PENGUAT GANDENGAN RC
I. TUJUAN
I.1 Tujuan Intruksional Umum
Pada Bab ini menguraikan tentang penguat kapasitor, daerah frekuensi tinggi untuk penguat satu tahap, tanggapan amplitudo penguat Common-Emitor, tanggapan amplitudo penguat JFET satu tahap, dan rangkaian penguat dua tahap dengan gandengan RC.
I.2 Tujuan Intruksional Khusus
Setelah mempelajari mata kuliah ini mahasiswa diharapkan mampu menjelaskan pengaruh kapasitor C1, C2, dan CE pada penguatan di daerah frekuensi rendah dan frekuensi tinggi.
II. PEMBAHASAN
A. Pendahuluan
Sebelum kita membahas tentang rangkaian penguat gandengan RC, terlebih dahulu kita mengetahui apa yang dimaksud dengan rangkaian RC. Rangkaian RC adalah rangkaian yang didalamnya terdiri dari suatu reisitor R dan kapasitor C.
Gandengan yang menggunakan kapasitor disebut gandengan RC. Disamping gandengan RC orang juga menggunakan gandengan langsung atau gandengan DC, dan gandengan transformator. Pada materi ini hanya akan membahas tentang gandengan RC. Contoh penguat dengan gandengan RC adalah penguat emitor ditanahkan seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 2.1 berikut ini.
Gambar 2.1 Penguat Gandengan RC
Pada gambar diatas, Cjc menyatakan kapasitansi didalam transistor yang timbul pada sambungan antara basis dan kolektor, oleh karena adanya daerah pengosongan pada sambungan p-n ini. Kapasitansi Cjemenyatakan kapasitansi yang timbul pada sambungan p-n antara basis dan emitor.
Oleh karena pengaruh kapasitansi yang ada di dalam penguat, nilai penguatan tegangan Gv berubah dengan frekuensi. Grafik yang melukiskan bagaimana penguatan tegangan (biasanya dalam dB) berubah dengan frekuensi (biasanya dalam skala log) disebut tanggapan amplitudo.
Dibawah ini adalah contoh dari tanggapan amplitudo suatu penguat.
| Gambar 2.1 Tanggapan amplitudo suatu penguat |
Pada gambar diatas, frekuensi f1disebut frekuensi potong bawah, dan frekuensi f2disebut frekuensi potong atas. Daerah frekuensi di sekitar f1dan di bawahnya disebut frekuensi rendah, sedangkanantara f1 dan f2tanggapan amplitudo tak berubah dengan frekuensi. Daerah frekuensi ini disebut daerah frekuensi tengah. Daerah frekuensi di sekitar dan di atas f2disebut daerah frekuensi tinggi.
Pada daerah frekuensi rendah, penguat berlaku sebagai tapis lolos tinggi dengan f1 adalah kutub daripada fungsi alih Gy(ώ). Pada daerah frekuensi tinggi, yaitu di sekitar f2dan diatasnya penguat berlaku sebagi suatu tapis lolos rendah. Pada frekuensi tinggi X = untuk kapasitansi ini mempunyai nilai yang cukup rendah sehingga harus di perhitungkan peranannya dalam mengurangi arus isyarat yang masuk kedalam basis yang akan diperkuat menjadi arus kolektor. Pada daerah frekuensi tinggi kapasitansi seri seperti C1, C2, dan CE boleh dianggap terhubung singkat.
Pada daerah frekuensi tengah kapasitansi seri seperti C1, C2, dan CE mempunyai reaktansi X = cukup kecil sehingga dapat dianggap terhubung singkat. Sedang kapasitansi paralel seperti Cje dan Cjc mempunyai nilai amat kecil, menghasilkan reaktansi amat tinggi sehingga dapat dianggap terbuka atau tidak terpasang. Akibatnya pada daerah frekuensi tengah tidak ada komponen reaktif, sehingga tanggapan amplitudo menjadi tidak bergantung pada frekuensi (datar).
B. Daerah Frekuensi Rendah untuk Penguat Satu Tahap.
Tanggapan amplitudo pada daerah frekuensi rendah dipengaruhi oleh kapasitansi yang seri dengan arus isyarat, yaitu kapasitor penggandeng C1 dan C2serta kapasitor pintas emitor CE.. Pengaruh kapasitor penggandeng C1 dan C2berkaitan dengan pengaruh kapasitor pintas emitor CE..
1. Pengaruh Kapasitor Penggandeng.
Pada bagian ini pengaruh kapasitor pintas emitor CE.tidak diperhatikan. Kita anggap CE. mempunyai nilai sangat besar, sehingga nilai reaktansi amat kecil, atau CE. dapat dianggap terhubung singkat.
Dibawah ini adalah gambar rangkaian penguat dan rangkaian setaranya.
