan tegangan input menjadi dibawah 7.2 Vpp. Dengan menggunakan mode Fast Fourier Transfor (FFT) pada osiloskop, kita dapat mengamati sinyal penjumlahan dari berbagai sinyal sinusoidal. Spectrum sinyal output untuk amplitude sinyal pada frekuensi dasar, harmonic kedua, hamonik ketiga sebagai berikut : Table 1 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas A

Frekuensi \ Spektrum Sinyal output Sinyal input Frekuensi dasar (1000 Hz) 53.2 dB 55.6 dB Harmonik pertama (2000 Hz) 12.8 dB 12.8 dB Harmonik kedua (3000 Hz) 9.2 dB 9.2 dB

(9)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 9 Table 2 Pengukuran amplitude spectrum saat sinyal input 4

Vpp dan saat batas saturasi penguat kelas A Frekuensi

\ Spektrum Saat input 4 Vpp Saat batas satursi Frekuensi dasar (1000 Hz) 51.6 dB 62 dB Harmonik pertama (2000 Hz) 7.6 dB 44 dB Harmonik kedua (3000 Hz) 4 dB 35.6 dB

Pada pengamatan linieritas kuantitatif ini, diperolehh tiga kondisi sinyal input yang berbeda yaitu saat sinyal input berada dibawah batas saturasi, pada batas saturasi dan diatas batas saturasi. Saat sinyal input berada dibawah batas saturasi, sinyal output masih berbentuk sinusoidal dan pada FFT nya hanya menghasilkan amplitude sinyal pada frekuensi dasar saja. Berbeda halnya ketika kita mengamati saat sinyal berada pada batas saturasi dan diatas daerah saturasi, sinyal output menjadi terpotong atau dengan kata lain sinyal output sudah mulai mengalami distorsi. Sinyal output tidak berbentuk sinyal sinusoidal lagi, sehingga pada FFT nya tidak hanya menghasilkan amplitude sinyal frekuensi dasar saja tetapi juga amplitude pada frekuensi harmonic kedua dan ketiga.

Karakteristik lain dari sinyal spectrum yang dihasilkan yaitu amplitude sinyal harmoniknya menjadi semakin mengecil. Hal tersebut menandakan distorsi semakin terlihat saat tegangan melebihi daerah saturasi. Selain itu semakin besar frekuensi, maka semakin kecil pula spectrum amplitudenya. Karaketeristik ini menjelaskan mengapa untuk nilai tegangan input yang berbeda-beda menghasilkan nilai penguatan yang berbeda-beda pula meskipun perbedaannya sangat kecil.

Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Selanjutnya dilakukan pengukuran nilai arus pada bjt yang dihubungkan dengan catu daya positif, arus pada bjt yang dihubungkan dengan catu daya negative, serta dilakukan pengukura tegangan output pada beban. Berikut data yang diperoleh :

Table 3 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efiiensi penguat kelas A (1)

V input I+ (mA) I- (mA) Vo (V)

Vmin 53.7 69.6 0.6

2 Vpp 11.3 66.3 0.7

4 Vpp 26.6 61.5 1.42

6 Vpp 24.5 67.3 2.1

10 Vpp 62.5 68.3 3.19

Setelah data I+, I-, serta Vo seperti table diatas, dengan menggunakan rumus (F 2) – (F 5) dilakukan perhitungan untuk mencari daya sumber, daya beban, daya disipasi, dan efisiensi penguat sebagai berikut :

Table 4 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efiiensi penguat kelas A (2) V input Ps (mW) Pl (W) Pd (mW) H Vmin 739.8 0.003 0.7366 0.434 % 2 Vpp 465.6 0.004 0.4612 0.94 % 4 Vpp 528.6 0.018 0.5106 3.406 % 6 Vpp 550.8 0.039 0.5114 7.149 % 10 Vpp 784.8 0.091 0.6939 11.58 % Untuk tegangan input dan output yang kecil, menghasilkan daya beban dan disipasi yang kecil pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya beban dan daya disipasi berbanding lurus dengan nilai tegangan input dan outputnya. Berdasarkan perhitungan daya diatas, diperoleh bahwa daya disipasi rata-rata transistor adalah sebesar 0.583 W. Untuk input paling besar 10 Vpp menghasilkan daya disipasi yang cukup kecil yaitu 11.58 %. Sehingga diperoleh pula range efisiensi yaitu sekitar 0.4 – 11.58 %. Teori pada referensi [2] menyatakan bahwa efisiensi untuk penguat kelas A berselang antara 10-20 % dan efisiensi maksimum 25 %. Apabila dibandingkan, maka hasil percobaan dapat dikatakan sudah mendekati teori. Namun karena beberapa kesalahan yang mungkin terjadi saat percobaan (seperti ketidak telitian praktikan dalam pengukuran nilai arus dan tegangan) sehingga menghasilkan data yang tidak sama persis dengan teori.

