Penguat push-pull

28
I. PENDAHULUAN A. Tujuan a. Memahami karakteristik penguat daya push pull dengan transistor komplementer. b. Menganalisa karakteristik rangkaian penguat daya push pull baik tanpa beban maupun dengan beban. c. Menganalisa daya keluaran dan efisiensi dari rangkaian penguat daya push pull. B. Dasar Teori 1. Rangkaian 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 : 1. Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan. 2. Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan. 3. 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. 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 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.

Transcript of Penguat push-pull

Page 1: Penguat push-pull

I. PENDAHULUAN

A. Tujuan

a. Memahami karakteristik penguat daya push pull dengan transistor

komplementer.

b. Menganalisa karakteristik rangkaian penguat daya push pull baik tanpa beban

maupun dengan beban.

c. Menganalisa daya keluaran dan efisiensi dari rangkaian penguat daya push pull.

B. Dasar Teori

1. Rangkaian 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 :

1. Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal

masukan.

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

3. 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.

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

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.

Page 2: Penguat push-pull

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.

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).

Page 3: Penguat push-pull

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.

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.

Page 4: Penguat push-pull

Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efisiensi dan fidelitas

penguat. Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi pilihan

sebagai penguat audio.

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.

Page 5: Penguat push-pull

2. 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.

Cara kerja konfigurasi 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.

Konfigurasi push pull dengan transistor komplementer

Page 6: Penguat push-pull

Keunggulan penguat kelas B dibandingkan dengan penguat kelas A antara

lain:

Daya keluaran lebih besar, dalam orde watt hingga sepuluh watt.

Efisiensi daya lebih besar.

Rugi daya pada saat tidak ada isyarat dapat diabaikan.

Kekurangan penguat kelas B:

Distorsi harmonis dapat lebih besar.

Catu tegangan harus mempunyai regulasi yang tinggi.

Terdapat crossover distortion.

Distorsi pada penguat push-pull dapat disebabkan oleh:

Ketidaksesuaian sifat kedua transistor yang digunakan.

Ketidaklinieran transfer karakteristik kedua transistor.

Ketidaklinieran input karakteristik kedua transistor akibat adanya

tegangan threshold pada terminal base-emitter transistor, yang disebut

crossover distortion.

Crossover distortion

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.

Page 7: Penguat push-pull

Pengunaan dioda untuk menghasilkan bias tegangan

II. ALAT DAN BAHAN

Alat dan bahan yang digunakan pada percobaan ini:

a. 2 buah transistor pnp jenis Fcs 9012

b. 1 buah transistor npn jenis Fcs 9013

c. 1 buah dioda jenis D1N4148

d. Resistor:

1. R1 = 12 kΩ

2. R2 = 68 kΩ

3. R3 = 47 kΩ

4. R4, R5 = 270 Ω

5. R6 = 100 Ω

6. R7 = 10 Ω

7. R8, R9 = 1,2 Ω

8. RL = 18 Ω (2 buah)

e. Kapasitor:

1. C1 = 1 μF

2. C2 = 10 μF

3. C3 = 1000 μF

f. Papan rangkaian / Bread Board

g. Kabel sebagai Jumper

h. Papan PS 445

i. Function Generator / AFG

j. Osiloskop / CRO

k. Multimeter

Page 8: Penguat push-pull

III. GAMBAR RANGKAIAN DAN ANALISA

Berikut ini merupakan rangkaian penguat daya push pull dengan transistor

komplementer.

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.

a. Pengujian tegangan dan arus ideal penguat daya tanpa beban

Pada percobaan ini supply yang kita gunakan adalah supply DC dan juga

pengukuran dilakukan tanpa menggunakan beban (RL). Oleh karena kapasitor

tidak melewatkan sinyal DC, maka kapastor bisa dianggap sebagai open circuit

sehingga analisisnya bisa lebih mudah.

