Kuliah Teknik Elektro

Selasa, 11 februari 2020

16.2 SERIES-FED CLASS A AMPLIFIER

1. Tujuan

Untuk mengetahui dan memahami tentang Rangkaian Series-fed class a Amplifier

2. Komponen

a) Resistor 10k

Resistor merupakan salah satu komponen elektronika pasif yang berfungsi untuk membatasi arus yang mengalir pada suatu rangkaian dan berfungsi sebagai terminal antara dua komponen elektronika. Tegangan pada suatu resistor sebanding dengan arus yang melewatinya (V=I R).

Mencari Nilai Resistor dengan Kode Warna

1.     Resistor Dengan 4 Cincin Kode Warna

Maka cincin ke 1 dan ke 2 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 3 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warnake 4 menunjukan nilai toleransi resistor.

2.     Resistor Dengan 5 Cincin Kode Warna

Maka cincin ke 1, ke 2 dan ke 3 merupakan digit angka, dan cincin kode warna ke 4 merupakan faktor pengali kemudian cincin kode warna ke 5 menunjukan nilai toleransi resistor.

3.     Resistor Dengan 6 Cincin Warna

Resistor dengan 6 cicin warna pada prinsipnya sama dengan resistor dengan 5 cincin warna dalam menentukan nilai resistansinya. Cincin ke 6 menentukan coefisien temperatur yaitu temperatur maksimum yang diijinkan untuk resistor tersebut.

-b)VCC

VCC menunjukkan pin yang harus disambung ke tegangan positip (biasanya 5V atau 3.3V)

-c)Konduktor

Hasil gambar untuk komponen konduktor

material yang dapat menghantarkan arus listrik dengan mudah.

d) Kapasitor
Hasil gambar untuk kapasitor

kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik.

Cara membaca nilai kapasitor :

Agar dapat menghitung nilai kode kapasitor keramik 473Z, kita perlu mengetahui lebih dahulu nilai satuannya. Hal ini perlu agar memudahkan dalam membedakan kode tiap kapasitor seperti berikut ini:
Kapasitor keramik dengan kode 473Z dapat dijabarkan sebagai berikut:
1 nano Farad (nf) = 1000 piko Farad (pF) = 0,01 mikro Farad (µF), umumnya yang banyak dipakai adalah satuan mikro farad dan farad yakni 1 Farad (F) = 1000000 Mikro Farad (µF)

Nilai Kapasitor = 47 x 10 pangkat tiga (10x10x10) = 47 x 1000 = 47.000 piko Farad (pF) = 47 nano Farad (nF) = 0,047 mikro Farad (µF)
Sedangkan huruf yang berada setelah angka atau nilainya merupakan besarnya nilai toleransi dari nilai kapasitansi kapasitor. Kode huruf tersebut tidak menentu, sehingga akan dijelaskan beberapa kode huruf untuk nilai toleransi kapasitor sebagai berikut:

B = 0,10 pF
C = 0,25 pF
D = 0,5 pF
E = 0,5 %
F = 1 %
G= 2 %
H = 3 %
J = 5 %
K = 10%
M = 20%
Z = + 80% dan -20%

e) Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

3. Dasar Teori

Sambungan rangkaian fixed-bias sederhana yang ditunjukkan pada Gambar. 16.2 dapat digunakan untuk membahas fitur-fitur utama dari penguat series-fed kelas A. Satu-satunya perbedaan antara sirkuit ini dan versi sinyal kecil yang dipertimbangkan sebelumnya adalah bahwa sinyal yang ditangani oleh sirkuit sinyal besar berada dalam kisaran volt dan transistor yang digunakan adalah power transistor yang mampu beroperasi dalam kisaran beberapa hingga puluhan watt. Seperti yang akan ditunjukkan pada bagian ini, sirkuit ini bukan yang terbaik untuk digunakan sebagai penguat sinyal besar karena efisiensinya yang rendah. Beta dari transistor daya umumnya kurang dari 100, rangkaian penguat keseluruhan menggunakan transistor daya yang mampu menangani daya atau arus besar sementara tidak memberikan banyak tegangan.

Gambar 16.2 Series-Fed Class A Amplifier

Operasi Bias DC

Bias DC yang ditetapkan oleh V_CC dan R_B menetapkan arus bias dasar dc pada

Persamaan 16.1

dengan arus collector sebesar

Persamaan 16.2

dan tegangan collector-emitter sebesar

Persamaan 16.3

Untuk menghargai pentingnya bias dc pada pengoperasian power amplifier, perhatikan karakteristik kolektor yang ditunjukkan pada Gambar. 16.3. Garis beban ac ditarik menggunakan nilai V_CC dan R_C. Perpotongan nilai bias dc dari IB dengan garis beban dc kemudian menentukan titik operasi (titik-Q) untuk rangkaian. Nilai quiescentpoint adalah yang dihitung menggunakan Persamaan. (16.1) hingga (16.3). Jika arus kolektor dc bias disetel pada setengah dari ayunan sinyal yang dimungkinkan (antara 0 dan V_CC / R_C), ayunan arus kolektor terbesar akan dimungkinkan. Selain itu, jika tegangan kolektor-emitor diam diatur pada setengah tegangan pasokan, ayunan tegangan terbesar akan dimungkinkan. Dengan titik-Q yang ditetapkan pada titik bias optimal ini, pertimbangan daya untuk rangkaian Gambar 16.2 ditentukan seperti dijelaskan di bawah ini.