(a) (b)
Gambar 2.3 Rangkaian penguat (a) dan rangkaian setaranya (b)
2. Pengaruh Kapasitor Pintas Emitor.
Kita anggap sekarang pengaruh kapasitor penggandeng kita abaikan (kita anggap terhubung singkat), dan hanya memperhatikan pengaruh kapasitor pintas emitor. Hal ini dapat berarti bahwa frekuensi patah oleh kutub pada fungsi alih oleh kapasitor penggandeng adalah jauh di bawah frekuensi patah oleh kapasitor pintas emitor CE.
Gambar 2.4 Rangkaian setara penguat
C. Daerah Frekuensi Tinggi untuk Penguat Satu Tahap
1. Kapasitansi Sambungan p-n
Pada daerah frekuensi tinggi reaktansi kapasitansi sambungan antara basis dan kolektor serta antara basis dan emitor mempunyai nilai yang tak terlalu tinggi, sehingga menyimpangkan arus isyarat dari basis. Ini mengakibatkan tegangan isyarat keluaran menjadi berkurang untuk frekuensi yang makin tinggi.
Kapasitansi sambungan p-n antara basis dan kolektor, yang kita sebut Cjc, terjadi oleh karena adanya lapisan pengosongan pada sambungan p-n itu dimana tak ada pembawa muatan bebas. Didalam daerah pengosongan terdapat medan listrik, sehingga daerah ini berupa kapasitor yang berisi muatan. Oleh karena sambungan p-n berada pada tegangan mundur, maka daerah pengosongannya lebar, sehingga kapasitansinya kecil. Sebetulnya nilai kapasitansi Cjcbergantung pada beda potensial antara basis kolektor. Sambungan p-n antara basis dan emitor berada dalam keadaan tegangan panjar maju, sehingga daerah pengosongannya lebih sempit, dan kapasitansi sambungan, yaitu Cje, lebih besar daripada Cjc.
Pada frekuensi tinggi kapasitansi sambungan Cje berpengaruh pada keadaan tegangan mundur waktu hambatan dioda besar. Pada frekuensi tinggi X = sehingga dalam keadaan tegangan panjar mundur terjadi bocoran melalui Cje. Dioda pada tegangan mundur dapat dinyatakan sebagai kapasitor yang nilai kapasitansinya dapat diatur dengan tegang panjar.
Dioda yang khusus untuk maksud ini disebut dioda varaktor atau dioda varikap. Antara basis dan emitor ada kapasitansi lain lagi yang terjadi, yaitu yang disebut kapasitansi difusi (Cd). Kapasitansi difusi ini terjadi oleh karena basis ada dalam keadaan tegangan maju terhadap emitor, sehingga banyak pembawa muatan bebas dari emitor yang ada dalam basis dalam perjalanan ke kolektor.
Sebagian dari pembawa muatan ini terkumpul pada bagian basis, membentuk muatan tersimpan. Muatan simpanan ini akan menarik arus dari rangkaian tegangan panjar basis, sehingga dalam basis akan terkumpul dua macam muatan yang berlawanan. Secara efektif terbentuklah suatu kapasitansi yang disebut kapasitansi difusi (Cd). Secara efektif kapasitansi difusi ini paralel dengan kapasitansi sambungan emitor (Cje)dan membentuk kapasitansi total Cje+ Cdyang kita sebut C1. Jadi C1 = Cje + Cd.
Antara basis dan kolektor tak terjadi kapasitansi difusi oleh karena sambungan p-n ini tidak berada dalam tegangan maju. Adanya muatan simpanan ini berpengaruh besar pada penggunaan transistor sebagai saklar yaitu mempengaruhi barapa cepat tegangan keluaran dapat berubah. Ini berarti adanya muatan simpanan ini juga membatasi operasi rangkaian logika yang mengguanakan transistor dwikutub yaitu TTL atau transistor logik.
2. Rangkaian Setara Hibrida
Agar dapat melakukan perhitungan pada rangkaian elektronik yang mengandung transistor, orang menggunkan rangkaian setara untuk transistor. Rangkaian setara yang dibahas disini adalah rangkaian setara isyarat kecil, yang berlaku untuk isyarat dengan perubahan yang jauh lebih kecil daripada nilai arus dan tegangan pada keadaan q sehingga dapat digunakan hambatan isyarat kecil pada keadaan q.
Dalam rangkaian setara isyarat kecil, suatu baterai atau catu daya dc dapat digantikan dengan hambatan dalamnya, atau dipandang sebagai terhubung singkat, oleh karenanya hambatan dalamnya sangat kecil.
