Amplifier - Panduan Cepat

Setiap materialdi alam memiliki sifat tertentu. Properti ini menentukan perilaku material. Ilmu Material adalah cabang elektronika yang mempelajari tentang aliran elektron di berbagai material atau ruang, ketika mereka mengalami berbagai kondisi.

Karena percampuran atom dalam padatan, alih-alih tingkat energi tunggal, akan ada pita tingkat energi yang terbentuk. Kumpulan tingkat energi ini, yang sangat padat disebut sebagaiEnergy bands.

Jenis Bahan

Pita energi di mana elektron valensi berada disebut Valence band, sedangkan pita tempat elektron konduksi hadir disebut Conduction band. Kesenjangan energi antara dua pita ini disebut sebagaiForbidden energy gap.

Secara elektronik, bahan secara luas diklasifikasikan sebagai Insulator, Semikonduktor, dan Konduktor.

• Insulators- Isolator adalah bahan yang konduksi tidak dapat terjadi karena jarak terlarang yang besar. Contoh: Kayu, Karet.

• Semiconductors- Semikonduktor adalah bahan yang celah energi terlarangnya kecil dan konduksi terjadi jika energi eksternal diterapkan. Contoh: Silicon, Germanium.

• Conductors- Konduktor adalah bahan di mana celah energi terlarang menghilang saat pita valensi dan pita konduksi menjadi sangat dekat sehingga tumpang tindih. Contoh: Tembaga, Aluminium.

Dari ketiganya, isolator digunakan dimana resistivitas terhadap listrik diinginkan dan konduktor digunakan dimana konduksi harus tinggi. Semikonduktor adalah salah satu yang menimbulkan minat khusus tentang bagaimana mereka digunakan.

Semikonduktor

SEBUAH Semiconductoradalah zat yang resistivitasnya terletak di antara konduktor dan isolator. Sifat resistivitas bukan satu-satunya yang menentukan suatu material sebagai semikonduktor, tetapi memiliki beberapa sifat sebagai berikut.

• Semikonduktor memiliki resistivitas yang lebih kecil dari isolator dan lebih dari konduktor.

• Semikonduktor memiliki koefisien suhu negatif. Hambatan dalam semikonduktor, meningkat dengan penurunan suhu dan sebaliknya.

• Sifat Konduktor dari Semi-konduktor berubah, ketika pengotor logam yang sesuai ditambahkan padanya, yang merupakan sifat yang sangat penting.

Perangkat Semikonduktor banyak digunakan di bidang elektronik. Transistor telah menggantikan tabung hampa udara yang besar, dari mana ukuran dan biaya perangkat diturunkan dan revolusi ini terus meningkatkan kecepatannya yang mengarah pada penemuan baru seperti elektronik terintegrasi. Semikonduktor dapat diklasifikasikan seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Semikonduktor dalam bentuknya yang sangat murni disebut sebagai intrinsic semiconductor. Tetapi kemampuan konduksi bentuk murni ini terlalu rendah. Untuk meningkatkan kemampuan konduksi semikonduktor intrinsik, lebih baik menambahkan beberapa pengotor. Proses penambahan pengotor ini disebut sebagaiDoping. Sekarang, semikonduktor intrinsik yang didoping ini disebut sebagaiExtrinsic Semiconductor.

Pengotor yang ditambahkan biasanya pentavalent dan trivalentkotoran. Tergantung pada jenis pengotor ini, klasifikasi lain dilakukan. Ketika sebuahpentavalent pengotor ditambahkan ke semikonduktor murni, ini disebut sebagai N-type extrinsic Semiconductor. Juga, bila atrivalent pengotor ditambahkan ke semikonduktor murni, ini disebut sebagai P-type extrinsic Semiconductor.

PN Junction

Ketika sebuah elektron bergerak dari tempatnya, sebuah lubang dikatakan terbentuk di sana. Jadi, lubang adalah tidak adanya elektron. Jika sebuah elektron dikatakan dipindahkan dari terminal negatif ke positif, itu berarti sebuah lubang sedang dipindahkan dari terminal positif ke terminal negatif.

Materi yang disebutkan di atas adalah dasar-dasar teknologi semikonduktor. ItuN-type bahan yang dibentuk dengan menambahkan pengotor pentavalen electrons as its majority carriersdan lubang sebagai pembawa minoritas. SelagiP-type bahan yang dibentuk dengan menambahkan pengotor trivalen yang dimilikinya holes as its majority carriers dan elektron sebagai pembawa minoritas.

Mari kita coba memahami apa yang terjadi ketika bahan P dan N digabungkan.

Jika material tipe-P dan tipe-N didekatkan satu sama lain, keduanya bergabung membentuk persimpangan, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah.

Bahan tipe-P memiliki holes sebagai majority carriers dan material tipe-N memiliki electrons sebagai majority carriers. Saat muatan berlawanan menarik, beberapa lubang dalam tipe P cenderung menuju ke sisi n, sedangkan beberapa elektron dalam tipe N cenderung menuju sisi P.

Saat keduanya bergerak menuju persimpangan, lubang dan elektron bergabung kembali satu sama lain untuk menetralkan dan membentuk ion. Sekarang, di persimpangan ini, terdapat daerah di mana ion positif dan negatif terbentuk, disebut sebagaiPN junction atau penghalang persimpangan seperti yang ditunjukkan pada gambar.

Pembentukan ion negatif di sisi P dan ion positif di sisi N menghasilkan pembentukan daerah bermuatan sempit di kedua sisi persimpangan PN. Wilayah ini sekarang bebas dari operator biaya bergerak. Ion-ion yang ada di sini telah diam dan mempertahankan wilayah ruang di antara mereka tanpa pembawa muatan.

Karena wilayah ini bertindak sebagai pembatas antara material tipe P dan N, ini juga disebut sebagai Barrier junction. Ini memiliki nama lain yang disebut sebagaiDepletion regionyang berarti menghabiskan kedua wilayah tersebut. Terjadi perbedaan potensial V _D karena pembentukan ion, melintasi persimpangan yang disebut sebagaiPotential Barrierkarena mencegah pergerakan lebih lanjut dari lubang dan elektron melalui persimpangan. Formasi ini disebut sebagai aDiode.

Biasing dari Diode

Ketika dioda atau dua komponen terminal dihubungkan dalam suatu rangkaian, ia memiliki dua kondisi bias dengan suplai yang diberikan. MerekaForward biased kondisi dan Reverse biased kondisi.

Kondisi Maju Bias

Ketika dioda dihubungkan ke sirkuit, dengan itu anode to the positive terminal dan cathode to the negative terminal suplai, maka koneksi seperti itu dikatakan forward biased kondisi.

