PENGUAT DAYA PUSH PULL DAN COMPLEMENTER

PENGUAT DAYA

Secara etimologi, penguatan pada dasarnya berarti membuat menjadi lebih kuat. Dalam bidang elektronika yang dimaksud dengan penguatan yaitu memperkuat amplitude dari suatu sinyal. Terdapat dua tipe penguatan utama, yaitu :

• Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan.

• Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan.

• Penguat daya yaitu kombinasi dari penguat tegangan dan penguat arus. Meskipun pada kenyataannya semua penguat adalah penguat daya karena tegangan tidak akan ada tanpa adanya daya kecuali jika impedansinya tak terhingga.

RANGKAIAN PENGUAT

Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya. Rangkaian penguat, terutama untuk sinyal besar, dibedakan menjadi:

• Kelas A

• Kelas B

• Kelas AB

• Kelas C

• Kelas D

• Kelas E

• Kelas F

• Kelas G

• Kelas H

• Kelas T

PENGUAT KELAS A

Penguat kelas A merupakan penguat yang titik kerja efektifnya setengah dari tegangan VCC penguat. Agar penguat kelas A dapat bekerja atau berfungsi sebagai mana mestinya, maka penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal. Karena hal ini maka penguat kelas A menjadi penguat dengan efisiensi terendah namun dengan tingkat distorsi (cacat sinyal) terkecil.

PENGUAT KELAS A

• Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah sistem bias pembagi tegangan dan sistem bias umpan balik kolektor. Melalui perhitungan tegangan bias yang tepat, maka kita akan mendapatkan titik kerja transistor tepat pada setengah dari tegangan VCC penguat.

• Penguat kelas A cocok dipakai pada penguat awal (pre amplifier) karena mempunyai distorsi yang kecil.

PENGUAT KELAS B

Penguat kelas B merupakan penguat yang prinsip kerjanya 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 0.6 Volt (batas tegangan bias transistor).

PENGUAT KELAS B

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

PENGUAT KELAS AB

• Penguat kelas AB merupakan penggabungan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Penguat kelas AB diperoleh dengan menggeser sedikit titik kerja transistor sehingga distorsi cross over dapat diminimalkan.  Titik kerja transistor tidak lagi di garis cut-off namun berada sedikit diatasnya.

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

PENGUAT KELAS C

• Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya berada di daerah cut-off transistor. Perbedaan antara penguat kelas B dan penguat kelas C adalah pada penguat kelas C hanya perlu satu transistor untuk bekerja normal tidak seperti kelas B yang harus menggunakan dua transistor (sistem push-pull). Hal ini karena penguat kelas C khusus dipakai untuk menguatkan sinyal pada satu sisi atau bahkan hanya puncak-puncak sinyal saja.

• Penguat kelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal. Penguat kelas C dipakai pada penguat frekuensi tinggi. Pada penguat kelas C sering ditambahkan sebuah rangkaian resonator LC untuk membantu kerja penguat. Penguat kelas C mempunyai efisiensi yang tinggi sampai 100 % namun dengan fidelitas yang rendah.

PENGUAT KELAS D

• Kelebihan dari penguat kelas D terletak pada efisiensinya, dalam keadaan ideal efisiensi dari penguat kelas D bisa mencapai 100%. Akan tetapi pada kenyataannya nilai efisiensi tersebut turun hingga nilai 90-95%. Hal ini disebabkan oleh ketidak idealan komponen yang digunakan dan juga proses konversi dari PWM menjadi gelombang sinusoidal pada bagian akhir dari penguat kelas D. Efisiensi 90-95% ini bisa didapatkan karena proses penguatan sinyal hanya dilakukan pada sinyal-sinyal tertentu sesuai kebutuhan.

• Power amplifier kelas D cocok digunakan sebagai power amplifier untuk audio dengan sistem low tone seperti halnya power untuk subwoofer, karena keluaran sinyal audio untuk nada menegah (vokal) dan tinggi (treble) pada penguat kelas D tidak bagus.