Untuk frekuensi tinggi rangkaian setara parameter –h tidak digunakan orang karena parameternya re, rb dan rc tak mudah dari sisi statik transistor. Ini terutama disebabkan dalam rangkaian parameter –h kita tidak dapat memasang kapasitansi Cjcdan C1, oleh karena kapasitansi ini menghubungkan kolektor dan emitor dengan bagian tengah basis.
Untuk frekuensi tinggi orang menggunakan rangkaian setara hibrida -π untuk transistor dwikutub. Rangkaian setara ini merupakan modifikasi rangkaian setara –T.
Rangkaian setara T untuk transistor pada penguat basis dan emitor yang ditanahkan adalah sebagai berikut.
Gambar 2.5 Rangkaian setara untuk basis yang ditanahkan, (a) untuk daerah frekuensi tengah; (b) untuk daerah frekuensi tinggi
Gambar 2.65 Rangkaian setara untuk basis yang ditanahkan, (a) untuk daerah frekuensi tengah; (b) untuk daerah frekuensi tinggi
Pada rangkaian setara –T ,re merupakan hambatan isyarat kecil untuk sambungan p-n antara emitor dan basis yang mendapat tegangan maju, sehingga remempunyai nilai re = . Parameter rbadalah hambatan melintang dalam basis, dengan titik b’ kira-kira ditengah basis dan rbmempunyai nilai rb ≈ 300 Ω . Parameter rcadalah hambatan isyarat kecil untuk sambungan p-n antara basis dan kolektor yang mendapatkan tegangan panjar mundur, sehingga mempunyai nilai rc ≈ 1 M Ω .
Besaran α ie merupakan suatu sumber arus tetap, dengan α sebagai penguatan arus, α = . Untuk transistor basis ditanahkan, α mempunyai nilai antara 0,99 – 0,998.
Pada penguat emitor ditanahkan isyarat masuk melalui basis dan emitor dihubungkan dengan tanah, sedangkan keluaran diambil dari kolektor. Penguat emitor ditanhkan mempunyai impedansi masukan kali lebih besar dari pada penguat basis ditanhkan, dan impedansi keluaran transistor (1-α ) lebih kecil dari pada penguat basis ditanahkan. Impedansi masukan yang tak terlelu besar dan impedansi keluaran yang tak terlalu kecil membuat penguat emitor ditanahkan sangat baik digandengkan dalam beberapa tahap tanpa banyak ketaksesuaian impedansi pada alih tegangan dari satu tahap ketahap berikutnya.
3. Frekuensi Potong –β dan fτ
Untuk dapat menentukan frekuensi potong atas pada tanggapan amplitudo penguat, kita perlu tahu C1dan Cjc. Kapasitansi Cjc biasanya ada disebutkan pada lembaran data transistor.
Namun tidak demikian halnya dengan kapasitansi C1. Lembaran data transistor biasanya menyebutkan suatu frekuensi yang disebut fτ, yaitu frekuensi untuk mana β = 1. Oleh karena pengaruh C1dan Cjcpenguatan arus β akan berubah dengan frekuensi.
Dibawah ini adalah gambar dari tanggapan frekuensi β
Gambar tanggapan frekuensi β
Frekuensi patah fβdisebut frekuensi potong β dan fτ adalah nilai frekuensi dimana β = 0 db atau β = 1; fτ disebut frekuensi transisi.
Dari nilai fτ dan Cjc yang dibaca dari lembaran data transistor kita dapat menghitung C1. Hubungan antara fτ dan C1 dapat diperoleh dengan pemikiran sebagai berikut. Untuk mendapatkan bagaimana β berubah dengan frekuensi keluaran pada rangkaian serta hibrida -π kita hubungkan singkat.
4.Tanggapan Amplitudo Penguat Common-Emitor.
Untuk seluruh daerah frekuensi cukup kita perhatikan adanya satu frekuensi potong bawah f1 dan satu frekuensi potong atas f2. Frekuensi potong bawah f1 disebabkan oleh kapasitor pintas emitor, dan frekuensi potong atas f2 disebabkan oleh kapasitansi antara basis emitor C1 serta kapasitansi basis kolektor Cjc.
D. Tanggapan Amplitudo Penguat JFET Satu Tahap
JFET terbuat dari bahan semikonduktor p dan n . transistor mempunyai tiga buah kaki yaitu penguras (drain-D), pintu (gate-G) dan sumber (source-S). Arus penguras (D) melalui satu macam bahan semikonduktor jenis-n. Daerah yang dilengkapi dengan pintu disebut saluran. JFETyang ditunjukkan mempunyai saluran-n. Pada saluran-n pembawa muatan yang bergerak adalah elektron bebas, sehingga penguras haruslah dihubungkan dengan kutub positif baterai, setelah melalui suatu hambatan.