Koneksi semacam ini membuat sirkuit semakin bias maju dan membantu lebih banyak konduksi. Dioda bekerja dengan baik dalam kondisi bias maju.

Kondisi Bias Terbalik

Ketika dioda dihubungkan ke sirkuit, dengan itu anode to the negative terminal dan cathode to the positive terminal suplai, maka koneksi seperti itu dikatakan Reverse biased kondisi.

Jenis koneksi ini membuat sirkuit semakin bias terbalik dan membantu meminimalkan dan mencegah konduksi. Dioda tidak dapat bekerja dalam kondisi bias terbalik.

Dengan informasi di atas, kita sekarang memiliki ide bagus tentang apa itu PN junction. Dengan pengetahuan ini, mari kita lanjutkan dan belajar tentang transistor di bab berikutnya.

Setelah mengetahui detail tentang sambungan PN tunggal, atau hanya dioda, mari kita coba mencari sambungan sambungan PN dua. Jika material tipe-P atau material tipe-N ditambahkan ke satu persimpangan PN, persimpangan lain akan terbentuk. Formasi seperti itu secara sederhana disebut sebagai aTransistor.

SEBUAH Transistor adalah perangkat semikonduktor tiga terminal yang mengatur aliran arus atau tegangan dan bertindak sebagai sakelar atau gerbang untuk sinyal.

Kegunaan transistor

• Transistor bertindak sebagai an Amplifier, di mana kekuatan sinyal harus ditingkatkan.

• Transistor juga bertindak sebagai a switch untuk memilih di antara opsi yang tersedia.

• Juga regulates yang masuk current and voltage dari sinyal.

Detail Konstruksi Transistor

Transistor adalah perangkat solid state tiga terminal yang dibentuk dengan menghubungkan dua dioda secara berurutan. Oleh karena itu telah didapattwo PN junctions. Tiga terminal ditarik keluar dari tiga bahan semikonduktor yang ada di dalamnya. Jenis koneksi ini menawarkan dua jenis transistor. MerekaPNP dan NPN yang berarti bahan tipe-N antara dua Ptypes dan yang lainnya adalah material tipe-P antara dua tipe N masing-masing.

Ilustrasi berikut menunjukkan konstruksi dasar transistor

Tiga terminal yang ditarik dari transistor menunjukkan Emitter, Base dan Collectorterminal. Mereka memiliki fungsinya seperti yang dibahas di bawah ini.

Emitor

• Sisi kiri dari struktur yang ditunjukkan di atas dapat dipahami sebagai Emitter.

• Ini memiliki moderate size dan heavily doped karena fungsi utamanya adalah untuk supply sejumlah majority carriers, yaitu elektron atau lubang.

• Karena ini memancarkan elektron, ini disebut sebagai Emitor.

• Ini secara sederhana ditunjukkan dengan surat itu E.

Mendasarkan

• Bahan tengah pada gambar di atas adalah Base.

• Ini adalah thin dan lightly doped.

• Fungsi utamanya adalah untuk pass pembawa mayoritas dari emitor ke kolektor.

• Ini ditunjukkan dengan surat itu B.

Pengumpul

• Materi samping kanan pada gambar di atas dapat dipahami sebagai a Collector.

• Namanya menyiratkan fungsinya collecting the carriers.

• Ini adalah sebuah bit largerdalam ukuran dari emitor dan basis. inimoderately doped.

• Ini ditunjukkan dengan surat itu C.

Simbol transistor PNP dan NPN seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Itu arrow-head pada gambar di atas menunjukkan emitterdari transistor. Karena kolektor transistor harus membuang daya yang jauh lebih besar, ia dibuat besar. Karena fungsi spesifik dari emitor dan kolektor, memang demikiannot interchangeable. Oleh karena itu, terminal harus selalu diperhatikan saat menggunakan transistor.

Dalam transistor Praktis, ada takik di dekat ujung emitor untuk identifikasi. Transistor PNP dan NPN dapat dibedakan menggunakan Multimeter. Gambar berikut menunjukkan perbedaan transistor praktis.

Sejauh ini kita telah membahas detail konstruksi transistor, tetapi untuk memahami pengoperasian transistor, pertama-tama kita perlu mengetahui tentang bias.

Biasing Transistor

Seperti yang kita ketahui bahwa transistor adalah kombinasi dari dua dioda, kita memiliki dua persimpangan di sini. Karena satu persimpangan antara emitor dan basis, itu disebut sebagaiEmitter-Base junction dan juga, yang lainnya Collector-Base junction.

Biasingmengendalikan pengoperasian sirkuit dengan menyediakan catu daya. Fungsi kedua persimpangan PN dikontrol dengan memberikan bias ke rangkaian melalui beberapa suplai dc. Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana transistor bias.

Dengan melihat gambar di atas maka dapat dipahami bahwa

• Material tipe-N diberikan suplai negatif dan material tipe-P diberikan suplai positif untuk membuat rangkaian Forward bias.

• Material tipe-N diberikan suplai positif dan material tipe-P diberikan suplai negatif untuk membuat rangkaian Reverse bias.

Dengan menerapkan daya, emitter base junction selalu forward biasedkarena resistansi emitor sangat kecil. Itucollector base junction adalah reverse biaseddan ketahanannya sedikit lebih tinggi. Sebuah bias maju kecil cukup di persimpangan emitor sedangkan bias balik yang tinggi harus diterapkan di persimpangan kolektor.

Arah arus yang ditunjukkan pada rangkaian di atas, juga disebut sebagai Conventional Current, adalah pergerakan arus lubang yang sedang opposite to the electron current.

Pengoperasian Transistor PNP

Pengoperasian transistor PNP dapat dijelaskan dengan melihat gambar berikut, di mana persimpangan basis-emitor bias maju dan persimpangan basis kolektor bias balik.

Voltase V_EEmemberikan potensial positif pada emitor yang mengusir lubang pada material tipe-P dan lubang ini melintasi persimpangan basis emitor, untuk mencapai daerah basis. Di sana persentase yang sangat rendah dari lubang bergabung kembali dengan elektron bebas dari wilayah N. Ini memberikan arus yang sangat rendah yang merupakan arus basisI_B. Lubang yang tersisa melintasi persimpangan kolektor-basis, untuk membentuk arus kolektorI_C, yang merupakan arus lubang.

Saat lubang mencapai terminal kolektor, sebuah elektron dari terminal negatif baterai mengisi ruang di kolektor. Aliran ini perlahan meningkat dan arus minoritas elektron mengalir melalui emitor, di mana setiap elektron memasuki terminal positifV_EE, diganti dengan lubang dengan bergerak menuju persimpangan emitor. Ini merupakan arus emitorI_E.

Karenanya kita dapat memahami bahwa -

• Konduksi dalam transistor PNP terjadi melalui lubang.

