perancangan penguat bjt - tektro unjani 2011 · contoh 1 desain common emitor dengan sumber arus...
Post on 07-May-2018
234 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Perancangan Penguat BJT
CE dengan Bias Diskrit
R1
R2
C1
VCC
VinRL
C2
Vout
Q1
RCBBi RrR //π=
Co RR =
LCmv RgA &−= 21 // RRRBB =
LCLC RRR //& =
CE dengan Bias Sumber Arus Kolektor
RB
C1
VCC
VinRL
C2
Vout
Q1
ICBi RrR //π=
oo rR =
Cmv RgA −=
CE dengan Bias Sumber Arus Emitor
RB
C1
VCC
VinRL
C2
Vout
C3
Q1
RC
IE
Bi RrR //π=
Co RR =
LCmv RgA &−=
LCLC RRR //& =
CE dengan RE dan Bias Diskrit
R1
R2
RE
C1
VCC
VinRL
C2
Vout
Q1
C3
RC
Co RR =
LCmv RgA &−=
BBi RrR //π=( )( )
( )( ) BBEei
BBEi
RRrRRRrR
//1//1
++=++=
ββπ
( )
Ee
LCv
LCE
mv
RrRA
RRrrgA
+−=
++−=
&
&1
α
βπ
π
21 // RRRBB =
LCLC RRR //& =
CE dengan RE dan Sumber Arus Emitor
RB
C1
VCC
VinRL
C2
Vout
C3
Q1
RC
IE
Co RR =
LCLC RRR //& =
RE
( )( ) BEi RRrR //1++= βπ
( ) LCE
mv RRrrgA &1++
−=βπ
π
CC dengan Bias Diskrit
R1
R2
RE RL
C1
C2
VCC
Vin
Vout
Q1
( )( ) BBLEei RRrR //1& ++= β
Eeo RrR //=
eLE
LEv rR
RA+
=&
&
LBLE RRR //& =21 // RRRBB =
CC dengan Bias Sumber Arus
RB
IERL
C1
C2
VCC
Vin
Vout
Q1
( )( ) BLei RRrR //1++= β
eo rR =
eL
Lv rR
RA+
=
CB dengan Bias Sumber Arus
RB
IE
C1
VCC
Vin
RL
C2
Vout
Q1C3
RC
ei rR =
Co RR =
LCmv RgA &=
CB dengan Bias Diskrit
R1
R2
RE
C1
VCC
Vin
RL
C2
Vout
Q1C3
RC
Eei RrR //=
Co RR =
LCmv RgA &=
LCLC RRR //& =21 // RRRBB =
Contoh 1 Desain Common Emitor dengan Sumber Arus Emitor
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 600Ω, Rout 300Ω, Av 25, dan RL 300Ω
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias sumber arus emitor
Bi RrR //π=
Co RR =
LCmv RgA &−=
Contoh 1 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout
• Dari informasi Av dan hasil RC
• Dari hasil gmΩ== 300oC RR
VAg
g
RRRRAg
m
m
LC
LCvm
/167.030030030030025
=×+
=
+−=
AI
I
II
AII
VgI
E
E
CE
C
C
TmC
00403,0
004,0150
1150
1004,0
025,0167,0
=
+=
+=
=×=
=
ββ
Contoh 1 Rancangan Awal
• Dari informasi IC
• Dari informasi rπ
• Parameter Rangkaian– Sumber Arus Bias Emitor IE=4,03mA
– Resistansi Base RB=1,8kΩ
Ω=−×
=
−=
kR
RrrRR
B
i
iB
8,1600900900600
π
π
Ω=== 900167,0
150
mgr βπ
Contoh 1 Simulasi SPICE – Hasil Titik Kerja
• Operating pointPerintah
op
Hasilbas = ‐5.19856e‐02
emi = ‐7.29886e‐01
in = 0.000000e+00
kol = 1.079988e+01
out = 0.000000e+00
vcc = 1.200000e+01
vcc#branch = ‐4.00039e‐03
vs = 0.000000e+00
vs#branch = 0.000000e+00
• Analisis Titik Kerja– Transistor aktif
• Base‐Emitor Junction Forward Biased VBE≈0,7V
• Collector‐Base Junction reverse biased
– Arus Kolektor 4,000mA
Contoh 1 Simulasi SPICE – Hasil Analisis AC Gain dan Rin
• Analisis ACPerintah
ac lin 1 15k 15k
let gain=out/in
let rin=‐in/vs#branch
print gain rin
Hasilgain = ‐1.97542e+01,‐2.88754e+00
rin = 6.595787e+02,‐6.85832e+01
