auliaakhriansyahidi.files.wordpress.com · Web viewPenguat kelas B cocok dipakai pada penguat...

Makalah : Penguat Sinyal Kecil Kelompok 9. Anggi Setya Pratiwi, Aulia Akhrian Syahidi, Zarkawi Soyuti

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Kebanyakan amplifier atau penguat yang digunakan dalam rangkaian

untuk telekomunkasi dapat dianggap sebagai small signal amplifier (penguat

sinyal kecil). Amplifier ini yang ada pada sinyal input dan output yang kecil

dimana performance amplifier digambarkan dengan persamaan linier.

Tentu saja oleh karena disebut sebagai penguat, Penguat Sinyal Kecil

mempunyai gain, yang menguatkan sinyal masukannya mencapai level

tertentu pada sinyal keluarannya. Penguat ini dikenal sebagai penguat

tegangan daripada disebut sebagai penguat daya, walaupun sebetulnya terjadi

juga penguatan daya. Ditempatkan pada awal satu sistem penguat, yang biasa

disebut sebagai pre-amplifier, misalnya, penguat RF pada sistem penerima

pada umumnya, LNA (low noise amplifier) pada sistem penerima satelit.

B. Rumusan Masalah

1. Apa pengertian penguat sinyal kecil?

2. Apa saja kelas penguat?

3. Apa saja model konfigurasi penguat?

4. Apa pengertian dan cara kerja pengukuran gain?

5. Bagaimana rangkaian Collector-to-Base Bias?

C. Batasan Masalah

Penulis hanya membahas dan menjelaskan tentang Penguat Sinyal Kecil.

D. Tujuan Penulisan

1. Mengetahui pengertian penguat sinyal kecil.

2. Mengetahui kelas penguat.

3. Mengetahui model konfigurasi penguat.

1


4. Mengetahui pengertian dan cara kerja pengukuran gain.

5. Mengetahui rangkaian Collector-to-Base Bias.

2


BAB II

PEMBAHASAN

A. Penguat Sinyal Kecil

Penguat adalah suatu peranti yang berfungsi menguatkan daya sinyal

masukan. Salah satu syarat yang dituntut pada penguat adalah bahwa sinyal

keluaran harus tepat benar bentuknya seperti sinyal masukan, hanya saja

amplitudo-nya lebih tinggi. Kalau bentuk sinyal keluaran tidak tepat sama

dengan sinyal masukan, meskipun beda bentuk ini hanya kecil saja, maka

dikatakan sinyal keluarannya cacat.

Suatu penguat pada dasarnya adalah peralatan elektronika yang dapat

menerima sinyal masukan pada sepasang kutub masukannya dan memberikan

sinyal keluaran pada kutub keluarannya. Sinyal pada kutub keluaran itu lebih

besar nilainya ketimbang yang masuk ke kutub masukannya. Secara umum

suatu penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk

mengendalikan tenaga yang lebih besar. Dalam contoh kasusnya ialah

beberapa parameter tabung elektron dan transistor juga bergantung kepada

frekuensi.dalam rancangan penguat tanpa penguat jalur yang lebih luas.yaitu

langkah-langkah khusus yang digunakan untuk mengurangi variasi

penguatannya terhadap frekuensi. Untuk sinyal-sinyal kecil dengan frekuensi

menengah penguatan tegangan dan arus dapat dihitung dengan menggunakan

model-model arus bolak balik linear yang mengandaikan bahwa transistor

hanya bekerja pada titik kerjanya.

Transistor bipolar mempunyai pengaruh penyimpanan muatan

tertentu. Dalam keadaan setimbang, basis harus dalam keadaan netral atau

setimbang dengan arus listrik. Sebagian muatan dari pembawa mayoritas yang

keluar dari emitor ke basis selanjutnya akan dinetralkan oleh pembawa

minoritas dari basis. Perubahan pada potensial emitor-basis menyebabkan

penyaluran muatan kedalam atau keluar basis.