Pada bagian ini, akan dihitung tegangan Vo dan arus yang terbaca pada

ampermeter. Tegangan output pada rangkaian ini akan bernilai 0 karena tegangan

Vo terhalang oleh kapasitor, yang menghambat tegangan DC, sehingga tegangan

pada terminal output akan bernilai 0.

b. Pengujian tegangan Ssatis penguat daya dengan beban R 9 Ohm

Dalam percobaan ini, digunakan beban RL sebesar 9 ohm, yang mana

dipasang dengan memparalel dua resistor 18 ohm. Akan tetapi pemasangan beban

Page 9: Penguat push-pull

tidak akan berpengaruh terhadap besaran-besaran yang terukur pada bagian

sebelumnya, karena beban terpasang setelah kapasitor yang menghambat arus DC,

sehingga beban tidak dilewati arus atau dapat diabaikan. Pada eksperimen ini,

akan dihitung beberapa nilai tegangan pada rangkaian, yaitu pada titik-titik yang

dicetak miring pada gambar.

Rangkaian transistor sebelah kiri adalah rangkaian voltage divider bias.

Karena rangkaiannya cukup kompleks, beberapa pendekatan dapat diambil untuk

mempermudah perhitungan. Resistor R8 dan R9 sangat kecil (1 ohm), maka dapat

didekati dengan rangkaian short circuit. Resistor R7 (10 ohm) juga sangat kecil

sehingga drop tegangannya pun kecil.

Persamaan yang berlaku:V D−V B=V diode

V B+V BE 2=V o

V C−V BE 3=V o

V E1≈ V ground

c. Pengujian input dan output maksimum dengan perubahan Vss dan RL

Pada konfigurasi ini, terminal input rangkaian pada gambar 6 dihubungkan

dengan AFG (Function Generator) sebagai sumber tegangan input AC yang akan

dikuatkan dayanya. Akan digunakan middle frequency yaitu 1000 Hz untuk

menghindari efek kapasitif dari transistor (frequency response). Beban akan

divariasi, yaitu 18 ohm atau 9 ohm. Nilai tegangan sumber DC Vss juga akan

divariasi dan diukur nilainya dengan bantuan multimeter. Kita akan mengamati

bentuk dan nilai tegangan output pada terminal output dengan bantuan CRO pada

saat tegangan output tepat akan terpancung.

Untuk mempermudah analisis, beberapa pendekatan diambil diantaranya

dengan menganggap R8 dan R9 short circuit. Rangkaian equivalen AC bisa

didapat dengan menghubung singkat sumber tegangan DC Vss. Seharusnya, untuk

analisis AC, kapasitor akan mempunyai impedansi:

X= 12 πfC

Page 10: Penguat push-pull

Untuk nilai frekuensi kerja ini, maka, nilai impedansi masing-masing

kapasitor adalah:X1=159,2357 oh m

X2=15,92357 oh m

X3=0,159236 oh m

Nilai yang hanya dalam orde ohm ini membuat drop tegangan kapastor sangat

kecil sehingga kapasitor dapat dianggap short circuit untuk frekuensi kerja 1 kHz.

Sesuai grafik pada arus kolektor sebagai fungsi dari tegangan kolektor-emitter

dan load line pada gambar di bawah, dapat disimpulkan bahwa untuk tegangan

maksimum yang mungkin adalah:

Load Line Analysis

V out−max=V CC

I DC−max=V CC

RL

d. Pengujian perolehan daya dan efisiensi

Pada konfigurasi ini, sebelum dihubungkan ke port input, function generator

dihubungkan terlebih dahulu ke resistor Rs bernilai 1,5 K seperti pada gambar.

Page 11: Penguat push-pull

Rangkaian Penguat Daya dengan Hambatan Sumber Rs

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.

