LAPORAN PRAKTIKUM ELEKTRONIKA ANALOG

(1)

LAPORAN

PRAKTIKUM ELEKTRONIKA ANALOG

PERCOBAAN 3

PENGUAT KELAS B DAN AB

NAMA : ASHARI PUJO SULISTYO

NIM : 1905346464073

TGL PENGERJAAN : 10 APRIL 2020

FAKULTAS TEKNIK JURUSAN TEKNIK ELEKTRO PRODI PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

(2)

PRAKTIKUM 4

PENGUAT KELAS B DAN AB

I. Tujuan :

1. Mahasiswa dapat mengetahui dan menjelaskan karakteristik penguat kelas B dan AB

2. Mahasiswa dapat merancang penguat kelas B dan AB

3. Mahasiswa dapat melakukan analisa rangkaian penguat kelas B dan AB

4. Mahasiswa dapat menjelaskan fungsi dan kegunaan penguat kelas B dan Ab

II. Dasar Teori

Penguat Transitor

Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal, dan terminalnya adalah E (Emitter), B (Base) & C (Collector). Transistor dapat bekerja di tiga wilayah berbeda seperti wilayah aktif, wilayah cut-off & wilayah saturasi. Transistor dimatikan saat bekerja di daerah cut-off dan dihidupkan saat bekerja di wilayah saturasi. Transistor berfungsi sebagai penguat saat mereka bekerja di wilayah aktif. Fungsi utama sebuah transistor sebagai penguat adalah untuk meningkatkan sinyal input tanpa banyak berubah.

Rangkaian penguat atau amplifier dapat didefinisikan sebagai, rangkaian yang digunakan untuk memperkuat sinyal. Input dari penguat adalah tegangan atau arus, di mana output akan menjadi sinyal input penguat. Rangkaian penguat yang menggunakan transistor dikenal sebagai penguat transistor. Aplikasi rangkaian penguat transistor terutama terlibat dalam audio, radio, komunikasi serat optik, dll

Parameter dari transistor yang baik terutama mencakup parameter yang berbeda yaitu gain tinggi, laju perubahan tegangan tinggi, bandwidth tinggi, linearitas tinggi, efisiensi tinggi, impedansi input daya tinggi, dan stabilitas tinggi. Konfigurasi Transistor diklasifikasikan menjadi tiga jenis seperti CB (common base), CC (common collector), dan CE (Common emitter). Tetapi konfigurasi common emitor sering digunakan dalam aplikasi seperti penguat audio. Karena dalam konfigurasi CB, gain <1, dan pada konfigurasi CC, gain hampir setara dengan 1. Berdasarkan sistem pertanahan transistor (grounding) penguat transistor dibagi menjadi tiga jenis, yaitu :

(3)

1. Penguat Common Base (grounded-base)

Penguat Common Base adalah penguat yang kaki basis transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke emitor dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.

Penguat Common base mempunyai karakter sebagai berikut :

 Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga meminimalkan efek umpan balik.

 Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (pre amplifier).

 Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF.

 Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.

2. Penguat Common Emitor

Penguat Common Emitor adalah penguat yang kaki emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Emitor juga mempunyai karakter sebagai penguat tegangan.

Penguat Common Emitor mempunyai karakteristik sebagai berikut :

 Sinyal outputnya berbalik fasa 180 derajat terhadap sinyal input.

 Sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif, sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya.

 Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal audio).

 Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada kestabilan suhu dan bias transistor.

3. Penguat Common Collector

Penguat Common Collector adalah penguat yang kaki kolektor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki emitor. Penguat Common Collector juga mempunyai karakter sebagai penguat arus .

Penguat Common Collector mempunyai karakteristik sebagai berikut:

 Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal input (jadi tidak membalik fasa seperti Common Emitor)

(4)

 Mempunyai penguatan tegangan sama dengan 1.

 Mempunyai penguatan arus samadengan HFE transistor.

 Cocok dipakai untuk penguat penyangga (buffer) karena mempunyai impedansi input tinggi dan mempunyai impedansi output yang rendah.

Penguat Kelas B

Penguat Kelas B adalah rangkaian penguat daya yang kerjanya berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. penguat kelas B bekerja dengan titik operasi yang terletak pada ujung kurva karakteristik (titik cut off), sehingga daya operasi tenang (quescent power)-nya sangat kecil.