• Arus kolektor sedikit lebih kecil dari arus emitor.

• Kenaikan atau penurunan arus emitor mempengaruhi arus kolektor.

Pengoperasian Transistor NPN

Pengoperasian transistor NPN dapat dijelaskan dengan melihat gambar berikut, di mana persimpangan basis-emitor bias maju dan persimpangan basis kolektor bias balik.

Voltase V_EEmemberikan potensial negatif pada emitor yang mengusir elektron dalam material tipe-N dan elektron ini melintasi persimpangan basis-emitor, untuk mencapai daerah basis. Di sana, persen elektron yang sangat rendah bergabung kembali dengan lubang bebas di daerah P. Ini memberikan arus yang sangat rendah yang merupakan arus basisI_B. Lubang yang tersisa melintasi persimpangan kolektor-basis, untuk membentuk arus kolektorI_C.

Saat elektron mencapai terminal kolektor, dan memasuki terminal positif baterai, elektron dari terminal negatif baterai V_EEmemasuki wilayah emitor. Aliran ini perlahan meningkat dan arus elektron mengalir melalui transistor.

Karenanya kita dapat memahami bahwa -

• Konduksi dalam transistor NPN terjadi melalui elektron.

• Arus kolektor lebih tinggi dari arus emitor.

• Kenaikan atau penurunan arus emitor mempengaruhi arus kolektor.

Keuntungan Transistor

Ada banyak keuntungan menggunakan transistor, seperti -

• Penguatan tegangan tinggi.
• Tegangan suplai yang lebih rendah sudah cukup.
• Paling cocok untuk aplikasi daya rendah.
• Lebih kecil dan lebih ringan.
• Secara mekanis lebih kuat dari tabung vakum.
• Tidak diperlukan pemanasan eksternal seperti tabung vakum.
• Sangat cocok untuk diintegrasikan dengan resistor dan dioda untuk menghasilkan IC.

Ada beberapa kelemahan seperti tidak dapat digunakan untuk aplikasi daya tinggi karena disipasi daya yang lebih rendah. Mereka memiliki impedansi masukan yang lebih rendah dan bergantung pada suhu.

Setiap transistor memiliki tiga terminal, yaitu emitter, itu base, dan collector. Menggunakan 3 terminal ini transistor dapat dihubungkan dalam rangkaian dengan satu terminal yang sama untuk input dan output dalam tiga kemungkinan konfigurasi yang berbeda.

Ketiga jenis konfigurasi tersebut adalah Common Base, Common Emitter dan Common Collectorkonfigurasi. Dalam setiap konfigurasi, persimpangan emitor bias maju dan pertemuan kolektor bias balik.

Konfigurasi Common Base (CB)

Nama itu sendiri menyiratkan bahwa file Baseterminal diambil sebagai terminal umum untuk input dan output transistor. Koneksi basis umum untuk transistor NPN dan PNP ditunjukkan pada gambar berikut.

Demi pemahaman, mari kita pertimbangkan transistor NPN dalam konfigurasi CB. Ketika tegangan emitor diterapkan, karena bias maju, elektron dari terminal negatif mengusir elektron emitor dan arus mengalir melalui emitor dan basis ke kolektor untuk menyumbangkan arus kolektor. Tegangan kolektor V _CB dijaga konstan selama ini.

Dalam konfigurasi CB, arus input adalah arus emitor I_E dan arus keluaran adalah arus kolektor I_C.

Faktor Amplifikasi Saat Ini (α)

Rasio perubahan arus kolektor (ΔI _C ) terhadap perubahan arus emitor (ΔI _E ) ketika tegangan kolektor V _CB dijaga konstan, disebut sebagaiCurrent amplification factor. Ini dilambangkan denganα.

$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$pada V _CB konstan

Ekspresi untuk arus Kolektor

Dengan ide di atas, mari kita coba menggambar beberapa ekspresi arus kolektor.

Seiring dengan arus emitor yang mengalir, ada sejumlah arus basis I_Byang mengalir melalui terminal basis karena rekombinasi lubang elektron. Karena persimpangan kolektor-basis bias balik, ada arus lain yang dialirkan karena pembawa muatan minoritas. Ini adalah arus bocor yang dapat dipahami sebagaiI_leakage. Hal ini disebabkan oleh operator muatan minoritas dan karenanya sangat kecil.

Arus emitor yang mencapai terminal kolektor adalah

$$\alpha I_E$$

Arus kolektor total

$$I_C = \alpha I_E + I_{leakage}$$

Jika tegangan basis-emitor V _EB = 0, meskipun demikian, ada arus bocor kecil, yang dapat disebut sebagai I _CBO (arus basis-kolektor dengan keluaran terbuka).

Oleh karena itu, arus kolektor dapat dinyatakan sebagai

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_C + I_B$$

$$I_C = \alpha (I_C + I_B) + I_{CBO}$$

$$I_C (1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C = \left ( \frac{\alpha}{1 - \alpha} \right )I_B + \left ( \frac{1}{1 - \alpha} \right )I_{CBO}$$

Oleh karena itu, turunan di atas adalah ekspresi arus kolektor. Nilai arus kolektor bergantung pada arus basis dan arus bocor bersama dengan faktor penguatan arus transistor yang digunakan.

Karakteristik konfigurasi CB

• Konfigurasi ini memberikan penguatan tegangan tetapi tidak ada penguatan arus.

• Karena V _CB konstan, dengan sedikit peningkatan pada tegangan basis Emitor V _EB , arus Emitter I _E akan meningkat.

• Arus Emitor I _E tidak tergantung pada tegangan Kolektor V _CB .

• Tegangan Kolektor V _CB dapat mempengaruhi arus kolektor I _C hanya pada tegangan rendah, ketika V _EB dijaga konstan.

• Resistensi masukan R_iadalah rasio perubahan tegangan basis-emitor (ΔV _EB ) terhadap perubahan arus emitor (ΔI _E ) pada tegangan basis kolektor konstan V _CB .

$R_i = \frac{\Delta V_{EB}}{\Delta I_E}$pada V _CB konstan

• Karena resistansi masukan bernilai sangat rendah, nilai V _{EB yang kecil} sudah cukup untuk menghasilkan aliran arus emitor I _{E yang besar} .

• Resistensi keluaran R_oadalah rasio perubahan tegangan basis kolektor (ΔV _CB ) terhadap perubahan arus kolektor (ΔI _C ) pada arus emitor konstan IE.

$R_o = \frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_C}$pada I _E konstan

• Sebagai resistansi keluaran adalah nilai yang sangat tinggi, perubahan besar dalam V _CB menghasilkan perubahan yang sangat sedikit di arus kolektor I _C .

• Konfigurasi ini memberikan stabilitas yang baik terhadap peningkatan suhu.