Fokus utama kita pada bagian ini adalah tentang daya keluaran, daya masukan,

dan efisiensi dari rangkaian penguat daya ini. Karena itu, analisis akan lebih

ditekankan pada perhitungan daya output dan efisiensinya. Daya input adalah

daya yang harus kita suplai untuk menguatkan tegangan input AC, dalam hal ini

adalah daya dari sumber tegangan Vcc. Daya output adalah daya keluaran yang

muncul di terminal output, yang akan kita gunakan nantinya. Efisiensi adalah

rasio keduanya. Berlaku persamaan:Pi=V cc . I DC

Po=V o(rms)

2

RL

η=Po

Pi

x100 %

Page 12: Penguat push-pull

IV. HASIL PENGUJIAN

Semua hasil pengukuran diukur relative terhadap ground. Dalam hal ini, terminal

hitam multimeter akan berada pada ground (potensial 0 volt).

a. Pengujian tegangan dan arus ideal penguat daya tanpa beban

Vo = 4,03 volt

I DC = 7,91 mA

b. Pengujian tegangan statis penguat daya dengan beban 9 ohm

Vss = 9,03 volt

VA = 6,84 volt

VB = 4,69 volt

VC = 3,4 volt

VD = 3,93 volt

VO = 4,03 volt

VE1 = 0,25 volt

VE2 = 4,02 volt

VE3 = 4,01 volt

c. Pengujian input dan output maksimum dengan perubahan Vss dan RL

Vss

(volt)

RL(Ohm) Vout

mak

(Vpp)

Input

mak

(Vpp)

I DC

(mA)

Gambar Gelombang

5,5 9 4,26 mV 0,23 3,15

18 9 mV 0,21 3,13

7,5 9 0,6 V 0,177 16,45

18 0,67 V 0,177 13,94

9 9 2,6 V 0,88 71,3

18 2,72 V 0,88 56,9

Page 13: Penguat push-pull

d. Pengujian perolehan daya dan efisiensi

Vout Vs

(Vpp)

V input

(Vpp)

I DC

(mA)

Gambar gelombang

Saat

terpancung

5,3 1,76 74

Saat

maksimum

3,6 1,23 51

5 Vpp 3,3 1,19 44

3 Vpp 2,22 0,7 24

1 Vpp 0,93 0,38 17,3

V. ANALISA HASIL PENGUJIAN

a. Pengujian tegangan dan arus ideal penguat daya tanpa beban

Vo = 4,03 volt

I DC = 7,91 mA

b. Pengujian tegangan statis penguat daya dengan beban 9 ohm

Vss = 9,03 volt

VA = 6,84 volt

VB = 4,69 volt

VC = 3,4 volt

VD = 3,93 volt

VO = 4,03 volt

VE1 = 0,25 volt

VE2 = 4,02 volt

VE3 = 4,01 volt

Analisa percobaan 1 dan 2

Sesuai dengan persamaan pada analisa gambar rangkaian sebagai berikut:V D−V B=V diode

V B+V BE 2=V o

V C−V BE 3=V o

V E1≈ V ground

Untuk nilai dari V diode, VBE2 dan VBE3, merupakan nilai threshold voltage dari

semikonduktor penyusun diode dan transistor, atau biasa kita sebut dengan knee

voltage. Untuk jenis diode dan transistor yang kita pakai, bahan semikonduktor

penyusun dari diode dan transistor tersebut adalah silicon. Sehingga voltage knee

nya adalah 0,7 Volt. Sehingga persamaanny menjadi seperti di bawah ini:

Page 14: Penguat push-pull

V D−V B=0,7 volt

V o−V B=0,7 volt

V C−V o=0,7 volt

V E1≈ 0

Sedangkan jika melalui perhitungan didapat hasil seperti di bawah ini:V D−V B=−0,76 volt=V diode

V o−V B=−0,66 volt=V BE 2

V C−V o=−0,63 volt=V BE 3

V E1≈ 0,25 volt

Dari hasil di atas dapat kita lihat bahwa antara nilai hasil perhitungan dan nilai

hasil analitis tidak jauh berbeda. Perbedaannya adalah pada tanda negative dari

hasil perhitungan, hal ini dikarenakan kita menggunakan potensial 0 Volt sebagai

ground.