(10)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 1 0 Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC

Pada percobaan kedua ini dilakukan pengamatan kualitatis linieritas dan VTC sama seperti pada percobaan 1 namun dengan rangkaian penguat kelas B. Berikut hasil pengamatan yang diperoleh : Gambar 12 Sinyal input dan output penguat kelas B

Gambar 13 Kurva karakteristik alih tegangan (VTC) penguat kelas B

Pada Gambar 12 dan 13 diatas dapat terlihat bahwa sinyal input dan output tidak linier. Meskipun sinyal input diatur pada nilai yang masih berada dibawah nilai saturasi, namun sinyal output yang dihasilkan sudah mengalami distorsi cross-over (sesuai dengan teori). Terjadnya distorsi ini disebabkan karena terdapat tegangan cut-in

junction pada transistor yang menyebabkan

perpindahan kondisi aktif transistor dari transistor NPN ke transistor PNP dan sebaliknya. Sehingga untuk nilai input pada range batas tegangan VBE (-0.7 V sampai (-0.7 V), transistor tidak diperkuat karena transistor berada pada daerah cut-off. Pengamatan Linieritas Kuantitatif

Selanjutnya dilakukan perngamatan linieritas kuantitatif seperti pada penguat kelas A, dan diperoleh data sebagai berikut :

Table 5 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas B

Frekuensi \ Spektrum Sinyal output Sinyal input 1000 Hz 54.8 dB 58 dB 2000 Hz 19.6 dB 8 dB 3000 Hz 29.6 dB 5.2 dB

Table 6 Pengukuran amplitude spectrum sinyal saat input 4 Vpp dan saat batas saturasi penguat kelas B

Frekuensi

\ Spektrum Saat input 4 Vpp Saat batas satursi

1000 Hz 52 dB 53.6 dB

2000 Hz 11.6 dB 12.8 dB 3000 Hz 6.8 dB 20.8 dB

Apabila dillihat pada table 5 dan 6 diatas, pada keadaan sinyal input berada dibawah nilai batas saturasinya , FFT nya menghasilkan amplitude sinyal pada frekuensi dasar, harmonic pertama, dan harmonic kedua. Hal ini dikarenakan pada keadaan tersebut sinyal output sudah mengalami distorsi. Sehingga jika sinyal input terus dinaikan pada nilai batas saturasi atau melebihinya, maka nilai amplitude frekuensinya akan semakin besar. Selain itu, pada penguat kelas B ini range nilai sebelum batas saturasinya lebih lebar dari penguat kelas A.

Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Table 7 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B (1) V in (Vpp) I1 (mA) I2 (mA) Vo (V) Vmin 0.03 0.03 5.0 2 1.98 2.2 0.15 4 9.83 10.24 0.73 6 17.4 18.0 1.29 10 33.0 38.4 2.81

Table 8 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B (2) V input Ps (mW) Pl (W) Pd (mW) H Vmin 0.000579 3.79 x 10-7 _0.289 _{0.066 %} 2 Vpp 0.01783 0.000359 8.74 2.06 % 4 Vpp 0.08535 0.00823 38.56 10.67 % 6 Vpp 0.14962 0.02529 62.17 20.34 % 10 Vpp 0.32542 0.11964 102.891 58.14 % Dapat dilihat bahwa pada tegangan input dan output yang kecil, menghasilkan daya beban dan disipasi yang kecil pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya beban dan daya disipasi berbanding

(11)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 11 lurus (linier) dengan nilai tegangan input dan

outputnya. Berdasarkan data perhitungan daya diatas, didapatkan daya disipasi rata-rata sebesar 63.6 mW. Selain itu, ada input maksimum sebesar 10 Vpp diperoleh nilai efisiens yang cuku besar yaitu 58.14 %. Berdasarkan teori pada referensi [2] menyatakan bahwa untuk penguat kelas B, memiliki nilai maksimum efisiensi sebesar 𝜋/4 atau 78.5 %. Jika membandingkan kedua nilai efisiensi tersebut maka dapat dikatakan bahwa praktikum telah berhasil karena data yang diperoleh telah sesuai dengan referensi teori yang ada.

