Penguat-Penguat Emitor Sekutu - Danny Kurnianto

Oleh: Danny Kurnianto, ST.,M.Eng
ST3 Telkom Purwokerto
1.Pendahuluan
 Setelah mempelajari rancangan rangkaian
prategangan transistor dengan titik Q berada di
tengah-tengah garis beban, maka sebuah sinyal ac
kecil dapat digandengkan ke basis transistor.
 Sinyal ini menghasilkan ayunan-ayunan pada arus
kolektor dengan bentuk dan frekuensi yang sama.
 Penguat disebut sebagai penguat linear jika tidak
mengubah bentuk sinyal.
 Selama amplitudo sinyalnya kecil, transistor hanya
akan menggunakan sebagian kecil garis beban dan
operasinya linear.
 Sebaliknya, jika sinyal masukannya terlalu besar,
ayunan sepanjang garis bebannya akan menggerakkan
transitor ke arah titik jenuh atau cut-off. Hal ini akan
memotong puncak sinyal dan penguat tidak lagi
linear.
2.Kapasitor Coupling dan Bypass
 Kapasitor coupling adalah kapasitor yang digunakan
untuk menggandeng sinyal ac ke dalam atau keluar
penguat transistor tanpa mengubah prategangan dcnya.
Gambar 1. kapasitor coupling
Kapasitor Coupling
 Perhatikan gambar 1 diatas, sinyal ac akan diteruskan
dari titik A ke titik B, agar terlaksana maka reaktansi
kapasitif (XC) harus jauh lebih kecil daripada
resistansi seri (RTh + RL).
 Arus yang mengalir pada rangkaian RC satu simpul
seperti pd gambar 1 adalah
V
………………..(1)
I
R2  X C
2
 Dengan R adl resistansi seri (RTh + RL).
 Bila frekuensi naik maka XC akan menurun sampai
jauh lebih kecil dari R, jd arus mencapai maksimum
pada V/R.
Kapasitor Coupling
 Gandengan kaku
 Ukuran kapasitor penggandeng tergantung dari
frekuensi terendah dari sinyal yang harus digandeng.
 Aturan pada frekuensi terendah yaitu
…………………..(2)
X C  0,1R
 Contoh:
Suatu penguat transistor untuk jangkauan audio 20Hz
– 20KHz. Bila kapasitor penggandeng masukan
melihat resistansi total sebesar 10 K Ohm, maka pada
frekuensi terendah yaitu 20 Hz, XC harus lebih kecil
daripada atau sama dengan 1 K Ohm , maka
1
1
XC 