• Konfigurasi CB digunakan untuk aplikasi frekuensi tinggi.

Konfigurasi Common Emitter (CE)

Nama itu sendiri menyiratkan bahwa file Emitterterminal diambil sebagai terminal umum untuk input dan output transistor. Sambungan Common Emitter untuk transistor NPN dan PNP seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Seperti dalam konfigurasi CB, persimpangan emitor bias maju dan pertemuan kolektor bias balik. Aliran elektron dikendalikan dengan cara yang sama. Arus masukan adalah arus basisI_B dan arus keluaran adalah arus kolektor I_C sini.

Faktor Amplifikasi Arus Basis (β)

Rasio perubahan arus kolektor (ΔI _C ) terhadap perubahan arus basis (ΔI _B ) dikenal sebagaiBase Current Amplification Factor. Ini dilambangkan dengan β.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

Hubungan antara β dan α

Mari kita coba untuk menurunkan hubungan antara faktor amplifikasi arus basis dan faktor amplifikasi arus emitor.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Kita bisa menulis

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Membagi dengan ΔI _E

$$\beta = \frac{\Delta I_C/\Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

Kita punya

$$\alpha = \Delta I_C / \Delta I_E$$

Karena itu,

$$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$$

Dari persamaan di atas, terbukti bahwa ketika α mendekati 1, β mencapai tak terhingga.

Karenanya, the current gain in Common Emitter connection is very high. Inilah alasan mengapa koneksi rangkaian ini banyak digunakan di semua aplikasi transistor.

Ekspresi untuk Arus Kolektor

Dalam konfigurasi Common Emitter, I _B adalah arus masukan dan I _C adalah arus keluaran.

Kita tahu

$$I_E = I_B + I_C$$

Dan

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$= \alpha(I_B + I_C) + I_{CBO}$$

$$I_C(1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Jika rangkaian basis terbuka, yaitu jika I _B = 0,

Arus pemancar kolektor dengan basis terbuka adalah I _CEO

$$I_{CEO} = \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Mengganti nilai ini dalam persamaan sebelumnya, kita dapatkan

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + I_{CEO}$$

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

Oleh karena itu persamaan arus kolektor diperoleh.

Tegangan Lutut

Dalam konfigurasi CE, dengan menjaga arus basis I _B konstan, jika V _CE bervariasi, I _C meningkat hampir 1v dari V _CE dan tetap konstan setelahnya. Nilai V _{CE ini} hingga arus kolektor I _C berubah dengan V _CE disebutKnee Voltage. Transistor saat beroperasi dalam konfigurasi CE, dioperasikan di atas tegangan lutut ini.

Karakteristik Konfigurasi CE

• Konfigurasi ini memberikan penguatan arus dan penguatan tegangan yang baik.

• Menjaga V _CE konstan, dengan sedikit peningkatan V _BE arus basis I _B meningkat dengan cepat daripada konfigurasi CB.

• Untuk setiap nilai V _CE di atas tegangan lutut, saya _C kira-kira sama βI _B .

• Resistensi masukan R_iadalah rasio perubahan tegangan emitor basis (ΔV _BE ) terhadap perubahan arus basis (ΔI _B ) pada tegangan emitor kolektor konstan V _CE .

$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$pada V _CE konstan

• Karena resistansi masukan bernilai sangat rendah, nilai V _{BE yang kecil} sudah cukup untuk menghasilkan aliran arus basis I _{B yang besar} .

• Resistensi keluaran R_oadalah rasio perubahan kolektor emitor tegangan (ΔV _CE ) untuk perubahan arus kolektor (ΔI _C ) di konstan I _B .

$R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$pada konstanta I _B

• Karena resistansi keluaran rangkaian CE lebih kecil dari pada rangkaian CB.

• Konfigurasi ini biasanya digunakan untuk metode stabilisasi bias dan aplikasi frekuensi audio.

Konfigurasi Common Collector (CC)

Nama itu sendiri menyiratkan bahwa file Collectorterminal diambil sebagai terminal umum untuk input dan output transistor. Sambungan kolektor umum untuk transistor NPN dan PNP seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Seperti pada konfigurasi CB dan CE, persimpangan emitor bias maju dan pertemuan kolektor bias balik. Aliran elektron dikendalikan dengan cara yang sama. Arus masukan adalah arus basisI_B dan arus keluaran adalah arus emitor I_E sini.

Faktor Amplifikasi Saat Ini (γ)

Rasio perubahan arus emitor (ΔI _E ) terhadap perubahan arus basis (ΔI _B ) dikenal sebagaiCurrent Amplification factordalam konfigurasi common collector (CC). Ini dilambangkan dengan γ.

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

• Gain arus dalam konfigurasi CC sama dengan konfigurasi CE.
• Penguatan tegangan dalam konfigurasi CC selalu kurang dari 1.

Hubungan antara γ dan α

Mari kita coba menggambar hubungan antara γ dan α

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Mengganti nilai I _B , kita dapatkan

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Membagi dengan ΔI _E

$$\gamma = \frac{\Delta I_E / \Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

$$= \frac{1}{1 - \alpha}$$

$$\gamma = \frac{1}{1 - \alpha}$$

Ekspresi arus kolektor

Kita tahu

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_B + I_C = I_B + (\alpha I_E + I_{CBO})$$

$$I_E(1 - \alpha) = I_B + I_{CBO}$$

$$I_E = \frac{I_B}{1 - \alpha} + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C \cong I_E = (\beta + 1)I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Di atas adalah ekspresi arus kolektor.

Karakteristik Konfigurasi CC

• Konfigurasi ini memberikan penguatan arus tetapi tidak ada penguatan tegangan.

• Dalam konfigurasi CC, resistansi masukan tinggi dan resistansi keluaran rendah.

• Penguatan tegangan yang disediakan oleh rangkaian ini kurang dari 1.

• Jumlah arus kolektor dan arus basis sama dengan arus emitor.

• Sinyal input dan output berada dalam fase.

• Konfigurasi ini berfungsi sebagai keluaran penguat non-pembalik.

• Sirkuit ini banyak digunakan untuk pencocokan impedansi. Artinya, untuk menggerakkan beban impedansi rendah dari sumber impedansi tinggi.

Suplai DC disediakan untuk pengoperasian transistor. Suplai DC ini diberikan ke dua persimpangan PN dari transistor yang mempengaruhi aksi pembawa mayoritas di persimpangan emitor dan kolektor.

Persimpangannya bias maju dan bias balik berdasarkan kebutuhan kami. Forward biased adalah kondisi di mana tegangan positif diterapkan ke tipe-p dan tegangan negatif diterapkan ke material tipe-n. Reverse biased adalah kondisi di mana tegangan positif diterapkan ke tipe-n dan tegangan negatif diterapkan ke material tipe-p.

