Download - Laporan Elka telkom
MAKALAH
ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI
“PENGUAT KELAS A“
Disusun oleh:
HADI FAUZAN HANIF (1441160091)
IGA REVVA PRINCISS J (1441160099)
NEVI ANGGRAENI (1441160054)
PRADITA GHANDA (1441160026)
PROGRAM STUDI JARINGAN TELEKOMUNIKASI DIGITAL
JURUSAN TEKNIK ELEKTRO
POLITEKNIK NEGERI MALANG
2015
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Voice atau suara manusia output frekuensinya berkisar antara 300 sampai 3.4 KHz. Agar
dapat didengar di manusia maka voice tersebut harus dimasukkan ke dalam mikrofon, di
dalam mikrofon tersebut terdapat sebuah alat yang dinamakan tranduser yang mampu
merubah getaran suara menjadi sinyal listrik. Namun, dalam mikrofon hanya mampu
membangkitkan sinyal AC sebesar 100 mV. Sinyal tersebut sangat rendah sehingga tidak
dapat di modulasi. Agar dapat di modulasi maka di perlukan penguatan yang mampu
membangkitkan sinyal tersebut.
Penguat kelas A cocok untuk menguatkan frekuensi kecil, karena tidak
membutuhkan daya yang besar, karena itu penguat kelas A sering dipasang pada bagian awal
untuk menguatkan frekuensi kecil yang kemudian dikuatkan lagi oleh penguat yang lain baik
kelas B maupun kelas C. Power Amplifier yang digunakan berupa penguat kelas A karena
bersifat linier, yang mana output dan inputnya sama berupa 1 gelombang penuh, serta sudut
konduksinya 360 derajat karena dibias secara terus – menerus.
1.2 Rumusan Masalah
1.2.1 Bagaimana menentukan komponen nilai penunjang penguat kelas A?
1.2.2 Bagaimana merancang penguatan pada penguat kelas A dengan penguatan sebesar
3x?
BAB II
TEORI DASAR
2.1Definisi Penguat Daya Kelas A
Penguat kelas A didefinisikan sebagaisuatu penguat yang mempunyaikemampuan
terbesar dalammereproduksi masukan dengan distorsi yang terkecil, denganatautanpa
rangkaian umpan balik negatif. Namun demikian,efisiensi penguat kelas A adalahpaling
kecil dibandingkandengan penguat daya kelas lainnya. Rangkaian penguat kelasAdengan
umpan balik emitor ditunjukan dengan gambarberikut:
Gambar 2.1.1 Penguat kelas A
Persamaanyang digunakan adalah sebagai berikut :
o ICsat=VCC/RC+RE
o IB=VB/RB
o VCEcutoff=VCC
o VB=VCC.R2/R1+R2
o RB=R1.R2/R1+R2
2.2Klasifikasi Penguat Daya Kelas A
Berdasarkan titik kerjanya penguat daya kelas A diklasifikasikan sebagai berikut :
1) Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban
2) Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.
3) Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor.
Berdasarkan tipe pembiasannya yang dilakukan oleh penguat, penguat daya kelas
A diklasifikasikan sebagai berikut:
Penguat Daya kelas A : Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input
diatursedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalumengalir. Penguat ini
beroperasi pada daerah linear.
2.3Sifat – Sifat Penguat Daya Kelas A
1. Dirangakai Secara common emiter.
Contoh dari penguat kelas A adalah adalah rangkaian dasar common emiter
(CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di
titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini
berada tepat di tengah garis beban kurva VCE-IC dari rangkaian penguat tersebut dan
sebut saja titik ini titik A.
Apabila sebuah transistor mempunyai titik kerja Q di dekat tengah-tengah garis
beban DC, suatu sinyal AC yang kecil mengakibatkan transistor bekerja didaerah
yang aktif dalam seluruh siklusnya. Apabila sinyal membesar, transistor terus bekerja
didaerah aktif selama waktu mencapai puncak-puncaknya sepanjang garis beban titik
jenuh dan titik pancung (cut off) tidak terpotong. Untuk membedakan cara operasi ini
dari jenis-jenis lainnya, operasi tersebut disebut dari kelas A. Pada gambar 2.1.1, titik
Q diambil ditengah atau dipusat garis beban AC, dari sini kita mendapatkan sinus
output yang tak tergunting dengan kemungkinan yang terbesar.
Gambar 2.2.1 Garis beban CE kelas A
Dalam merancang penguat daya kelas A, titik kerja Q harus berada ditengah-
tengah garis beban, maka dapat diperoleh dengan langkah-langakh berikut. Untuk
garis beban DC
I C (sat )=V CC
( Rc+RE )V CE(cutoff )=V CC
I CQ=(V B−V BE )
RE
V CEQ=V CC−IC .(RC+RE)
Untuk menggambar garis beban AC dapat dilakukan dengan cara berikut:
Gambar 2.2.2 Garis beban AC
Dengan :
RL=RE /¿RL
∆ V CE=∆ . I C .(RC+RE)
I CC (cutoff )=V CEQ+ I CQ . rL
Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah
aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas
yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya
akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi
yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada
titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac)
transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu
aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas.
Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra
seperti heatsink yang lebih besar.
1) Digunakan Untuk Daya Yang Sedang < 10 Watt.
2) Input dan output berbeda 180
Selain ketiga sifat penguat pada kelas A tersebut, ada beberapa sifat-sifat penguat kelas A
yang dijelas oleh Albert Paul Malvino, Ph. D. dalam bukunya yang berjudul Prinsip-
Prinsip Elektronika Jilid Iantara lain sebagai berikut :
1) Bati Tegangan dengan Beban
Di dalam penguat CE pada gambar 2.2.3, tegangan ac Vin menggerakkan basis,
menghasilkan tegangan keluar ac Vout. Bati tegangan tanpa beban adalah
A=−Rcre
Gambar 2.2.3Penguat CE
Karena resistansi yag dilihat oleh kolektor adalah
rC = RC // RL
Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan
persamaan sebagai berikut:
AV =−rc
r ' c
Dimana :
r’c = Resistansi emiter ac
rc = Resistansi kolektor ac
RC = Resistansi kolektor dc
A = Bati Tegangan tanpa beban
RL = Resistansi beban
AV = Bati tegangan dengan beban
2) Bati Arus
Pada gambar 2.2.3, bati arus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor
ac terhadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut:
Ai=ic
ib
Dimana :
Ai = Bati arus
ic = Arus kolektor ac
ib = Arus basis ac
3) Bati Daya
Pada gambar 2.2.3, daya masuk ac pada basis adalah
Pin=Vin Ib
Daya keluar ac dari kolektor adalah
Pout=-Vout Ic
Tanda minus (-) diperlukan karena adanya pembalikan fasa. Perbandingan
Pout/Pin disebut sebagai bati daya dan ditulis dengan Ap. dengan mengambil
perbandingan tersebut, didapatkan:
Ap=Pout
P¿=
−V out ic
V ¿ ib
Karena Av=Vout /Vin dan Ai = ic/ib , maka : Ap = - AvAi
Dimana :
Pin = Daya input ac
vin = Tegangan melintas pada resistansi emiter
ib = Arus basis ac
ic = Arus kolektor ac
vout = Tegangan keluar
Pout = Daya output ac
Ap = Bati daya
Av = Bati tegangan
Ai = Bati arus
2.4 Menentuka Nilai Komponen
Untuk menentukan nilai suatu komponen pada penguat kelas kita harus menggunakan
rumus yang ditentukan. Pertama menentukan nilai Vcc, β, dan Ic tetapi untuk menentukan
nilai tersebut kita bisa melihat di data sheet. Lalu yang kedua kita menentuka nilai Ib, Ie, Id,
Ve, Re, Rc, R2, R1, Av, dan RL. Untuk mencarinya kita menggunakan rumus sebagai
berikut :
β = IbIc
Ie = Ic + Ib
Id = Vcc x Ib
Ve = 0,1 x Vcc
BAB III
PERENCANAAN
3.1 Menentukan nilai komponen penunjang penguat kelas A
C1
10µF
C21µF
C3
10µF
R10Ω
Rl1kΩ
Rc0Ω
Re0Ω
R20Ω
VCC9V
Q1
2N2222
XMM1
XSC1
A B
Ext Trig+
+
_
_ + _XFG1
XMM2
XMM3XMM4
XMM5
Gambar 3.1.1 Penguat Kelas A sebelum diberi nilai komponen penunjang penguat kelas
A
Berdasarkan data yang ada pada teori dasar 2.4 ,untuk menentukan nilai
komponen penunjang penguat kelas A kita harus melihat data sheet transistor yang kita
gunakan pada penguat kelas A. Dan kami mengambil data sheet transistor NPN 2N2222
dan diperoleh data
3.1.1 Data Sheet
Tipe Transistor = 2N2222A Vce = 50 v Ic max = 800 mA Hfe = 75 (tes: Ic=10mA, Vce=10v)
3.1.2 Perencanaan Nilai
Ic = 10 mA
Ib = Ic
hfe =
10 mA75
= 0.13 A
Vce = 5 v
Vcc =10 v
Vce = Vcc – Ic (Rc + Re)
(Rc + Re) =Vcc−Vce
Ic =
10 v−5 v10 mA
= 0.5 kΩ = 500 Ω
Agar stabil maka Vre = Ie x Re > 1 v oleh karena itu dipilih Vre sebesar 1 v
sehingga Re = VreIe
karena Ie ≈ Ic maka Re = VreIc
= 1 v
10 mA = 100 Ω ,
karena nilai (Rc + Re) = 500 kΩ maka nilai Rc = 500 Ω - 200 Ω = 400 kΩ.