3


Perbedaan penguat gandengan RC dan penguat gandengan DC

(langsung) yaitu pada penguat gandengan RC antara tahap yang satu dengan

tahap yang lain digandeng dengan kapasitor atau biasa disebut sebagai

kapasitor penggandeng (coupling). Sedangkan pada penguat gandengan DC

atara satu tahap dengan tahap yang lain digandeng langsung.tabung elektron

dan transistor dengan gandengan RC merupakan rangkaian yang paling

banyak dipakai untuk penguatan sinyal kecil dalam rentang frekuensi dari

beberapa hertz hingga beberapa magahertz.meskipun tabung elektron dan

transistorbekerja dengan prinsip fisika yang berbeda, namun perilaku saat

keluarannya serupa dan pendekatan yang sama dapat dipergunakan dalam

meramalkan tanggapan frekuensinya. Prinsip Penguat :

Gambar 1. Prinsip Penguat

B. Kelas Penguat

Berdasarkan titik kerjanya penguat transistor ada tiga jenis, yaitu:

1. Penguat Kelas A

Penguat kelas A adalah penguat yang titik kerja efektifnya

setengah dari tagangan VCC penguat. Untuk bekerja 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.

4


Gambar 2. 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.

2. Penguat Kelas B

Penguat kelas B adalah penguat yang bekerja 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 0.6Volt (batas tegangan bias transistor).

Gambar 3. Penguat Kelas B

5

http://1.bp.blogspot.com/-qAQbPxGvxtI/T_7hDYEKIMI/AAAAAAAAAS4/LrMTBn5rLcQ/s1600/trans4.PNG

http://2.bp.blogspot.com/-Y-mWCw2bhDg/T_7hRRxG3sI/AAAAAAAAATA/oZo7agZ9LaQ/s1600/trans5.PNG


Penguat kelas B mempunyai efisiensi yang tinggi karena baru

bekerja jika ada sinyal input. Namun karena ada batasan tegangan 0.6 Volt

maka penguat kelas B tidak bekerja jika level sinyal input dibawah

0.6Volt. Hal ini menyebabkan distorsi (cacat sinyal) yang disebut distorsi

cross over, yaitu cacat pada persimpangan sinyal sinus bagian atas dan

bagian bawah.

Gambar 4. Penguat Kelas B Push-Pull

Penguat kelas B cocok dipakai pada penguat akhir sinyal audio

karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt).

Dalam aplikasinya, penguat kelas B menggunakan sistem konfigusi push-

pull yang dibangun oleh dua transistor.

3. Penguat kelas AB

Penguat kelas AB merupakan penggabungan dari penguat kelas A

dan penguat kelas B. Penguat kelas AB diperoleh dengan sedikit

menggeser titik kerja transistor sehingga distorsi cross over dapat

diminimalkan. Titik kerja transistor tidak lagi di garis cut-off namun

berada sedikit diatasnya.

6

http://1.bp.blogspot.com/-3wGTGFLZ8yU/T_7i7xpo60I/AAAAAAAAATI/scGMwV0A6W0/s1600/trans6.PNG


Gambar 5. Penguat Kelas AB

Penguat kelas AB merupakan kompromi antar efisiensi dan

fidelitas penguat. Dalam aplikasinya penguat kelas AB banyak menjadi

pilihan sebagai penguat audio.

4. Penguat kelas C

Penguat kelas C mirip dengan penguat kelas B, yaitu titik kerjanya

berada di daerah cut-off transistor. Bedanya adalah 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.

Gambar 6. Penguat Kelas C

Penguat kelas C tidak memerlukan fidelitas, yang dibutuhkan

adalah frekuensi kerja sinyal sehingga tidak memperhatikan bentuk sinyal.

7

http://3.bp.blogspot.com/-KiFUVgT08Lc/T_7jLDAmdOI/AAAAAAAAATQ/nkmzezawfDY/s1600/trans7.PNG

http://3.bp.blogspot.com/-ILWhLANPqto/T_7jaZn4LCI/AAAAAAAAATY/nRcBA-6nzmk/s1600/trans8.PNG


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.

C. Model Konfigurasi Penguat

Perlu diketahui bahwa fungsi utama transistor adalah sebagai alat

penguat sinyal, transistor dapat dikonfigurasikan sebagai penguat tegangan,

arus, dan daya. Penguat paling sederhana terdiri dari satu buah transistor. Ada

tiga kemungkinan pemasangan transistor sebagai penguat berdasarkan sistem

pertanahan transistor (grounding), yaitu : Emitor Bersama (Common Emiter),

Kolektor Bersama (Common Collector), Basis Bersama (Common Base).

1. Penguat Emitor Bersama (Common Emiter)

Penguat Emitor Bersama adalah penguat yang paling banyak

digunakan. Penguat ini mempunyai penguatan tegangan maupun

penguatan arus. Hanya saja perlu diingat bahwa penguat ini mempunyai

impedansi masukan yang relatif rendah dan impedansi keluaran yang

relatif tinggi. Penguat Emitor Bersama merupakan penguat yang kaki

emitor transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output

diambil pada kaki kolektor.