Dibawah ini adalah gambar dari struktur transistor JFET
Pembawa muatan bebas (elektron) berasal dari sumber mengalir kepenguras. Maka untuk saluran-n arah arus listrik (yaitu arah gerak muatan positif) adalah dari pengurus (D) ke sumber (S).
JFET bekerja atas dasar pengaturan lebar saluran oleh daerah pengosongan yang terjadi pada sambungan p-n antara gerbang dan saluran.
Berikut ini adalah contoh dari lambang JFET saluran –n dan JFET saluran –p
Daerah pengosongan adalah daerah disekitar sambungan p-n dimana tak ada pembawa muatan bebas. Daerah pengosongan terjadi oleh karena elektron dari bahan-n menyebrang sambungan p-n, dan masuk kedalam daerah –p dan lubang dari daerah –p berdifusi masuk kedalam daerah –n. Karena itu sebelah-n menjadi bermuatan positif dan sebelah –p menjadi bermuatan negatif, sehingga pada sambungan p-n terbentuk medan listrik dan juga beda potensial. Adanya medan listrik ini menahan kelanjutan peristiwa difusi, sehingga disebelah menyebelah sambungan terjadi daerah pengosongan dimana tak ada pembawa muatan bebas. Lebar daerah pengosongan dapat diatur oleh besar tegangan mundur yang dipasang pada sambungan. Makin besar tegangan mundur, makin tebal daerah pengosongan yang terjadi.
Gambar rangkaian penguat JFET
Kapasitor C1, C2dan Csterhubung seri dengan arus isyarat. Ketiga kapasitor ini berpengaruh pada daerah frekuensi rendah. Seperti halnya transistor dwikutub, pada transitor FET juga ada kapasitansi yang paralel dengan isyarat, yaitu kapasitansi antara pintu dan penguras (Cgd) serta antara pintu dan sumber (Cgs). Kedua kapasitansi ini akan berpengaruh pada daerah frekuensi tinggi.
1. Daerah Frekuensi Tinggi
Untuk daerah frekuensi tinggi reaktansi Xc = kapasitansi seri mempunyai nilai amat kecil dibandingkan dengan hambatan yang berhubungan dengan kapasitansi ini, sehingga dapat dianggap terhubung singkat. Sebaliknya terjadi dengan kapasitansi paralel seperti. Cdgdan Cgs.
2. Daerah Frekuensi Tengah
Pada frekuensi tengah, reaktansi Xc= masih mempunyai reaktansi terlalu besar, oleh karena Cdg dan Cgs. Memunyai nilai dalam orde pF.
3. Daerah Frekuensi Rendah
Untuk daerah frekuensi rendah ada tiga buah kapasitor yang berpengaruh, yaitu kapasitor gandengan C1, C2, dan kapasitor pintas emitor Cs. Kapasitor penggandeng berhadapan dengan hambatan yang amat tinggi dan kapasitor penggandeng berhadapan dengan hambatan yang cukup tinggi.
Yaitu :
Rsh=
Pada frekuensi tengah, reaktansi Xc = masih mempunyai reaktansi yang terlalu besar. Oleh karena Cgd dan Cgs mempunyai nilai dalam orde pF.
Akibat kedua kapasitor ini dapat dibuat memberikan frekuensi patah tanggapan amplitudo pada nilai frekuensi amat rendah. Seperti halnya pada transistor dwikutub, kapasitor Csharus mempunyai nilai besar agar frekuensi patah pada tanggapan amplitudo yang disebabkan oleh Cs menjadi cukup rendah.
4. Daerah Frekuensi Atas.
Pada daerah frekuensi tinggi, kapasitansi yang berpengaruh adalah kapasitansi paralel, yaitu kapasitansi antara pintu dan penguras Cgd dan antara pintu dan sumber Cgs. Kapasitansi sering juga disebut Ciss dan kapasitansi Cgd disebut Crss.
E. Rangkaian Penguat Dua Tahap dengan Gandengan RC
Suatu penguat transistor dwikutub dua tahap dengan gandengan RC seperti pada gambar berikut.
Gambar Transistor penguat dwikutub dua tahap.
Frekuensi Tengah
Pada daerah frekuensi tengah kapasitansi yang seri dengan arus isyarat, yaitu C1, C2, C3, CE1 dan CE2 dapat dianggap terhubung singkat, dan kapasitansi yang paralel dengan arus isyarat seperti kapasitansi antara basis kolektor Cjc , dan kapasitansi antara basis emitor Cd + Cjc dapat dianggap terbuka.
IV. KESIMPULAN
Daftar Pustaka
Sutrisno, 1985.Elektronika 2 Teori dan Penerapannya.ITB, Bandung
Malvino, 1992, Prinsip-Prinsip Elektronik (edisi Terjemahan),Erlangga:Jakarta
0 Response to "PENGUAT GANDENGAN RC"
Posting Komentar