Biasing Transistor

Pasokan tegangan dc eksternal yang sesuai disebut sebagai biasing. Baik bias maju atau mundur dilakukan pada persimpangan emitor dan kolektor transistor.

Metode biasing ini membuat rangkaian transistor bekerja di empat macam daerah seperti Active region, Saturation region, Cutoff region dan Inverse active region(jarang digunakan). Ini dipahami dengan melihat tabel berikut.

Emitter Junction	Collector Junction	Wilayah Operasi
Maju bias	Maju bias	Wilayah saturasi
Maju bias	Membalikkan bias	Wilayah aktif
Membalikkan bias	Maju bias	Wilayah aktif terbalik
Membalikkan bias	Membalikkan bias	Potong wilayah

Di antara wilayah ini, wilayah aktif Invers, yang hanya merupakan kebalikan dari wilayah aktif, tidak cocok untuk aplikasi apa pun dan karenanya tidak digunakan.

Wilayah Aktif

Ini adalah wilayah di mana transistor memiliki banyak aplikasi. Ini juga disebut sebagailinear region. Transistor saat berada di wilayah ini, bertindak lebih baik sebagaiAmplifier.

Diagram rangkaian berikut menunjukkan transistor yang bekerja di daerah aktif.

Wilayah ini terletak di antara saturasi dan cutoff. Transistor beroperasi di daerah aktif ketika pertemuan emitor bias maju dan pertemuan kolektor bias terbalik.

Dalam keadaan aktif, arus kolektor adalah β kali arus basis, yaitu

$$I_C = \beta I_B$$

Dimana I _C = arus kolektor, β = faktor penguatan arus, dan I _B = arus basis.

Wilayah Saturasi

Ini adalah wilayah di mana transistor cenderung berperilaku sebagai sakelar tertutup. Transistor memiliki efek kolektor dan emitornya disingkat. Arus kolektor dan emitor maksimum dalam mode operasi ini.

Gambar berikut menunjukkan transistor yang bekerja di daerah saturasi.

Transistor beroperasi di wilayah saturasi ketika persimpangan emitor dan kolektor bias maju.

Dalam mode saturasi,

$$\beta < \frac{I_C}{I_B}$$

Seperti di daerah saturasi transistor cenderung berperilaku sebagai saklar tertutup,

$$I_C = I_E$$

Dimana I _C = arus kolektor dan I _E = arus emitor.

Wilayah Cutoff

Ini adalah wilayah di mana transistor cenderung berperilaku sebagai sakelar terbuka. Transistor memiliki efek pengumpul dan basisnya terbuka. Arus kolektor, emitor, dan basis semuanya nol dalam mode operasi ini.

Gambar di bawah ini menunjukkan transistor yang bekerja di daerah cutoff.

Transistor beroperasi di wilayah cutoff ketika persimpangan emitor dan kolektor bias terbalik.

Seperti pada daerah cutoff, arus kolektor, arus emitor dan arus basis adalah nihil, dapat kita tulis sebagai

$$I_C = I_E = I_B = 0$$

Dimana I _C = arus kolektor, I _E = arus emitor, dan I _B = arus basis.

Sampai sekarang kita telah membahas berbagai wilayah operasi transistor. Tetapi di antara semua wilayah ini, kami telah menemukan bahwa transistor beroperasi dengan baik di wilayah aktif dan karenanya disebut juga sebagailinear region. Output dari transistor adalah arus kolektor dan tegangan kolektor.

Karakteristik Keluaran

Ketika karakteristik keluaran transistor dipertimbangkan, kurva terlihat seperti di bawah ini untuk nilai masukan yang berbeda.

Pada gambar di atas, karakteristik keluaran ditarik antara arus kolektor I_C dan tegangan kolektor V_CE untuk nilai arus basis yang berbeda I_B. Ini dipertimbangkan di sini untuk nilai masukan yang berbeda guna mendapatkan kurva keluaran yang berbeda.

Garis beban

Ketika nilai untuk arus kolektor maksimum yang mungkin dipertimbangkan, titik itu akan berada pada sumbu Y, yang tidak lain adalah Saturation point. Selain itu, ketika nilai untuk tegangan emitor kolektor maksimum yang mungkin dipertimbangkan, titik itu akan ada pada sumbu X, yang merupakanCutoff point.

Ketika sebuah garis ditarik yang menghubungkan dua titik ini, garis seperti itu dapat disebut sebagai Load line. Ini disebut karena melambangkan keluaran pada beban. Garis ini, ketika digambar di atas kurva karakteristik keluaran, membuat kontak pada suatu titik yang disebut sebagaiOperating point atau quiescent point atau sederhananya Q-point.

Konsep garis beban dapat dipahami dari grafik berikut.

Garis beban ditarik dengan menggabungkan titik jenuh dan titik potong. Wilayah yang terletak di antara keduanya adalahlinear region. Transistor bertindak sebagai penguat yang baik di wilayah linier ini.

Jika garis beban ini ditarik hanya ketika bias DC diberikan ke transistor, tetapi no input sinyal diterapkan, maka garis beban seperti itu disebut sebagai DC load line. Sedangkan garis beban ditarik pada kondisi saat aninput signal bersama dengan tegangan DC diterapkan, garis seperti itu disebut sebagai AC load line.

Saluran Beban DC

Ketika transistor diberi bias dan tidak ada sinyal yang diterapkan pada inputnya, garis beban yang ditarik dalam kondisi seperti itu, dapat dipahami sebagai DCkondisi. Di sini tidak akan ada amplifikasi sebagaisignal is absent. Rangkaiannya akan seperti gambar di bawah ini.

Nilai tegangan emitor kolektor pada waktu tertentu akan menjadi

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Karena V _CC dan R _C adalah nilai tetap, yang di atas adalah persamaan derajat pertama dan karenanya akan menjadi garis lurus pada karakteristik keluaran. Baris ini disebut sebagaiD.C. Load line. Gambar di bawah ini menunjukkan garis beban DC.

Untuk mendapatkan garis beban, dua titik ujung garis lurus harus ditentukan. Biarkan dua titik itu menjadi A dan B.

Untuk mendapatkan A

Ketika kolektor emitor tegangan V _CE = 0, arus kolektor maksimum dan sama dengan V _CC / R _C . Ini memberikan nilai maksimum V _CE . Ini ditampilkan sebagai

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_{CC}/R_C$$

Ini memberikan titik A (OA = V _CC / R _C ) pada sumbu arus kolektor, yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Untuk mendapatkan B

Ketika arus kolektor I _C = 0, maka tegangan emitor kolektor maksimum dan akan sama dengan V _CC . Hal ini memberikan nilai maksimum I _C . Ini ditampilkan sebagai

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$= V_{CC}$$

(SEBAGAI I _C = 0)

Ini memberikan titik B, yang berarti (OB = V _CC ) pada sumbu tegangan emitor kolektor yang ditunjukkan pada gambar di atas.