Gambar 7. Rangkaian Penguat Emitor Bersama (Common Emiter)

Penguat Emitor Bersama mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Sinyal outputnya berbalik fasa 180º terhadap sinyal input.

8

http://1.bp.blogspot.com/-lwBwgPcBy9M/T_7gJrVHP8I/AAAAAAAAASo/k1UM_Vt4L48/s1600/trans2.PNG


Sangat mungkin terjadi osilasi karena adanya umpan balik positif,

sehingga sering dipasang umpan balik negatif untuk mencegahnya.

Sering dipakai pada penguat frekuensi rendah (terutama pada sinyal

audio).

Mempunyai stabilitas penguatan yang rendah karena bergantung pada

kestabilan suhu dan bias transistor.

Gambar 8. Perumusan Praktis Rangkaian Emitor Bersama / CE

Beberapa rumus praktis pada rangkaian Emitor Bersama :

Penguatan tegangan tanpa C3 : AV =RC/RE

Penguatan tegangan dengan C3 : AV =RC/RE

Penguatan arus : Ai = R2/RE

Impedansi keluaran : Zo = RC

Impedansi masukan tanpa C3 : Zi = R1//R2//Zib dengan Zib = hfe

(rE+re’)

Impedansi masukan dengan C3 : Zi = R1//R2//Zib dengan Zib = hfe.

re’

2. Penguat Kolektor Bersama (Common Collector)

Penguat Kolektor Bersama biasanya dipakai sebagai transformator

impedansi, karena impedansi masukannya tinggi, sedangkan impedansi

keluarannya rendah. Penguat ini lebih unggul dibanding transformator

biasa dalam dua hal : tanggapan frekuensinya lebar dan ada penguatan

daya.

9


Penguat Kolektor Bersama merupakan penguat yang kaki kolektor

transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke basis dan output

diambil pada kaki emitor. Penguat Common Collector juga mempunyai

karakter sebagai penguat arus .

Gambar 9. Rangkaian Penguat Kolektor Bersama (Common Collector)

Penguat Kolektor Bersama mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Sinyal outputnya sefasa dengan sinyal input (jadi tidak membalik fasa

seperti Common Emitor).

Mempunyai penguatan tegangan = 1.

Mempunyai penguatan arus samadengan HFE transistor.

Cocok dipakai untuk penguat penyangga (buffer) karena mempunyai

impedansi input tinggi dan mempunyai impedansi output yang rendah.

Gambar 10. Perumusan Praktis Rangkaian Kolektor Bersama / CC

10

http://2.bp.blogspot.com/-hr9a7pqyoEc/T_7gqkgot9I/AAAAAAAAASw/ORzktplRriM/s1600/trans3.PNG


Beberapa rumus praktis pada rangkaian Kolektor Bersama :

Penguatan tegangan AV = rE/(rE+re’) »1 (sebab rE >> re’)

Penguatan arus : Ai = hfe

Impedansi keluaran : Zo = re’

Impedansi masukan : Zi = R1//R2//Zib dengan Zib = hfe. re’

3. Penguat Basis Bersama (Common Base)

Penguat Basis Bersama sedikit terapannya dalam teknik frekuensi

rendah, karena impedansi masukannya yang begitu rendah akan

membebani sumber sinyal. Penguat ini kadang diterapkan dalam penguat

untuk frekuensi tinggi (di atas 10 MHz), dimana lazimnya sumber

sinyalnya berimpedansi rendah.

Penguat Basis Bersama merupakan penguat yang kaki basis

transistor di groundkan, lalu input di masukkan ke emitor dan output

diambil pada kaki kolektor. Penguat Common Base mempunyai karakter

sebagai penguat tegangan.

Gambar 11. Rangkaian Penguat Basis Bersama (Common Base)

Penguat Common base mempunyai karakteristik sebagai berikut :

Adanya isolasi yang tinggi dari output ke input sehingga

meminimalkan efek umpan balik.

Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk

penguat sinyal kecil (pre amplifier).

11

http://3.bp.blogspot.com/-Z91zvpHV-T8/T_7fueeJ6TI/AAAAAAAAASg/Euz3WmRYe3E/s1600/trans1.PNG


Sering dipakai pada penguat frekuensi tinggi pada jalur VHF dan UHF.

Bisa juga dipakai sebagai buffer atau penyangga.