Arus yang melewati dioda dapat dicari dengan:

I D=V C−V D

R 6=−0,0053 A=−5,3 mA

Arus yang lewat R5 dapat dicari dengan:

I 5=V B−V A

R 5=−0,00796 A=−7,96 mA

Arus yang keluar dari transistor dua adalah I B2 = 1,13 mA. Arus yang lewat di

R4 adalah:

I 4=V A−V SS

R 4=−0,00811 A=−8,11 mA

Berdasarkan hasil pengukuran, diperoleh nilai hfe yaitu 4,05. Sehingga kita dapat

menghitung nilai IC2 dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:I C 2=hfe ¿ I B2=−0,01079 A=−10,785 mA

Dengan menggunakan hokum kirchoff arus, maka kita dapat menghitung arus

yang disuplai sumber tegangan DC dengan persamaan sebagai berikut:I DC=I 4+ I C 2=−18,8961 mA

Nilai arusnya negatif dikarenakan kita menggunakan DC 0 Volt sebagai ground.

Jika kita gunakan DC 9 volt sebagai ground, akan didapat nilai IDC = 18,8961 mA.

Disamping itu nilai ini juga jauh berbeda dengan hasil pengukuran menggunakan

multimeter. Hal ini mungkin disebabkan oleh multimeter yang tidak dalam

keadaan baik, sehingga terjadi error dalam pengukuran.

Page 15: Penguat push-pull

c. Pengujian input dan output maksimum dengan perubahan Vss dan RL

Vss

(volt)

RL(Ohm) Vout

mak

(Vpp)

Input

mak

(Vpp)

I DC

(mA)

Gambar Gelombang

5,5 9 4,26 mV 0,23 3,15

18 9 mV 0,21 3,13

7,5 9 0,6 V 0,177 16,45

18 0,67 V 0,177 13,94

9 9 2,6 V 0,88 71,3

18 2,72 V 0,88 56,9

Nilai tegangan output akan bervariasi dengan nilai beban. Dengan semakin

besarnya nilai hambatan beban maka akan semakin besar tegangan output, karena

tegangan berbanding lurus dengan hambatan. Hal ini pun sesuai dengan hasil

pengamatan untuk empat nilai Vss yang berbeda untuk masing-masing RL. Akan

tetapi terjadi anomali saat menggunakan supply 5,5 volt, dimana tegangan

keluaran justru lebih kecil dibandingkan tegangan input. Hal ini mungkin

dikarenakan tegangan supply 5,5 volt belum memenuhi syarat kerja dari transistor

yang kita gunakan. Sehingga keluarannya pun menjadi tidak maksimal.

Selain itu bisa kita amati bahwa untuk nilai Vss yang kecil, tegangan output

mengalami crossover distortion yang diakibatkan oleh threshold voltage pada

terminal basis-emitter transistor. Untuk bisa membuat arus mengalir pada

transistor, tegangannya harus lebih besar dari threshold voltage. Jika tidak, maka

transistor masih berada pada kondisi cut off. Untuk mengurangi efek distorsi ini

dapat kita gunakan dioda. Berikut ini merupakan gain tegangan dari hasil hasil

percobaan:

AV= V out maxV input max

=¿

Untuk beban 9 ohm:

Vss = 5,5 V => AV=0,018522

Vss = 7,5 V => AV=3,389831

Vss = 9 V => AV=2,954545

Untuk beban 18 ohm:

Page 16: Penguat push-pull

Vss = 5,5 V => AV=0,042857

Vss = 7,5 V => AV=3,785311

Vss = 9 V => AV=3,090909

d. Pengujian perolehan daya dan efisiensi

Vout Vs

(Vpp)

V input

(Vpp)

I DC

(mA)

Gambar gelombang

Saat

terpancung

5,3 1,76 74

Saat

maksimum

3,6 1,23 51

5 Vpp 3,3 1,19 44

3 Vpp 2,22 0,7 24

1 Vpp 0,93 0,38 17,3

Dari hasil di atas, teramati bahwa tegangan V input lebih kecil tegangan

sumber Vs karena terjadi drop tegangan pada hambatan Rs. Analisa ini konsisten

dengan seluruh hasil pengukuran untuk 5 macam nilai tegangan output pada tabel.