Dalam kondisi tidak ada sinyal input maka penguat kelas B berada dalam kondisi OFF dan baru bekerja jika ada sinyal input dengan level diatas 0.6Volt (batas tegangan bias transistor). Penguat kelas B mempunyai efisiensi yang tinggi karena baru bekerja jika ada sinyal input. Namun karena ada batasan tegangan 0.6 Volt maka penguat kelas B tidak bekerja jika level sinyal input dibawah 0.6Volt. Hal ini menyebabkan distorsi (cacat sinyal) yang disebut distorsi cross over, yaitu cacat pada persimpangan sinyal sinus bagian atas dan bagian bawah.

Penguat kelas B ini memanfaatkan teknik push-pull yaitu dua transistor yang bekerja saling komplementer. Kedua transistor tsb berbeda tipe namun karakteristiknya sama atau matched. Keluaran push–pull atau tarik–ulur adalah sebuah sirkuit elektronik yang dapat menggerakkan baik arus positif ataupun negatif kepada beban. Keluaran push–pull adalah standar untuk logika digital TTL dan CMOS serta beberapa jenis penguat, dan biasanya terbuat dari pasangan transistor komplementer, salah satu membenamkan arus dari beban ke catu negatif, sedangkan yang lainnya menyuplai arus dari catu positif ke beban

Didalam aplikasinya, Penguat Kelas B adalah rangkaian penguat daya dengan 2 transistor yang mempunyai keuntungan-keuntungan penguatan daya maks turun menjadi seperlima dari daya beban dan aliran arus tanpa sinyal menjadi sekitar satu persen dari IC(sat).

Keuntungan pertama sangat penting terutama jika diperlukan daya beban yang besar misalnya pada pemancar komunikasi, keuntungan kedua penting dalam sistem tenaga dengan baterei. Dalam rangkaian penguat kelas B, transistor berada dalam daerah aktif untuk setengah perioda. Selama setengah perioda yang lain, transistor tersebut cut-off.

Ini artinya arus kolektor mengalir untuk 180° dalam tiap transistor pada rangkaian penguat kelas B.

(5)

Gambar rangkaian dasar power amplifier kelas B push-pull

Power amplifeir kelas B push-pull dibuat menggunakan sumber tegangan simetris karena penguatan sinyal input dibagi 2 bagian, penguat sinyal puncak posistif dan penguat sinyal puncak negatif. Proses pemecahan sinyal tersebut dilakukan oleh D1 dan D2. Untuk power amplifier kelas B push-pull selalu dikonfigurasikan secara common-emitor yang bertujuan untuk menghindari terjadinya distorsi sinyal.

Gambar rangkaian dasar amplifier kelas B

Pada amplifier kelas B, transistor bekerja hanya dalam daerah aktif selama setengah periode. Selama setengah periode lainnya transistor tersebut tersumbat (cut off). Titik kerja amplifier kelas B (Q) terletak di cut off pada garis beban ac.

Keuntungan dari amplifier kelas B adalah lebih kecilnya kehilangan daya transistor, daya beban dan efisiensi penguatan yang lebih besar.

(6)

Karakteristik Penguat Kelas B

 Efisiensi lebih tinggi (50 – 70)%.

 Ada pemotongan sinyal maka penguat B dibuat B dibuat “push pull”

 Phush pull/transistor bekerja bergantian antara Q1 (NPN) dan Q2 (PNP).

 Panas yang dihasilkan tidak terlalu besar.

 Adanya cacat silang (cros over).

 Tegangan power supply +, – dan ground.

 Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor.

 Batasan tegangan 0,6V.

Penguat kelas AB

Penguat kelas AB ini dibuat bertujuan untuk membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distorsi) dari penguat kelas A dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang lebih baik seperti pada amplifier kelas B. Karena amplifier kelas A memiliki efisiensi daya yang rendah (±25%) yang disebaban titik kerja berada di 1/2 VCC tetapi memiliki kualitas sinyal yang terbaik. Sedangkan amplifier kelas B memiliki efisiensi daya yang baik (±85%) karena titik kerja mendekati VCC tetapi kualitas suara yang kurang baik. Sehingga dibuat amplifier kelas AB yang memiliki efisiensi daya penguatan sinyal (±60%) dengan kualitas sinyal audio yang baik.

