B6 Bab 1 Sinyal dan Penguat
Anggota : 1. Wahyudin (3332141712)
2. Dzulfikar dwi yanto (3332141723)
3. Neneng Rohanah (3332141720)
4. Haerul hakim (3332141714)
5. Lucky muttakin (3332141710)
1.1 Sinyal
Sinyal adalah sekumpulan informasi tentang berbagai hal dan kegiatan di dunia fisik kita.Contohnya:
Informasi tentang cuaca yang terkandung dalam sinyal tersebut yang mewakili suhu udara, tekanan, kecepatan
angin, dll. Untuk mengekstrak informasi yang diperlukan dari satu set sinyal, pengamat (baik itu manusia atau
mesin) selalu perlu untuk memproses sinyal dalam beberapa cara yang telah ditetapkan.
Contoh 1.1
Keluaran resistansi dari sumber sinyal, meskipun tak terelakkan, hal tersebut tidak sempurna membatasi
kemampuan sumber untuk memberikan kekuatan sinyal penuh kepada beban. Untuk melihat titik ini lebih jelas,
mempertimbangkan sumber sinyal ketika terhubung ke RL resistansi beban seperti ditunjukkan pada Gambar
dibawah. Untuk kasus di mana sumber diwakili oleh bentuk setara Thevenin nya, menemukan vo tegangan yang
muncul di RL, dan karenanya kondisi yang Rs harus memenuhi untuk vO menjadi dekat dengan nilai vs Ulangi
untuk sumber Norton terwakili, pada kasus ini menemukan io arus yang mengalir melalui RL dan kondisi Rs
harus memenuhi kondisi io menjadi dekat dengan nilai is.
Untuk sumber sinyal Thevenin terwakili ditunjukkan pada Gambar diatas tegangan output vo yang muncul di (a)
RL resistansi beban dapat ditemukan dari rasio pembagi tegangan yang dibentuk oleh Rs dan RL,
Dari persamaan berikut :
Rs resistansi sumber harus jauh lebih rendah dari RL beban perlawanan,
Dengan demikian, untuk sumber diwakili oleh Thevenin setara, idealnya Rs = 0, dan sebagai Rs meningkat,
relatif terhadap RL resistansi beban dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, Vo tegangan yang
muncul di seluruh beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Berikutnya, kita pertimbangkan sumber sinyal Norton terwakili dalam Gambar. 1.2 (b). Untuk mendapatkan io
arus yang mengalir melalui RL beban yang berlawanan, kita menggunakan rasio pembagi arus yang dibentuk
oleh Rs dan RL,
Dari hubungan ini kita melihat bahwa:
Rs resistansi sumber harus jauh lebih besar yang RL,
Jadi untuk sumber sinyal yang diwakili oleh Norton setara, idealnya Rs = ∞, dan sebagai Rs berkurang,
relatif ke RL beban yang berlawanan dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, io arus yang mengalir
melalui beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Akhirnya, kami mencatat bahwa meskipun desainer sirkuit biasanya tidak bisa melakukan banyak
tentang nilai Rs; mereka mungkin harus memikirkan solusi sirkuit yang meminimalkan atau menghilangkan
hilangnya kekuatan sinyal yang terjadi ketika sumber terhubung ke beban.
Dari pembahasan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa sinyal adalah jumlah waktu yang bervariasi
yang dapat diwakili oleh grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3
1.2 Spektrum Frekuensi Sinyal
Karakterisasi spektrum frekuensi selalu berkaitan dengan fungsi perubahan waktu. Deskripsi seperti
sinyal diperoleh melalui alat-alat matematika dari seri Fourier dan Fourier transform.Tegangan sinyal Vs (t) atau
sinyal arus (t) sebagai jumlah dari sinyal gelombang sinus frekuensi yang berbeda dan amplitudo. Hal ini
membuat gelombang sinus sinyal yang sangat penting dalam analisis, desain, dan pengujian sirkuit elektronik.
Gambar 1.4 menunjukkan gelombang sinus sinyal tegangan Va (t),
di mana Va menunjukkan nilai puncak atau amplitudo dalam volt dan ω menunjukkan frekuensi sudut di radian
per detik; yaitu, rad / s, dimana f adalah frekuensi dalam hertz, f = 1 / T Hz, dan T adalah periode dalam
hitungan detik.
Sinyal gelombang sinus ditandai dengan nilai puncaknya Va, ω frekuensi, dan fase sehubungan dengan
waktu referensi yang berubah-ubah. waktu asal telah dipilih sehingga sudut fase 0 Perlu disebutkan bahwa itu
adalah umum untuk mengekspresikan amplitudo sinyal gelombang sinus dalam hal root-mean-square-nya (rms)
nilai, yang sama dengan nilai puncak dibagi dengan demikian nilai √ 2 rms dari va sinusoid (t).
gambar 1.4 Tegangan sinyal gelombang sinus dari amplitudo Va dan frekuensi f = 1 / T Hz. The frekuensi sudut
ω=2πf rad / s.
Gambar 1.5 Sebuah sinyal gelombang persegi simetris V. Amplitudo
Dimana V adalah amplitudo gelombang persegi dan ωₒ=2 π /T (T adalah periode alun-alun gelombang)
disebut frekuensi dasar. Perhatikan bahwa karena amplitudo dari harmonik semakin menurun, seri terbatas dapat
dipotong, dengan dipotong Seri menyediakan sebuah pendekatan untuk gelombang persegi.
Gambar 1.6 Spektrum frekuensi (juga dikenal sebagai spektrum garis) dari periodik gelombang persegi Gambar.
1.5.
Gambar 1.7 Spektrum frekuensi sebuah gelombang sewenang-wenang seperti yang pada Gambar. 1.3.
Kami menyimpulkan bagian ini dengan mencatat bahwa sinyal dapat diwakili baik oleh cara yang
gelombang bervariasi dengan waktu, seperti untuk Va sinyal tegangan (t) ditunjukkan pada Gambar.1.3, atau di
hal spektrum frekuensi, seperti pada Gambar. 1.7. Kedua representasi alternatif dikenal sebagai representasi
waktu-domain dan representasi frekuensi-domain masing-masing. The representasi frekuensi-domain dari Va (t)
akan dilambangkan dengan simbol Va (ω).
1.3 Sinyal Analog Dan Sinyal Digital
Sinyal tegangan yang digambarkan dalam Gambar (1.3) disebut sebagai sinyal analog. .Besarnya
sebuah sinyal analog dapat mengambil nilai apapun, yaitu amplitudo sinyal analog menunjukkan variasi yang
terus menerus lebih dari jangkauan aktivitas. Sebagian besar sinyal di dunia dan di sekitar kita adalah sinyal
analog. Rangkaian elektronik yang memproses sinyal tersebut dikenal sebagai rangkaina analog. Sebuah
Alternatif dari bentuk representasi sinyal berdasarkan dari urutan angka, setiap angka mewakili besarnya sinyal
pada satuan waktu. Sinyal yang dihasilkan disebut sinyal digital.Untuk melihat bagaimana sinyal dapat
direpresentasikan dalam bentuk ini adalah bagaimana sinyal dapat dikonversi dari analog ke digital ditunjukan
pada Gambar. 1.8 (a). Berikut ini kurva yang merepresentasikan sinyal tegangan pada Gambar. 1.3. Pada
interval yang sama sepanjang sumbu waktu, telah menandai waktu t0 t1, t2, dan seterusnya.
Gambar 1.8 (a) sinyal analog
(b) sinyal diskrit
s
Gambar 1.8 (b) menunjukan representasi sinyal dari gambar (a) dalam hal yang sama Sinyal dari Gambar. 1,8
(b) didefinisikan hanya pada sampel langsung tidak lagi merupakan fungsi kontinu dari waktu. Sinyal ini
dinamakan sinyal waktu diskrit.
1.4 Amplifier
1.4.1 Sinyal Amplifikasi
Kebutuhan amplifikasi muncul karena transduser memberikan sinyal yang dikatakan"Lemah", yaitu,
diantara mikrovolt (μV) atau millivolt (mV). sinyal tersebut terlalu kecil untuk dilakukan suatu proses
pengolahan dan pengolahan akan jauh lebih mudah jika besarnya sinyal yang diterima dibuat lebih besar. Bagian
fungsional yang menyelesaikan tugas ini adalah penguat sinyal.
Hal ini sesuai untuk membahas kebutuhan linearitas pada amplifier. Perawatan harus dilakukan
diamplifikasi sinyal, sehingga informasi yang terkandung dalam sinyal tidak berubah dan tidak ada informasi
baru diperkenalkan. Jadi ketika kita memasukan sinyal seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3 ke amplifier, kita
ingin sinyal output amplifier menjadi replika serupa seperti inputnya. Dengan kata lain, "menggoyangkan" di
gelombang keluaran harus identik dengan yang di bentuk gelombang input. Setiap perubahan dalam gelombang
dianggap distortion (penghancur) yang tidak diinginkan.
Sebuah penguat yang melindungi rincian dari gelombang sinyal ditandai dengan hubungan
V0(t)=Avi(t) ……………………………………………………… (1.4)
Di mana v i dan v o adalah input dan output sinyal , secara berturut-turut , dan a adalah sebuah konstanta
mewakili besarnya amplifikasi , dikenal sebagai penguat amplifier. Persamaan ( 1,4 ) adalah suatu hubungan
linier. Itu menjadi mudah melihat bahwa jika hubungan antara v o dan v i berisi kekuatan lebih tinggi dari v i ,
kemudian bentuk gelombang v o tidak akan lagi identik dari vi.
1.4.2 Simbol Rangkaian Amplifier
Gambar 1.11 (a) symbol rangkaian amplifier (b) Sebuah amplifier dengan terminal umum (ground) antara input
dan output port.
1.4.3 Penguat amplifier
Sebuah penguat linear menerima sinyal input V i(t) Dan memberikan pada output, seluruh tahanan beban RL
(lihat Gambar 1.12 (a).), sinyal output V 0(t) Yang merupakan replika diperbesar V i (t). The gain tegangan
penguat didefinisikan oleh
Gambar 1.11 (a) simbol Circuit untuk penguat. (b) Sebuah penguat dengan terminal umum (ground) antara input
dan output port.
Gambar. 1.12 (b) menunjukkan karakteristik transfer penguat linear. Jika kita menerapkan ke input dari penguat
ini tegangan sinusoidal amplitudo kita memperoleh pada output sinusoid dari amplitude AvV.
1.4.4 daya peningkatan dan arus peningkatan
Sebuah penguat meningkatkan kekuatan sinyal, fitur penting yang membedakan penguat dari
transformator. Dalam kasus transformator, meskipun tegangan dikirim ke beban bisa lebih besar dari tegangan
makan sisi input (primer), daya yang dikirim ke beban (dari sisi sekunder transformer yang) kurang dari atau
paling sama dengan daya yang disediakan oleh sumber sinyal. Di sisi lain, amplifier menyediakan beban dengan
kekuatan yang lebih besar dari yang diperoleh dari sumber sinyal. Yaitu, amplifier memiliki gain kekuasaan.
Gain daya dari penguat pada Gambar. 1.12 (a) didefinisikan sebagai
Gambar 1.12 (a) Sebuah penguat tegangan makan dengan sinyal Vl (t) dan terhubung ke RL beban perlawanan.
