oleh Ir. Bambang Sutopo,M.Phil Jurusan Teknik Elektro FT-UGM 2007 Bahan Kuliah Elektronika Dasar Pertemuan ke 10 TRANSISTOR PENGUAT DAYA dan PERANCANGAN PENGUAT KLAS A (amplifier design) oleh Ir. Bambang Sutopo,M.Phil Jurusan Teknik Elektro FT-UGM 2007

Diah Puspita 100μF Adi Mahmud 10μF

Karena sifat transistor Karena CE 70% BW

PROGRAM MATLAB loglog(frek100,gain100,'b',frek10,gain10,'r'); 3000 3500 4000 4500 5000 5500 6000 6500 7000 10000 11000 12000 13000 14000 15000 16000 20000 120000 200000 400000 ... 600000 800000 1000000 1500000 2000000 4000000 5000000]; frek100 = [10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 200 300 400 500 600 700 800 900 ... 10000 20000 30000 40000 50000 60000 70000 80000 90000 100000 ... 200000 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 ... 1000000 2000000 3000000 4000000 5000000 6000000 7000000 8000000 9000000 10000000]; gain10 = [4.4 4.8 5.6 6.4 9.6 12.8 16 18.8 22 24.8 27.6 30.4 32.8 35.6 42.4 42.4 47.2 51.21 55.2 61.6 ... 66.8 72 76 79.2 86 90 94 94 96 98 98 100 100 102 102 102 102 102 102 102 102 ... 102 102 102 102 98 92 84 80 64 52 30 22]; gain100 = [12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 72 88 100 104 108 112 108 112 ... 116 116 116 116 120 116 120 116 116 116 ... 120 116 112 108 104 100 96 92 ... 88 64 48 36 28 19.2 16.8 13.8 12.5 10.48]; loglog(frek100,gain100,'b',frek10,gain10,'r'); %plot(frek100,gain100,'b',frek10,gain10,'r'); %semilogx(frek100,gain100,'b',frek10,gain10,'r'); title('TANGGAPAN FREKUENSI','fontsize',16); xlabel('Frekuensi','fontsize',14); ylabel('GAIN','fontsize',14); set(gca,'fontsize',8,'position',[0.10 0.10 0.75 0.75]); grid on;

GAIN TEORITIS

PROGRAM C1=1*10^-6; C2=10*10^-6; C3=100*10^-6; C4=1000*10^-6; re=7.0; RC=820.0; RE1=220.0; f=0.1:1:200000; w=2*pi*f; s=j*w; z1=RC*(RE1*C1*s+1)./(RE1*re*C1*s+RE1+re); z2=RC*(RE1*C2*s+1)./(RE1*re*C2*s+RE1+re); z3=RC*(RE1*C3*s+1)./(RE1*re*C3*s+RE1+re); z4=RC*(RE1*C4*s+1)./(RE1*re*C4*s+RE1+re); zmag1=abs(z1); zmag2=abs(z2); zmag3=abs(z3); zmag4=abs(z4); semilogx(f,zmag1,'b',f,zmag2,'r',f,zmag3,'g',f,zmag4,'m'); title('TANGGAPAN FREKUENSI TEORITIS BERBAGAI CE','fontsize',12); xlabel('Frekuensi (Hertz)','fontsize',14); ylabel('GAIN','fontsize',14); set(gca,'fontsize',8,'position',[0.10 0.10 0.75 0.75]); grid on;

100 μF 10 μF

` PENGUAT KLAS A IC IB VCC/2 VCC IC/2 Tegangan keluaran (VCE) Vin GARIS KERJA IC Tegangan keluaran (VCE) Masih mempunyai bentuk yang sama dengan tegangan masukan (Vin) Ic TITIK KERJA Ic IB VCC/2 VCC IC/2 VCE VCE

Perancangan Hambatan Kolektor Dengan RD=RC+RE. Perhitungan hambatan kolektor adalah sbb: Maka didapatkan hambatan kolektor sebesar :

Perhitungan Hambatan Emitor Perhitungan Hambatan Emitor sbb : Didapatkan

KARAKTERISTIK TRANSISTOR

Garis Kerja VCC/2

Hambatan Basis Hambatan basis dapat diperhitungkan dengan perumusan sbb : VBE merupakan besaran tegangan basis emitor yang besarnya ditentukan oleh jenis transistor.