Kita dapat menghitung daya input, daya output, dan efisiensi rangkaian untuk

tiga buah nilai tegangan output yang diketahui, yaitu 5 Vpp, 3 Vpp, dan 1 Vpp.

Kita juga dapat menggunakan hasil pada bagian sebelumnya untuk menghitung

nilai daya pada saat tegangan output terpancung maksimum.

Berikut ini adalah persamaan untuk menghitung daya input, daya output, dan

efisiensi rangkaian:Pi=V ss . I DC

Po=V out maks2

RL

η=Po

Pi

x100 %

Untuk Vout saat maksimum, kita bisa menggunakan data Vout maks saat Vss

9 Volt pada percobaan sebelumnya:Po=0,751111watt

Pi=0,459 watt

η=163,6408 %

Untuk Vout = 5 VppPo=0,347222 watt

Pi=0,396 watt

Page 17: Penguat push-pull

η=87,68238 %

Untuk Vout = 3 VppPo=0,125 w att

Pi=0,216 watt

η=57,87037 %

Untuk Vout = 1 VppPo=0,013889 watt

Pi=0,1557 watt

η=8,920288 %

Dari hasil di atas dapat dilihat bahwa rangkaian penguat daya push pull

dengan transistor komplementer ini memiliki nilai efisiensi yang terbilang tinggi,

bahkan ada yang mencapai nilai di atas 100 %. Karena itulah rangkaian penguat

daya ini sering disebut rangkaian large signal amplifier, karena nilai arus,

tegangan, dan dayanya memang relatif lebih besar. Atau ada kemungkinan juga

bahwa untuk Vout saat maksimum, terjadi kesalahan pengukuran sehingga nilai

yang terbaca terlalu besar.

VI. 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.

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.

Page 18: Penguat push-pull

VII. LAMPIRAN (Jawaban Pertanyaan dan Laporan Sementara)

1. Idioda = I6 = -5,3 mA

I5 = -7,96296 mA

I4 = -8,11111 mA

IB2 = -2,66296 mA

IC2 = -10,785 mA

IDC = -18,8961 mA

I8 = I9 = -8,33 mAPo max=0,751111watt

2. Fungsi dari C1, Q1 dan diode:

a. C1 berfungsi sebagai blocking capacitor yang berfungsi memblok tegangan

DC dari sumber tegangan Vss sehingga tidak mempengaruhi sumber tegangan

input AC maupun rangkaian di luar terminal input.

b. Q1 berfungsi untuk menguatkan tegangan input AC untuk kemudian

diteruskan ke stage penguat push pull transistor 2 dan 3.

c. Dioda digunakan sebagai penghasil bias tegangan untuk melawan threshold

voltage pada transistor sehingga crossover distortion dapat dikurangi dan

bentuk tegangan input mendekati sinusoidal sempurna seperti tegangan

inputnya.

3. Beberapa jenis penguat daya diantaranya:

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.

Page 19: Penguat push-pull

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.

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).

Page 20: Penguat push-pull

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.

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.

Page 21: Penguat push-pull

Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efisiensi dan fidelitas penguat.

Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi pilihan sebagai penguat

audio.

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.

Page 22: Penguat push-pull

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.

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.

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.

Kelas G

Page 23: Penguat push-pull

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.

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.

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.

4. Perbedaan antara masing-masing penguat antara lain:

a. Periode tegangan output dikuatkan

b. Posisi titik kerja (Q-point)

c. Efisiensi daya

d. Gain tegangan

e. Gain arus