PENGUAT KELAS E

Seperti halnya penguat kelas C, penguat kelas E juga memerlukan rangkaian resonansi LC dengan transistor yang hanya bekerja kurang dari setengah duty cycle. Perbedaan antara penguat kelas C dengan penguat kelas E adalah wilayah kerjanya. Penguat kelas C bekerja pada daerah aktif (linier). Sedangkan penguat kelas E, bekerja sebagai switching seperti halnya penguat kelas D. Biasanya transistor yang digunakan adalah transistor jenis FET. Dengan digunakannya transistor jenis FET (MOSFET/CMOS), penguat ini menghasilkan output yang lebih efisien dan cocok untuk sistem yang memerlukan drive arus besar namun dengan arus input yang sangat kecil. Oleh karena efisiensinya yang baik, yakni bisa mencapai 100% dan juga penguat kelas E dapat disederhanakan ke dalam sebuah chip IC, maka penguat kelas E sering diterapakan pada peralatan transmisi mobile dengan antena sebagai rangkaian resonansinya.

PENGUAT KELAS F

• Penguat kelas F merupakan hasil pengembangan dari penguat kelas E. Susunan rangkaian penguat kelas F lebih kompleks jika dibandingkan dengan penguat kelas E. Dalam kondisi ideal, penguat kelas E dan penguat kelas F sama-sama memilik efisiensi 100%, namun saat kondisi ideal tersebut tidak tercapai, efisiensi dari penguat kelas F lebih tinggi dibandingkan dengan penguat kelas E.

• Penguat kelas F meningkatkan efisiensi dengan cara menghilangkan komponen genap gelombang harmonik dari sinyal input untuk menghasilkan sinyal kotak. Dengan didapatkannya sinyal kotak maka transistor akan berada pada kondisi saturasi atau cut-off lebih lama dan dapat menjalankan fungsinya sebagai switch dengan lebih baik.

PENGUAT KELAS G

Kelas G termasuk ke dalam kategori penguat analog. Tujuan dari penguat kelas G adalah untuk meningkatkan efisiensi dari penguat kelas B/AB. Pada kelas B/AB, tegangan supply hanya ada satu pasang yang sering dinotasikan sebagai +VCC dan –VEE misalnya +12V dan –12V (atau ditulis dengan +/-12volt). Pada penguat kelas G, tegangan supply disusun secara bertingkat atau disebut dengan rail switching. Selain untuk meningkatkan efisiensi, tujuan dari teknik penyusunan secara rail switching ini juga untuk mengurangi tingkat disipasinya. Dengan menggunakan teknik rail switching ini, energi yang terbuang dari tegangan keluaran transistor akan berkurang.

PENGUAT KELAS H

Pada dasarnya penguat kelas H merupakan pengembangan dari penguat kelas G. Jika pada penguat kelas G menggunakan tegangan supply tetap yang disusun secara bertingkat, maka pada penguat kelas H menggunakan tegangan supply variable (dapat berubah-ubah sesuai kebutuhan). Sehingga tidak perlu lagi menggunakan metode rail switching. Hal inilah yang menyebabkan efisiensi dari penguat kelas H lebih tinggi jika dibandingkan dengan penguat kelas G. Namun untuk penerapan dalam rangkaiannya pun akan menjadi lebih kompleks dan rumit.

PENGUAT KELAS T

Penguat kelas T merupakan amplifier digital dengan menggunakan teknologi yang disebut Digital Power Processing. Seperti halnya penguat kelas D, penguat kelas T juga menggunakan konsep modulasi PWM dengan switching transistor serta filter. Jika pada penguat kelas D, proses sebelumnya adalah pengolahan dalam bentuk analog, maka pada penguat kelas T, proses sebelumnya adalah pengolahan dengan memanipulasi bit-bit digital. Dalam penguat kelas T terdapat audio prosesor dengan proses umpanbalik yang juga digital untuk koreksi waktu tunda dan fasa. Akibat prinsip kerjanya yang berada dalam proses digital, maka sinyal keluaran dari penguat kelas T lebih tahan terhadap noise sehingga gelombang keluarannya menjadi lebih jernih.

PERBEDAAN ANTAR PENGUAT

• Periode tegangan output dikuatkan• Posisi titik kerja (Q-point)• Efisiensi daya• Gain tegangan• Gain arus

RANGKAIAN PUSH-PULL• Pada system penguatan, rangkaian penguat kelas A memiliki efisiensi

yang terbilang kecil, akan tetapi hasil penguatan kelas A hanya mengalami sedikit distorsi sehingga hasil penguatan kelas A mengalami cacat sinyal yang minim. Dalam rangka untuk mendapatkan efisiensi hasil penguatan yang tinggi, maka dalam rangkaian push pull, pada umumnya digunakan penguat kelas B dan kelas AB. Konfigurasi push pull memungkinkan setengah periode sinyal positif dan setengah periode sinyal negatif muncul di terminal output.