Pengamatan tahap output kelas B dengan umpan balik (feedback) penguat operasional

Selatelah dilakukan pengamatan pada penguat keas B, juga dilakukan pengamatan pada penguat kelas B yang diberi umpan balik (feedback) penguat operasional. Berikut hasil yang diperoleh :

Gambar 14 Dual trace sinyal input dan output penguat kelas B dengan feedback op amp

Gambar 15 Kurva VTC penguat kelas B dengan feedback op amp

Gambar 16 Kurva VTC penguat kelas B dengan feedback

op amp saat memasuki daerah saturasi

Gambar 17 Kurva VTC dengan output pada op amp (penguat kelas B dengan feedback op amp)

Berbeda dengan hasil penguatan kelas B sebelumnya, penguat kelas B dengan umpan balik op amp menghasilkan sinyal output yang hampir sama dengan sinyal inputnya (penguatan 1) dan tidak terdapat distorsi. Penambahan op amp pada penguat kelas B ini berfungsi untuk menjaga tegangan output agar sama dengan tegangan inputnya. Tidak hanya itu, op amp juga berperan untuk menekan distorsi akibat ketidak seimbangan penguatan arus transistor NPN dan PNP.

Dilihat dari kurva karakteristik tegangan, output op amp terlihat sebagai komplemen dari sinyal distrosi cross-over sehingga apabila kedua sinyal dijumlahkan maka diperoleh kurva karakteristik yang linier.

Untuk hasil FFT saat sinyal input berada dibawah nilai batas saturasi hanya memiliki frekuensi dasar. Lalu sinyal input yang melewati nilai batas saturasinya memiliki frekuensi dasar, harmnik kedua, dan harmonic ketiga.

Table 9 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas B dengan feedback op amp

Frekuensi \ Spektrum Sinyal output Sinyal input 1000 Hz 55.6 dB 54.8 dB 3000 Hz 6.4 dB 12.4 dB

Berdasarkan data pengamatan kualitatif seperti pada table diatas diketahui bahwa penguatan tidak murni linier. Hal ini karena yang semakin besar frekuensi harmoniknya, amplitude sinyal yang dihasilkan menjadi semakin kecil. Sehingga ketidak linieraan lebih kecil jika dibandingkan dengan penguat kelas B tanpa menggunakan feedback dengan op amp.

Table 10 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B dengan feedback op amp (1)

V input I1 (mA) I2 (mA) Vo (V)

Vmin 1.2 1.01 0.075

10 Vpp 37.7 39.1 3.09

Table 11 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas B dengan feedback op amp (2)

V input Ps (mW) Pl (mW) Pd (mW) H Vmin 0.008686 8.5 x10-5_{8.6 x10} -3 0.979 % 10 Vpp 0.357846 0.144668 0.213 40.427 %

(12)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 12 Berdasarkan data pada tebel diatas, terlihat bahwa

tegangan input berbanding lurus (linier) dengan daya beban dan daya disipasinya. Untuk tegangan input terbesar yaitu 10 Vpp menghasilkan efisiensi sebesar 40.427 %. Nilai ini lebih kecil dibandingkan dengan efisiensi pada 10 Vpp untuk penguat kelas B tanpa op amp (yaitu 58.14 %). Hal ini menunjukan bahwa dengan adanya penambahan

feedback dengan op amp pada penguat kelas B maka

akan menurunkan efisiensi penguat.



P

ENGUAT

P

USHPULL

K

ELAS

AB

Pengamatan kualitatif linieritas dan VTC

Gambar 18 Dual trace sinyal input dan output penguat kelas AB (R1 = 1.8 kΩ)

Gambar 19 Kurva VTC penguat kelas AB (R1 = 1.8 kΩ)

Berdasarkan data pengamatan pada mode dual trace sinyal input dan output, terlihat bahwa kedua sinyal identic. Selain itu dari pengamatan kurva karakteristik VTC nya teramati bentuk garis lurus dengan kemiringan kurva 1 V/V. sehingga dapat disimpulkan bahwa sinyal tersebut linier.

Gambar 20 Kurva VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 1.8 kΩ)

Gambar 21 Dual trace sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 1 kΩ)

Gambar 22 VTC sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 1 kΩ)

Gambar 23 VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 1 kΩ)

Gambar 24 Dual trace sinyal input-output penguat kelas AB (R1 = 4.7 kΩ)

(13)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 13 Gambar 25 VTC sinyal input-output penguat kelas AB (R1

= 4.7 kΩ)

Gambar 26 VTC saat saturasi penguat kelas AB (R1 = 4.7 kΩ)

Terlepas dari saturasi yang tetap terjadi pada sinyal, batas tegangan inpu agar tidak terjadi distorsi menjadi semakin besar. Selain itu distorsi cross-over yang terjadi pada penguat kelas B, tidak terjadi pada penguat jenis ini. Hal-hal tersebut merupakan keuntungan dari penguat kelas AB.

Table 12 Pengukuran amplitude spectrum sinyal input dan output penguat kelas AB (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A. 13213001)

V input /

Frekuensi Frekuensi dasar (1 kHz) Harmonik ketiga (3 kHz) 8 Vpp 37.5 - 10 Vpp 58.1 22.5

Berdasarkan data pengamatan kualitatif seperti pada table diatas diketahui bahwa penguatan tidak linier. Hal ini karena yang semakin besar frekuensi harmoniknya, amplitude sinyal yang dihasilkan menjadi semakin kecil.