(b) karakteristik transfer dari penguat tegangan linear dengan gain tegangan Av
Dimana io adalah saat yang penguat memberikan ke beban (RL), O = VO / RL, dan iI adalah arus penguat
menarik dari sumber sinyal. Arus peningkatan dari penguat didefinisikan sebagai
Dari pers. (1,5) ke (1,8) kami mencatat bahwa
1.4.5 mengekpresikan peningkatan dalam desibel
Keuntungan penguat yang didefinisikan di atas adalah rasio jumlah sama dimensioned. Dengan demikian
mereka akan dinyatakan baik angka sebagai berdimensi atau, untuk penekanan, sebagai V / V untuk gain
tegangan, A / A untuk gain arus, dan W / W untuk mendapatkan kekuasaan. Atau, untuk sejumlah alasan,
beberapa dari mereka yang bersejarah, insinyur elektronik mengungkapkan gain amplifier dengan ukuran
logarith-mic. Khususnya gain tegangan Av dapat dinyatakan sebagai
dan gain arus Ai dapat dinyatakan sebagai
Sejak kekuasaan berhubungan dengan tegangan (atau arus) kuadrat, gain daya Ap dapat dinyatakan dalam
desibel sebagai
Nilai absolut dari tegangan dan keuntungan saat digunakan karena dalam beberapa kasus Av atau Ai
akan menjadi angka negatif. Sebuah gain Av negatif hanya berarti bahwa ada perbedaan 180 ° fasa antara sinyal
input dan output; itu tidak berarti bahwa penguat sinyal pelemahan. Di sisi lain, sebuah penguat yang gain
tegangan, katakanlah, -20 dB pada kenyataannya pelemahan sinyal input dengan faktor 10 (yaitu, Av = 0,1 V /
V).
1.4.6 penyedia daya amplifier
Karena daya yang dikirim ke beban lebih besar dari kekuatan yang diambil dari sumber sinyal,
muncul pertanyaan ke sumber daya tambahan ini. Jawabannya ditemukan oleh Observ-ing yang amplifier perlu
pasokan listrik dc untuk operasi mereka. Sumber dc ini menyediakan theextra daya yang dikirim ke beban serta
setiap kekuatan yang mungkin hilang dalam rangkaian internal penguat (power tersebut diubah menjadi panas).
Pada Gambar. 1.12 (a) kita tidak secara eksplisit menunjukkan sumber dc ini.
Gambar 1.13 (a) menunjukkan sebuah penguat yang membutuhkan dua sumber dc: satu ofvalue
positif VCC dan satu negatif dari nilai VEE. Penguat memiliki dua terminal, berlabel V + dan V-, untuk koneksi
ke pasokan dc. Untuk penguat untuk beroperasi terminal berlabel V + harus terhubung ke sisi positif dari
sumber dc yang tegangan VCC dan yang sisi negatif terhubung ke sirkuit tanah. Juga, terminal berlabel V harus
terhubung ke sisi negatif dari sumber dc yang tegangan VEE dan yang sisi positif terhubung ke sirkuit tanah.
Sekarang, jika saat ini diambil dari pasokan positif dilambangkan ICC dan bahwa dari catu negatif adalah IEE.
(lihat Gambar. 1.13a), maka daya dc dikirim ke penguat adalah
Jika daya yang dihamburkan dalam rangkaian penguat dilambangkan P hilang, persamaan daya keseimbangan
untuk penguat dapat ditulis sebagai
mana PI adalah kekuatan yang diambil dari sumber sinyal dan PL adalah daya yang dikirim ke beban. Karena
daya yang diambil dari sumber sinyal biasanya kecil, efficiencyis power amplifier didefinisikan sebagai (1.10)
Efisiensi daya adalah parameter kinerja penting untuk amplifier yang menangani sejumlah besar kekuatan.
Amplifier seperti, disebut power amplifier, digunakan, misalnya, sebagai penguat output sistem stereo. Untuk
menyederhanakan diagram sirkuit, kita akan mengadopsi konvensi diilustrasikan pada Gambar. 1.13 (b). Di sini
V + terminal ditunjukkan terhubung toan panah menunjuk ke atas dan terminal V- ke panah menunjuk ke
bawah. Tegangan yang sesuai ditunjukkan di sebelah setiap kepala panah. Perhatikan bahwa dalam banyak
kasus kita tidak akan secara eksplisit menunjukkan koneksi dari amplifier ke sumber daya dc. Akhirnya, kami
mencatat bahwa beberapa amplifier hanya membutuhkan satu power supply
Gambar 1.13 Sebuah penguat yang membutuhkan dua pasokan dc (ditampilkan sebagai baterai) untuk operasi.
Contoh 1.2
Pertimbangkan penguat beroperasi dari ± pasokan listrik 10-V. Hal ini diberi makan dengan tegangan sinusoidal
yang memiliki 1 V puncak dan memberikan output tegangan sinusoidal dari 9 V puncak ke beban Ω 1-k.
Amplifier menarik arus 9,5 mA dari masing-masing dua pasokan listrik nya. Input saat penguat ditemukan
menjadi sinusoidal dengan 0,1 mA puncak. Cari gain tegangan, keuntungan saat ini, mendapatkan kekuasaan,
kekuatan diambil dari dcsupplies, daya yang dihamburkan di amplifier, dan efisiensi amplifier.
Solusi
Dari contoh di atas kita mengamati bahwa penguat mengkonversi beberapa kekuatan dc ia menarik dari pasokan
listrik untuk listrik yang memberikan ke beban sinyal.
1.4.7 Amplifier Saturation
Praktis berbicara, karakteristik transfer amplifier tetap linear lebih hanya limitedrange dari tegangan
input dan output. Untuk penguat dioperasikan dari dua pasokan listrik tegangan output tidak dapat melebihi
batas yang ditentukan positif dan tidak bisa menurunkan bawah batas yang ditentukan negatif. Karakteristik
transfer yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar. 1,14, dengan tingkat kejenuhan positif dan negatif
dilambangkan L + dan L-, masing-masing. Masing-masing dua tingkat kejenuhan biasanya dalam sepersekian
volt dari tegangan catu daya yang sesuai. Jelas, untuk menghindari distorsi gelombang sinyal output, ayunan
sinyal input harus dijaga dalam kisaran linear operasi,
Pada Gambar. 1.14, yang menunjukkan dua bentuk gelombang input dan bentuk gelombang output yang sesuai,
puncak gelombang lebih besar telah terpotong karena kejenuhan amplifier.
Gambar 1.14 Karakteristik perpindahan amplifier yang linear kecuali saturasi output.
1.4.8 Simbol Konvensi
Pada titik ini, kita menarik perhatian pembaca untuk terminologi kita akan menggunakan seluruh buku. Untuk
menggambarkan terminologi, Gambar. 1.15 menunjukkan bentuk gelombang dari IC saat ini (t) yang mengalir
melalui cabang di sirkuit tertentu. The IC saat ini (t) terdiri dari komponen ikon dc yang ditumpangkan
komponen ic sinusoidal (t) yang amplitudo puncak Ic. Mengamati bahwa pada waktu t, thetotal IC arus sesaat (t)
adalah jumlah dari dc IC saat ini dan saat ini sinyal,
di mana saat ini sinyal yang diberikan oleh
Dengan demikian, kita menyatakan beberapa konvensi: Total jumlah seketika dilambangkan dengan simbol
huruf kecil dengan huruf besar subscript (s), misalnya, IC (t), v DS (t). Arus searah (dc) jumlah dilambangkan
dengan simbol huruf besar dengan huruf besar subscript (s), misalnya IC, VDS tambahan
Gambar 1.15 Simbol konvensi yang digunakan dalam buku ini.
jumlah sinyal dilambangkan dengan simbol huruf kecil dengan huruf kecil subscript (s), misalnya, ic (t), vgs (t).
Jika sinyal gelombang sinus, maka amplitudonya dilambangkan dengan simbol huruf besar dengan huruf kecil
subscript (s), misalnya Ic, Vgs. Akhirnya, meskipun tidak ditunjukkan pada Gambar. 1,15, pasokan listrik dc
dilambangkan dengan huruf anuppercase dengan surat ganda huruf besar subscript, misalnya, VCC, VDD.
Sebuah notasi yang sama digunakan untuk arus dc diambil dari power supply, misalnya, ICC, IDD.
1.5 Model Circuit untuk Amplifier
disini akan dibahas mengenai model amplifier sederhana namun efektif. Model ini berlaku terlepas dari
kompleksitas rangkaian internal amplifier. Nilai-nilai parameter model dapat ditemukan baik dengan
menganalisis rangkaian penguat atau dengan melakukan pengukuran pada terminal amplifier.
1.5.1 Amplifier Tegangan
Gambar 1.16 (a) menunjukkan model sirkuit untuk tegangan penguat. Model ini terdiridari sumber tegangan
dengan mengendalikan volt yang memiliki faktor Avo, resistansi Ri yang mempengaruhi amplifier menarik
arus input dari sumber sinyal, dan resistansi output Ro yang memberikan perubahan tegangan output sebagai
penguat untuk memasok arus ke beban. Lihat Gambar. 1.16 (b) model amplifier makan dengan sumber tegangan
sinyal vs memiliki resistensi Rs dan terhubung pada output pada RL. Resistansi keluaran nol Ro menyebabkan
hanya sebagian kecil dari Avovi muncul di output. Menggunakan aturan tegangan-pembagi kita memperoleh.
Sehingga gain tegangan diberikan oleh
(1.12)
Oleh karena itu agar tidak kehilangan keuntungan dalam kopling output amplifier untuk beban, yang keluarmenempatkan resistensi Ro harus jauh lebih kecil dari RL beban perlawanan. Dengan kata lain, untuk RL
diberikan satu harus merancang penguat sehingga yang Ro jauh lebih kecil daripada RL. Selain itu, ada aplikasi
di mana RL diketahui bervariasi pada rentang tertentu. Dalam rangka untuk menjaga vo tegangan output sebagai
konstan mungkin, penguat dirancang dengan Ro jauh lebih kecil dari nilai terendah dari RL. Sebuah penguat
tegangan ideal adalah satu dengan Ro = 0. Persamaan (1.12) menunjukkan juga bahwa untuk RL = ∞, Av = Avo.
Jadi Avo adalah gain tegangan dari penguat diturunkan, atau gain tegangan rangkaian terbuka. Hal ini juga harus
jelas bahwa dalam menentukan gain tegangan dari sebuah penguat, kita juga harus menentukan nilai resistansi
beban
Gambar 1.16 (a) Model Circuit untuk penguat tegangan. (b) Tegangan amplifier dengan sumber sinyal input dan
beban.
di mana nilai ini diukur atau dihitung. Jika resistansi beban tidak ditentukan, biasanya diasumsikan bahwa nilai
tegangan
yang
diberikan
adalah
sirkuit
terbuka
gain
Avo.
