Makalah Penguat Sinyal Kecil

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 bi asa 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 te gangan 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


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


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


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


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


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

meminimalkan efek umpan balik.

11

dari

output

ke

input

sehingga




Mempunyai impedansi input yang relatif tinggi sehingga cocok untuk penguat sinyal kecil (pre amplifier).



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



Impedansi keluaran : Zo = rE



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

: Ai = hfe

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

12


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 Gain

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 :

 V   dB ...........................(5-1) V  

Gain = 20 log 

out

in

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.

13


Gambar 14. Pengukuran dengan Osiloskop

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.

in

+10 dB

+30 dB

+0 dB

out

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

14


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, 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, 50 100 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.

15


+ VCC

RC

IB IB

RB

IC

IC+ IB

Gambar 16. Rangkaian Collector-to-base bias

Dari kedua loop tersebut, dapat tertentu nilai resistansi R B dan R C sebagai rumus : R C =

V CC



V CQ

I BQ



I CQ

------------------------------------

(5-4)

dimana,VCQ = tegangan kolektor-emiter titik kerja ICQ = arus kolektor pada titik kerja IBQ = arus basis pada titik kerja Sementara resistansi basis, R B, tertentu dari loop rangkaian basis yang nilainya dinyatakan pada rumus (5-5) berikut :

R B = dimana,

VBE

V CQ



V BE

I BQ

-------------------------------------- (5-5)

= 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

16


Hasilnya adalah :

S =

1   

------------------------------ (5-6)

 RC  1   .  R  R  B   C

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. Jawaban :

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

RB =

S

=

V CC



V CQ

I BQ



I CQ

V CQ



V BE

I BQ

=

=

10  4,6 0,4  21 4,6  0,6

1     RC  1   .  R  R  B   C

0,4 =

= 252 Ω

= 10 k Ω

1  50

 0,252  1  50.   0 , 252 10  

17

= 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 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

Makalah Penguat Sinyal Kecil

Recommend Documents