Penguat Emiter Sekutu

Penguat Emiter Sekutu
vout
vin
Konfigurasi Dasar
Ciri Penguat Emiter Sekutu :
1. Emiter dibumikan
2. Sinyal masukan diberikan ke basis
3. Sinyal keluaran diambil dari kolektor
Agar dapat memberikan tegangan keluaran positip, diperlukan
Pull-up resistor yang menghubungkan kolektor ke sumber
tegangan positip.
VCC
VCC
RC
RC
vout
vin
Transistor
(a)
vout
vin
Transistor
(b)
Pada Gambar (a) transistor diumpamakan sebagai sebuah
tahanan variabel, dimana :
VOUT = VCC.RTR/(RTR + RC)
Pada Gambar (b) transistor diumpamakan sebagai sebuah
sumber arus yang dapat diatur , dimana :
VOUT = VCC – I.RC
Pada kedua keadaan diatas, tegangan keluaran hanya dapat
berkisar antara 0 Volt dan VCC.
Tegangan keluaran akan bernilai 0 Volt jika transistor menghantar
maksimum sehingga menyamai keadaan hubung-singkat.
Tegangan keluaran akan bernilai VCC jika transistor tidak
menghantar sama sekali sehingga menyamai keadaan hubungan
terbuka.
Agar dapat menghasilkan tegangan keluaran yang simetri maka
tegangan diam dari kolektor harus bernilai VCC/2. Untuk itu maka
transistor perlu diberi arus panjar agar dalam keadaan diam arus
kolektor sama dengan setengah arus maksimum.
Agar beroperasi didaerah linier maka
transistor memerlukan tegangan panjar
(Bias).
Tegangan bias akan membuat VC = VCC/2
sehingga kisar tegangan kolektor kearah
positip akan sama dengan kisar tegangan
kolektor kearah negatip.
VC
VC
VCC
VCC
VC(MAX)
VC
VC
VC(MIN)
0
t
0
t
Penguat Emiter Sekutu
VCC
R1
RC
C3
RS
C1
vIN
VS
R2
RE
Ciri Penguat Emiter Sekutu :
1. Emiter dibumikan
2. Sinyal masukan diberikan ke basis
3. Sinyal keluaran diambil dari kolektor
C2
RL
vOUT
Konfigurasi Rangkaian
VCC
R1
RC
vout
vout
vin
vin
R2
(a)
(b)
VCC
R1
VCC
RC
R1
RC
C2
vout
vout
C1
vin
vin
R2
RE
(c)
R2
RE
(d)
C3
Disebut Emiter Sekutu karena semua emiter dari transistor-transistor
dihubungkan ke titik sekutu (common) atau tanah (ground).
Kapasitor Penggandeng (Coupling Capasitor) :
Berfungsi untuk meneruskan sinyal AC tetapi memblokir sinyal DC.
Kapasitor Pintas (Bypass Capasitor) :
Berfungsi untuk menghubung singkat sinyal AC tetapi tidak
mengganggu tegangan DC.
Reaktansi kapasitor adalah :
XC = 1/2πfC
Pada DC, frekuensi = 0 sehingga XC = ∞ → kapasitor merupakan
rangkaian terbuka.
Pada AC (frekuensi tinggi) XC ≈ 0 → kapasitor merupakan hubung
singkat.
Jika sumber sinyal dihubungkan langsung ke basis maka
tahanan dalam dari sumber sinyal akan mengganggu tegangan
bias dari transistor. Dengan menggunakan kapasitor kopling
maka sinyal AC akan diteruskan tetapi tegangan bias tidak
akan terganggu.
Jika beban dihubungkan langsung ke kolektor maka tegangan
kolektor akan terganggu. Tetapi dengan menggunakan
kapasitor kopling maka tegangan keluaran (AC) aka diteruskan
ke beban tanpa mengganggu tegangan DC dari kolektor.
Kapsitor pintas pada emiter akan memperkecil hambatan pada
emiter sehingga faktor penguatan tegangan AC (AC Voltage
Gain) atau AV dapat diperbesar.
Rangkaian ekivalen DC
Rangkaian ekivalen DC diperlukan untuk menentukan tegangan
dan arus pada emiter, basis dan kolektor.
Rangkaian ekivalen ini diperoleh dengan menganggap semua
kapasitor terbuka sehingga dapat dihilangkan dari rangkaian.
VCC
R1
VCC
RC
R1
RC
R2
RE
C3
C1
RS
VS
R2
RE
C2
RL
Dari rangkaian ekivalen DC ini dapat dihitung :
VB ≈ VTH
= VCC.R2 / (R1 + R2)
VE = VB – VBE
VBE ≈ 0,7V
VE = VB – 0,7V
IC ≈ IE
= VE/RE
VC = VCC – IC.RC
Resistansi AC dari Emiter
r’e = ∆VBE / ∆IE
atau
r’e = vbe / ie
Secara pendekatan :
r’e ≈ 25mV / IE
Rangkaian ekivalen AC
Rangkaian ekivalen AC diperlukan untuk menentukan resistansi
masukan, faktor penguatan tegangan dan resistansi keluaran
dari penguat.