Resistansi input yang terbatas Ri memberikan tindakan tegangan-pembagi pada masukan, dengan hasil bahwa
hanya sebagian kecil dari sumber sinyal vs benar-benar mencapai terminal input dari penguat itu adalah,
(1.13)
Agar tidak kehilangan porsi yang signifikan dari sinyal input di kopling sumber sinyal ke input amplifier,
amplifier harus dirancang untuk memiliki resistansi masukan RI jauh lebih besar dari resistansi dari sumber
sinyal, Ri Rs. Selain itu, ada aplikasi di mana resistansi sumber diketahui bervariasi pada rentang tertentu. untuk
meminimalkan efek variasi ini pada nilai sinyal yang muncul pada masukan dari penguat, desain memastikan
bahwa Ri jauh lebih besar dari nilai terbesar dari Rs. Sebuah penguat tegangan ideal adalah satu dengan Ri = ∞.
Dalam kasus ideal ini baik keuntungan dan kekuasaan keuntungan saat menjadi tak terbatas.
Gain tegangan secara keseluruhan (vo / vs) dapat ditemukan dengan menggabungkan Pers. (1.12) dan (1.13),
Ada situasi di mana yang tertarik tidak mendapatkan tegangan tetapi hanya dalam keuntungan kekuatan yang
signifikan. Misalnya, sinyal sumber dapat memiliki tegangan terhormat tetapi resistansi sumber yang jauh lebih
besar dari resistansi beban. Menghubungkan sumber langsung ke beban akan menghasilkan pelemahan sinyal
yang signifikan. Dalam kasus seperti itu, satu membutuhkan amplifier dengan daya tahan tinggi masukan (jauh
lebih besar dari resistansi sumber) dan resistansi output yang rendah (jauh lebih kecil dari resistansi beban)
tetapi dengan gain tegangan sederhana (atau bahkan gain). Amplifier seperti ini disebut sebagai penguat
penyangga. Kami akan menghadapi amplifier penyangga sering sepanjang buku ini.
1.5.2 Amplifier Mengalir
Untuk memenuhi spesifikasi penguat diberikan, kita sering perlu untuk merancang penguat sebagai kaskade dari
dua atau lebih tahap. Tahapan biasanya tidak identik; bukan, masing-masing dirancang untuk melayani tujuan
tertentu. Misalnya, dalam rangka memberikan penguat keseluruhan dengan resistansi masukan besar, tahap
pertama biasanya diperlukan untuk memiliki resistansi masukan besar. Juga, untuk melengkapi penguat
keseluruhan dengan resistansi output yang rendah, tahap akhir dalam kaskade biasanya dirancang untuk
memiliki resistansi keluaran rendah. Untuk menggambarkan analisis dan desain amplifier mengalir, kita
mempertimbangkan contoh praktis.
Contoh soal 1.3
Gambar 1.17 menggambarkan sebuah penguat yang terdiri dari kaskade tiga tahap. Penguat diberi makan oleh
sumber sinyal dengan resistansi sumber 100 kΩ dan memberikan output menjadi perlawanan beban 100 Ω.
Tahap pertama memiliki resistansi masukan yang relatif tinggi dan faktor keuntungan sederhana 10. Tahap
kedua memiliki faktor keuntungan yang lebih tinggi tetapi resistansi masukan rendah. Akhirnya, yang terakhir,
atau output, tahap memiliki gain tetapi resistansi output yang rendah. Kami ingin mengevaluasi gain tegangan
secara keseluruhan, yaitu, VL / vs, keuntungan saat, dan mendapatkan kekuasaan.
Gambar 1.17 Tiga-tahap penguat untuk Contoh 1.3
Solusinya
Fraksi sumber sinyal muncul pada terminal masukan dari penguat diperoleh dengan menggunakan pembagi
tegangan aturan pada masukan, sebagai berikut:
Gain tegangan dari tahap pertama diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi input dari tahap kedua
menjadi beban tahap pertama; itu adalah,
Demikian pula, gain tegangan dari tahap kedua diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi masukan dari
tahap ketiga menjadi beban tahap kedua,
Terakhir, hasil tegangan dari tingkat keluaran adalah sebagai berikut:
keseluruhan dari tiga tahap di cascade dapat sekarang ditemukan dari
atau 58,3 dB.
Untuk menemukan gain tegangan dari sumber ke beban, kita kalikan Av oleh faktor mewakili hilangnya
keuntungan di input; itu adalah,
atau 57,4 dB.
Nilai arus ditemukan sebagai berikut:
Atau 138,3 dB
Keuntungan daya yang ditemukan dari
Beberapa komentar pada penguat cascade dalam contoh di atas adalah dalam rangka. Untuk menghindari
kehilangan kekuatan sinyal pada masukan penguat sinyal di mana biasanya sangat kecil, tahap pertama
dirancang untuk memiliki resistansi masukan yang relatif besar (1 MQ), yang jauh lebih besar dari resistansi
sumber. Trade-off tampaknya menjadi gain tegangan menengah (10 V / V). Tahap kedua tidak perlu memiliki
sebuah resistansi masukan yang tinggi; bukan, di sini kita perlu menyadari sebagian besar gain tegangan yang
diperlukan. Yang ketiga dan terakhir, atau output, tahap tidak diminta untuk memberikan gain tegangan; bukan,
itu berfungsi sebagai penguat penyangga, memberikan resistansi masukan yang relatif besar dan resistansi
output yang rendah, jauh lebih rendah dari RL. Ini adalah tahap ini yang memungkinkan menghubungkan
amplifier ke 10Ω beban. Poin ini dapat dibuat lebih konkret dengan memecahkan latihan berikut. Dengan
begitu,mengamati bahwa dalam mencari keuntungan dari tahap penguat dalam penguat cascade, efek
pembebanan dari tahap penguat berhasil harus diperhitungkan seperti yang telah kami lakukan dalam contoh di
atas.
1.5.3 Amplifier Jenis Lain
Dalam desain sistem elektronik, sinyal bunga apakah pada input sistem, pada tahap menengah, atau pada output
dapat berupa tegangan atau arus. Misalnya, beberapa transduser memiliki daya tahan output yang sangat tinggi
dan dapat lebih tepat dimodelkan sebagai sumber arus. Demikian pula, ada aplikasi di mana arus keluaran
daripada tegangan dari
Jadi, meskipun ini adalah yang paling populer, penguat tegangan dipertimbangkan di atas hanyalah salah satu
dari empat jenis amplifier mungkin. Tiga lainnya adalah penguat arus, penguat transkonduktansi, dan amplifier
transresistance. Tabel 1.1 menunjukkan empat jenis amplifier, model sirkuit mereka, definisi parameter
keuntungan mereka, dan nilai-nilai ideal input dan output mereka resistensi.
1.5.4 Hubungan antara Empat Amplifier Model
Sirkuit terbuka nilai tegangan Avo dapat berhubungan dengan sirkuit pendek keuntungan saat Ais sebagai
berikut: Tegangan output rangkaian terbuka yang diberikan oleh model penguat tegangan dari Tabel 1.1 adalah
ovi Av. Model penguat arus di meja yang sama memberikan tegangan output rangkaian terbuka dari Aisii Ro.
Menyamakan kedua nilai dan mencatat bahwa ii = vi / Ri memberikan
Demikian pula, kita dapat menunjukkan bahwa
Dan
Ekspresi di pers. (1.14)
Av o, Ais, Gm, dan Rm.
ke
(1,16)
dapat
digunakan
untuk
berhubungan
dua
parameter
nilai
1.5.5 Menentukan Ri dan Ro
Dari model rangkaian penguat diberikan dalam Tabel 1.1, kita mengamati bahwa resistansi input Ri dari penguat
dapat ditentukan dengan menerapkan tegangan input vi dan mengukur (atau menghitung) input saat ii; yaitu, Ri
= vi / ii. Resistansi keluaran ditemukan sebagai rasio dari tegangan output rangkaian terbuka ke sirkuit pendek
arus keluaran. Atau, resistansi keluaran dapat ditemukan dengan menghilangkan sumber sinyal input (kemudian
ii dan vi keduanya akan nol) dan menerapkan vx sinyal tegangan output dari penguat, seperti ditunjukkan pada
Gambar. 1.18. Jika kita menunjukkan arus yang ditarik dari vx ke terminal output sebagai ix (perhatikan ix yang
berlawanan arah untuk io), maka Ro = vx / ix. Meskipun teknik ini secara konseptual benar, dalam prakteknya
metode yang lebih halus dipekerjakan dalam mengukur Ri dan Ro.
Gambar 1.18 Menentukan resistansi keluaran.
1.5.6 unilateral Model
Model penguat di atas adalah unilateral; yaitu, aliran sinyal adalah searah, dari input ke output. Kebanyakan
amplifier nyata menunjukkan beberapa transmisi sebaliknya, yang biasanya tidak diinginkan, tetapi harus tetap
dimodelkan. Untuk menambah model Tabel 1.1 untuk memperhitungkan sifat nonunilateral beberapa amplifier
transistor.
Contoh1.4
Bipolar junction transistor (BJT) adalah perangkat tiga terminal yang saat didukung-up oleh sumber dc (baterai)
dan dioperasikan dengan sinyal kecil dapat dimodelkan oleh rangkaian linear ditunjukkan pada Gambar. 1.19
(a). Tiga terminal basis (B), emitor (E), dan kolektor (C). Jantung model adalah penguat transkonduktansi
diwakili oleh resistansi masukan antara B dan E (dilambangkan rπ), sebuah sirkuit pendek transkonduktansi gm,
dan ro resistansi keluaran.
Gambar 1.19 (a) model rangkaian Kecil-sinyal untuk transistor bipolar junction (BJT). (b) BJT terhubung
sebagai penguat dengan emitor sebagai terminal umum antara input dan output (disebut penguat commonemitter).(c) Sebuah model rangkaian sinyal kecil alternatif untuk BJT.
a) Dengan emitor digunakan sebagai terminal umum antara input dan output, Gambar. 1.19 (b)
menunjukkan penguat sistor transponder dikenal sebagai common-emitor atau sirkuit membumiemitor.
Turunkan
ekspresi
untuk
tegangan nilai vo / vs, dan mengevaluasi besarnya untuk Rs kasus = 5 kΩ, rπ = 2,5 kΩ, gm = 40 mA /
V, ro = 100 kΩ, dan RL = 5 kΩ. Apa yang akan nilai nilai jika efek ro diabaikan?
b)
Model alternatif untuk transistor di mana penguat arus daripada transkonduktansi am- plifier
digunakan ditunjukkan pada Gambar. 1.19 (c). Apa yang harus pendek-sirkuit gain arus beta menjadi?
Memberikan
baik
sebuah
ekspresi dan nilai.
solusinya
(a) Lihat Gambar. 1.19 (b). Kami menggunakan aturan tegangan-pembagi untuk menentukan fraksi sinyal input
yang muncul pada masukan penguat sebagai
Selanjutnya kita menentukan tegangan output vo dengan mengalikan arus (gmvbe) oleh perlawanan (RL || ro),
Menggantikan VBE dari Persamaan. (1.17) menghasilkan ekspresi nilai tegangan
Perhatikan bahwa gain negatif, menunjukkan bahwa amplifier ini pembalik. Untuk nilai-nilai komponen yang
diberikan,
Mengabaikan efek ro, kita memperoleh
yang cukup dekat dengan nilai yang diperoleh termasuk ro. Hal ini tidak mengherankan, karena ro RL.