• Hasil SimulasiGain ‐19,8V/V (lebih kecil)
Rin 660Ω (lebih besar)
Contoh 1 Simulasi SPICE – Hasil Analisis AC Rout
• Analisis ACPerubahan pada deskripsi
vs vs 0 0 AC 0
vout out 0 0 AC 1
(lepaskan RL)
Perintah
ac lin 1 15k 15k
let Rout=out/vout#branch
print gain Rout
Hasil
• Hasil SimulasiRout 297Ω sedik lebih kecil
Contoh 1 Analisis Hasil Simulasi
• Hubungan parameter penguat dan nilai komponen
• Perbaikan/ Modifikasi– Meningkatkan gain
• Perbesar gm melalui arus bias kolektor
• Perbesar RC– Menurunkan Rin
• Turunkan Rπ – arus bias• Turunkan RB – nilai EIA
– Meningkatkan Rout• Perbesar RC
– Pilihan langkah• Naikkan IC• Turunkan RB
Bi RrR //π=
Co RR ≈
LCmv RgA &−=
Contoh 1 Perbaikan Desain v 0.2
• Perubahan dilakukan– Arus IE = 4.5mA
– Resistor Base RB = 1,6kΩ– Resistor Collector RC = 330Ω
• Hasil Perbaikan– Gain ‐22.9 V/V
– Rin 596Ω– Rout 325Ω
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias diskrit
Contoh 2 Desain Common Emitor dengan Bias Diskrit
• Spesifikasi Rin 600Ω, Rout 300Ω, Av 25, dan RL 300Ω
• Transistor β 150
BBi RrR //π=
Co RR =
LCmv RgA &−=
21 // RRRBB =LCLC RRR //& =
Contoh 2 Desain Awal– Parameter Penguat
Ω== 300oC RR
VAg
g
RRRRAg
m
m
LC
LCvm
/167.030030030030025
=×+
=
+−=
AVgI TmC 004,0025,0167,0 =×==
Ω=−×
=−
= kRr
rRRi
iBB 8,1
600900900600
π
π
Ω=== 900167,0
150
mgr βπ
• Dari informasi Rout
• Dari informasi Av dan hasil RC
• Dari hasil gm
• Dari informasi rπ
Contoh 2 Desain Awal‐ Bias Diskrit
AIC 004,0= AIII
B
CB μ27
150004,0
===
R1
R2
VCC
Q1
IE
IB
ICI1
I2VBE
+
‐
21 IIIB −=
111
7.012RR
VVI BECC −=
−=
222
7.0RR
VI BE ==
6277.03,11
21
−=− eRR
Contoh 2 Desain Awal– Menentukan R1 dan R2
• Dari Parameter Peguat
• Gunakan alat bantu Matlab, Mathematica, atau Maple dan nilai EIA, hasil– R1 30kΩ– R2 2kΩ
• Dari Rangkaian Bias
Ω=+
kRR
RR 8,121
21 6277.03,11
21
−=− eRR
Contoh 2 Simulasi SPICE
• Hasil Simulasi– Gain ‐30,0V/V
– Resistansi Input 473Ω– Resistansi Output 294Ω
• Analisis Hasil– Gain terlalu tinggiperkecil IC
– Resistansi input terlalu rencahperbesar RBB
• Modifikasi Desain– Memperkecil IC
• Memperbesar R1
• Memperkecil R2
– Memperbesar RBB• Memperbesar R1
• Memperbesar R2
Contoh 2 Modifikasi Desain dan Hasil
• Perubahan yang diberikan– R1 30kΩ– R2 2kΩ
• Paramater Penguat hasil modifikasi– Gain 23.7 V/V
– Rin 591Ω– Rout 296Ω
Contoh 3 Desain Common Emitor dengan Bias Sumber Arus dan Resistor Emitor
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 600Ω, Rout 300Ω, Av 25, dan RL 300Ω
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias sumber arus dan resistor emitor
Co RR =
( )( ) BEei RRrR //1 ++= β
Ee
LCv Rr
RA+
−= &α
Contoh 3 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout • Dari informasi Av dan hasil RCΩ== 300oC RR
( ) ( )
Ω==+
Ω==+
≈+
−=
625
150150//&
&&
eE
LCLC
Ee
