ELEKTRONIKA ANALOG Pertemuan 6

KARAKTERISTIK PENGUAT UMPAN-BALIK

(lanjutan)

Skema penguat umpan-balik tunggal diperlihatkan pd gambar berikut.

Skema penguat umpan-balik tunggal

Sinyal masuk Xi, sinyal keluar Xo, sinyal umpan-balik Xf, dan perbedaan sinyal Xd

masing-masing menunjukkan tegangan atau arus. A merupakan perbandingan

tegangan (arus) masuk dan tegangan (arus) keluar dari penguat dasar (= Av).

Besaran merupakan perbandingan tegangan (arus) umpan-balik dan tegangan (arus) keluaran. Pada gambar di atas, sinyal Xd didefinikan sbg:

Xd = Xs Xf = Xi Sinyal Xd merupakan perbedaan sinyal masuk dan sinyal terumpan balik ke

masukan, sehingga juga disebut sinyal selisih, sinyal kesalahan, atau sinyal

perbandingan.

Penguat dasar yang digunakan pada skema di atas dapat berupa penguat

tegangan, penguat transhantaran, penguat arus, maupun penguat

1

transhambatan yg dihubungkan dgn konfigurasi umpan balik. Perhatikan gambar

berikut.

Penguat tegangan dengan umpan balik tegangan seri

Penguat transhantaran dengan umpan balik arus seri

Penguat arus dengan umpan balik arus shunt

2

Penguat transhambatan dengan umpan balik tegangan shunt

Faktor transmisi balik didefinisikan sbg:

o

f

XX

Faktor transmisi balik ini dapat berupa bilangan riil positif atau negatif. Perolehan pindah (transfer gain) A didefinisikan sbg:

i

o

XXA

Dan perolehan dengan umpan balik Af didapatkan sbb.

AA

XXA

s

of += 1

Jika |Af| < |A|, maka umpan balik dikatakan negatif (degeneratif) dan jika

|Af| > |A|, maka umpan balik dikatakan positif (regeneratif). Dari persamaan di

atas maka perolehan dari penguat dengan umpan balik adalah perolehan

penguat dasar ideal dibagi faktor |1+A|.

Pada gambar skema penguat umpan-balik tunggal di atas, tampak bahwa sinyal

Xd dilipatgandakn oleh A saat melalui penguat, kemudian dilipatgandakan oleh saat melalui umpan balik, dan dikalikan -1 dalam rangkaian pencampur. Hasil

kali A disebut perolehan lingkar (loop gain) atau perbandingan balik (return ratio). Juga didefinisikan perbedaan balik D sebagai:

3

D = 1 (A) = 1 + A Besarnya umpan balik yg dimasukkan ke penguat juga dapat dinyatakan dalam

desibel dan didefinisikan sbb:

AAA

N f +== 11log20log20

Sensitivitas dari perolehan pindah didefinisikan sbg:

|1|1A

asSensitivit += Dan desensitivitas didefinisikan sbg

D = 1 + A Desensitivitas adalah nama lain dari perbedaan balikan. Sehingga perolehan

umpan balik dapat dinyatakan kembali sbg:

DAAf =

Jika |A| >> 1 maka

1

1=+= A

AA

AAf

Sehingga penguatan dapat dibuat hanya bergantung pada rangkaian umpan

balik saja.

Resistansi Masuk

Umpan Balik Tegangan Seri

Rangkaian ganti Thevenin umpan balik tegangan seri diperlihatkan pada gambar

berikut. Dari rangkaian diperoleh:

Vs = Ii Ri + Vf = Ii Ri + Vo

iiVLo

Livo RIARR

RVAV =+= Dengan

4

Lo

Lv

i

oV RR

RAVVA +=

Dan resistansi masuk dapat diperoleh

)1( Vii

sif ARI

VR +==

vA adl perolehan tegangan rangkaian terbuka tanpa umpan balik, dan adl

perolehan tegangan tanpa umpan balik dgn memperhitungkan beban R

VA

L, atau

dapat dinyatakan sbb

VL

v ARA =

lim

Rangkaian ganti Thevenin umpan balik tegangan seri

Umpan Balik Arus Seri

Dengan memperhatikan gambar penguat transhantaran dengan umpan balik

arus seri di atas, dapat diperoleh:

)1( Miif GRR += Dan

Lo

om

i

oM RR

RGVIG +=

5

Dengan Gm adl transhantaran hubung singkat dan GM adl transhantaran tanpa

umpan balik dengan memperhitungkan beban.

Umpan Balik Arus Shunt

Rangkaian ganti Norton umpan balik arus shunt diperlihatkan pada gambar

berikut.

Rangkaian ganti Norton umpan balik arus shunt

Dari rangkaian diperoleh:

Is = Ii + If = Ii + IoDan

iILo

ioio IARR

IRAI =+= Sehingga

)1( Iis AII += Dengan

Lo

oi

i

oI RR

RAIIA +=

Dalam hal ini Ai adl perolehan arus hubung singkat dengan memperhitungkan Rs.

adl perolehan arus hubung singkat dan adl perolehan arus tanpa umpan

balik dgn memperhitungkan beban R

iA IA

L, atau dapat dinyatakan sbb

6

IL

i ARA

0lim=

Dan resistansi masuk dapat diperoleh

I

i

Ii

i

i

sif A

RAI

VIVR +=+== 1)1(

Ingat bahwa definisi

i

ii I

VR =

Umpan Balik Tegangan Shunt

Dengan memperhatikan gambar penguat transhambatan dengan umpan balik

teggangan shunt di atas, dapat diperoleh:

M

iif R

RR += 1 Dengan

Lo

Lm

i

oM RR

RRIVR +=

Rm adl transhambatan rangkaian terbuka, sedangkan RM adl transhambatan

tanpa umpan balik dengan memperhitungkan beban, atau dapat dinyatakan

ML

m RRR =

lim

Resistansi Keluar

Umpan Balik Tegangan Seri

Resistansi keluar dengan umpan balik tegangan seri dinyatakan sbg

v

oof A

RR += 1 (perhatikan bukan ) vA VA

7

Resistansi keluar dengan umpan balik yang memasukkan RL dinyatakan sbg

)/(1)/(

'

LoLv

LoLo

Lof

Lofof

RRRARRRR

RRRR

R

+++=

+=

Resistansi keluar dengan umpan balik yang memasukkan RL juga dapat diperoleh

dengan cara:

V

oof A

RR += 1'

'

Dengan adl resistansi keluar tanpa umpan balik dengan RLoo RRR ||' = L

dipandang sebagai bagian dari penguat.

Umpan Balik Arus Seri

Resistansi keluar dengan umpan balik arus seri dinyatakan sbg

)1( moof GRR += Dan

)1()1(''

M

moof G

GRR

++=

Umpan Balik Arus Shunt

Resistansi keluar dengan umpan balik arus shunt dinyatakan sbg

)1( ioof ARR += Dan

)/(11'

Looi

i

Lo

Lo

Lof

Lofof RRRA

ARRRR

RRRR

R +++

+=+=

Atau

8

)1()1(''

I

ioof A

ARR

++=

Jika RL = , AI = 0, dan maka oo RR ='

ofioof RARR =+= )1('

Umpan Balik Tegangan Shunt

Resistansi keluar dengan umpan balik tegangan shunt dinyatakan sbg

m

oof R

RR += 1 Dan

M

oof R

RR += 1'

'

9