(b) Untuk model pada Gambar. 1.19 (c) untuk menjadi setara dengan yang di Gambar. 1.19 (a),
Tapi ib = VBE / rπ; dengan demikian,
Untuk nilai yang diberikan,
1.6 respon frekuensi dari amplifier ( penguat )
1.6.1 Mengukur Respon Frekuensi Amplifier
Menurut Gambar 1.20 menggambarkan penguat tegangan linier pada input dengan gelombang sinus
sinyal amplitudo Vi dan ω frekuensi. Dalam hal ini, sinyal diukur pada keluaran penguat juga sinusoidal dengan
persis ω frekuensi yang sama. Setiap kali sinyal gelombang sinus diterapkan ke sirkuit linier, output yang
dihasilkan adalah sinusoidal dengan frekuensi yang sama sebagai masukan. Bahkan, gelombang sinus adalah
satu-satunya sinyal yang tidak berubah bentuk saat melewati rangkaian linier. Rasio amplitudo output sinusoid
(Vo) dengan amplitudo yang masukan sinusoid (Vi) Adalah besarnya penguat (atau transmisi) pada frekuensi uji
ω. Juga, sudut φ adalah fase transmisi penguat pada frekuensi uji ω. berikut ini bentuk transmisi penguat atau
fungsi transfer pada umumnya :
Gambar 1.20 Mengukur respon frekuensi penguat linier: Pada ω frekuensi tes, penguat
besarnya (Vo / Vi) Dan fase φ.
ditandai dengan
1.6.2 Amplifier Bandwidth
Pada Gambar 1.21 dibawah ini menunjukkan besarnya respons dari sebuah penguat. Hal ini
menunjukkan bahwa hampir konstan selama rentang frekuensi yang luas, kira-kira antara ω1 dan ω2. Biasanya
amplifier dirancang sehingga bandwidth bertepatan dengan spektrum sinyal itu diperlukan untuk memperkuat.
Jika ini tidak terjadi, penguat akan mendistorsi spektrum frekuensi sinyal input, dengan komponen yang berbeda
dari sinyal input yang diperkuat oleh jumlah yang berbeda.
Gambar 1.21 Respon dari sebuah penguat.
1.6.3 Mengevaluasi Respon Frekuensi Penguat
Untuk mengevaluasi respon frekuensi dari sebuah penguat, kita harus menganalisis penguat model
rangkaian setara, dengan mempertimbangkan semua reaktif analisis komponen sirkuit. Induktansi L memiliki
reaktansi atau impedansi jωL, dan kapasitansi C memiliki reaktansi atau impedansi jωC. Dengan demikian
dalam analisis frekuensi-domain kita berurusan dengan impedansi.. Hasil analisis tersebut adalah fungsi transfer
penguat T (ω).
di mana Vi (ω) dan Vo (ω) menunjukkan sinyal input dan output, masing-masing. T (ω) umumnya
merupakan fungsi kompleks yang besarnya | T (ω) |yang berarti besarnya transmisi atau besarnya Tanggapan
dari amplifier. Fase T (ω) memberikan respon fase penguat.
1.6.4 Jaringan Single-Time-Konstan
Sebuah jaringan STC adalah salah satu yang terdiri dari salah satu komponen reaktif (induktansi atau
kapasitansi) dan satu perlawanan. sebuah STC jaringan membentuk sebuah induktansi L dan resistansi R
memiliki waktu konstan. waktu τ konstan jaringan STC terdiri dari kapasitansi C dan resistansi R diberikan oleh
τ = CR.
Sebagian besar jaringan STC dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, low pass (LP) dan High
Pass (HP), dengan masing-masing memberikan tanggapan sinyal jelas berbeda. Sebagai Misalnya, jaringan STC
ditunjukkan pada Gambar. 1,22 (a) adalah dari jenis low-pass dan yang pada Gambar.1,22 (b) adalah dari jenis
high-pass. Untuk melihat alasan dari klasifikasi ini, amati bahwa fungsi transfer dari masing-masing dua sirkuit
ini dapat dinyatakan sebagai rasio tegangan-pembagi, dengan pembagi terdiri dari resistor dan kapasitor.
Sekarang, mengingat bagaimana impedansikapasitor bervariasi dengan frekuensi, mudah untuk melihat bahwa
transmisi rangkaian pada Gambar. 1,22 (a) akan menurun dengan frekuensi dan mendekati nol sebagai ω
pendekatan ∞. Demikian rangkaian dari Gambar. 1,22 (a) bertindak sebagai low-pass filter; melewati frekuensi
rendah, input gelombang sinus dengan sedikit atau tanpa redaman (di ω = 0, transmisi kesatuan) dan
melemahkan frekuensi tinggi sinusoid masukan. Rangkaian Gambar. 1,22 (b) tidak sebaliknya; transmisi adalah
kesatuan di ω = ∞ dan menurun sebagai ω berkurang, mencapai 0 untuk ω = 0. Yang terakhir sirkuit, oleh karena
itu, melakukan sebagai filter high-pass.
Gambar 1.22 Dua contoh STC Jaringan: (a) jaringan low-pass dan (b) jaringan high-pass.
Perbedaan antara jaringan low pass dan high pass dapat dilihat di tabel 1.2
Tabel. 1.2 Perbedaan antara LH ( low Pass) dan HP (high pass).
Pembeda
Fungsi Transfer T (s)
Low Pass (LH)
High Pass (PH)
k
0
Pada gambar 1.23
0
K
Pada gambar 1.24
Mentransfer Fungsi (untuk fisik
Frekuensi ) T(ω)
Besaran respon | T (jω) |
Fase Respon ∠T (jω)
Transmisi pada ω = 0 (dc)
Transmisi pada ω = ∞
Plot Bode
Gambar 1.23 (a) Besaran dan (b) respon fase STC jaringan dari jenis low-pass
Gambar 1.24 (a) Besaran dan (b) respon fase STC jaringan dari jenis high-pass.
Contoh 1.5
Gambar 1.25 menunjukkan tegangan amplifier memiliki resistansi masukan Ri, kapasitansi Ci input,
faktor keuntungan μ, dan resistansi keluaran Ro. Amplifier adalah makan dengan sumber tegangan Vs memiliki
Rs resistansi sumber, dan beban perlawanan RL terhubung ke output.
(a) Turunkan ekspresi untuk tegangan penguat sebagai fungsi dari frekuensi. Dari menemukan ini
ekspresi untuk keuntungan dc dan frekuensi 3-dB.
(b) Hitunglah nilai dari gain dc, frekuensi 3-dB, dan frekuensi di mana gain menjadi 0 dB (yaitu,
kesatuan) untuk Rs kasus = 20 kΩ, Ri = 100 kΩ, Ci = 60 pF, Ro = 200 Ω, dan RL = 1 kW.
(c) Cari vo (t) untuk masing-masing input berikut:
(i) vi = 0.1 sin 102 t, V
(ii) vi = 0.1 sin 105 t, V
(iii) vi = 0.1 sin 106 t, V
(iv) vi = 0.1 sin 108 t, V
Solusi :
(a) Memanfaatkan aturan tegangan-pembagi, kita dapat mengekspresikan Vi dalam hal Vs mengikuti
di mana Zi adalah impedansi masukan penguat. Sejak Zi terdiri dari dua unsur paralel, jelas mudah
untuk bekerja dalam hal. Menjelang itu kami membagi pembilang dan penyebut dengan Zi, sehingga
mendapatkan :
Ungkapan ini dapat dimasukkan dalam bentuk standar untuk jaringan STC low-pass (lihat bagian atas
Tabel 1.2) dengan mengekstraksi dari penyebut; dengan demikian kita memiliki
Pada sisi output dari penguat kita dapat menggunakan aturan tegangan-pembagi untuk menulis
Persamaan ini dapat dikombinasikan dengan Persamaan. (1.20) untuk mendapatkan fungsi transfer
penguat sebagai
Kami mencatat bahwa hanya faktor terakhir dalam ungkapan ini baru (dibandingkan dengan ekspresi
yang berasal diBagian terakhir). Faktor ini adalah hasil dari input kapasitansi Ci, Dengan waktu konstan.
Kita bisa diperoleh hasil ini dengan inspeksi: Dari Gambar. 1,25 kita melihat bahwa rangkaian input
jaringan STC dan bahwa waktu yang konstan dapat ditemukan dengan mengurangi Vs ke nol, dengan hasil
bahwa perlawanan dilihat oleh Ci adalah Ri secara paralel dengan Rs. Fungsi transfer dalam Pers. (1.21) adalah
bentuk yang sesuai dengan jaringan STC low-pass. Gain dc ditemukan sebagai
3-dB frekuensi ω0 dapat ditemukan dari
Karena respon frekuensi penguat ini dari low-pass jenis STC, plot Bode untuk gain besarnya dan fase
akan mengambil bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 1,23, di mana K diberikan oleh Persamaan. (1.23) dan
ω0 diberikan oleh Persamaan. (1.24).
(b) mensubstitusikan nilai-nilai numerik yang diberikan dalam Persamaan. (1.23) menghasilkan
Sehingga penguat memiliki gain dc dari 40 dB. Mengganti nilai numerik ke dalam Persamaan. (1.24)
memberikan frekuensi 3-dB
Terus :
Sejak gain jatuh pada tingkat -20 dB / dekade, mulai dari ω 0 (lihat Gambar. 1.23a) gain akan mencapai
0 dB dalam dua dekade (faktor 100); dengan demikian kita memiliki
Frekuensi gain :
(c) Untuk menemukan vo (t) kita perlu menentukan besarnya gain dan fasa pada 102, 105, 106, dan
108 rad / s. Hal ini dapat dilakukan baik sekitar memanfaatkan plot Bode dari Gambar. 1,23 atau tepatnya
memanfaatkan ekspresi untuk fungsi transfer penguat,
Kami akan melakukan keduanya:
(i) Untuk ω = 102 rad / s, yang merupakan plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | = K =
100 dan φ = 0 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | 100 dan φ = -tan-10-04 Januari 0 °. Dengan
demikian,
(ii) Untuk ω = 105 rad / s, yang, plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | K = 100 dan φ
= -5,7 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | = 99,5 dan φ = -tan-1 0.1 = -5,7 °. Dengan demikian,
(iv) Untuk ω = 108 rad / s, yang merupakan (100ω0), plot Bode menunjukkan bahwa | T | = 1 dan φ =
-90 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan :
1.6.5 Klasifikasi Penguat Berdasarkan Respon Frekuensi
Penguat dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk kurva besarnya-tanggapan mereka. Gambar 1.26
menunjukkan kurva frekuensi-respon khas untuk berbagai jenis amplifier. Pada Gambar. 1.26 (a) gain tetap
konstan selama rentang frekuensi yang luas, tetapi jatuh pada frekuensi rendah dan tinggi. Jenis respon frekuensi
umum di audio amplifier.
Seperti yang akan ditampilkan di bab berikutnya, kapasitansi internal dalam perangkat (transistor)
menyebabkan falloff dari gain pada frekuensi tinggi, seperti Ci lakukan di sirkuit dari Contoh 1.5. Di sisi lain,
falloff dari gain pada frekuensi rendah biasanya disebabkan oleh kapasitor kopling digunakan untuk
menghubungkan satu tahap penguat yang lain, seperti yang ditunjukkan
2. Dzulfikar dwi yanto (3332141723)
3. Neneng Rohanah (3332141720)
4. Haerul hakim (3332141714)
5. Lucky muttakin (3332141710)
1.1 Sinyal
Sinyal adalah sekumpulan informasi tentang berbagai hal dan kegiatan di dunia fisik kita.Contohnya:
Informasi tentang cuaca yang terkandung dalam sinyal tersebut yang mewakili suhu udara, tekanan, kecepatan
angin, dll. Untuk mengekstrak informasi yang diperlukan dari satu set sinyal, pengamat (baik itu manusia atau
mesin) selalu perlu untuk memproses sinyal dalam beberapa cara yang telah ditetapkan.
