ELEKTRONIKA Bab 8. Model AC Dr. JUSAK

Model AC Jika sebuah tegangan AC kecil dihubungkan ke basis, akan menghasilkan tegangan kolektor AC yang lebih besar. Atau bisa dikatakan tegangan kolektor adalah versi tegangan basis AC yang dikuatkan. Dengan ditemukannya transistor sebagai penguat, merupakan evolusi di bidang elektronika untuk menggatikan tabung vakum. Tanpa penguat tidak akan ada radio, televisi, komputer, dan banyak perangkat elektronika lainnya.

Penguat Bias Basis Penguat bias basis tidak diproduksi secara masal, namun pemahaman terhadap bias basis penting sebagai pembahaman dasar bagi sebuah penguat. Kapasitor Penyambung (Coupling Capacitor) Impedansi kapasitor berbanding terbalik dengan frekuensi. Oleh karena itu kapasitor melewatkan tegangan AC dan memblokir tegangan DC.

Kapasitor Penyambung (kopling) Pada Gambar di bawah, kapasitor disebut sebagai kapasitor kopling karena menghubungkan sinyal AC melalui resistor. Dengan cara ini memungkinkan kita menghubungkan sinyal AC ke penguat tanpa mengganggu titik Q.

Kapasitor Penyambung (kopling) Agar kapasitor kopling bekerja dengan baik, reaktansi harus lebih kecil dibandingkan resistansi pada frekuensi terendah sumber AC. Misal, sumber AC mempunyai frekuensi bervariasi 20 Hz – 20 KHz, maka harus dipikirkan resistansi pada frekuensi 20 Hz. Kopling yang baik memenuhi : 𝑋 𝐶 <0,1𝑅 Dengan kata lain reaktansi paling sedikit 10 kali lebih kecil dibandingkan resistansi pada frekuensi terendah operasinya.

Kapasitor Penyambung (kopling) Perhatikan gambar di atas. Nilai impedansi adalah : 𝑍= 𝑅 2 + 𝑋 𝐶 2 Maka pada kondisi terjelek, nilai impedansi rangkaian adalah : 𝑍= 𝑅 2 + 0,1𝑅 2 = 1,01 𝑅 2 =1,005𝑅 Dengan perbandingan 𝑋 𝐶 <0,1𝑅, dapat didekati bahwa semua kapasitor kopling berfungsi sebagai rangkaian terhubung singkat AC. Lihat gambar (b).

Kapasitor Penyambung (kopling) Kesimpulan: Untuk analisis DC, kapasitor berfungsi seperti rangkaian terbuka. Untuk analisis AC, kapasitor berfungsi seperti rangkaian yang terhubung singkat.

Contoh 1 Jika sebuah rangkaian kapasitor dan tahanan dalam bentuk seri dengan sumber tegangan AC memiliki nilai 𝑅=2𝑘Ω, frekuensi berada pada range 20Hz sampai 20kHz, tentukan nilai kapasitor untuk menjadi sebuah kapasitor kopling!

Rangkaian DC Gambar di samping di atas adalah sebuah rangkaian bias basis dengan tegangan basis DC 0.7V. Dengan sumber tegangan 30V yang terhubung ke basis melalui resistor 1M, maka besar arus basis adalah : 𝐼 𝑏 = 30𝑉 1𝑀Ω =30𝜇𝐴

Rangkaian DC Apabila nilai penguatan arus 𝛽 𝑑𝑐 =100, maka 𝐼 𝐶 =3𝑚𝐴. Dan tegangan kolektornya adalah : 𝑉 𝐶 =30𝑉− 3𝑚𝐴 5𝑘Ω =15𝑉 Sehingga titik kerja Q terletak pada 3mA dan 15V.

Rangkaian Penguat Gambar di bawah ini adalah sebuah rangkaian penguat bias basis.

Rangkaian Penguat Cara kerja rangkaian ini adalah : Kapasitor kopling digunakan untuk menghubungkan sumber AC dengan basis. Karena kapasitor kopling terhubung buka untuk DC, maka arus basis DC akan tetap sama untuk rangkaian yang menggunakan atau tanpa kapasitor dan sumber AC. Begitu pula dengan kapasitor yang menghubungkan kolektor dengan resistor beban 100K. Idenya adalah kapasitor kopling melindungi Sumber AC dan resistansi beban dari perubahan titik Q.

Rangkaian Penguat Misalkan sumber AC yang terhubung sebesar 100V. Kapasitor kopling bersifat terhubung tutup untuk sumber AC, maka semua sumber tegangan AC akan tampak diantara basis dan ground. Tegangan AC ini akan menghasilkan arus basis AC ditambah dengan arus basis DC seperti pada gambar.