Gambar 16.3 Karakteristik Transistor menunjukkan garis beban dan titik-Q

Operasi AC

Ketika sinyal input ac diterapkan pada amplifier pada Gambar 16.2, output akan bervariasi dari tegangan dan arus pengoperasian asas dc. Sinyal input kecil, seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 16.4, akan menyebabkan arus basis bervariasi di atas dan di bawah titik bias dc, yang kemudian akan menyebabkan arus kolektor (output) bervariasi dari titik bias dc yang ditetapkan serta kolektor Tegangan emitter bervariasi di sekitar nilai bias dc nya. Ketika sinyal input dibuat lebih besar, output akan bervariasi lebih jauh di sekitar titik bias dc yang ada sampai arus atau tegangan mencapai kondisi pembatas. Untuk arus, kondisi pembatas ini adalah nol arus di ujung bawah atau V_CC / R_C di ujung atas ayunannya. Untuk tegangan kolektor-emitor, batasnya adalah 0 V atau tegangan suplai, V_CC.

Gambar 16.4 Variasi Sinyal Input dan Output Amplifier

Pertimbangan Daya

Daya ke amplifier disediakan oleh suplai. Tanpa sinyal input, arus dc yang ditarik adalah arus bias kolektor, I_CQ. Daya yang kemudian diambil dari suplai sebesar

Persamaan 16.4

Bahkan dengan sinyal ac yang diterapkan, arus rata-rata yang diambil dari suplai tetap sama, sehingga Persamaan. (16.4) mewakili daya input yang disuplai ke amplifier series-fed kelas A.

Daya Output

Tegangan dan arus keluaran yang bervariasi di sekitar titik bias memberikan daya ac ke beban. Daya ac ini dikirim ke beban, R_C, di sirkuit Gambar 16.2. Sinyal ac, V_i, menyebabkan arus basis bervariasi di sekitar arus bias dc dan arus kolektor di sekitar level diamnya, I_CQ. Seperti ditunjukkan pada Gambar. 16.4, sinyal input ac menghasilkan sinyal arus ac dan tegangan tegangan ac. Semakin besar sinyal input, semakin besar ayunan keluaran, hingga set maksimum oleh sirkuit. Daya ac dikirim ke beban (R_C) dapat dinyatakan dalam beberapa cara.

Menggunakan sinyal rms : Daya ac yang dikirimkan ke beban (R_C)dapat dijabarkan dengan

Persamaan 16.5 a

Persamaan 16.5 b

Persamaan 16.5 c

Menggunakan sinyal puncak: Daya ac yang dikirim ke beban dapat dinyatakan dengan menggunakan

Persamaan 16.6 a

Persamaan 16.6 b

Persamaan 16.6 c

Efisiensi

Efisiensi sebuah amplifier mewakili jumlah daya ac yang dikirim (ditransfer) dari sumber dc. Efisiensi amplifier dihitung menggunakan

Persamaan 16.8

Efisiensi Maksimum

Untuk amplifier series-fed kelas A, efisiensi maksimum dapat ditentukan menggunakan tegangan maksimum dan perubahan arus. Untuk tegangan ayun itu sebesar

Dengan arus ayun sebesar

Hubungan arus ayun maksimum dan daya output ac menghasilkan

Input daya maksimum dapat dihitung menggunakan arus bias dc yang disetel ke setengah nilai maksimum:

Persamaan 16.8 digunakan untuk mencari Efisiensi Maksimum

Efisiensi maksimum dari amplifier series-fed kelas A sebesar 25%. Karena efisiensi maksimum ini hanya akan terjadi pada kondisi ideal dari ayunan tegangan dan ayunan arus, sebagian besar rangkaian umpan-seri akan memberikan efisiensi yang jauh lebih kecil dari 25%.

4. Prinsip Kerja Rangkaian

Umumnya, Penguat Kelas A menggunakan transistor single (transistor bipolar, FET, IGBT) yang terhubung secara konfigurasi Common Emitter (Emitor Bersama). Letak titik kerja (titik Q) berada di pusat kurva karakteristik atau berada pada setengah Vcc (Vcc/2) dengan tujuan untuk mengurangi distori pada saat penguatan sinyal. Penguat Kelas A ini menguat sinyal Input satu gelombang penuh atau 360°.

Untuk mencapai Linearitas dan Gain yang tinggi, Amplifier Kelas A ini mengharuskan Transistor dalam keadaan aktif selama siklus AC. Hal ini menyebabkan pemborosan dan pemanasan yang berlebihan sehingga menyebabkan ketidakefisienan. Efisiensi Penguat/Amplifier kelas A ini hanya berkisar sekitar 25% hingga 50%.

5. Bentuk Rangkaian