• Pada penguat kelas B, transistor akan aktif hanya bila tegangan AC menyala, karena tegangan bias DC nya mendekati nol atau titik kerja mendekati daerah cut off.

RANGKAIAN PUSH-PULL

Terdapat beberapa macam konfigurasi push pull yang bisa digunakan. Diantaranya adalah dengan menggunakan transistor komplementer. Pada konfigurasi ini, digunakan dua buah transistor yang berbeda (pnp dan npn). Salah satu transistor akan aktif saat tegangan input AC bernilai positif sehingga akan menguatkan sinyal setengah periode bernilai positif sedangkan transistor kedua tidak aktif. Pada setengah periode berikutnya, tegangan input AC bernilai negatif sehingga transistor pertama tidak aktif dan transistor kedua aktif. Transistor kedua akan menguatkan setengah periode tegangan input AC yang bernilai negatif. Maka, pada terminal output akan didapatkan sinyal tegangan output yang gelombang penuh hasil penguatan dari gelombang input.

RANGKAIAN PUSH-PULL

Cara kerja konfigurasi Push-Pull Konfigurasi push pull dengan transistor komplementer

RANGKAIAN PUSH-PULL

Dalam rangka mencegah terjadinya cacat silang (Cross Over Distortion), maka digunakanlah penguat kelas AB, yaitu titik lengang berada dekat dengan daerah cut-off, sehingga pada saat tegangan input masih bernilai nol, sudah ada bias tegangan yang dapat menembus threshold voltage transistor. Untuk itu, dapat digunakan dioda, karena dioda mempunyai threshold voltage yang besarnya sama dengan threshold voltage pada transistor. Pemasangan dioda memungkinkan keberadaan bias tegangan yang dapat menembus nilai threshold voltage saat tegangan inputnya masih bernilai nol.

RANGKAIAN PUSH-PULL

Crossover distortion Pengunaan dioda untuk menghasilkan bias tegangan

RANGKAIAN PUSH-PULL

Transistor Q1 berfungsi untuk menguatkan tegangan sedangkan dioda berfungsi untuk memberikan bias tegangan saat tegangan input AC masih bernilai nol untuk mengurangi efek crossover distortion.

RANGKAIAN PUSH-PULL

Pada konfigurasi ini, nilai tegangan V input akan berbeda dengan tegangan sumber function generator Vs karena ada drop tegangan. Percobaan dilakukan beberapa kali dengan variasi tegangan output saat terpancung, saat maksimum, dan untuk beberapa nilai peak to peak tertentu.

Rangkaian Penguat Daya dengan Hambatan Sumber Rs

KESIMPULAN

Prinsip kerja push pull secara umum:• Saat tegangan input AC bernilai positif untuk setengah periode gelombang

yang pertama, salah satu transistor aktif, dan penguatan terjadi sedangkan transistor yang lain tidak aktif

• Saat tegangan input AC bernilai negatif untuk setengah periode gelombang yang kedua, transistor yang tadinya tidak aktif menjadi aktif, sedangkan yang tadinya aktif menjadi tidak aktif sehinnga dapat melengkapi sinyal gelombang yang telah dikuatkan selama setengah periode pertama

Sifat threshold voltage pada terminal basis-emitter transistor sering mengakibatkan distorsi bentuk pada tegangan output yang disebut crossover distortion, karena tegangan input harus menembus threshold voltage terlebih dahulu sebelum transistor bisa bekerja.

KESIMPULAN

Untuk mengurangi distorsi, bisa digunakan dioda yang mampu memberikan voltage bias yang berlawanan polaritas dengan threshold voltage transistor sehingga tegangan input AC tidak perlu melawan tegangan transistor.

Tegangan output dibatasi oleh sumber tegangan DC. Jika lebih besar, maka tegangan output akan terpancung.

Daya input adalah daya yang disuplai sumber tegangan DC untuk mengaktifkan sifat transistor.

Daya output adalah daya keluaran AC pada terminal output yang akan digunakan.

Efisiensi daya untuk penguat push pull tinggi, hingga mencapai hampir 50 % pada hasil pengukuran dan 78,5 % secara teori.

SEKIAN&

TERIMA KASIH