Contoh 1.1
Keluaran resistansi dari sumber sinyal, meskipun tak terelakkan, hal tersebut tidak sempurna membatasi
kemampuan sumber untuk memberikan kekuatan sinyal penuh kepada beban. Untuk melihat titik ini lebih jelas,
mempertimbangkan sumber sinyal ketika terhubung ke RL resistansi beban seperti ditunjukkan pada Gambar
dibawah. Untuk kasus di mana sumber diwakili oleh bentuk setara Thevenin nya, menemukan vo tegangan yang
muncul di RL, dan karenanya kondisi yang Rs harus memenuhi untuk vO menjadi dekat dengan nilai vs Ulangi
untuk sumber Norton terwakili, pada kasus ini menemukan io arus yang mengalir melalui RL dan kondisi Rs
harus memenuhi kondisi io menjadi dekat dengan nilai is.
Untuk sumber sinyal Thevenin terwakili ditunjukkan pada Gambar diatas tegangan output vo yang muncul di (a)
RL resistansi beban dapat ditemukan dari rasio pembagi tegangan yang dibentuk oleh Rs dan RL,
Dari persamaan berikut :
Rs resistansi sumber harus jauh lebih rendah dari RL beban perlawanan,
Dengan demikian, untuk sumber diwakili oleh Thevenin setara, idealnya Rs = 0, dan sebagai Rs meningkat,
relatif terhadap RL resistansi beban dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, Vo tegangan yang
muncul di seluruh beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Berikutnya, kita pertimbangkan sumber sinyal Norton terwakili dalam Gambar. 1.2 (b). Untuk mendapatkan io
arus yang mengalir melalui RL beban yang berlawanan, kita menggunakan rasio pembagi arus yang dibentuk
oleh Rs dan RL,
Dari hubungan ini kita melihat bahwa:
Rs resistansi sumber harus jauh lebih besar yang RL,
Jadi untuk sumber sinyal yang diwakili oleh Norton setara, idealnya Rs = ∞, dan sebagai Rs berkurang,
relatif ke RL beban yang berlawanan dengan sumber yang dimaksudkan untuk beroperasi, io arus yang mengalir
melalui beban menjadi lebih kecil, bukan hasil yang diinginkan.
Akhirnya, kami mencatat bahwa meskipun desainer sirkuit biasanya tidak bisa melakukan banyak
tentang nilai Rs; mereka mungkin harus memikirkan solusi sirkuit yang meminimalkan atau menghilangkan
hilangnya kekuatan sinyal yang terjadi ketika sumber terhubung ke beban.
Dari pembahasan di atas, kita dapat menyimpulkan bahwa sinyal adalah jumlah waktu yang bervariasi
yang dapat diwakili oleh grafik seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 1.3
1.2 Spektrum Frekuensi Sinyal
Karakterisasi spektrum frekuensi selalu berkaitan dengan fungsi perubahan waktu. Deskripsi seperti
sinyal diperoleh melalui alat-alat matematika dari seri Fourier dan Fourier transform.Tegangan sinyal Vs (t) atau
sinyal arus (t) sebagai jumlah dari sinyal gelombang sinus frekuensi yang berbeda dan amplitudo. Hal ini
membuat gelombang sinus sinyal yang sangat penting dalam analisis, desain, dan pengujian sirkuit elektronik.
Gambar 1.4 menunjukkan gelombang sinus sinyal tegangan Va (t),
di mana Va menunjukkan nilai puncak atau amplitudo dalam volt dan ω menunjukkan frekuensi sudut di radian
per detik; yaitu, rad / s, dimana f adalah frekuensi dalam hertz, f = 1 / T Hz, dan T adalah periode dalam
hitungan detik.
Sinyal gelombang sinus ditandai dengan nilai puncaknya Va, ω frekuensi, dan fase sehubungan dengan
waktu referensi yang berubah-ubah. waktu asal telah dipilih sehingga sudut fase 0 Perlu disebutkan bahwa itu
adalah umum untuk mengekspresikan amplitudo sinyal gelombang sinus dalam hal root-mean-square-nya (rms)
nilai, yang sama dengan nilai puncak dibagi dengan demikian nilai √ 2 rms dari va sinusoid (t).
gambar 1.4 Tegangan sinyal gelombang sinus dari amplitudo Va dan frekuensi f = 1 / T Hz. The frekuensi sudut
ω=2πf rad / s.
Gambar 1.5 Sebuah sinyal gelombang persegi simetris V. Amplitudo
Dimana V adalah amplitudo gelombang persegi dan ωₒ=2 π /T (T adalah periode alun-alun gelombang)
disebut frekuensi dasar. Perhatikan bahwa karena amplitudo dari harmonik semakin menurun, seri terbatas dapat
dipotong, dengan dipotong Seri menyediakan sebuah pendekatan untuk gelombang persegi.
Gambar 1.6 Spektrum frekuensi (juga dikenal sebagai spektrum garis) dari periodik gelombang persegi Gambar.
1.5.
Gambar 1.7 Spektrum frekuensi sebuah gelombang sewenang-wenang seperti yang pada Gambar. 1.3.
Kami menyimpulkan bagian ini dengan mencatat bahwa sinyal dapat diwakili baik oleh cara yang
gelombang bervariasi dengan waktu, seperti untuk Va sinyal tegangan (t) ditunjukkan pada Gambar.1.3, atau di
hal spektrum frekuensi, seperti pada Gambar. 1.7. Kedua representasi alternatif dikenal sebagai representasi
waktu-domain dan representasi frekuensi-domain masing-masing. The representasi frekuensi-domain dari Va (t)
akan dilambangkan dengan simbol Va (ω).
1.3 Sinyal Analog Dan Sinyal Digital
Sinyal tegangan yang digambarkan dalam Gambar (1.3) disebut sebagai sinyal analog. .Besarnya
sebuah sinyal analog dapat mengambil nilai apapun, yaitu amplitudo sinyal analog menunjukkan variasi yang
terus menerus lebih dari jangkauan aktivitas. Sebagian besar sinyal di dunia dan di sekitar kita adalah sinyal
analog. Rangkaian elektronik yang memproses sinyal tersebut dikenal sebagai rangkaina analog. Sebuah
Alternatif dari bentuk representasi sinyal berdasarkan dari urutan angka, setiap angka mewakili besarnya sinyal
pada satuan waktu. Sinyal yang dihasilkan disebut sinyal digital.Untuk melihat bagaimana sinyal dapat
direpresentasikan dalam bentuk ini adalah bagaimana sinyal dapat dikonversi dari analog ke digital ditunjukan
pada Gambar. 1.8 (a). Berikut ini kurva yang merepresentasikan sinyal tegangan pada Gambar. 1.3. Pada
interval yang sama sepanjang sumbu waktu, telah menandai waktu t0 t1, t2, dan seterusnya.
Gambar 1.8 (a) sinyal analog
(b) sinyal diskrit
s
Gambar 1.8 (b) menunjukan representasi sinyal dari gambar (a) dalam hal yang sama Sinyal dari Gambar. 1,8
(b) didefinisikan hanya pada sampel langsung tidak lagi merupakan fungsi kontinu dari waktu. Sinyal ini
dinamakan sinyal waktu diskrit.
1.4 Amplifier
1.4.1 Sinyal Amplifikasi
Kebutuhan amplifikasi muncul karena transduser memberikan sinyal yang dikatakan"Lemah", yaitu,
diantara mikrovolt (μV) atau millivolt (mV). sinyal tersebut terlalu kecil untuk dilakukan suatu proses
pengolahan dan pengolahan akan jauh lebih mudah jika besarnya sinyal yang diterima dibuat lebih besar. Bagian
fungsional yang menyelesaikan tugas ini adalah penguat sinyal.
Hal ini sesuai untuk membahas kebutuhan linearitas pada amplifier. Perawatan harus dilakukan
diamplifikasi sinyal, sehingga informasi yang terkandung dalam sinyal tidak berubah dan tidak ada informasi
baru diperkenalkan. Jadi ketika kita memasukan sinyal seperti ditunjukkan pada Gambar 1.3 ke amplifier, kita
ingin sinyal output amplifier menjadi replika serupa seperti inputnya. Dengan kata lain, "menggoyangkan" di
gelombang keluaran harus identik dengan yang di bentuk gelombang input. Setiap perubahan dalam gelombang
dianggap distortion (penghancur) yang tidak diinginkan.
Sebuah penguat yang melindungi rincian dari gelombang sinyal ditandai dengan hubungan
V0(t)=Avi(t) ……………………………………………………… (1.4)
Di mana v i dan v o adalah input dan output sinyal , secara berturut-turut , dan a adalah sebuah konstanta
mewakili besarnya amplifikasi , dikenal sebagai penguat amplifier. Persamaan ( 1,4 ) adalah suatu hubungan
linier. Itu menjadi mudah melihat bahwa jika hubungan antara v o dan v i berisi kekuatan lebih tinggi dari v i ,
kemudian bentuk gelombang v o tidak akan lagi identik dari vi.
1.4.2 Simbol Rangkaian Amplifier
Gambar 1.11 (a) symbol rangkaian amplifier (b) Sebuah amplifier dengan terminal umum (ground) antara input
dan output port.
1.4.3 Penguat amplifier
Sebuah penguat linear menerima sinyal input V i(t) Dan memberikan pada output, seluruh tahanan beban RL
(lihat Gambar 1.12 (a).), sinyal output V 0(t) Yang merupakan replika diperbesar V i (t). The gain tegangan
penguat didefinisikan oleh
Gambar 1.11 (a) simbol Circuit untuk penguat. (b) Sebuah penguat dengan terminal umum (ground) antara input
dan output port.
Gambar. 1.12 (b) menunjukkan karakteristik transfer penguat linear. Jika kita menerapkan ke input dari penguat
ini tegangan sinusoidal amplitudo kita memperoleh pada output sinusoid dari amplitude AvV.
1.4.4 daya peningkatan dan arus peningkatan
Sebuah penguat meningkatkan kekuatan sinyal, fitur penting yang membedakan penguat dari
transformator. Dalam kasus transformator, meskipun tegangan dikirim ke beban bisa lebih besar dari tegangan
makan sisi input (primer), daya yang dikirim ke beban (dari sisi sekunder transformer yang) kurang dari atau
paling sama dengan daya yang disediakan oleh sumber sinyal. Di sisi lain, amplifier menyediakan beban dengan
kekuatan yang lebih besar dari yang diperoleh dari sumber sinyal. Yaitu, amplifier memiliki gain kekuasaan.
Gain daya dari penguat pada Gambar. 1.12 (a) didefinisikan sebagai
Gambar 1.12 (a) Sebuah penguat tegangan makan dengan sinyal Vl (t) dan terhubung ke RL beban perlawanan.