Untuk tegangan input yang jauh lebih besar dari saturasinya menampilkan amplitude harmonic yang juga besar sedangkan untuk tegangan input yang lebih kecil dari saturasi menunjukan amplitude harmonic yang sangat kecil. Dari hal

tersebut dapat disimpulkan penguat kelas ini bagus dalam hal linieritas.

Pengamatan daya disipasi dan daya pada beban Table 13 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas AB (1) (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A. 13213001)

V input I1 (mA) I2 (mA) Vo (V)

Vmin 0.17 21.8 0.46

2 Vpp 8.26 24.33 1.82

4 Vpp 16.16 32.28 3.72

6 Vpp 25.07 40.82 5.61

10 Vpp 43.51 54.98 8.59

Table 14 Pengukuran daya beban, daya disipasi dan efisiensi penguat kelas AB (2) (*data percobaan diperoleh dari Husin Abubakar A. 13213001)

V input Ps (W) Pl (W) Pd (W) H Vmin 0.0266 0.0008 0.0258 3.009 % 2 Vpp 0.1054 0.013 0.0928 11.91 % 4 Vpp 0.215 0.052 0.0163 24.34 % 6 Vpp 0.325 0.119 0.2056 36.7 % 10 Vpp 0.497 0.289 0.2178 56.19 % Pada amplitude sinyal input yang kecil, daya beban serta daya disipasi yang dihasilkan juga kecil. Sedangkan untuk amplitude sinyal yang lebih besar, dihasilkan daya beban dan disipasi beban yang besar pula. Sehingga dapat dikatakan bahwa daya pada beban daya disipasi pada penguat kelas AB ini berbanding lurus (linier) dengan nilai sinyal input dan outputnya.

Dalam hal efisiensi, pada sinyal input terbesar (10 Vpp) dihasilkan efisiensi sebesar 56.19 %. Oleh karena itu, penguat kelas AB ini dapat dikatakan baik dalam hal efisiensi.



D

ISIPAS PADA

T

RANSISTOR DAN RANGAKAIAN

T

ERMAL

*Percobaan ini tidak sempat dilakukan karena keterbatasan waktu saat praktikum.

5. K

ESIMPULAN

Percobaan yang dilakukan pada praktikum I tahap output penguat daya ini bertujuan antara lain untuk mengamati karakteristik dari ketiga kelas

(14)

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB 14 penguat yaitu kelas A, B, dan AB. Setelah

dilakukan pengamatan, maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

Tahap output penguat daya terdiri dari beberapa kelas yang tiap-tiap kelas tersebut memiliki kelemahan dan kelebihan masing-masing. Faktor yang memberdakan tiap kelas tersebut yaiut dilihat dari batas penguatannya, linieritas (kualitatif dan kuantitatif), daya disipasinya, serta efiensi yang dihasilkan. Kelas penguat yang linier secara kualitatif belum tentu dapat dikatakan linier secara kuantitatif.

Penguat kelas A memiliki swing sinyal yang baik, namun untuk batas bawah sinyalnya masih terpengaruh oleh nilai RL yang digunakan (apabila arus bias tidak mencukupi). Distorsi saturasi terjadi ketika rangkaian diberi tegangan input yang terlalu besar. Pada penguat kelas A, daya disipasi yang dihasilkan cukup besar sedangkan efisiensi maksimumnya cukup kecil (berkisar antara 10 – 20 %).

Penguat kelas B terjadi distorsi cross-over yang disebabkan karena adanya tegangan

cut-in pada transistor. Daya disipasi yang

dihasilkan pada penguat kelas B berbanding lurus dengan inputnya. Untuk besar efisiensi yang dihasilkan yaitu berkisar antara 50 - 60 %. Distorsi cross-over yang terjadi pada penguat kelas B ini, dapat minimalisasi dengan penambahan rangkaian umpan balik (feedback)

operasional amplifier . Namun dengan

penambahan feedback ini dapat mengurangi sedikit efisiensi dari rangkaian. Penguat kelas AB merupakan kelas yang mengkombinasikan kelebihan-kelebihan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Dari rangkain penguat kelas AB hasil yang diperoleh yaitu sinyal output dengan swing yang baik serta linieritas yang baik namun dengan tidak adanya distorsi cross-over. Selain itu daya disipasi yang dihasilkan berbanding lurus dengan inputnya dan efisiensi yang dihasilkan cukup tinggi (sekitar 56.19 %).

Secara garis besar dapat disimpulkan bahwa untuk batas penguatan, linieritas, daya disipasi, dan efisiensi dari suatu penguatan palinh baik adalah penguat kelas AB.

D

AFTAR

P

USTAKA