Oleh karena itu kami mendapatkan titik saturasi dan titik potong yang ditentukan dan mengetahui bahwa garis beban adalah garis lurus. Jadi, garis beban DC dapat ditarik.

Saluran Beban AC

Garis beban DC yang dibahas sebelumnya, menganalisis variasi arus dan tegangan kolektor, ketika tidak ada tegangan AC yang diterapkan. Sedangkan garis beban AC memberikan tegangan puncak-ke-puncak, atau ayunan keluaran maksimum yang mungkin untuk penguat tertentu.

Kita akan mempertimbangkan rangkaian ekivalen AC dari penguat CE untuk pemahaman kita.

Dari gambar di atas,

$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

Untuk transistor untuk beroperasi sebagai penguat, itu harus tetap di wilayah aktif. Titik diam dipilih sedemikian rupa sehingga ekskursi sinyal input maksimum simetris pada setengah siklus negatif dan positif.

Karenanya,

$V_{max} = V_{CEQ}$ dan $V_{min} = -V_{CEQ}$

Di mana V _CEQ adalah tegangan kolektor-emitor pada titik diam

Grafik berikut merepresentasikan garis beban AC yang ditarik antara titik jenuh dan titik potong.

Dari grafik diatas, arus IC pada titik jenuhnya adalah

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$

Tegangan V _CE pada titik potong adalah

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$

Oleh karena itu arus maksimum untuk V _CEQ = V _CEQ / (R _C // R ₁ ) yang sesuai adalah

$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Oleh karena itu dengan menambahkan arus diam, titik akhir garis beban AC adalah

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Saluran Beban AC dan DC

Ketika garis beban AC dan DC direpresentasikan dalam grafik, dapat dipahami bahwa keduanya tidak identik. Kedua garis ini berpotongan diQ-point atau quiescent point. Titik akhir dari garis beban AC adalah titik jenuh dan titik potong. Ini dipahami dari gambar di bawah ini.

Dari gambar di atas dapat diketahui bahwa titik diam (titik gelap) diperoleh jika nilai IB arus basis adalah 10mA. Ini adalah titik di mana garis beban AC dan DC berpotongan.

Pada bab selanjutnya, kita akan membahas konsep quiescent point atau operating point secara terperinci.

Ketika sebuah garis ditarik bergabung dengan titik jenuh dan titik potong, garis seperti itu dapat disebut sebagai Load line. Garis ini, ketika digambar di atas kurva karakteristik keluaran, membuat kontak pada suatu titik yang disebut sebagaiOperating point.

Titik operasi ini juga disebut sebagai quiescent point atau sederhananya Q-point. Ada banyak titik berpotongan seperti itu, tetapi titik-Q dipilih sedemikian rupa sehingga terlepas dari ayunan sinyal AC, transistor tetap berada di wilayah aktif.

Grafik berikut menunjukkan bagaimana merepresentasikan titik operasi.

Titik operasi tidak boleh terganggu karena harus tetap stabil untuk mencapai amplifikasi yang sesuai. Oleh karena itu, titik diam atau titik-Q adalah nilai di manaFaithful Amplification tercapai.

Amplifikasi Setia

Proses peningkatan kekuatan sinyal disebut sebagai Amplification. Penguatan ini bila dilakukan tanpa kehilangan komponen sinyal, disebut sebagaiFaithful amplification.

Faithful amplificationadalah proses mendapatkan bagian lengkap dari sinyal input dengan meningkatkan kekuatan sinyal. Ini dilakukan ketika sinyal AC diterapkan pada inputnya.

Dalam grafik di atas, sinyal input yang diterapkan diperkuat sepenuhnya dan direproduksi tanpa kehilangan. Ini dapat dipahami sebagaiFaithful Amplification.

Titik operasi dipilih sedemikian rupa sehingga terletak di active region dan membantu dalam reproduksi sinyal lengkap tanpa kehilangan apapun.

Jika titik operasi dianggap mendekati titik jenuhnya, maka amplifikasi akan seperti di bawah.

Jika titik operasi dianggap mendekati titik potong, maka amplifikasi akan seperti di bawah.

Oleh karena itu penempatan titik operasi merupakan faktor penting untuk mencapai amplifikasi yang tepat. Tetapi agar transistor berfungsi dengan baik sebagai penguat, rangkaian masukannya (yaitu, sambungan basis-emitor) tetap bias maju dan rangkaian keluarannya (yaitu sambungan basis kolektor) tetap bias balik.

Sinyal yang diperkuat dengan demikian berisi informasi yang sama seperti pada sinyal input sedangkan kekuatan sinyal ditingkatkan.

Faktor kunci untuk Amplifikasi Setia

Untuk memastikan amplifikasi yang tepat, kondisi dasar berikut harus dipenuhi.

• Arus kolektor sinyal nol yang tepat
• Tegangan basis-emitor minimum (V _BE ) yang tepat kapan saja.
• Tegangan kolektor-emitor minimum yang tepat (V _CE ) setiap saat.

Pemenuhan kondisi ini memastikan bahwa transistor bekerja di wilayah aktif yang memiliki bias maju masukan dan bias keluaran terbalik.

Arus Kolektor Sinyal Nol yang Tepat

Untuk memahami hal ini, mari kita perhatikan rangkaian transistor NPN seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Persimpangan basis-emitor bias maju dan pertemuan kolektor-emitor bias terbalik. Ketika sinyal diterapkan pada input, persimpangan basis-emitor dari transistor NPN mendapat bias maju untuk setengah siklus input positif dan karenanya muncul pada output.

Untuk setengah siklus negatif, persimpangan yang sama mendapat bias balik dan karenanya rangkaian tidak berjalan. Ini mengarah keunfaithful amplification seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sekarang mari kita perkenalkan baterai V _BB di sirkuit dasar. Besarnya tegangan ini harus sedemikian rupa sehingga pertemuan basis-emitor transistor harus tetap bias maju, bahkan untuk sinyal input setengah siklus negatif. Ketika tidak ada sinyal input yang diterapkan, arus DC mengalir di sirkuit, karena _VBB . Ini dikenal sebagaizero signal collector currentAku _C .

Selama setengah siklus masukan positif, pertemuan basis-emitor lebih condong ke depan dan karenanya arus kolektor meningkat. Selama setengah siklus negatif masukan, sambungan masukan kurang bias maju dan karenanya arus kolektor berkurang. Karenanya kedua siklus input muncul dalam output dan karenanyafaithful amplification hasil, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Oleh karena itu untuk penguatan yang tepat, arus pengumpul sinyal nol yang tepat harus mengalir. Nilai arus kolektor sinyal nol harus setidaknya sama dengan arus kolektor maksimum karena sinyalnya saja.