(b) karakteristik transfer dari penguat tegangan linear dengan gain tegangan Av
Dimana io adalah saat yang penguat memberikan ke beban (RL), O = VO / RL, dan iI adalah arus penguat
menarik dari sumber sinyal. Arus peningkatan dari penguat didefinisikan sebagai
Dari pers. (1,5) ke (1,8) kami mencatat bahwa
1.4.5 mengekpresikan peningkatan dalam desibel
Keuntungan penguat yang didefinisikan di atas adalah rasio jumlah sama dimensioned. Dengan demikian
mereka akan dinyatakan baik angka sebagai berdimensi atau, untuk penekanan, sebagai V / V untuk gain
tegangan, A / A untuk gain arus, dan W / W untuk mendapatkan kekuasaan. Atau, untuk sejumlah alasan,
beberapa dari mereka yang bersejarah, insinyur elektronik mengungkapkan gain amplifier dengan ukuran
logarith-mic. Khususnya gain tegangan Av dapat dinyatakan sebagai
dan gain arus Ai dapat dinyatakan sebagai
Sejak kekuasaan berhubungan dengan tegangan (atau arus) kuadrat, gain daya Ap dapat dinyatakan dalam
desibel sebagai
Nilai absolut dari tegangan dan keuntungan saat digunakan karena dalam beberapa kasus Av atau Ai
akan menjadi angka negatif. Sebuah gain Av negatif hanya berarti bahwa ada perbedaan 180 ° fasa antara sinyal
input dan output; itu tidak berarti bahwa penguat sinyal pelemahan. Di sisi lain, sebuah penguat yang gain
tegangan, katakanlah, -20 dB pada kenyataannya pelemahan sinyal input dengan faktor 10 (yaitu, Av = 0,1 V /
V).
1.4.6 penyedia daya amplifier
Karena daya yang dikirim ke beban lebih besar dari kekuatan yang diambil dari sumber sinyal,
muncul pertanyaan ke sumber daya tambahan ini. Jawabannya ditemukan oleh Observ-ing yang amplifier perlu
pasokan listrik dc untuk operasi mereka. Sumber dc ini menyediakan theextra daya yang dikirim ke beban serta
setiap kekuatan yang mungkin hilang dalam rangkaian internal penguat (power tersebut diubah menjadi panas).
Pada Gambar. 1.12 (a) kita tidak secara eksplisit menunjukkan sumber dc ini.
Gambar 1.13 (a) menunjukkan sebuah penguat yang membutuhkan dua sumber dc: satu ofvalue
positif VCC dan satu negatif dari nilai VEE. Penguat memiliki dua terminal, berlabel V + dan V-, untuk koneksi
ke pasokan dc. Untuk penguat untuk beroperasi terminal berlabel V + harus terhubung ke sisi positif dari
sumber dc yang tegangan VCC dan yang sisi negatif terhubung ke sirkuit tanah. Juga, terminal berlabel V harus
terhubung ke sisi negatif dari sumber dc yang tegangan VEE dan yang sisi positif terhubung ke sirkuit tanah.
Sekarang, jika saat ini diambil dari pasokan positif dilambangkan ICC dan bahwa dari catu negatif adalah IEE.
(lihat Gambar. 1.13a), maka daya dc dikirim ke penguat adalah
Jika daya yang dihamburkan dalam rangkaian penguat dilambangkan P hilang, persamaan daya keseimbangan
untuk penguat dapat ditulis sebagai
mana PI adalah kekuatan yang diambil dari sumber sinyal dan PL adalah daya yang dikirim ke beban. Karena
daya yang diambil dari sumber sinyal biasanya kecil, efficiencyis power amplifier didefinisikan sebagai (1.10)
Efisiensi daya adalah parameter kinerja penting untuk amplifier yang menangani sejumlah besar kekuatan.
Amplifier seperti, disebut power amplifier, digunakan, misalnya, sebagai penguat output sistem stereo. Untuk
menyederhanakan diagram sirkuit, kita akan mengadopsi konvensi diilustrasikan pada Gambar. 1.13 (b). Di sini
V + terminal ditunjukkan terhubung toan panah menunjuk ke atas dan terminal V- ke panah menunjuk ke
bawah. Tegangan yang sesuai ditunjukkan di sebelah setiap kepala panah. Perhatikan bahwa dalam banyak
kasus kita tidak akan secara eksplisit menunjukkan koneksi dari amplifier ke sumber daya dc. Akhirnya, kami
mencatat bahwa beberapa amplifier hanya membutuhkan satu power supply
Gambar 1.13 Sebuah penguat yang membutuhkan dua pasokan dc (ditampilkan sebagai baterai) untuk operasi.
Contoh 1.2
Pertimbangkan penguat beroperasi dari ± pasokan listrik 10-V. Hal ini diberi makan dengan tegangan sinusoidal
yang memiliki 1 V puncak dan memberikan output tegangan sinusoidal dari 9 V puncak ke beban Ω 1-k.
Amplifier menarik arus 9,5 mA dari masing-masing dua pasokan listrik nya. Input saat penguat ditemukan
menjadi sinusoidal dengan 0,1 mA puncak. Cari gain tegangan, keuntungan saat ini, mendapatkan kekuasaan,
kekuatan diambil dari dcsupplies, daya yang dihamburkan di amplifier, dan efisiensi amplifier.
Solusi
Dari contoh di atas kita mengamati bahwa penguat mengkonversi beberapa kekuatan dc ia menarik dari pasokan
listrik untuk listrik yang memberikan ke beban sinyal.
1.4.7 Amplifier Saturation
Praktis berbicara, karakteristik transfer amplifier tetap linear lebih hanya limitedrange dari tegangan
input dan output. Untuk penguat dioperasikan dari dua pasokan listrik tegangan output tidak dapat melebihi
batas yang ditentukan positif dan tidak bisa menurunkan bawah batas yang ditentukan negatif. Karakteristik
transfer yang dihasilkan ditunjukkan pada Gambar. 1,14, dengan tingkat kejenuhan positif dan negatif
dilambangkan L + dan L-, masing-masing. Masing-masing dua tingkat kejenuhan biasanya dalam sepersekian
volt dari tegangan catu daya yang sesuai. Jelas, untuk menghindari distorsi gelombang sinyal output, ayunan
sinyal input harus dijaga dalam kisaran linear operasi,
Pada Gambar. 1.14, yang menunjukkan dua bentuk gelombang input dan bentuk gelombang output yang sesuai,
puncak gelombang lebih besar telah terpotong karena kejenuhan amplifier.
Gambar 1.14 Karakteristik perpindahan amplifier yang linear kecuali saturasi output.
1.4.8 Simbol Konvensi
Pada titik ini, kita menarik perhatian pembaca untuk terminologi kita akan menggunakan seluruh buku. Untuk
menggambarkan terminologi, Gambar. 1.15 menunjukkan bentuk gelombang dari IC saat ini (t) yang mengalir
melalui cabang di sirkuit tertentu. The IC saat ini (t) terdiri dari komponen ikon dc yang ditumpangkan
komponen ic sinusoidal (t) yang amplitudo puncak Ic. Mengamati bahwa pada waktu t, thetotal IC arus sesaat (t)
adalah jumlah dari dc IC saat ini dan saat ini sinyal,
di mana saat ini sinyal yang diberikan oleh
Dengan demikian, kita menyatakan beberapa konvensi: Total jumlah seketika dilambangkan dengan simbol
huruf kecil dengan huruf besar subscript (s), misalnya, IC (t), v DS (t). Arus searah (dc) jumlah dilambangkan
dengan simbol huruf besar dengan huruf besar subscript (s), misalnya IC, VDS tambahan
Gambar 1.15 Simbol konvensi yang digunakan dalam buku ini.
jumlah sinyal dilambangkan dengan simbol huruf kecil dengan huruf kecil subscript (s), misalnya, ic (t), vgs (t).
Jika sinyal gelombang sinus, maka amplitudonya dilambangkan dengan simbol huruf besar dengan huruf kecil
subscript (s), misalnya Ic, Vgs. Akhirnya, meskipun tidak ditunjukkan pada Gambar. 1,15, pasokan listrik dc
dilambangkan dengan huruf anuppercase dengan surat ganda huruf besar subscript, misalnya, VCC, VDD.
Sebuah notasi yang sama digunakan untuk arus dc diambil dari power supply, misalnya, ICC, IDD.
1.5 Model Circuit untuk Amplifier
disini akan dibahas mengenai model amplifier sederhana namun efektif. Model ini berlaku terlepas dari
kompleksitas rangkaian internal amplifier. Nilai-nilai parameter model dapat ditemukan baik dengan
menganalisis rangkaian penguat atau dengan melakukan pengukuran pada terminal amplifier.
1.5.1 Amplifier Tegangan
Gambar 1.16 (a) menunjukkan model sirkuit untuk tegangan penguat. Model ini terdiridari sumber tegangan
dengan mengendalikan volt yang memiliki faktor Avo, resistansi Ri yang mempengaruhi amplifier menarik
arus input dari sumber sinyal, dan resistansi output Ro yang memberikan perubahan tegangan output sebagai
penguat untuk memasok arus ke beban. Lihat Gambar. 1.16 (b) model amplifier makan dengan sumber tegangan
sinyal vs memiliki resistensi Rs dan terhubung pada output pada RL. Resistansi keluaran nol Ro menyebabkan
hanya sebagian kecil dari Avovi muncul di output. Menggunakan aturan tegangan-pembagi kita memperoleh.
Sehingga gain tegangan diberikan oleh
(1.12)
Oleh karena itu agar tidak kehilangan keuntungan dalam kopling output amplifier untuk beban, yang keluarmenempatkan resistensi Ro harus jauh lebih kecil dari RL beban perlawanan. Dengan kata lain, untuk RL
diberikan satu harus merancang penguat sehingga yang Ro jauh lebih kecil daripada RL. Selain itu, ada aplikasi
di mana RL diketahui bervariasi pada rentang tertentu. Dalam rangka untuk menjaga vo tegangan output sebagai
konstan mungkin, penguat dirancang dengan Ro jauh lebih kecil dari nilai terendah dari RL. Sebuah penguat
tegangan ideal adalah satu dengan Ro = 0. Persamaan (1.12) menunjukkan juga bahwa untuk RL = ∞, Av = Avo.
Jadi Avo adalah gain tegangan dari penguat diturunkan, atau gain tegangan rangkaian terbuka. Hal ini juga harus
jelas bahwa dalam menentukan gain tegangan dari sebuah penguat, kita juga harus menentukan nilai resistansi
beban
Gambar 1.16 (a) Model Circuit untuk penguat tegangan. (b) Tegangan amplifier dengan sumber sinyal input dan
beban.
di mana nilai ini diukur atau dihitung. Jika resistansi beban tidak ditentukan, biasanya diasumsikan bahwa nilai
tegangan
yang
diberikan
adalah
sirkuit
terbuka
gain
Avo.
Resistansi input yang terbatas Ri memberikan tindakan tegangan-pembagi pada masukan, dengan hasil bahwa
hanya sebagian kecil dari sumber sinyal vs benar-benar mencapai terminal input dari penguat itu adalah,
(1.13)
Agar tidak kehilangan porsi yang signifikan dari sinyal input di kopling sumber sinyal ke input amplifier,
amplifier harus dirancang untuk memiliki resistansi masukan RI jauh lebih besar dari resistansi dari sumber
sinyal, Ri Rs. Selain itu, ada aplikasi di mana resistansi sumber diketahui bervariasi pada rentang tertentu. untuk
meminimalkan efek variasi ini pada nilai sinyal yang muncul pada masukan dari penguat, desain memastikan
bahwa Ri jauh lebih besar dari nilai terbesar dari Rs. Sebuah penguat tegangan ideal adalah satu dengan Ri = ∞.