Contoh perhitungan RD Bila ditentukan : Perhitungan RD : = 6000 Ohm Tegangan penyedia daya (Vcc) = 12V Arus kolektor (Ic) = 1mA Perhitungan RD : [agar titik kerja berada di tengah garis kerja] = 6000 Ohm

Perhitungan hambatan EMITOR Perhitungan Re sbb : Dipilih G = 20, maka = 286 Ohm [Digunakan hambatan 220-ohm]

Perhitungan Hambatan Kolektor Perhitungan Rc sbb : [digunakan 5,6 K-ohm]

Perhitungan Hambatan Basis Perhitungan Rb sbb : Asumsi : VBE = 0,7 Volt dan hFE=115 [digunakan 1M-ohm and 220K-ohm] Besaran hFE dan VBE adalah besaran asumsi. Untuk lebih teliti VBE dan HFE harus ditentukan dari transistor yang digunakan, mengingat pada kenyataannya HFE dan VBE transistor tidak sama persis walaupun jenisnya sama.

RANGKAIAN PENGUAT yang dirancang RC C2 R1 Vout I0 C1 RANGKAIAN PENGUAT yang dirancang Vin IC R2 RE CE

Langkah-langkah perancangan penguat klas A Tentukan titik kerja yang diinginkan IC dan VCE dan juga gain pada frekuensi rendah. Gain pada frekuensi menengah mengikuti besarnya RC terhitung nanti. VBE dan hFE transistor ditentukan dari percobaan. IC ditentukan sekitar 1% dari ICmax, VCE = ½ VCC RE dipilih berdasarkan gain pada frekuensi rendah. RC/RE= gain.

Langkah-langkah perancangan Penentuan R1 dan R2 IB = IC/hFE Pilih arus yang lewat R1 dan R2 (I0) yang jauh lebih besar dari IB (antara 10 s/d 100 kali). R2 =(VBE + VE)/I0=(VBE + IC RE)/I0 R1+ R2 = VCC/ I0  R1 = VCC / I0 - R2

Langkah-langkah perancangan penentuan CE, C1 dan C2 CE ditentukan dari frekuensi minimum yang ingin diperkuat. C1 dan C2 ditentukan dari frekuensi minimum yang ingin dilewatkan penguat. Kalau R1>>R2 maka, Biasanya digunakan C1 = C2 dan fmin = 20 Hz

PENGUAT klas B Perhatikan Gelombang output hanya separoh gelombang input TITIK KERJA

POWER AMPLIFIER (klas B, SIMETRIS KOMPLEMENTER) +VCC Tersusun atas transistor NPN dan PNP Kedua transistor bergantian menghantar Menggunakan dual supply ( plus dan minus). Saat V1 = 0, kedua transistor OFF T1 R1 V1 RL T2 -Vee

POWER AMPLIFIER (klas B, saat sinyal positif) VCC Transistor 1 menghantar Arus Ic mengalir di RL dari atas ke bawah. Ic Ib T1 IL R1 V1 + RL

POWER AMPLIFIER (klas B, saat sinyal negatif) Transistor 2 menghantar Arus IC mengalir di RL dari bawah ke atas. R1 V1 T2 RL Ic Ib + Vee

Penguat klas B Tidak ada arus mengalir saat tak ada sinyal Setiap transistor hanya memperkuat separoh gelombang Sangat efisien

KEKURANGAN KLAS B Terjadi distorsi cross-over, karena saat pergantian OFF dan ON kedua transistor tidak terjadi pada saat yang sama. Kedua transistor tak linier. Membutuhkan dua transistor yang sifatnya identik, berpasangan.

Cross over distortion

POWER AMPLIFIER (klas AB, dual supply)

Cara kerja Saat sinyal positip, Q1 On, Q2 OFF. Kalau Ib berubah mengikuti perubahan Vin, demikian juga Ic,selanjutnya tegangan pada Rl juga berubah. Saat sinyal negatif, Q1 OFF, Q2 On.Perubahan Ib karena input juga mnakibatkan perubahan IC. Saat tak ada sinyal mengalir arus ib kecil untuk memperthankan kedua transistor ON

Titik kerja klas AB IB IC VCE Vin GARIS KERJA Ic Ic TITIK KERJA VCE

KLAS AB SINGLE SUPPLY Klas AB dengan dual supply terlalu mahal untuk penguat yang berdaya kecil, Maka Dibuat penguat klas AB dengan single supply, bagi kebanyakan penguat berdaya kecil. Contoh : active speaker pada komputer

POWER AMPLIFIER (klas AB, single supply,speaker) VCC Memperkuat arus RE1 dan RE2 sangat kecil nilainya R1 dan R2 digunakan sebagai pembatas arus basis. R1 T1 RE1 C2 C1 + D1 B c c A D2 RE2 speaker T2 R2 VA=VB=1/2 x VCC R1=R2, RE1=RE2, T1 identik T2