(7)

Gambar rangkaian dasar powe amplifier kelas AB

Panguat kelas AB pada umumnya menggunakan sumber tegangan simetris. Fungsi dioda pada rangkaian penguat kelas AB diatas adalah untuk memecah sinyal sisi puncak positif dan sisi sinyal puncak negatif. Q1 dan Q2 masing-masing berfungsi sebagai penguat sinyal sisi puncak positif dan puncak negatif. Pada saat menguatkan sinyal sinus maka pada rangkaian amplifier kelas AB diatas dapat dihitung tegangan output dan daya output dari rangkaian diatas sebagai berikut.

Dimana Vd adalah tegangan dioda antara basis dan Vin

Rangkaian diatas merupakan rangkaian dasar power amplifier kelas AB yang sering diaplikasikan pada power amplifier OCL, OTL maupun BTL. Power amplifier kelas AB ini cocok digunakan sebagai penguat sinyal audio karena memiliki efisiensi daya yang baik dan sinyal output yang dihasilkan tidak mengalami distorsi.

Cara Kerja Penguat Kelas AB Push Pull

Pada rangkaian ekivalen AC berikut ini selama setengah perioda positif dari tegangan sumber, dioda emitor dinyalakan (turn on) dan titik operasi berayun dari Q yang bernilai VCC/2 ke VCC, jadi sinyal tegangan puncak positif sama dengan VCEQ. Selama setengah perioda negatif dari sumber tegangan, dioda

(8)

emitor dibias balik dan tidak ada arus yang mengalir. Inilah sebabnya tegangan pada RL adalah sinyal setengah gelombang.

Gambar sinyal output saat transisitor NPN bekerja

Kemudian pada rangkaian dibawah ini kita misalkan dioda emitor dibias dekat titik sumbat (cut off). Selama setengah siklus positif dari tegangan sumber AC, dioda emitor dibias balik dan tidak ada arus kolektor yang mengalir. Tetapi pada setengah siklus negatif dari tegangan sumber dioda emitor dibias maju.

Karenanya titik operasi berayun dari Q ke penjenuhan. Karena arus IL mengalir melalui RL dan tegangan RL adalah negatif terhadap tanah (ground). Inilah sebabnya tegangan output pada gambar tersebut hanya terdiri dari setengah – setengah siklus negatif saja.

Untuk mendapatkan rangkaian balance, kita gabungkan dua pengikut emitor, transistor NPN memelihara setengah siklus positif dari tegangan sumber sedangkan transistor PNP menangani setengah siklus negatif. Pada cara ini tegangan output berupa gelombang sinus lengkap. Penyusunan balance (push pull) ini satu transistor konduksi selama setengah siklus positif dan transistor lainnya selama setengah siklus negatif. Jika digabungkan maka kerja rangkaian adalah melengkapi tiap setengah siklus yaitu arus dan tegangan dari setengah siklus sama dan berlawanan dengan setengah siklus lainnya. Hal ini menyederhanakan analisa rangkaian AC dari rangkaian pushpull ini maka kita hanya perlu menganalisa kerja dari setengah siklus saja.

Untuk mengatasi cross-over pada penguat adalah dengan menggeser sedikit titik Q pada garis beban dari titik B ke titik AB. Ini tujuannya tidak lain adalah agar pada saat transisi sinyal dari fase positif ke fase negatif dan sebaliknya, terjadi overlap diantara transistor Q1 dan Q2. Pada saat itu, transistor Q1 masih aktif sementara transistor Q2 mulai aktif dan demikian juga pada fasa baliknya. Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efesiensi (sekitar 50% - 75%) dengan mempertahankan fidelitas sinyal keluaran.

