PENGUAT DAYA KELAS A
A. DEFINI DEFINISI SI PENGU PENGUAT AT DAYA DAYA KELA KELAS SA Penguat kelas A didefinisikan sebagai suatu penguat yang mempunyai kemampuan terbesar dalam mereproduksi masukan dengan distorsi yang terkecil, dengan atau tanpa rangkaian umpan balik negatif. Namun demikian, efisiensi penguat kelas A adalah paling kecil dibandingkan dibandingkan dengan penguat daya kelas lainnya. Rangkaian Rangkaian penguat penguat kelas A dengan umpan balik emitor ditunjukan dengan gambar berikut:
Gambar Penguat Kelas A Persamaan yang digunakan adalah sebagai berikut : o
ICsat=VCC/RC+RE
o
IB=VB/RB
o
VCEcutoff=VCC
o
VB=VCC.R2/R1+R2
o
RB=R1.R2/R1+R2
B. KLASI KLASIFIK FIKASI ASI PENGU PENGUAT AT DAYA DAYA KELAS KELAS A
Berdasarkan titik kerjanya penguat daya kelas A diklasifikasikan sebagai berikut : 1) Penguat Penguat dengan dengan letak letak titik titik Q di tengah tengah-tenga -tengah h garis beban 2) Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.
3) Efisiensin Efisiensinya ya paling rendah, rendah, karena karena banyaknya banyaknya daya yang terbuang terbuang di transisto transistor. r. Berdasarkan tipe pembiasannya yang dilakukan oleh penguat, penguat daya kelas A diklasifikasikan sebagai berikut: Peng Pengua uatt Daya aya kelas elas A : Titik itik kerja erja diat diatu ur agar agar selu eluruh ruh fasa fasa siny inyal inpu inputt diatursedem diatursedemikian ikian rupa sehingga sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. mengalir. Penguat ini beroperasi pada daerah linear.
C. SIFAT – SIFAT SIFAT PENGUAT PENGUAT DAYA KELAS KELAS A 1. Dirangakai Secara common emiter.
Contoh dari penguat kelas A adalah adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva V CE-IC dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Apabila sebuah transistor mempunyai titik kerja Q di dekat tengah-tengah garis beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja didaerah yang aktif aktif dalam dalam seluru seluruh h siklus siklusnya nya.. Apabil Apabilaa sinyal sinyal membes membesar, ar, transis transistor tor terus terus bekerj bekerjaa didaerah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik jenuh dan titik pancung (cut off) tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini dari jenis-jenis jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut disebut dari kelas A. Pada gambar 1, titik Q diambil ditengah atau dipusat garis beban AC, dari sini kita mendapatkan sinus output yang tak tergunting dengan kemungkinan yang terbesar.
Gambar 1. Garis beban CE kelas A
Dalam merancang penguat daya kelas A, titik kerja Q harus berada ditengahtengah garis beban, maka dapat diperoleh dengan langkah-langakh berikut. Untuk garis beban DC
Untuk menggambar garis beban AC dapat dilakukan dengan cara berikut:
Dengan :
Pada penguat kelas A dikenal adanya PP atau Kepatuhan AC. Kepatuhan AC (PP) (PP) adalah adalah tegang tegangan an keluar keluaran an maksim maksimum um pengua penguatt dari dari punca puncak k ke puncak puncak (tanpa (tanpa pemotongan). Kepatuhan AC (PP) dapat dirumuskan sebagai berikut :
Seca Secara ra toer toerii kita kita dapa dapatt mera meranc ncan ang g suat suatu u peng pengua uatt CE kela kelass A deng dengan an cara cara menentukan bias DC-nya terlebih dahulu, setelah selesai maka akan diperoleh nilainilai untuk resistor yang digunakan. Sebelum menentukan bias DC tersebut terlebih dahulu dipilih jenis resistor yang digunakan, kemudian baru menentukan bisa DC-nya. Penguat daya yang dibahas pada percobaan ini sama seperti common emitter pada pen pengu guat at satu satu ting tingka kat, t, hany hanyaa saja saja siny sinyal al inpu inputt yang yang dibe diberik rikan an jauh jauh lebi lebih h besa besar r amplitudonya. Penganalisaan impedansi input dan impedansi output serta penguatan sama seperti penguat satu tingkat. Ciri khas dari penguat penguat kelas A, seluruh seluruh sinyal keluarannya keluarannya bekerja bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar.