ANALISIS DC (klas AB, single supply) VCC R1 T1 RE1 D1 B VCC/2 VCC/2 c A c D2 RE2 T2 R2

ANALISIS DC (klas AB, single supply) VCC R1 T1 RE1 D1 VCC/2 B VCC/2 c A c

ANALISIS DC (klas AB, single supply) VCC R1 T1 RE1 VCC/2 c A VTH dan RTH

ANALISIS DC (klas AB, single supply) VCC R1 VTH dan RTH VCC/2 c A

R1 Vγ Model Dioda VCC/2 VTH dan RTH Rf

ANALISIS DC VCC/2 Vγ R1 Rf Rf << R1

Menghitung IB dan IC RTH RE1 D1 T1 A B VCC/2 VTH

Menghitung R1

R1 UNTUK NILAI IC MAKSIMUM YANG DIINGINKAN

R1 UNTUK NILAI IC MAKSIMUM YANG DIINGINKAN Disederhanakan :

POWER AMPLIFIER (klas AB, sinyal positip, T1 On) VCC T1 on, T2 OFF Arus I tetap mengalir, Arus Ib bertambah seiring dengan bertambahnya Vb, karena V1 R1 T1 IDC C2 C1 + D1 RE1 IAC B c c A D2 V1 speaker R2

POWER AMPLIFIER (klas AB, sinyal negatip, T2 on) Memperkuat arus RE1 dan RE2 sangat kecil nilainya R1 dan R2 digunakan sebagai pembatas arus basis. R1 C2 C1 + D1 B c c A D2 RE2 speaker T2 R2

POWER AMPLIFIER (klas AB, single supply,sumber arus) VCC R1 T1 RE1 C2 C1 + D1 B c c A D2 RE2 speaker T2 Sumber arus

Penjelasan analisis ac VCC R1 T1 RE1 C2 C1 + D1 B c c A D2 speaker Sumber arus

Penjelasan analisis ac VCC R1 T1 RE1 C2 C1 + D1 B c c A D2 Sumber arus

Penjelasan analisis ac VCC R1 T1 RE1 Rf Sinyal AC RS

Penjelasan analisis ac βre B ib E iin i0 i1 Rf R1 βIb Sinyal AC RS C

POWER AMPLIFIER (klas AB, Single supply,sumber arus) Atur R=5,6K agar tegangan tengah dioda sekitar 6 volt. R2 Sumber arus

POWER AMPLIFIER dan PRE-AMP

P = I2 x R P = V2 / R DAYA SPEAKER P = daya speaker (watt) I = arus speaker (Arms) V = tegangan speaker (Vrms) R = hambatan speaker (Ohm)

PERHITUNGAN TEGANGAN Misal : P = 3 watt ; R = 4 Ohm Tegangan yang diperlukan :

PERHITUNGAN ARUS Misal : P = 3 watt ; R=4 Ohm Arus yang diperlukan : Kesimpulan : speaker 3 watt,4 Ohm memerlukan tegangan puncak 4,89 volt dan arus puncak 1,21 amp.

PERANCANGAN PENGUAT KLAS AB Tentukan tegangan dan arus yang diperlukan speaker ( ini adalah nilai maksimum, berarti menghasilkan suara yang paling keras) Penguat klas AB tidak memperkuat tegangan, sehingga besarnya tegangan masukan harus sama dengan keluaran yang diinginkan speaker. Penguat klas AB hanya memperbesar arus sehingga penguat harus bisa memberi arus seperti yang diinginkan speaker.

PEMILIHAN KOMPONEN Pilih transistor yg mempunyai IC maks yang sesuai dengan keinginan. R1 dan R2 harus mampu memberi arus maksimum (menurut rumus) C2 harus mampu melewatkan frekuensi rendah yang diinginkan RE1 dan RE2 diusahakan sekecil mungkin, untuk stabilisasi. Dalam hal IB terlalu besar, karena permintaan IC. Gunakan rangkaian transistor Darlington

POWER AMPLIFIER dengan rangkaian darlington VCC Rangkaian memperkecil arus basis IC=b1b3IB RE1 RE2 C2 speaker T1 T2 R1 R2 C1 D1 D3 T3 T4 D2 D4 R3

EFISIENSI PENGUAT

DAYA MASUKAN DC Arus DC masukan : Daya DC masukan :

DAYA KELUARAN Nilai rms : Nilai PUNCAK :

EFISIENSI Efisiensi : Efisiensi maksimum :