penguat kelas A

MAKALAH

ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASI

“PENGUAT KELAS A“

Disusun oleh:

ACHMAD FAHMI A

(1231130084)

IRMA RAHMAWATI (1231130091)

JEREMY GABRIEL (1231130012)

TEKNIK TELEKOMUNIKASI

POLITEKNIK NEGERI MALANG

2012/2013

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 2x?

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Definisi 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

2.2 Klasifikasi 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.

2.3 Sifat – 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)= VCC

(Rc+RE)

VCE(cutoff)=VCC

I_CQ=(VB−VBE) R_E

VCEQ=VCC−IC.(RC+RE)

Untuk menggambar garis beban AC dapat dilakukan dengan cara berikut:

Gambar 2.2.2 Garis beban AC Dengan :

R_L=R_E/¿R_L

∆ VCE=∆ . IC.(RC+RE)

I_CC(cutoff)=V_CEQ+I_CQ.r_L

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=−Rc r_e

Gambar 2.2.3Penguat CE

Karena resistansi yag dilihat oleh kolektor adalah

r

C = RC // RL

Sehingga dapat dihitung bati tegangan terhadap beban dengan menggunakan persamaan sebagai berikut:

A_V=− 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

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¿

=−Voutic

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 :

Ie = Ic + Ib Id = Vcc x Ib Ve = 0,1 x Vcc Re = Ve_Ie Rc = 4 x Re Rtotal = Vcc

Ib

R2= Vb

Id

R1 = Rtotal – R2 Av = RL

ℜ

RL = Av x re

BAB III

PERENCANAAN

3.1 Menentukan nilai komponen penunjang penguat kelas A

C1 10µF C2 1µF C3 10µF R1 0Ω Rl 1kΩ Rc 0Ω Re 0Ω R2 0Ω VCC 9V Q1 2N2222 XMM1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ ₊ _ XFG1 XMM2 XMM3 XMM4 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:

Ic = 10 mA β = 75 Hfe= 75 Vce= 10 V Vcc= 9V Vbe= 0,7 V

Dan berdasarkan rumus 2.4 diperoleh nilai:

Ib=Ic β =

10

75=0.13mA

= (β + 1) Ib = (75 + 1) 0.13

= 9.75 + 0.13 = 9.88 = 10 Ve= 0.1 Vcc

= 0.1 x 9 = 0.9 V

ℜ=Ve Ie=

0.9

10mA=0.09kΩ

RC= 4 x Re = 4 x 0.09 = 0.36 kΩ Vb = Vbe + Ve = 0.7 + 0.9 = 1.6

Vc = Vcc – Ic x Rc = 9 – 10 x 0.36 = 9 – 3.6

= 5.4

Arus yang melalui tegangan Id = 10 x 0.13 = 1.3 mA

R1+R2=Vcc Ib R1+R2= 9

1.3 R1+R2=6.92

R2=Vb Id=

1.6

1.3=1.23kΩ

R1 = 6.92 – 1.23 = 5.69 KΩ

Setelah di hitung maka diperoleh nilai komponen penunjang penguat kelas A

Dimana R1 = 5.69 kΩ, R2 = 1.23kΩ, RC = 0.36 kΩ, Re= 0.09 kΩ

Gambar 3.1.2 Penguat Kelas A setelah diketahui nilai komponen penunjang penguat kelas A

3.2 Merancang penguatan penguat kelas A dengan penguatan sebesar 2x

Berdasarkan rumus 2.8 untuk merancang sebuah penguatan kelas A digunakan rumus:

= RC x RL_RC+RLx β Ic

= 0.36_0.36kΩ x_kΩ+11kΩ_kΩx75

10

= _1.360.36kΩ_kΩx75

10

= _13.627 = 1.9 = 2x

Jadi, penguatan yang terjadi sebesar 2x

Gambar 3.2.1 Hasil simulasi penguatan 2x pada penguat kelas A

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 :

Ie = Ic + Ib Id = Vcc x Ib Ve = 0,1 x Vcc Re = Ve_Ie Rc = 4 x Re Rtotal = Vcc

Ib

R2= Vb

Id

R1 = Rtotal – R2 Av = RL

ℜ

RL = Av x re

BAB III

PERENCANAAN

3.1 Menentukan nilai komponen penunjang penguat kelas A

C1 10µF C2 1µF C3 10µF R1 0Ω Rl 1kΩ Rc 0Ω Re 0Ω R2 0Ω VCC 9V Q1 2N2222 XMM1 XSC1 A B Ext Trig + + _ _ ₊ _ XFG1 XMM2 XMM3 XMM4 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:

Ic = 10 mA β = 75 Hfe= 75 Vce= 10 V Vcc= 9V Vbe= 0,7 V

Dan berdasarkan rumus 2.4 diperoleh nilai: Ib=Ic

β =

10

75=0.13mA

= (β + 1) Ib = (75 + 1) 0.13

= 9.75 + 0.13 = 9.88 = 10 Ve= 0.1 Vcc

= 0.1 x 9 = 0.9 V

ℜ=Ve

Ie=

0.9

10mA=0.09kΩ RC= 4 x Re

= 4 x 0.09 = 0.36 kΩ Vb = Vbe + Ve = 0.7 + 0.9 = 1.6

Vc = Vcc – Ic x Rc = 9 – 10 x 0.36 = 9 – 3.6

= 5.4

Arus yang melalui tegangan Id = 10 x 0.13 = 1.3 mA

R1+R2=Vcc

Ib R1+R2= 9

1.3

R1+R2=6.92

R2=Vb

Id=

1.6

1.3=1.23kΩ

R1 = 6.92 – 1.23 = 5.69 KΩ

Setelah di hitung maka diperoleh nilai komponen penunjang penguat kelas A

Dimana R1 = 5.69 kΩ, R2 = 1.23kΩ, RC = 0.36 kΩ, Re= 0.09 kΩ

Gambar 3.1.2 Penguat Kelas A setelah diketahui nilai komponen penunjang penguat kelas A

3.2 Merancang penguatan penguat kelas A dengan penguatan sebesar 2x

Berdasarkan rumus 2.8 untuk merancang sebuah penguatan kelas A digunakan rumus:

= RC x RL_RC+RLx β Ic = 0.36_0.36kΩ x_kΩ+11kΩ_kΩx75

10

= _1.360.36kΩ_kΩx75

10

= _13.627 = 1.9 = 2x

Jadi, penguatan yang terjadi sebesar 2x

Gambar 3.2.1 Hasil simulasi penguatan 2x pada penguat kelas A