Gambar 12. Perumusan Praktis Rangkaian Penguat Basis Bersama / CB

Beberapa rumus praktis pada rangkaian Basis Bersama :

Penguatan tegangan : Av = rC/re’

Penguatan arus : Ai = hfe

Impedansi keluaran : Zo = rE

Impedansi masukan : Zi = RE // re’ » re’ (karena RE >> re’)

Masing-masing pola diatas mempunyai karakteristik yang berbeda.

Perbandingan antara ketiga pola tersebut dapat dilihat pada tabel berikut :

Gambar 13. Tabel Perbandingan Karakteristik Pola Penguat

Harga-harga di atas adalah harga untuk : IE = 1 mA, rc = 2,5 KOhm

(untuk Emitor Bersama dan Kolektor Bersama), serta rE = 390 Ohm untuk

Kolektor Bersama.

D. Pengukuran Gain12


Gain atau penguatan adalah fungsi dasar sebuah penguat, yang

didefinisikan sebagai perbandingan antara sinyal input dan output penguat

tersebut. Parameter input-output yang dibandingkan adalah dapat merupakan

level tegangan ataupun level daya. Pada penguat sinyal kecil, parameter

tersebut adalah level tegangan. Gambar 14 menunjukkan pengukuran yang

dilakukan untuk mengetahui gain tersebut, yaitu perbandingan antara level

tegangan sinyal output dengan sinyal input. Besaran ini kemudian dapat

dinyata-kan dengan satuan desibel (dB) melalui rumus :

Gain = 20 log (V outV in )

dB ...........................(5-1)

Nilai penguatan dapat ditentukan dengan mengukur tegangan sinyal

masukan dan keluaran penguat tersebut, baik dengan menggunakan VTVM

(vaccum tube voltmeter), voltmeter digital, ataupun osiloskop, yang

umumnya satu voltmeter dengan resistansi masukannya yang relatif tinggi

untuk menghindari efek pembebanan. Penggunaan osiloskop ditunjukkan

pada gambar 14 Disitu digunakan dapat digunakan dua osiloskop seperti

gambar 14, atau satu osiloskop jenis dual-trace (dua input, A dan B). Nilai

tegangan input maupun output penguat dapat terbaca melalui ukuran

volt/division pada layar osiloskop.

Gambar 14. Pengukuran dengan Osiloskop

13


Dalam proses penguatan, semua sinyal input termasuk noise yang

terbawa sinyal ter-sebut mengalami penguatan, sehingga diharapkan seperti

telah diuraikan di depan, bah-wa sinyal tersebut harus sesedikit mungkin

mengandung sinyal noise. Tentang noise telah diuraikan dalam mata kuliah

yang lain.

Adakalanya tahapan penguat sinyal kecil terdiri dari dua atau lebih,

yang masing-masing tahap mempunyai nilai penguatan yang berbeda seperti

ditunjukkan pada gambar 15. Berkaitan dengan sinyal noise, ternyata bahwa

nilai noise memang sangat ditentukan oleh penguat tahap pertama.

Gambar 15. Tahapan Penguat

Untuk menentukan overall-gain beberapa tahap penguat itu, cukup

dengan menambah-kan nilai gain tiap tahap yang ada. Dalam Gambar 15

diatas, maka overall-gain yang diberi-kan beberapa tahap tersebut adalah, (10

+ 30 + 0) = 40 dB. Seandainya satu tahap diantaranya mempunyai nilai gain

dalam satuan dBm, maka nilai tersebut dapat juga langsung dijumlahkan

dengan nilai gain dalam satuan dB.

Contoh Soal :

1. Seorang tehnisi menggunakan osiloskop untuk mengukur satu sinyal.

Ternyata osiloskop sendiri mempunyai spesifikasi redaman sebesar –3

dB. Bila level te-gangan yang diukur itu sebesar 10 volt, berapakah level

yang ditunjukkan pada tampilan layarnya ?

Jawaban

Dari contoh gambar 15 diatas, maka dalam soal ini, osiloskop merupakan

satu blok yang mempunyai gain bertanda minus, yaitu, - 3 dB, sehingga

output yang berupa tampilan pada layar osiloskop sebesar,

14


10 x 0,707 = 7,07 volt

dimana; 0,707 adalah antilog –3 dB.

2. Diperlukan satu level sinyal video sebesar 50 volt untuk menghasilkan

satu gam-bar televisi yang kontras, sementara sinyal pada tuner hanya 100

µvolt. Berapa-kah overall-gain receiver tersebut yang diperlukan, dalam

satuan dB ?