Rangkaian Penguat Dari arus basis dihasilkan arus kolektor sesuai tingkat penguatan transistor. Misalkan tingkat penguatan adalah 100, maka arus kolektor adalah 3mA. Karena arus kolektor yang telah dikuatkan melalui resistor kolektor, akan menghasilkan tegangan yang berubah-ubah. Maka tegangan yang dihasilkan juga berubah-ubah.

Rangkaian Penguat dan Bentuk Gelombang

Rangkaian Penguat dan Bentuk Gelombang Tegangan AC berbentuk sinusoidal terhubung ke basis yang mempunyai tegangan DC sebesar 0,7V. Tegangan AC ini menimbulkan arus basis sinusoidal. Hal ini menghasilkan arus dan tegangan kolektor yang juga sinusoidal, yang diinversikan dan dijumlahkan dengan tegangan kolektor DC 15V. Pada kapasitor kopling yang terhubung buka pada arus searah, akan menghambat komponen DC dari tegangan kolektor. Untuk arus bolak-balik kapasitor akan terhubung singkat dan menghubungkan tegangan kolektor AC dengan resistor beban. Sehingga tegangan beban adalah sinyal murni AC dengan nilai rata-rata nol.

Penguat Bias Emiter Penguat bias emitter (VDB atau TSEB) lebih banyak digunakan karena mempunyai titik Q yang lebih stabil. Kapasitor Bypass Cara kerja kapasitor bypass mirip dengan kapasitor kopling, yaitu meneruskan arus bolak-balik dan menahan arus searah. Tetapi kapasitor ini tidak digunakan untuk menyambung dua titik, kapasitor bypass digunakan untuk membuat ground sinyal AC.

Kapasitor Bypass Seperti pada gambar, kapasitor bypass membuat titik E terhubung langsusng pada ground. Kapasitor bypass penting karena membuat ground AC pada sebuah penguat tanpa mengganggu titik kerja Q.

Kapasitor Bypass Agar kapasitor bekerja dengan baik, reaktansinya harus lebih kecil dari frekuensi terendah pada sumber AC. Aturan yang digunakan untuk bypass yang baik adalah : 𝑋 𝐶 <0,1𝑅

Contoh 2 Perhatikan gambar di samping. Frekuensi masukan pada tegangan 𝑉 adalah 1kHz. Tentukan berapada nilai kapasitor 𝐶 agar titik 𝐸 terhubung pada ground!

Penguat Bias Pembagi Tegangan Gambar di bawah ini adalah rangkaian penguat bias pembagi tegangan.

Contoh 3 Pada rangkaian di atas, tentukan nilai dari: 𝑉 𝐵 , 𝑉 𝐸 , 𝑉 𝐶 , 𝐼 𝐶 !

Penguat Bias Pembagi Tegangan Kapasitor kopling digunakan antara input dengan basis, dan juga antara kaki kolektor dan tahanan beban. Kapasitor bypass digunakan antara emiter dan ground. Dengan kapasitor bypass arus basis akan lebih besar, sehingga diperoleh penguatan tegangan yang besar.

Penguat Bias Pembagi Tegangan Terlihat pada gambar, tegangan sumber adalah tegangan AC kecil dengan nilai rata-rata 0. Tegangan basis adalah hasil penjumlahan tegangan AC dengan tegangan DC sebesar 1,8V. Tegangan kolektor adalah hasil penguatan, pembalikan dan penjumlahan dengan tegangan DC sebesar 6,04V. Tegangan pada beban sama dengan tegangan kolektor tetapi memiliki nilai rata-rata 0V. Perhatikan tegangan pada emiter adalah tegangan DC dengan tegangan 1,1V. Tidak ada sinyal AC pada emiter akibat adanya ground.

Penguat Bias Emiter dengan Dua Catu Daya

Contoh 4 Pada rangkaian di atas, tentukan nilai dari: 𝑉 𝐵 , 𝑉 𝐸 , 𝑉 𝐶 , 𝐼 𝐶 !

Penguat Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Pada gambar terlihat adanya 2 kapasitor kopling dan sebuah kapasitor bypass. Sinyal AC dioperasikan sama seperti bias pembagi tegangan. Sinyal AC disambungkan ke basis, kemudian sinyal dikuatkan untuk mendapatkan penguatan tegangan pada kolektor. Sinyal yang telah dikuatkan selanjutnya disambungkan ke tahanan beban.

Penguat Bias Emiter dengan Dua Catu Daya Terlihat pada gambar, tegangan sumber adalah tegangan AC kecil dengan nilai rata-rata 0. Tegangan basis adalah hasil penjumlahan tegangan AC dengan tegangan DC sebesar 0V. Tegangan kolektor adalah hasil penguatan, pembalikan dan penjumlahan dengan tegangan DC sebesar 5,32V. Tegangan pada beban sama dengan tegangan kolektor tetapi memiliki nilai rata-rata 0V. Perhatikan tegangan pada emiter adalah tegangan DC dengan tegangan -0,7V. Tidak ada sinyal AC pada emiter akibat adanya ground.