2. Diguna Digunakan kan Untu Untuk k Daya Daya Yang Seda Sedang ng < 10 Watt Watt.. 3. Input dan output berbeda 180
Selain ketiga sifat penguat pada kelas A tersebut, ada beberapa sifat-sifat penguat kelas A yang dijelas oleh Albert Paul Malvino, Ph. D. dalam bukunya yang berjudul Prinsip-Prinsip Elektronika Jilid I antara lain sebagai berikut : 1) Bati Tegangan dengan Beban
Di dalam dalam pengua penguatt CE pada pada gambar gambar 2.1, 2.1, tegang tegangan an ac Vin mengge menggerak rakkan kan basis, basis, menghasilkan tegangan keluar ac Vout. Bati Vout. Bati tegangan tanpa beban adalah
Gambar 2.1 Penguat CE
Karena resistansi yag dilihat oleh kolektor adalah
Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:
AV
= −
r c r ' c
....................................(2.3)
Dimana : r’c
= Resistansi emiter ac
r c
= Resistansi kolektor ac
RC
= Res Resis ista tan nsi kol kolek ekto torr dc dc
A
= Bati Tegangan tanpa beban
RL
= Resistansi beban
AV
= Bati tegangan dengan beban
2) Bati Arus
Pada gambar 2.1, bati arus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor ac terhadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Dimana : Ai = Bati arus ic = Arus kolektor ac ib = Arus basis ac
3) Bati Daya
Tanda minus (-) diperlukan karena adanya pembalikan fasa. Perbandingan Pout/Pin disebut sebagai bati daya dan ditulis dengan Ap. dengan mengambil perbandingan tersebut, didapatkan:
Dimana : P in P in
= Daya input ac
v in
= Tegangan melintas pada resistansi emiter
ib
= Arus basis ac
ic
= Arus kolektor ac
vout
= Tegangan keluar
Pout = Daya output ac Ap
= Bati daya
Av
= Bati tegangan
Ai
= Bati arus
4) Daya Daya Beba Beban n Pada gambar 2.1, daya ac ke dalam tahanan beban R L adalah
Dimana : PL = Daya beban ac VL = Tegangan beban rms RL = Resistansi beban
5) Efisie Efisiensi nsi Tahapa Tahapan n Efisiensi tahapan kelas A diberikan oleh
Dimana :
PL(maks)
Daya = beban maksimum
PS
= daya dc dari catu
η
= Efisiensi tahapan
D. CARA MENGENALI MENGENALI PENGUAT PENGUAT DAYA DAYA KELAS KELAS A
Cara Cara yang yang pali paling ng muda mudah h untu untuk k meng mengen enali ali jeni jeniss peng pengua uatt kela kelass adal adalah ah deng dengan an memperhatikan tegangan pada basis, pada gambar diatas tegangan Vcc yang masuk ke basis mengalami pembagian tegangan oleh adanya resistor yang dipasang secara parelel yaitu R1 dan R3, jadi langkah awal untuk menentukan jenis dari suatu penguat adalah dengan melihat tegangan yang masuk ke basis, bandingkan dengan penguat yang lain, penguat kelas B memiliki tegangan 0.7 V karena tegangan pada kaki basis sama dengan tegangan pada diode, sedangkan untuk kelas C tegangan pada basis sebesar 0 V karena di hubungkan ke ground melalui sebuah inductor .