Minimum V _{BE yang} tepat setiap saat

Tegangan basis ke emitor minimum V _BE harus lebih besar dari tegangan sela masuk agar sambungan menjadi bias maju. Tegangan minimum yang diperlukan transistor silikon untuk bekerja adalah 0.7v dan transistor germanium untuk bekerja adalah 0.5v. Jika tegangan basis-emitor V _BE lebih besar dari tegangan ini, penghalang potensial diatasi dan karenanya arus basis dan arus kolektor meningkat tajam.

Oleh karena itu, jika V _BE turun rendah untuk setiap bagian dari sinyal input, bagian itu akan diperkuat ke tingkat yang lebih rendah karena arus kolektor kecil yang dihasilkan, yang menghasilkan amplifikasi yang tidak setia.

Minimum V _{CE yang} tepat setiap saat

Untuk mencapai penguatan yang tepat, tegangan emitor kolektor V _CE tidak boleh turun di bawah tegangan sela, yang disebut sebagaiKnee Voltage. Jika V _CE lebih rendah dari tegangan lutut, sambungan basis kolektor tidak akan bias balik dengan benar. Kemudian kolektor tidak dapat menarik elektron yang dipancarkan oleh emitor dan akan mengalir menuju basis yang meningkatkan arus basis. Dengan demikian nilai β turun.

Oleh karena itu, jika V _CE jatuh rendah untuk bagian mana pun dari sinyal input, bagian itu akan dikalikan ke tingkat yang lebih rendah, menghasilkan amplifikasi yang tidak setia. Jadi jika V _CE lebih besar dari V _KNEE , persimpangan kolektor-basis benar-benar bias terbalik dan nilai β tetap konstan, menghasilkan amplifikasi yang setia.

Agar transistor berfungsi sebagai penguat, itu harus bias dengan benar. Kami akan membahas perlunya bias yang tepat di bab berikutnya. Di sini, mari kita fokus bagaimana transistor bekerja sebagai penguat.

Penguat Transistor

Transistor bertindak sebagai penguat dengan meningkatkan kekuatan sinyal lemah. Tegangan bias DC yang diterapkan ke sambungan basis emitor, membuatnya tetap dalam kondisi bias maju. Bias maju ini dipertahankan terlepas dari polaritas sinyal. Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana transistor terlihat ketika dihubungkan sebagai penguat.

Resistansi rendah dalam rangkaian masukan, memungkinkan setiap perubahan kecil dalam sinyal masukan untuk menghasilkan perubahan yang cukup besar pada keluaran. Arus emitor yang disebabkan oleh sinyal input kontribusi arus kolektor, yang ketika mengalir melalui resistor beban R _L , hasil dalam penurunan tegangan besar di atasnya. Dengan demikian tegangan masukan yang kecil menghasilkan tegangan keluaran yang besar, yang menunjukkan bahwa transistor berfungsi sebagai penguat.

Contoh

Biarkan ada perubahan 0.1v pada tegangan input yang diterapkan, yang selanjutnya menghasilkan perubahan 1mA pada arus emitor. Arus emitor ini jelas akan menghasilkan perubahan arus kolektor, yang juga akan menjadi 1mA.

Resistansi beban 5kΩ yang ditempatkan di kolektor akan menghasilkan tegangan sebesar

5 kΩ × 1 mA = 5V

Oleh karena itu diamati bahwa perubahan 0,1v pada input memberikan perubahan 5v pada output, yang berarti level tegangan sinyal diperkuat.

Kinerja Amplifier

Karena mode koneksi common emitter sebagian besar diadopsi, pertama-tama mari kita pahami beberapa istilah penting yang mengacu pada mode koneksi ini.

Resistensi Input

Karena rangkaian input bias maju, resistansi input akan rendah. Resistansi input adalah oposisi yang ditawarkan oleh pertemuan basis-emitor ke aliran sinyal.

Menurut definisi, ini adalah rasio perubahan kecil pada tegangan basis-emitor (ΔV _BE ) dengan perubahan yang dihasilkan pada arus basis (ΔI _B ) pada tegangan kolektor-emitor konstan.

Resistensi masukan, $R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

Dimana R _i = resistansi masukan, V _BE = tegangan basis-emitor, dan I _B = arus basis.

Resistensi Output

Resistansi keluaran penguat transistor sangat tinggi. Arus kolektor sedikit berubah dengan perubahan tegangan kolektor-emitor.

Menurut definisi, ini adalah rasio perubahan tegangan kolektor-emitor (ΔV _CE ) dengan perubahan yang dihasilkan pada arus kolektor (ΔI _C ) pada arus basis konstan.

Resistensi keluaran = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

Dimana R _o = Resistansi keluaran, V _CE = Tegangan kolektor-emitor, dan I _C = Tegangan kolektor-emitor.

Beban Kolektor Efektif

Beban dihubungkan pada pengumpul transistor dan untuk penguat satu tahap, tegangan keluaran diambil dari pengumpul transistor dan untuk penguat multi-tahap, hal yang sama dikumpulkan dari rangkaian rangkaian transistor tahap berjenjang.

Menurut definisi, itu adalah beban total yang dilihat oleh arus kolektor ac. Dalam kasus amplifier satu tahap, beban kolektor efektif adalah kombinasi paralel R _C dan R _o .

Beban Kolektor Efektif, $R_{AC} = R_C // R_o$

$$= \frac{R_C \times R_o}{R_C + R_o} = R_{AC}$$

Oleh karena itu untuk penguat satu tahap, beban yang efektif adalah sama dengan beban kolektor R _C .

Dalam penguat multi-tahap (yaitu memiliki lebih dari satu tahap amplifikasi), resistansi masukan R _i dari tahap berikutnya juga muncul.

Beban kolektor efektif menjadi kombinasi paralel R _C , R _o dan R _i yaitu,

Beban Kolektor Efektif, $R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

$$R_C // R_i = \frac{R_C R_i}{R_C + R_i}$$

Karena resistansi masukan R _i cukup kecil, maka beban efektif berkurang.

Keuntungan Saat Ini

Keuntungan dalam hal arus ketika perubahan arus input dan output diamati, disebut sebagai Current gain. Menurut definisi, ini adalah rasio perubahan arus kolektor (ΔI _C ) dengan perubahan arus basis (ΔI _B ).

Keuntungan saat ini, $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

Nilai β berkisar dari 20 hingga 500. Gain arus menunjukkan bahwa arus input menjadi β kali dalam arus kolektor.