LC
Ee
LCv
rR
RRRRr
RRr
RA α
Contoh 3 Rancangan Awal
• Dari informasi Ri • Dari hasil Re+repilih IE 5mA, maka
Ω=
Ω===
1
5005,0025,0
E
E
Te
RIVr
( )( )( )( )( )( )
Ω=−×××
=
−++++
=
++=
177660061516006151
11
//1
B
iEe
iEeB
BEei
R
RRrRRrR
RRrR
ββ
β
Contoh 3 Simulasi SPICE
• Hasil Simulasi– Gain ‐21,7V/V
– Resistansi Input 608Ω– Resistansi Output 296Ω
• Analisis Hasil– Gain masih rendah
• Modifikasi Desain– Memperbesar Av
• Perkecil re atau IE• Perkecil RE
– Memperkecil Rin• Perkecil re atau IE• Perkecil RE
• Perkecil RB
– Gunakan IE dan RE untuk mengatur Gain dan RBuntuk Rin
Contoh 3 Modifikasi Desain dan Hasil
• Perubahan yang diberikan– IE 7mA
– RE 1,1Ω– RB 2,4kΩ(menggunakan E96 atau toleransi 1%)
• Paramater Penguat hasil modifikasi– Gain 25.4 V/V
– Rin 596Ω– Rout 296Ω
Contoh 4 Desain Common Emitor dengan Bias Diskrit dan Resistor Emitor
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 600Ω, Rout 300Ω, Av 25, dan RL 300Ω
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias diskrit dan resistor emitor
Co RR =
( )( )( )( ) BBEei
BBEi
RRrRRRrR
//1//1
++=++=
ββπ
( )
Ee
LCv
LCE
mv
RrRA
RRrrgA
+−=
++−=
&
&1
α
βπ
π
Contoh 4 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout • Dari informasi Av dan hasil RCΩ== 300oC RR
( ) ( )
Ω===+
Ω==+
≈+
−=
625
150150//
&
&
&&
V
LCeE
LCLC
Ee
LC
Ee
LCv
ARrR
RRRRr
RRr
RA α
Contoh 4 Rancangan Awal
• Dari informasi Ri • Dari hasil Re+repilih IE 5mA, maka
Ω=
Ω===
1
5005,0025,0
E
E
Te
RIVr
( )( )( )( )( )( )
Ω=−×××
=
−++++
=
++=
177660061516006151
11
//1
BB
iEe
iEeBB
BBEei
R
RRrRRrR
RRrR
ββ
β
Contoh 4 Rancangan Awal‐ Bias Arus
• Arus DC Transistor
mAII
mAII
mAI
EB
EC
E
0331,015115
11
97,41511505
1
5
==+
=
==+
=
=
β
ββ
R1
R2
RE
VCC
Q1
IE
IB
ICI1
I2VBE
+
‐
VRIRI
RIVRIV EEBECC
295,111005,07,012
11
11
11
=×++=
++=
VRIRI
RIVRI EEBE
705,01005,07,0
22
22
22
=×+=
+=
mAIIII B 0331,0221 +=+=
Contoh 4 Rancangan Awal‐ Bias Arus
• Persamaan Rangkaian Bias
• Solusi R1≈28kΩ dan R2≈2kΩ
R1
R2
RE
VCC
Q1
IE
IB
ICI1
I2VBE
+
‐
Ω=+
177621
21
RRRR
VRI 295,1111 =
VRI 705,022 =
mAII 0331,021 +=
Contoh 4 Simulasi SPICE
• Hasil Simulasi– Gain ‐23,8V/V
– Resistansi Input 645Ω– Resistansi Output 296Ω
• Analisis Hasil– Gain rendah
– Resistansi input tinggi
• Modifikasi Desain– Memperbesar IC
• Memperkecil R1
• Memperbesar R2
– Memperkecil RBB• Memperkecil R1
• Memperkecil R2
• Perhatikan perbandingan nilainya, bila perbandingan besar penentu adalah resistansi yang kecil
Contoh 4 Modifikasi Desain dan Hasil
• Perubahan yang diberikan– RE 0.82Ω
• Paramater Penguat hasil modifikasi– Gain ‐24.8 V/V
– Rin 639Ω– Rout 296Ω
Contoh 5 Desain Common Collector dengan Bias Sumber Arus
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 1kΩ, Rout 32Ω, Av ≈1, dan RL 32Ω
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias diskrit dan resistor emitor