(9)

Datasheet Transistor 2N2907

(10)

(11)

(12)

(13)

III. Alat dan Bahan

1. Osciloscop 1 buah

2. Multimeter 1 buah

3. Fuction generator 1 buah

4. Trainer penguat kelas A dan B 1 buah

5. Power supply 1 buah

6. Software simulasi multisim IV. Langkah Kerja Simulasi

1. Buatlah rangkaian penguat sesuai dengan gambar kerja dengan software mulisim

2. Pasang function generator pada input 1 Vp-p dan frekuendi 50 Hz 3. Ubah -ubah nilai tegangan pada input dari sampai mencapai

tegangan saturasi

4. Ukur hasil keluaran dengan oscilloscope dan amati tampilannya 5. Print screen hasil pembacaan oscilloscope

6. Catat hasil percobaan dari penguat tersebut

7. Buat kesimpulan dari hasil percobaan tersebut dan pertanyaan yang sudah diajukan di bawah.

V. Langkah Kerja Trainer

Rangkai trainer seperti gambar 5.2, kemudian lakukan langkah 2-7.

VI. Gambar Rangkaian

 5.1

(14)

 5.2

VII. Hasil Percobaan

 5.1

(15)

 5.2

(16)

VIII. Pertanyaan

1. Jelaskan tentang penguatan kelas B dan AB ? Jawab:

 Penguat kelas B adalah penguat yang bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor. Dalam kondisi tidak ada sinyal input maka penguat kelas B berada dalam kondisi OFF dan baru bekerja jika ada sinyal input dengan level diatas 0.6Volt (batas tegangan bias transistor).

 Penguat kelas AB adalah kombinasi dari penguat jenis penguat kelas A dan penguat kelas B. Penguat kelas AB ini merupakan salah satu jenis desain penguat daya audio yang paling umum digunakan. Kedua transistor penguat kelas AB ini memiliki tegangan bias yang sangat kecil, biasanya pada 5 hingga 10 perssen dari arus diam untuk membiasakan transistor tepat diatas titik batasnya. Kemudian alat pengantar baik bipolar FET

(17)

akan ON selama lebih dari satu setengah siklus, tetapi jauh lebih sedikit dari satu siklus penuh dari sinyal input.

2. Apa fungsi penguat kelas B dan AB pada rangkaian?

Jawab:

 Penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir sinyal audio karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt). Dalam aplikasinya, penguat kelas B menggunakan sistem konfigusi push-pull yang dibangun oleh dua transistor. Penguat Kelas B tunggal jarang dipergunakan dalam praktik, meskipun dapat dimanfaatkan sebagai penguat daya frekuensi radio (RF) yang tidak terlalu memperhatikan cacat yang timbul.

 Penguat kelas AB membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distorsi) dari penguat kelas A, untuk mendapatkan efisiensi data yang lebih baik,untuk mengatasi cacat silang atau crossover distortion pda penguat kelas B.

3. Apa kegunaan diode pada penguat kelas AB? Apa yang akan terjadi jika diode ditiadakan ?(pada Gambar 5.1)

Jawab:

Fungsi dari diode yang ada dalam penguat sinyal AB adalah untuk memecah sinyal sisi puncak positif dan sisi sinyal puncak negatif. Q1 dan Q2 masing-masing berfungsi sebagai penguat sinyal sisi puncak positif dan puncak negative. Jika diode ditiadakan maka tidak akan terbentuk gabungan antara sinyal kelas A dan kelas B dimana apabila gabungan itu terjadi akan memberikan efisiensi yang baik dan dapat mengurangi kecacatan sinyal.

4. Apa kegunaan hambatan R2 dan R3 pada trainer penguat? Apa yang akan terjadi jika hambatan ditiadakan?(pada Gambar 5.2) Jawab:

Adanya R2 dan R3 didalam rangkain penguat sinyal kelas B adalah untuk mengurangi kecacatan pada output dari penguat kelas B, titik dari transisitor harus berada sedikit diatas cut off atau sekitar 0,6-0,7. Tapi masalahnya adalah ketika IC sangat sensitive terhadap VBE, menurut data sheet maka akan naik 10 kali lipat dengan penambahan tegangan 60mV. Oleh karena itu resistor variable dibutuhkan untuk menentukan titik transistor tersebut.

(18)

Jika hambatan ditiadakan dalam simulasi no 5.2 maka akan terjadi crossover distortion didalam rangkaian penguat kelas B.

5. Termasuk jenis common apakah kedua penguat tersebut?

Jawab:

Common yang digunakan oleh kedua rangkaian tersebut adalah rangkaian common emitor. Karena kaki transistor yang dihubungkan dengan ground(di-groundkan) adalah kaki transitor. , lalu input di masukkan ke basis dan output diambil pada kaki kolektor. Sinyal outputnya berbalik fasa 180-360 derajat terhadap sinyal input.