R2 ≈ Rth ≤ 0,1 x βmin x Re
R2 = 0,1 x 100 x 200 Ω = 2 kΩ
R1 = R2 (Vcc−(Vbe+Vre)Vbe+Vre )
100k = R2 ( 10−(0,6+1)0,6+1 )
R1 = (4.9)
R1 = 20.46 kΩ
VR1 = R 1
R 1+R 2Vcc
VR1 = 100
100+4710
VR1 = 6V
VR2 = Vcc-VR1
= 10-6
= 4V
Gambar Simulasi Penguat Kelas A
4.1.1Nilai Resistor
R1 = 100 kΩ
R2 = 20k4Ω
Rc = 400 Ω
Re = 100 Ω
4.1.2 Arus
Ic = 5.411 mA
Q
Ib = 28.77 µA
Ie = 5.44 mA
4.1.3 Tegangan
VR2 = 1.2 V
VR1= 8.95 V
Vrc = 2.167 V
Vre = 5.44 mV
Vce = 7.3 V
4.1.4 Garis Beban DC
Ic (saturasi) = Vcc
Rc+ℜ = 10 v
400+100 =
10 v500Ω
= 0.02A=20 mA
IcQ = 100 mA
V CEQ = Vcc – Ic (Rc + Re)
V CEQ = 10 v – 10 mA (500)
V CEQ = 20 – 5
V CEQ = 15 V
Grafik Beban DC
5.1 Bandwidth
Av maks = V outV ∈¿¿ =
500 mv200 mv
= 2,5 kali = 3x
Gain = 20 log V outV ∈¿¿
10 V
Ic
20mA
Vce
-3db = 20 log V out
200 mv
-0,15 = log V out
200 mv
0,707 = V out
200 mv
V out = 141mV
Berdasarkan rumus untuk merancang sebuah penguatan kelas A digunakan rumus:
AV = VoVin
= RC∨¿ RL
hie /hfe
= RC x RLRC+RL
xβIc
= 400 Ω x5000 Ω400 Ω+5000 Ω
x7510
= 2000000 Ω
5400 Ωx
7510
= 2.75
= 3x
Jadi, penguatan yang terjadi sebesar 3x
5.2 Percobaan Bandwidth
Percobaan dengan tidak menggunakan C4
PercobaanKe:
Dari Frekuensicut-offNaik
Tegangan OutVolt (Vp-p)
Av Av (dB)
123456789101112131415
6 Hz7 Hz8 Hz9 Hz10 Hz
152030405075100500
1k
128mV149mV168 mV186mV203mV269mV313mV361mV383mV395mV408mV413mV419mV
420mV
0.640.745
0.840.93
2.4251.3451.5651.8051.9151.9752.042.0652.095
2.1
-3-35
7.67.7
2.53.85.15.65.96.16.26.4
6.4
16171819202122232425262728293031
5k10k20k40k80k
------
1G1.11.21.31.4
419mV416mV416mV414mV419mV
232mV200mV176mV156mV140mV
2.0952.082.082.072.095
1.161
0.880.780,7
6.46.36.36.36.4
1.20
-1.1-2.1-3
5.2 Percobaan Bandwidth
Percobaan dengan menggunakan C4
no Frekuensi Vout AV dB20 Hz30 Hz40 Hz50 Hz60 Hz70 Hz80 Hz90 Hz100 Hz125 Hz150 Hz175 Hz200 Hz250 Hz300 Hz400 Hz
141 mV201 mV248 mV284 mV312 mV331 mV347 mV359 mV360 mV384 mV393 mV400 mV403 mV408 mV411 mV414 mV
0,7051,0051,241,421,561,6551,7351,7951,81,921,96522,012,042,0552,07
-3,030,0431,863,043,864,374,785,085,105,665,866,026,066,166,256,31
no Frekuensi Vout AV dB1 kHz2 kHz3 kHz4 kHz5 kHz6 kHz7 kHz8 kHz9 kHz10 kHz15 kHz20 kHz35 kHz50 kHz100 kHz110 kHz
415 mV408 mV398 mV384 mV370 mV355 mV339 mV322 mV311 mV294 mV247 mV220 mV189 mV169 mV156 mV154 mV
2,0752,041,991,851,851,7751,6951,611,551,471,2351,10,9450,8450,780,77
6,346,195,975,345,344,394,583,133,803,341,830,82-0,49-1,4-2,1-2,2
112 kHz114 kHz116 kHz118 kHz130 kHz140 kHz170 kHz180 kHz
154 mV153 mV153 mV152 mV150 mV147 mV141 mV139 mV
0,770,7650,7650,760,750,7350,7050,695
-2,2-2,3-2,3-2,3-2,4-2,6-3-3,1
Grafik BW dengan menggunakan C4
BAB VI
7.1 Kesimpulan
Dari percobaan tersebut, jadi bisa disimpulkan beberapa hal seperti di bawah ini.
1. Kelas penguatan Transistor yaitu termasuk Kelas A karena titik kerja transistor (Q)
tepat berada di tengah kurva garis beban Vce-Ic
2. Percobaan kali ini menggunakan bias Pembagi Tegangan karena sangat stabil untuk
dijadikan rangkaian dasar penguat tegangan. Sangat stabil karena tegangan Vin
tersebut menggerakkan arus untuk mengalir melewati kedua resistor (R1 dan R2).