Dalam kasus ideal ini baik keuntungan dan kekuasaan keuntungan saat menjadi tak terbatas.
Gain tegangan secara keseluruhan (vo / vs) dapat ditemukan dengan menggabungkan Pers. (1.12) dan (1.13),
Ada situasi di mana yang tertarik tidak mendapatkan tegangan tetapi hanya dalam keuntungan kekuatan yang
signifikan. Misalnya, sinyal sumber dapat memiliki tegangan terhormat tetapi resistansi sumber yang jauh lebih
besar dari resistansi beban. Menghubungkan sumber langsung ke beban akan menghasilkan pelemahan sinyal
yang signifikan. Dalam kasus seperti itu, satu membutuhkan amplifier dengan daya tahan tinggi masukan (jauh
lebih besar dari resistansi sumber) dan resistansi output yang rendah (jauh lebih kecil dari resistansi beban)
tetapi dengan gain tegangan sederhana (atau bahkan gain). Amplifier seperti ini disebut sebagai penguat
penyangga. Kami akan menghadapi amplifier penyangga sering sepanjang buku ini.
1.5.2 Amplifier Mengalir
Untuk memenuhi spesifikasi penguat diberikan, kita sering perlu untuk merancang penguat sebagai kaskade dari
dua atau lebih tahap. Tahapan biasanya tidak identik; bukan, masing-masing dirancang untuk melayani tujuan
tertentu. Misalnya, dalam rangka memberikan penguat keseluruhan dengan resistansi masukan besar, tahap
pertama biasanya diperlukan untuk memiliki resistansi masukan besar. Juga, untuk melengkapi penguat
keseluruhan dengan resistansi output yang rendah, tahap akhir dalam kaskade biasanya dirancang untuk
memiliki resistansi keluaran rendah. Untuk menggambarkan analisis dan desain amplifier mengalir, kita
mempertimbangkan contoh praktis.
Contoh soal 1.3
Gambar 1.17 menggambarkan sebuah penguat yang terdiri dari kaskade tiga tahap. Penguat diberi makan oleh
sumber sinyal dengan resistansi sumber 100 kΩ dan memberikan output menjadi perlawanan beban 100 Ω.
Tahap pertama memiliki resistansi masukan yang relatif tinggi dan faktor keuntungan sederhana 10. Tahap
kedua memiliki faktor keuntungan yang lebih tinggi tetapi resistansi masukan rendah. Akhirnya, yang terakhir,
atau output, tahap memiliki gain tetapi resistansi output yang rendah. Kami ingin mengevaluasi gain tegangan
secara keseluruhan, yaitu, VL / vs, keuntungan saat, dan mendapatkan kekuasaan.
Gambar 1.17 Tiga-tahap penguat untuk Contoh 1.3
Solusinya
Fraksi sumber sinyal muncul pada terminal masukan dari penguat diperoleh dengan menggunakan pembagi
tegangan aturan pada masukan, sebagai berikut:
Gain tegangan dari tahap pertama diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi input dari tahap kedua
menjadi beban tahap pertama; itu adalah,
Demikian pula, gain tegangan dari tahap kedua diperoleh dengan mempertimbangkan resistansi masukan dari
tahap ketiga menjadi beban tahap kedua,
Terakhir, hasil tegangan dari tingkat keluaran adalah sebagai berikut:
keseluruhan dari tiga tahap di cascade dapat sekarang ditemukan dari
atau 58,3 dB.
Untuk menemukan gain tegangan dari sumber ke beban, kita kalikan Av oleh faktor mewakili hilangnya
keuntungan di input; itu adalah,
atau 57,4 dB.
Nilai arus ditemukan sebagai berikut:
Atau 138,3 dB
Keuntungan daya yang ditemukan dari
Beberapa komentar pada penguat cascade dalam contoh di atas adalah dalam rangka. Untuk menghindari
kehilangan kekuatan sinyal pada masukan penguat sinyal di mana biasanya sangat kecil, tahap pertama
dirancang untuk memiliki resistansi masukan yang relatif besar (1 MQ), yang jauh lebih besar dari resistansi
sumber. Trade-off tampaknya menjadi gain tegangan menengah (10 V / V). Tahap kedua tidak perlu memiliki
sebuah resistansi masukan yang tinggi; bukan, di sini kita perlu menyadari sebagian besar gain tegangan yang
diperlukan. Yang ketiga dan terakhir, atau output, tahap tidak diminta untuk memberikan gain tegangan; bukan,
itu berfungsi sebagai penguat penyangga, memberikan resistansi masukan yang relatif besar dan resistansi
output yang rendah, jauh lebih rendah dari RL. Ini adalah tahap ini yang memungkinkan menghubungkan
amplifier ke 10Ω beban. Poin ini dapat dibuat lebih konkret dengan memecahkan latihan berikut. Dengan
begitu,mengamati bahwa dalam mencari keuntungan dari tahap penguat dalam penguat cascade, efek
pembebanan dari tahap penguat berhasil harus diperhitungkan seperti yang telah kami lakukan dalam contoh di
atas.
1.5.3 Amplifier Jenis Lain
Dalam desain sistem elektronik, sinyal bunga apakah pada input sistem, pada tahap menengah, atau pada output
dapat berupa tegangan atau arus. Misalnya, beberapa transduser memiliki daya tahan output yang sangat tinggi
dan dapat lebih tepat dimodelkan sebagai sumber arus. Demikian pula, ada aplikasi di mana arus keluaran
daripada tegangan dari
Jadi, meskipun ini adalah yang paling populer, penguat tegangan dipertimbangkan di atas hanyalah salah satu
dari empat jenis amplifier mungkin. Tiga lainnya adalah penguat arus, penguat transkonduktansi, dan amplifier
transresistance. Tabel 1.1 menunjukkan empat jenis amplifier, model sirkuit mereka, definisi parameter
keuntungan mereka, dan nilai-nilai ideal input dan output mereka resistensi.
1.5.4 Hubungan antara Empat Amplifier Model
Sirkuit terbuka nilai tegangan Avo dapat berhubungan dengan sirkuit pendek keuntungan saat Ais sebagai
berikut: Tegangan output rangkaian terbuka yang diberikan oleh model penguat tegangan dari Tabel 1.1 adalah
ovi Av. Model penguat arus di meja yang sama memberikan tegangan output rangkaian terbuka dari Aisii Ro.
Menyamakan kedua nilai dan mencatat bahwa ii = vi / Ri memberikan
Demikian pula, kita dapat menunjukkan bahwa
Dan
Ekspresi di pers. (1.14)
Av o, Ais, Gm, dan Rm.
ke
(1,16)
dapat
digunakan
untuk
berhubungan
dua
parameter
nilai
1.5.5 Menentukan Ri dan Ro
Dari model rangkaian penguat diberikan dalam Tabel 1.1, kita mengamati bahwa resistansi input Ri dari penguat
dapat ditentukan dengan menerapkan tegangan input vi dan mengukur (atau menghitung) input saat ii; yaitu, Ri
= vi / ii. Resistansi keluaran ditemukan sebagai rasio dari tegangan output rangkaian terbuka ke sirkuit pendek
arus keluaran. Atau, resistansi keluaran dapat ditemukan dengan menghilangkan sumber sinyal input (kemudian
ii dan vi keduanya akan nol) dan menerapkan vx sinyal tegangan output dari penguat, seperti ditunjukkan pada
Gambar. 1.18. Jika kita menunjukkan arus yang ditarik dari vx ke terminal output sebagai ix (perhatikan ix yang
berlawanan arah untuk io), maka Ro = vx / ix. Meskipun teknik ini secara konseptual benar, dalam prakteknya
metode yang lebih halus dipekerjakan dalam mengukur Ri dan Ro.
Gambar 1.18 Menentukan resistansi keluaran.
1.5.6 unilateral Model
Model penguat di atas adalah unilateral; yaitu, aliran sinyal adalah searah, dari input ke output. Kebanyakan
amplifier nyata menunjukkan beberapa transmisi sebaliknya, yang biasanya tidak diinginkan, tetapi harus tetap
dimodelkan. Untuk menambah model Tabel 1.1 untuk memperhitungkan sifat nonunilateral beberapa amplifier
transistor.
Contoh1.4
Bipolar junction transistor (BJT) adalah perangkat tiga terminal yang saat didukung-up oleh sumber dc (baterai)
dan dioperasikan dengan sinyal kecil dapat dimodelkan oleh rangkaian linear ditunjukkan pada Gambar. 1.19
(a). Tiga terminal basis (B), emitor (E), dan kolektor (C). Jantung model adalah penguat transkonduktansi
diwakili oleh resistansi masukan antara B dan E (dilambangkan rπ), sebuah sirkuit pendek transkonduktansi gm,
dan ro resistansi keluaran.
Gambar 1.19 (a) model rangkaian Kecil-sinyal untuk transistor bipolar junction (BJT). (b) BJT terhubung
sebagai penguat dengan emitor sebagai terminal umum antara input dan output (disebut penguat commonemitter).(c) Sebuah model rangkaian sinyal kecil alternatif untuk BJT.
a) Dengan emitor digunakan sebagai terminal umum antara input dan output, Gambar. 1.19 (b)
menunjukkan penguat sistor transponder dikenal sebagai common-emitor atau sirkuit membumiemitor.
Turunkan
ekspresi
untuk
tegangan nilai vo / vs, dan mengevaluasi besarnya untuk Rs kasus = 5 kΩ, rπ = 2,5 kΩ, gm = 40 mA /
V, ro = 100 kΩ, dan RL = 5 kΩ. Apa yang akan nilai nilai jika efek ro diabaikan?
b)
Model alternatif untuk transistor di mana penguat arus daripada transkonduktansi am- plifier
digunakan ditunjukkan pada Gambar. 1.19 (c). Apa yang harus pendek-sirkuit gain arus beta menjadi?
Memberikan
baik
sebuah
ekspresi dan nilai.
solusinya
(a) Lihat Gambar. 1.19 (b). Kami menggunakan aturan tegangan-pembagi untuk menentukan fraksi sinyal input
yang muncul pada masukan penguat sebagai
Selanjutnya kita menentukan tegangan output vo dengan mengalikan arus (gmvbe) oleh perlawanan (RL || ro),
Menggantikan VBE dari Persamaan. (1.17) menghasilkan ekspresi nilai tegangan
Perhatikan bahwa gain negatif, menunjukkan bahwa amplifier ini pembalik. Untuk nilai-nilai komponen yang
diberikan,
Mengabaikan efek ro, kita memperoleh
yang cukup dekat dengan nilai yang diperoleh termasuk ro. Hal ini tidak mengherankan, karena ro RL.