 1k
2fC 2 (20)C
Sehingga harga C dapat dicara sebagai berikut :
1
C
 7,96F
2 (20)(1000)
Harga ini adalah harga kapasitansi minimum yang
dibutuhkan untuk gandengan kaku.
Kapasitor Bypass
 Kapasitor bypass (pintas) sama dengan kapasitor
penggandeng, kecuali bahwa kapasitor ini
menggandengkan titik yang tidak ditanahkan ke titik
yang ditanahkan, seperti yang ditunjukkan pada
gambar dibawah ini:
Kapasitor Bypass
 VTh dan RTh dapat berupa satu sumber dan tahanan
atau berupa rangkaian thevenin.
 Persamaan (1) dan (2) masih dapat digunakan karena
memiliki rangkaian RC satu simpal.
 Titik A dihubungkan ke tanah sepanjang menyangkut
sinyal ac ke tanah.
 Kapasitor pintas tidak akan mengganggu tegangan dc
pada titik A karena hal ini seperti rangkaian terbuka
terhadap sinyal dc.
3. Aturan Superposisi
 Pada penguat transistor, sumber dc menetapkan arus
dan tegangan tenang. Lalu sumber ac mengakibatkan
ayunan pada arus dan tegangan.
 Cara yang sederhana untuk menganalisis rangkaian ini
adalah dengan membagi dua analisis yaitu analisis dc
dan analisis ac.
 Rangkaian-rangkaian ekivalen AC dan DC
 Rangkaian ekivalen DC, aturannya dengan
menghubung singkat sumber tegangan AC dan
membuka sumber arus AC. Buka semua kapasitor.
Lalu arus dan tegangan DC dapat dihitung.
Aturan Superposisi
 Rangkaian ekivalen AC dan DC
 Rangkaian ekivalen AC, aturannya adalah
menghubung singkat sumber tegangan DC dan
membuka sumber arus DC. Hubung singkatkan
semua kapasitor (penggandeng dan pintas). Lalu
arus dan tegangan AC dapat dihitung.
 Arus keseluruhan di setiap cabang adalah jumlah
arus AC dan arus DC pada cabang tersebut.
Tegangan keseluruhan melintas setiap cabang
adalah jumlah tegangan DC dan tegangan AC
melintas cabang tersebut.
Aturan Superposisi
 Contoh, gambarkan rangkaian ekivalen DC dan AC
dari gambar rangkaian penguat di bawah ini.
Aturan Superposisi
 Jawab:
 Rangkaian ekivalen DC : hubungsingkat sumber
tegangan AC dan buka semua kapasitor, sehingga
dihasilkan rangkaian ekivalen DC seperti gambar
dibawah ini:
Aturan Superposisi
 Rangkaian ekivalen AC : hubung singkat sumber
tegangan DC, hubung singkat semua kapasitor,
sehingga dihasilkan rangkaian ekivalen AC seperti
gambar dibawah ini.
Aturan Superposisi
 Notasi :
 Untuk membedakan antara AC dan DC, maka dalam
penulisan digunakan notasi yang berbeda.
 Huruf besar untuk simbol DC
 Huruf kecil untuk simbol AC
4. Resistansi AC Dioda Emitor
 Gambar dibawah ini menunjukkan rangkaian ekivalen
transistor menurut model Ebers-Moll
Resistansi AC Dioda Emitor (Cont..)
 Gambar dibawah ini menunjukkan grafik lengkung
dioda yang menghubungkan antara IE dan VBE. Bila
tidak ada sinyal AC, transistor bekerja pada titik Q
(ditengah).Bila ada sinyal AC, maka arus dan tegangan
emitor berubah.
 Bila sinyalnya kecil, titik operasi berayun sinusoidal
dari Q ke arus puncak positif A, lalu ke arus puncak
negatif B, dan kembali ke Q, demikian seterusnya
berulang-ulang.
 Disini terlihat bahwa perubahan arus dan tegangan
linear, shg sepanjang menyangkut sinyal AC, dioda
tampak seperti resistansi yang berikan oleh
Resistansi AC Dioda Emitor (cont..)
VBE
re' 
I E
………………….(3)
 Dimana :
 Re = resistansi emitor AC
 Delta VBE = perubahan pada tegangan basis emitor
 Delta IE = perubahan pada arus emitor
Karena perubahan VBE dan IE ekivalen dengan
tegangan dan arus AC, maka persamaan (3) sering
ditulis sebagai berikut:
vbe
re ' 
……………..(4)
ie
 Karena re’ adalah perbandingan perubahan Vbe
terhadap perubahan IE, maka nilainya tergantung
letak titik Q. Makin tinggi letak titik Q pd
lengkungan, makin kecil nilai re’. Dengan
menggunakan kalkulus, maka harga re’ dapat juga
diperoleh dengan rumus:
25mV
re' 
IE
; dengan IE = arus emitor DC
Resistansi Ac Dioda Emitor (Cont..)
 Harga untuk sinyal masukan yang kecil.
 Jika sinyal masukan berbentuk sinusoidal kecil maka akan
dihasilkan sinyal keluaran bernetuk sinusoidal juga.
 Tapi jika sinyal masukannya besar, sinyal keluarannya akan
terjadi distorsi.
 Jika sinyal masukan terlalu besar, sinyal keluaran akan
memanjang pada setengah siklus positif dan memendek
pada setengah siklus negatif.
 Sinyal masih dianggap kecil bila ayunan dari puncak ke
puncak pada keluaran (arus emitor) kurang dari 10 persen
arus emitor tenang (IE dc).
 Misal, jika IE=10 mA, maka ayunan puncak ke puncak
berharga kurang dari 1 mA masih dianggap sinyal kecil.
5. Beta AC
 Seperti yang telah dibahas pada baba terdahulu bahwa
beta adalah besaran yang menunjukkan penguatan
pada transistor (perbandingan IC dengan IB).
 Beta AC adalah besaran sinyal kecil yang tergantung
dari ketak titik Q.
 
I C
I B
……………..(5)
 Karena arus bolak balik sama dengan perubahan arus
total , maka
 
iC
iB
……………..(6)
Beta DC (Cont…)
 Secara grafis, Beta adalah kemiringan lengkungan
pada titik Q, itulah sebabnya beta AC memiliki harga
yang berbeda pada letak Q yang berbeda pula.
 Pada lembaran data, beta AC dicantumkan sebagai
hfe, sedangkan untuk beta DC dicantumkan sebagai
HFE.