6. Tuliskan rumus penurunan penguatan tegangan dan penguatan arusnya

Jawab:

Persamaan tegangan pada basis-emitor Vbe = Ib. β

Persamaan tegangan keluaran pada beban (vOUT) Vout = Ic Rc . Rl

Rc+Rl = Ib. β Rc . Rl Rc+Rl

Sehingga penguatan tegangannya adalah Av= Vout

Vbe = Ib . β

Ib . Reb(Rc . Rl

Rc+Rl) = β

Reb( Rc . Rl Rc+Rl) Persamaan penguatan arusnya adalah

A_i=A_vi R_L Rin

7. Hitung efisiensi masing-masing penguat Jawab:

(19)

 Efisiensi pada penguat B = π

4 X100 %=78.5 %

 Efiseiensi pada penguat AB = dari penguat kelas A, (di mana transistor output berjalan 100% dari waktu) dapat menjadi tinggi, efisiensi konversi dari catu daya DC ke output daya AC umumnya buruk di kurang dari 50%.

Maka efisiensi penguat kelas AB adalah 50+78,5

2 X100 %=89,25 %

8. Sebutkan perbedaan penguat kelas B dan penguat kelas AB Jawab:

a. Penguat Kelas B Karakteristik :

Efisiensi lebih tinggi (50 - 70)%.

Ada pemotongan sinyal maka penguat B dibuat B dibuat

"push pull"

Phush pull/transistor bekerja bergantian antara Q1 (NPN) dan Q2 (PNP).

Panas yang dihasilkan tidak terlalu besar.

Adanya cacat silang (cros over).

Tegangan power supply +, - dan ground.

Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor.

Batasan tegangan 0,6V.

b. Penguat Kelas AB Karakteristik :

 Efisiensi (sekitar 50% - 75%) dengan memperhatikan fidelitas sinyal keluaran.

 Terjadi pelebaran sinyal pada kedua transistornya aktif ketika saat transisi (gumming).

 Titik kerja sedikit di atas daerah cut off.

 Phus pull/Transistor bekerja bergantian antara Q1 (NPN) dan Q2 (PNP).

 Panas yang dihasilkan tidak terlalu besar.

 Tidak terjadi cacat (cross over)

 Fidelitas tinggi.

 Tegangan Power supply +, - dan Ground.

IX. Kesimpulan

(20)

1. Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal, dan terminalnya adalah E (Emitter), B (Base) & C (Collector).

Transistor dapat bekerja di tiga wilayah berbeda seperti wilayah aktif, wilayah cut-off & wilayah saturasi.

2. Penguat transistor kelas B adalah penguat yang bekerja berdasarkan tegangan bias dari sinyal input yang masuk. Titik kerja penguat kelas B berada dititik cut-off transistor, Dalam kondisi tidak adasinyal input maka penguat kelas B berada dalam kondisi OFF dan baru bekerja jika ada sinyalinput dengan level diatas 0.6Volt (batas tegangan bias transistor).

3. Penguat kelas AB adalah kombinasi dari penguat jenis penguat kelas A dan penguat kelas B. Kedua transistor penguat kelas AB ini memiliki tegangan bias yang sangat kecil, biasanya pada 5 hingga 10 perssen dari arus diam untuk membiasakan transistor tepat diatas titik batasnya.

4. Penguat kelas B biasa digunakan pada penguat akhir sinyal audio karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt). Dalam aplikasinya, penguat kelas B menggunakan sistem konfigusi push-pull yang dibangun oleh dua transistor. Penguat Kelas B tunggal jarang dipergunakan dalam praktik, meskipun dapat dimanfaatkan sebagai penguat daya frekuensi radio (RF) yang tidak terlalu memperhatikan cacat yang timbul.

5. Penguat kelas AB merupakan kompromi antar efisiensi dan fidelitas penguat. Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi pilihan sebagai penguat audio.

6. Masing-masing transistor memiliki efisiensi yang berbeda sesuai kebutuhannya. Sehingga harus diperhatikan efisiensi seperti apa yang dibutuhkan untuk rangkaian yang akan dibuat.