Jawaban

Dari kedua level sinyal tersebut, 50 volt dan 100 µvolt, maka penguatan

yang di-perlukan sebesar,

50100 x10−6 = 500.000

= 20 log 500.000 = 113,9 dB

E. Rangkaian Collector-to-Base Bias

Nampak pada gambar 16, bahwa loop terjadi pada rangkaian basis dan

rangkaian kolektor.

Gambar 16. Rangkaian Collector-to-base bias

Dari kedua loop tersebut, dapat tertentu nilai resistansi RB dan RC sebagai

rumus :

15


RC =

V CC−V CQIBQ+ ICQ ------------------------------------ (5-4)

dimana,VCQ = tegangan kolektor-emiter titik kerja

ICQ = arus kolektor pada titik kerja

IBQ = arus basis pada titik kerja

Sementara resistansi basis, RB, tertentu dari loop rangkaian basis yang

nilainya dinyatakan pada rumus (5-5) berikut :

RB =

V CQ−V BEI BQ -------------------------------------- (5-5)

dimana,VBE = 0,7 volt untuk transistor silikon

= 0,2 volt untuk transistor germanium

Faktor stabilitas ditentukan dengan melakukan deferensiasi persamaan

(5-2) terha-dap ICO sesuai definisi faktor stabilitas persamaan (5-3). Persamaan

(5-2) dituliskan kembali sebagai berikut :

IC = IB + ICEO

IC = IB + (1 + ) ICO

Hasilnya adalah :

S =

(1+ β )

1+ β .( RCRC+RB ) ------------------------------ (5-6)

Contoh Soal :

Dirancang satu penguat awal dengan konfigurasi collector-to-base bias.

Transistor yang digunakan mempunyai β = 50, dengan titik kerja yang dipilih

pada VCQ = 4,6 volt, ICQ = 21 mA, dan IBQ = 0,4 mA (bekerja pada kelas-A),

serta catu tegangan sebesar 10 volt. Tentukan nilai RC dan RB, serta faktor

stabilitas rangkaian tersebut.

16


Jawaban :

Sesuai rumus (5-4) sampai (5-6), maka tertentu,

RC =

V CC−V CQIBQ+ ICQ =

10−4,60,4+21 = 252 Ω

RB =

V CQ−V BEI BQ =

4,6−0,60,4 = 10 kΩ

S =

(1+ β )

1+ β .( RCRC+RB ) =

1+50

1+50.( 0 ,2520 ,252+10 )

= 22,87 ¿ 23

BAB III

PENUTUP

A. Kesimpulan

Penguat adalah suatu peranti yang berfungsi menguatkan daya sinyal

masukan. Suatu penguat pada dasarnya adalah peralatan elektronika yang

dapat menerima sinyal masukanpada sepasang kutub masukannya dan

memberikan sinyal keluaran pada kutub keluarannya.

Penguat Sinyal Kecil mempunyai gain, yang menguatkan sinyal

masukannya mencapai level tertentu pada sinyal keluarannya. Penguat ini

17


dikenal sebagai penguat tegangan daripada disebut sebagai penguat daya,

walaupun sebetulnya terjadi juga penguatan daya.

Fungsi utama transistor adalah sebagai alat penguat sinyal, transistor

dapat dikonfigurasikan sebagai penguat tegangan, arus, dan daya.

B. Saran

Setelah menyimpulkan hasil pembahasan dari makalah ini berdasarkan

teori-teori yang ada, maka penulis mencoba untuk memberikan masukan atau

saran Bagi pembaca, penulis menyarankan agar mengambil hal-hal positif dari

makalah ini untuk pembelajaran dan lebih banyak membaca dan

memperbanyak referensi buku tentang rangkaian elektronika terutama pada

pembahasan penguat sinyal kecil.

Demikianlah makalah yang berjudul “Penguat Sinyal Kecil” ini kami

sajikan dengan harapan dapat menjadi manfaat bagi setiap pembaca

khususnya. Apabila ada kesalahan, kekhilafan, dan kekurangan dalam

makalah ini kami mohon maaf, karena kesempurnaan itu hanya milik Allah

SWT semata. Kritik dan saran yang membangun kami harapkan, agar makalah

ini dapat lebih baik lagi.

18

auliaakhriansyahidi.files.wordpress.com · Web viewPenguat kelas B cocok dipakai pada penguat...

Documents

Transcript of auliaakhriansyahidi.files.wordpress.com · Web viewPenguat kelas B cocok dipakai pada penguat...