(b) Untuk model pada Gambar. 1.19 (c) untuk menjadi setara dengan yang di Gambar. 1.19 (a),
Tapi ib = VBE / rπ; dengan demikian,
Untuk nilai yang diberikan,
1.6 respon frekuensi dari amplifier ( penguat )
1.6.1 Mengukur Respon Frekuensi Amplifier
Menurut Gambar 1.20 menggambarkan penguat tegangan linier pada input dengan gelombang sinus
sinyal amplitudo Vi dan ω frekuensi. Dalam hal ini, sinyal diukur pada keluaran penguat juga sinusoidal dengan
persis ω frekuensi yang sama. Setiap kali sinyal gelombang sinus diterapkan ke sirkuit linier, output yang
dihasilkan adalah sinusoidal dengan frekuensi yang sama sebagai masukan. Bahkan, gelombang sinus adalah
satu-satunya sinyal yang tidak berubah bentuk saat melewati rangkaian linier. Rasio amplitudo output sinusoid
(Vo) dengan amplitudo yang masukan sinusoid (Vi) Adalah besarnya penguat (atau transmisi) pada frekuensi uji
ω. Juga, sudut φ adalah fase transmisi penguat pada frekuensi uji ω. berikut ini bentuk transmisi penguat atau
fungsi transfer pada umumnya :
Gambar 1.20 Mengukur respon frekuensi penguat linier: Pada ω frekuensi tes, penguat
besarnya (Vo / Vi) Dan fase φ.
ditandai dengan
1.6.2 Amplifier Bandwidth
Pada Gambar 1.21 dibawah ini menunjukkan besarnya respons dari sebuah penguat. Hal ini
menunjukkan bahwa hampir konstan selama rentang frekuensi yang luas, kira-kira antara ω1 dan ω2. Biasanya
amplifier dirancang sehingga bandwidth bertepatan dengan spektrum sinyal itu diperlukan untuk memperkuat.
Jika ini tidak terjadi, penguat akan mendistorsi spektrum frekuensi sinyal input, dengan komponen yang berbeda
dari sinyal input yang diperkuat oleh jumlah yang berbeda.
Gambar 1.21 Respon dari sebuah penguat.
1.6.3 Mengevaluasi Respon Frekuensi Penguat
Untuk mengevaluasi respon frekuensi dari sebuah penguat, kita harus menganalisis penguat model
rangkaian setara, dengan mempertimbangkan semua reaktif analisis komponen sirkuit. Induktansi L memiliki
reaktansi atau impedansi jωL, dan kapasitansi C memiliki reaktansi atau impedansi jωC. Dengan demikian
dalam analisis frekuensi-domain kita berurusan dengan impedansi.. Hasil analisis tersebut adalah fungsi transfer
penguat T (ω).
di mana Vi (ω) dan Vo (ω) menunjukkan sinyal input dan output, masing-masing. T (ω) umumnya
merupakan fungsi kompleks yang besarnya | T (ω) |yang berarti besarnya transmisi atau besarnya Tanggapan
dari amplifier. Fase T (ω) memberikan respon fase penguat.
1.6.4 Jaringan Single-Time-Konstan
Sebuah jaringan STC adalah salah satu yang terdiri dari salah satu komponen reaktif (induktansi atau
kapasitansi) dan satu perlawanan. sebuah STC jaringan membentuk sebuah induktansi L dan resistansi R
memiliki waktu konstan. waktu τ konstan jaringan STC terdiri dari kapasitansi C dan resistansi R diberikan oleh
τ = CR.
Sebagian besar jaringan STC dapat diklasifikasikan ke dalam dua kategori, low pass (LP) dan High
Pass (HP), dengan masing-masing memberikan tanggapan sinyal jelas berbeda. Sebagai Misalnya, jaringan STC
ditunjukkan pada Gambar. 1,22 (a) adalah dari jenis low-pass dan yang pada Gambar.1,22 (b) adalah dari jenis
high-pass. Untuk melihat alasan dari klasifikasi ini, amati bahwa fungsi transfer dari masing-masing dua sirkuit
ini dapat dinyatakan sebagai rasio tegangan-pembagi, dengan pembagi terdiri dari resistor dan kapasitor.
Sekarang, mengingat bagaimana impedansikapasitor bervariasi dengan frekuensi, mudah untuk melihat bahwa
transmisi rangkaian pada Gambar. 1,22 (a) akan menurun dengan frekuensi dan mendekati nol sebagai ω
pendekatan ∞. Demikian rangkaian dari Gambar. 1,22 (a) bertindak sebagai low-pass filter; melewati frekuensi
rendah, input gelombang sinus dengan sedikit atau tanpa redaman (di ω = 0, transmisi kesatuan) dan
melemahkan frekuensi tinggi sinusoid masukan. Rangkaian Gambar. 1,22 (b) tidak sebaliknya; transmisi adalah
kesatuan di ω = ∞ dan menurun sebagai ω berkurang, mencapai 0 untuk ω = 0. Yang terakhir sirkuit, oleh karena
itu, melakukan sebagai filter high-pass.
Gambar 1.22 Dua contoh STC Jaringan: (a) jaringan low-pass dan (b) jaringan high-pass.
Perbedaan antara jaringan low pass dan high pass dapat dilihat di tabel 1.2
Tabel. 1.2 Perbedaan antara LH ( low Pass) dan HP (high pass).
Pembeda
Fungsi Transfer T (s)
Low Pass (LH)
High Pass (PH)
k
0
Pada gambar 1.23
0
K
Pada gambar 1.24
Mentransfer Fungsi (untuk fisik
Frekuensi ) T(ω)
Besaran respon | T (jω) |
Fase Respon ∠T (jω)
Transmisi pada ω = 0 (dc)
Transmisi pada ω = ∞
Plot Bode
Gambar 1.23 (a) Besaran dan (b) respon fase STC jaringan dari jenis low-pass
Gambar 1.24 (a) Besaran dan (b) respon fase STC jaringan dari jenis high-pass.
Contoh 1.5
Gambar 1.25 menunjukkan tegangan amplifier memiliki resistansi masukan Ri, kapasitansi Ci input,
faktor keuntungan μ, dan resistansi keluaran Ro. Amplifier adalah makan dengan sumber tegangan Vs memiliki
Rs resistansi sumber, dan beban perlawanan RL terhubung ke output.
(a) Turunkan ekspresi untuk tegangan penguat sebagai fungsi dari frekuensi. Dari menemukan ini
ekspresi untuk keuntungan dc dan frekuensi 3-dB.
(b) Hitunglah nilai dari gain dc, frekuensi 3-dB, dan frekuensi di mana gain menjadi 0 dB (yaitu,
kesatuan) untuk Rs kasus = 20 kΩ, Ri = 100 kΩ, Ci = 60 pF, Ro = 200 Ω, dan RL = 1 kW.
(c) Cari vo (t) untuk masing-masing input berikut:
(i) vi = 0.1 sin 102 t, V
(ii) vi = 0.1 sin 105 t, V
(iii) vi = 0.1 sin 106 t, V
(iv) vi = 0.1 sin 108 t, V
Solusi :
(a) Memanfaatkan aturan tegangan-pembagi, kita dapat mengekspresikan Vi dalam hal Vs mengikuti
di mana Zi adalah impedansi masukan penguat. Sejak Zi terdiri dari dua unsur paralel, jelas mudah
untuk bekerja dalam hal. Menjelang itu kami membagi pembilang dan penyebut dengan Zi, sehingga
mendapatkan :
Ungkapan ini dapat dimasukkan dalam bentuk standar untuk jaringan STC low-pass (lihat bagian atas
Tabel 1.2) dengan mengekstraksi dari penyebut; dengan demikian kita memiliki
Pada sisi output dari penguat kita dapat menggunakan aturan tegangan-pembagi untuk menulis
Persamaan ini dapat dikombinasikan dengan Persamaan. (1.20) untuk mendapatkan fungsi transfer
penguat sebagai
Kami mencatat bahwa hanya faktor terakhir dalam ungkapan ini baru (dibandingkan dengan ekspresi
yang berasal diBagian terakhir). Faktor ini adalah hasil dari input kapasitansi Ci, Dengan waktu konstan.
Kita bisa diperoleh hasil ini dengan inspeksi: Dari Gambar. 1,25 kita melihat bahwa rangkaian input
jaringan STC dan bahwa waktu yang konstan dapat ditemukan dengan mengurangi Vs ke nol, dengan hasil
bahwa perlawanan dilihat oleh Ci adalah Ri secara paralel dengan Rs. Fungsi transfer dalam Pers. (1.21) adalah
bentuk yang sesuai dengan jaringan STC low-pass. Gain dc ditemukan sebagai
3-dB frekuensi ω0 dapat ditemukan dari
Karena respon frekuensi penguat ini dari low-pass jenis STC, plot Bode untuk gain besarnya dan fase
akan mengambil bentuk yang ditunjukkan pada Gambar. 1,23, di mana K diberikan oleh Persamaan. (1.23) dan
ω0 diberikan oleh Persamaan. (1.24).
(b) mensubstitusikan nilai-nilai numerik yang diberikan dalam Persamaan. (1.23) menghasilkan
Sehingga penguat memiliki gain dc dari 40 dB. Mengganti nilai numerik ke dalam Persamaan. (1.24)
memberikan frekuensi 3-dB
Terus :
Sejak gain jatuh pada tingkat -20 dB / dekade, mulai dari ω 0 (lihat Gambar. 1.23a) gain akan mencapai
0 dB dalam dua dekade (faktor 100); dengan demikian kita memiliki
Frekuensi gain :
(c) Untuk menemukan vo (t) kita perlu menentukan besarnya gain dan fasa pada 102, 105, 106, dan
108 rad / s. Hal ini dapat dilakukan baik sekitar memanfaatkan plot Bode dari Gambar. 1,23 atau tepatnya
memanfaatkan ekspresi untuk fungsi transfer penguat,
Kami akan melakukan keduanya:
(i) Untuk ω = 102 rad / s, yang merupakan plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | = K =
100 dan φ = 0 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | 100 dan φ = -tan-10-04 Januari 0 °. Dengan
demikian,
(ii) Untuk ω = 105 rad / s, yang, plot Bode dari Gambar. 1.23 menunjukkan bahwa | T | K = 100 dan φ
= -5,7 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan | T | = 99,5 dan φ = -tan-1 0.1 = -5,7 °. Dengan demikian,
(iv) Untuk ω = 108 rad / s, yang merupakan (100ω0), plot Bode menunjukkan bahwa | T | = 1 dan φ =
-90 °. Ekspresi fungsi transfer memberikan :
1.6.5 Klasifikasi Penguat Berdasarkan Respon Frekuensi
Penguat dapat diklasifikasikan berdasarkan bentuk kurva besarnya-tanggapan mereka. Gambar 1.26
menunjukkan kurva frekuensi-respon khas untuk berbagai jenis amplifier. Pada Gambar. 1.26 (a) gain tetap
konstan selama rentang frekuensi yang luas, tetapi jatuh pada frekuensi rendah dan tinggi. Jenis respon frekuensi
umum di audio amplifier.
Seperti yang akan ditampilkan di bab berikutnya, kapasitansi internal dalam perangkat (transistor)
menyebabkan falloff dari gain pada frekuensi tinggi, seperti Ci lakukan di sirkuit dari Contoh 1.5. Di sisi lain,
falloff dari gain pada frekuensi rendah biasanya disebabkan oleh kapasitor kopling digunakan untuk
menghubungkan satu tahap penguat yang lain, seperti yang ditunjukkan