( )( ) BLei RRrR //1++= β
eo rR =
eL
Lv rR
RA+
=
Contoh 5 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout • Dari informasi Ri dan hasil re
mArVI
Rr
e
TC
oe
78,03225
32
===
Ω==( )( )( )( )
Ω=−×
=
++=++=
11151000966410009664
//115032321000//1
B
B
BLei
R
RRRrR β
Contoh 5 Simulasi SPICE
• Hasil Simulasi– Gain 0,915V/V
– Resistansi Input 459Ω– Resistansi Output 45Ω
• Analisis Hasil– Resistansi input terlalu rendah
– Resistansi output terlalu tinggi
• Modifikasi Desain– Memperbesar Rin
– Memperkecil Rout• Memperkecil re• Rin dapat ikut berubah
Contoh 5 Modifikasi Desain dan Hasil
• Perubahan yang diberikan– IE 0.8mA
• Paramater Penguat hasil modifikasi– Gain 0,998 V/V
– Rin 1020Ω– Rout 33,7Ω
Contoh 6 Desain Common Collector dengan Bias Diskrit
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 300Ω, Rout 32Ω, Av ≈1, dan RL 32Ω
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias diskrit dan resistor emitor
( )( ) BBLEei RRrR //1& ++= β
Eeo RrR //=
eLE
LEv rR
RA+
=&
&
Contoh 6 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout
• Bila dipilih RE=68Ω
• Dari informasi Ri dan hasil re
32
32//
=+
Ω==
Ee
Ee
oEe
RrRr
RRr( )( )
Ω=−×
=
⎟⎠⎞
⎜⎝⎛
+×
+=
++=
3073001234530012345
//1513268326860300
//1&
BB
BB
BBLEei
R
R
RRrR β
Ω=−×
=−
= 6032683268
oE
oEe RR
RRr
mArVI
e
TE 42,0
6025
===
Contoh 6 Rancangan Awal‐ Bias Arus
• Arus DC Transistor
mAII
mAII
mAI
EB
EC
E
0028,015115
11
417,015115042,0
1
42,0
==+
=
==+
=
=
β
ββ
R1
R2
RE
VCC
Q1
IE
IB
ICI1
I2VBE
+
‐
VRIRI
RIVRIV EEBECC
27,116800042,07,012
11
11
11
=×++=
++=
VRIRI
RIVRI EEBE
729,06800042,07,0
22
22
22
=×+=
+=
mAIIII B 0028,0221 +=+=
Contoh 64 Rancangan Awal‐ Bias Arus
• Persamaan Rangkaian Bias
• Solusi R1≈787Ω dan R2≈510Ω
R1
R2
RE
VCC
Q1
IE
IB
ICI1
I2VBE
+
‐
Ω=+
30721
21
RRRR
VRI 27,1111 =
VRI 729,022 =
mAII 0028,021 +=
Contoh 6 Simulasi SPICE
• Hasil Simulasi– Gain 0,932V/V
– Resistansi Input 273Ω– Resistansi Output 2,25Ω
• Analisis Hasil– Resistansi input rendah
– Resistansi output sangat rendah
• Modifikasi Desain– Memperbesar RBB
• Memperbesar R1• Memperbesar R2
– Memperbesar re– Memperbesar RE– Ro akan ikut berubah
Contoh 6 Modifikasi Desain dan Hasil
• Perubahan yang diberikan– R1 ?Ω
• Paramater Penguat hasil modifikasi– Gain ? V/V
– Rin ?Ω– Rout ?Ω
Contoh 7 Desain Common Base dengan Bias Sumber Arus
Rancanglah sebuah penguat dengan spesifikasi
• Rin 50Ω, Rout 1kΩ, Av =10, dan RL 1kΩ
• Transistor β 150
• Lihat hubungan paramater penguat di atas untuk rangkaian CE dengan bias diskrit dan resistor emitor
ei rR =
Co RR =
LCmv RgA &=
Contoh 7 Rancangan Awal
• Dari informasi Rout
• Dari informasi Rin
• Penguatan
Ω== kRR oC 1
Ω== 50ie Rr
1050002,0& =×== LCmv RgA
mArVI
e
TE 5,0
5025
===
mmhoVIg
T
Cm 02,0
255,0=≈=
top related