Rangkaian ekivalen ini diperoleh dengan menganggap semua
kapasitor hubung-singkat.
vout
ic
ib
i1
vs
R1
i2
zin
R2
r’e
RC
zin(base)
(a)
ib
vout
i1
vs
zin
R1
i2
R2
.r’e
zin(base)
(b)
ic
RC
Dari rangkaian ekivalen AC ini dapat dihitung :
zin(base) = β.r’e
Impedansi Masukan :
zin = z in(base) // R1 // R2
Penguatan Tegangan :
AV = – RC / r’e
Impedansi Keluaran :
zout ≈ RC
Contoh
+10V
R1
10k
RC
3k6
R2
2k2
RE
1k
C3
C1
RS
1k
VS
1mV
zIN = 3400//10000//2200
= 1,18kΩ
vIN = vS.zIN/(zIN+RS)
= 1mV.1,18/(1,18+1)
= 0,541mV
C2
RL
1k5
Hitung vOUT
Penyelesaian :
VB ≈ VTH = VCC.R2/(R1+R2)
= 10V.2200/12200
= 1,8V
VE = VB – VBE
= 1,8V – 0,7V
= 1,1V
IE = VE / RE
=1,1V / 1kΩ
= 1,1mA
r’e ≈ 25mV / IE
=25mV / 1,1mA
= 22,7Ω
zIN(base) = β.r’e
= 150.22,7Ω
= 3400Ω
zIN = 3400 // 10000 // 2200
= 1,18kΩ
vIN = vS.zIN/(zIN + RS)
= 1mV.1,18/(1,18 + 1)
= 0,541mV
AV = – RC/r’e
= – 3600 / 22,7
= – 159
AV.vIN = – 159. 0,541mV
= – 86mV
vOUT = AV.vIN.RL/(RL+ zOUT)
= – 86mV.1k5/(1k5 + 3k6)
= – 86mV.1k5/5k1
= – 25mV
Penguat Emiter Sekutu dengan Emiter
Terbenam (Swamped Amplifier)
Disebut terbenam karena adanya rE yang >> r’E sehingga nilai r’E
terbenam oleh nilai rE yang besar.
VCC
R1
RC
C3
C1
RS
rE
VS
R2
RE
C2
RL
Pengaruh rE pada IE
Dari rangkaian ekivalen DC
ini dapat dihitung :
VB ≈ VTH
= VCC.R2/(R1 + R2)
VE = VB – VBE
Jika VBE ≈ 0,7V maka :
VE = VB – 0,7V
IE = VE / (RE + rE)
Jika β sangat besar maka
IC ≈ IE
sehingga :
VC = VCC – IE.RC
r’e ≈ 25mV / IE
Pengaruh rE pada AV dan zIN
Dari rangkaian ekivalen
AC ini dapat dihitung :
zIN(base) = β.(r’e + rE)
Impedansi Masukan :
zIN = z IN(base) // R1 // R2
Penguatan Tegangan :
AV = – RC / (r’e + rE)
Impedansi Keluaran :
zOUT ≈ RC
Efek Bootstrap
Dengan adanya tahanan AC pada emiter maka pertambahan IC
atau IE akan menyebabkan kenaikan VE.
Sedangkan kenaikan IC disebabkan oleh kenaikan IB, yang
disebabkan oleh kenaikan VB.
Dengan naiknya VE, maka IB akan cenderung konstan sehingga
zin(base) seolah-olah sangat besar. Efek ini disebut Bootstrapping.
Penguat Emiter Sekutu dengan
Tahanan Emiter Paralel
Dari rangkaian ekivalen DC ini dapat
dihitung :
VCC
R1
RC
VC
VB
VBE
R2
VE
RE
VB ≈ VTH
= VCC.R2/(R1 + R2)
VE = VB – VBE
Jika VBE ≈ 0,7V maka :
VE = VB – 0,7V
IE = VE / RE
Jika β sangat besar maka :
IC ≈ IE sehingga :
VC = VCC – IE.RC
r’e ≈ 25mV / IE
Dari rangkaian ekivalen
AC ini dapat dihitung :
zIN(base) = β.{r’e + (RE // rE)}
Impedansi Masukan :
zIN = z IN(base) // R1 // R2
Penguatan Tegangan :
AV = – RC / {r’e + (RE // rE)}
Impedansi Keluaran :
zOUT ≈ RC
Contoh penguat 2 tingkat
VCC
R1
R3
R5
R7
C3
C5
Q1
Q2
C1
RS
vIN
VS
R2
R4
C2
R6
R8
C4
RL
vOUT