Perhati Perhatikan kan pada pada bagian bagian input input dan outpu output, t, sebelu sebelum m dan sesuda sesudah h output output terdap terdapat at sebuah capacitor (C2 dan C4) yang dipasang secara seri, fungsi dari capacitor ini disebut sebagai kopling karena berfungsi untuk menyalurkan transmisi, atau sebagai sambungan, sifat dasar dari kapasitor adalah menahan arus dc dan meloloskan arus AC, dengan adanya capasitor pada input dan outpun rangkaian maka dapat memfilter arus dc sehingga benar – benar arus AC yang masuk. Pada kaki basis dialiri arus yang cukup untuk mengaktifkan kerja dari transistor, arus IB yang cukup besar juga akan mengakibatkan arus yang melalui I C juga cukup sangat besar, karena sesuai persamaan IE = IC + IB sedangkan IE ≈ IC , akibat arus yang besar tersebut transistor akan cepat panas dan jika hal ini tetap dibiarkan maka transistor dapat rusak, untuk menanggulangi hal ini maka pada kaki emitor diberi resistor (R2), resistor ini mengakibatkan Vce semakin turun sehingga suhu di transistor dapat ditahan untuk tidak naik, dengan cara ini suhu di transistor masih diambang toleransi yang tidak merusak transistor, R2 juga sering disebut sebagai pengendali suhu pada rangkaian penguat kelas A. Sekaran Sekarang g perhat perhatika ikan n kapasi kapasitor tor yang yang dirang dirangkai kai secara secara parall parallel el dengan dengan R2 (C1) kapasitor ini disebut sebagai kapasitor byapass karena memiliki XC yang kecil, fungsi dari capasi capasitor tor bypass bypass juga juga untuk untuk memuda memudahk hkan an analis analisaa AC pada pada rangka rangkaian ian,, hal yang yang perlu perlu diperh diperhati atikan kan adalah adalah nilai nilai dari dari XC harus sehingga ga nilai nilai dari dari harus 20x 20x dibaw dibawah ah nilai nilai R2, sehing capasitor itu sendiri dapat ditentukan dengan persamaan : XC= 12πfC Jika diperhatikan pada bagian yang paling dekat dengan Vcc terdapat kapasitor juga yang yang dipasa dipasang ng secara secara parall parallel el terhada terhadap p Vcc, Vcc, kapasi kapasitor tor ini sering sering disebu disebutt juga juga sebaga sebagaii kapasitor decoupli karenaa kapa kapasi sito torr ini ini menj menjag agaa agar agar siny sinyal al dist distor orsi si yang yang decoupling ng (C3), karen dihasilkan dari rangkaian tidak mempengaruhi input. Pada bagian output dipasang sebuah inductor (L1), inductor ini disebut juga sebagai RFC (Radio Frequency Cook) yang kerjanya hampir mirip dengan LPF, fungsinya adalah meloloskan dc dan menahan arus AC agar AC tidak naik ke Vcc kembali, pada Radio Frequency RFC berfungsi untuk menahan arus AC. Peng Pengua uatt kelas elas A coco cocok k untu untuk k men menguat guatka kan n frek frekue uens nsii kecil ecil,, kare karena na tid tidak membutuhkan daya yang besar, karena itu penguat kelas A sering dipasang pada bagian awal untuk menguatkan frekuensi kecil yang kemudian dikuatkan lagi oleh penguat yang lain baik kelas B maupun kelas C.
E. PENGUAT PENGUAT DAYA DAYA KELAS KELAS A PADA PADA PENERIM PENERIMA A RADIO RADIO
Pemancar CW biasanya dapat memancarkan daya dari 1 sampai 100 W, tergantung pada transistor yang digunakan. rangkaiannya dapat sederhana. Transistor merupakan komponen yang dapat menguatkan arus.Dengan kemampuan ini, transistor dapat dimanfaatkan dalam dua moda, yaitu moda nonlinier dan moda linier. Moda Moda nonlin nonlinier ier contoh contohnya nya adalah adalah pemanf pemanfaat aatan an transi transisto storr sebaga sebagaii saklar saklar elektr elektroni onik, k, sedangkan moda linier adalah transistor sebagai penguat (amplifier). Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Titik beban transistor pada penguat kelas A diletakkan di antara titik A dan B, biasanya untuk menghasilkan kinerja yang baik maka titik beban diletak diletakkan kan tepat tepat di tengah tengah-te -tenga ngah h garis garis beban. beban. Hal ini memilik memilikii maksud maksud agar agar sinyal sinyal keluar keluaran an akan akan memilik memilikii bentuk bentuk sinyal sinyal yang yang simetri simetri antara antara siklus siklus negati negatiff dan posit positif. if. Supaya diperoleh titik beban yang tepat ditengah, maka VCE dirancang supaya sama besar dengan VCC/2. Untuk menghasilkan ini, maka IB dirancang supaya menghasilkan ICRC sama dengan VCC/2. Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar besar dari sumber catu daya terbuang menjadi menjadi panas. panas. Karena ini juga transistor transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar. Pada radio, penguat class A baik digunakan untuk mengolah sinyal-sinyal yang kecil, dan tidak bisa digunakan untuk bekerja pada frekuensi-frekuensi tinggi. Rangkaian kelas
A ini bisa terdapat dalam rangkaian osilator colpitts atau rangkaian osilator Hartley yang diguna digunakan kan sebaga sebagaii amplif amplifier ier dalam dalam pemanc pemancar ar radio. radio. Gambar Gambar di atas, atas, sebaga sebagaii contoh contoh rangkaian class A dalam pemancar radio.