Penguatan Tegangan

Keuntungan dalam hal tegangan ketika perubahan arus input dan output diamati, disebut sebagai Voltage gain. Menurut definisi, ini adalah rasio perubahan tegangan output (ΔV _CE ) dengan perubahan tegangan input (ΔV _BE ).

Penguatan tegangan, $A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{Change \: in\: output \: current \times effective\: load}{Change \: in\: input \: current \times input \: resistance}$$

$$= \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i} = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \times \frac{R_{AC}}{R_i} = \beta \times \frac{R_{AC}}{R_i}$$

Untuk satu tahap, R _AC = R _C .

Namun, untuk Multistage,

$$R_{AC} = \frac{R_C \times R_i}{R_C + R_i}$$

Dimana R _i adalah resistansi masukan dari tahap berikutnya.

Penguatan Daya

Keuntungan dalam hal daya ketika perubahan arus input dan output diamati, disebut sebagai Power gain.

Menurut definisi, ini adalah rasio daya sinyal keluaran ke daya sinyal masukan.

Penguatan daya, $A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$

$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \right ) \times \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i}$$

= Penguatan arus × Penguatan tegangan

Karenanya ini semua adalah istilah penting yang merujuk pada kinerja amplifier.

Biasing adalah proses pemberian tegangan DC yang membantu dalam berfungsinya rangkaian. Sebuah transistor berbasis untuk membuat pertemuan basis emitor bias maju dan pertemuan basis kolektor bias terbalik, sehingga mempertahankan daerah aktif, untuk bekerja sebagai penguat.

Pada bab sebelumnya, kami menjelaskan bagaimana transistor bertindak sebagai penguat yang baik, jika bagian input dan outputnya bias.

Biasing Transistor

Aliran yang tepat dari arus kolektor sinyal nol dan pemeliharaan tegangan kolektoremitter yang tepat selama lewatnya sinyal dikenal sebagai Transistor Biasing. Rangkaian yang memberikan bias transistor disebut sebagaiBiasing Circuit.

Kebutuhan bias DC

Jika sinyal tegangan sangat kecil diberikan ke input BJT, itu tidak dapat diperkuat. Sebab, untuk sebuah BJT, untuk memperkuat sebuah sinyal, dua syarat harus dipenuhi.

• Tegangan input harus melebihi cut-in voltage untuk transistor menjadi ON.

• BJT harus berada di active region, untuk dioperasikan sebagai amplifier.

Jika tegangan dan arus DC yang tepat diberikan melalui BJT oleh sumber eksternal, sehingga BJT beroperasi di wilayah aktif dan menempatkan sinyal AC untuk diperkuat, maka masalah ini dapat dihindari. Tegangan dan arus DC yang diberikan dipilih sehingga transistor tetap berada di wilayah aktif untuk seluruh siklus input AC. Oleh karena itu diperlukan bias DC.

Gambar di bawah ini menunjukkan penguat transistor yang dilengkapi dengan bias DC pada rangkaian input dan output.

Agar transistor dapat dioperasikan sebagai penguat yang setia, titik operasi harus distabilkan. Mari kita lihat faktor-faktor yang mempengaruhi stabilisasi titik operasi.

Faktor yang mempengaruhi titik operasi

Faktor utama yang mempengaruhi titik operasi adalah suhu. Titik operasi bergeser karena perubahan suhu.

Saat suhu meningkat, nilai I _CE , β, V _BE terpengaruh.

• I _CBO menjadi dua kali lipat (untuk setiap 10 ^o kenaikan)
• V _BE berkurang 2.5mv (untuk setiap kenaikan 1 ^o )

Jadi masalah utama yang mempengaruhi titik operasi adalah suhu. Oleh karena itu titik operasi harus dibuat tidak bergantung pada suhu untuk mencapai stabilitas. Untuk mencapai ini, sirkuit biasing diperkenalkan.

Stabilisasi

Proses membuat titik operasi tidak tergantung pada perubahan suhu atau variasi parameter transistor dikenal sebagai Stabilization.

Setelah stabilisasi tercapai, nilai I _C dan V _CE menjadi tidak tergantung pada variasi suhu atau penggantian transistor. Sirkuit biasing yang baik membantu dalam stabilisasi titik operasi.

Kebutuhan Stabilisasi

Stabilisasi titik operasi harus dicapai karena alasan berikut.

• Ketergantungan suhu I _C
• Variasi individu
• Pelarian termal

Mari kita pahami konsep ini secara detail.

Ketergantungan Suhu I _C

Seperti ungkapan untuk arus kolektor I _C adalah

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

Arus bocor kolektor I _CBO sangat dipengaruhi oleh variasi suhu. Untuk keluar dari ini, kondisi bias diatur sehingga arus kolektor sinyal nol I _C = 1 mA. Oleh karena itu, titik operasi perlu distabilkan, yaitu I _{C harus} konstan.

Variasi Individu

Karena nilai β dan nilai V _BE tidak sama untuk setiap transistor, setiap kali transistor diganti, titik operasi cenderung berubah. Oleh karena itu perlu untuk menstabilkan titik operasi.

Pelarian Termal

Seperti ungkapan untuk arus kolektor I _C adalah

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Aliran arus kolektor dan arus bocor kolektor menyebabkan pembuangan panas. Jika titik operasi tidak distabilkan, akan terjadi efek kumulatif yang meningkatkan pembuangan panas ini.

Penghancuran sendiri dari transistor yang tidak stabil seperti itu dikenal sebagai Thermal run away.

Untuk menghindari thermal runawaydan penghancuran transistor, titik operasi perlu distabilkan, yaitu, untuk menjaga I _C konstan.

Faktor Stabilitas

Dapat dipahami bahwa I _C harus tetap konstan meskipun I _CBO atau I _CO bervariasi . Sejauh mana rangkaian biasing berhasil mempertahankan ini diukur denganStability factor. Ini dilambangkan denganS.

Menurut definisi, laju perubahan arus kolektor I _C sehubungan dengan arus bocor kolektor I _CO pada konstanta β dan I _B disebutStability factor.

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$pada konstanta I _B dan β

Oleh karena itu kita dapat memahami bahwa setiap perubahan arus bocor kolektor mengubah arus kolektor sebagian besar. Faktor kestabilan harus serendah mungkin agar arus kolektor tidak terpengaruh. S = 1 adalah nilai ideal.

Ekspresi umum faktor stabilitas untuk konfigurasi CE dapat diperoleh seperti di bawah.

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

Membedakan ekspresi di atas sehubungan dengan I _C , kita dapatkan

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

Atau

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

Sejak $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

Atau

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Oleh karena itu faktor stabilitas S tergantung pada β, saya _B dan aku _C .

Biasing pada rangkaian transistor dilakukan dengan menggunakan dua sumber DC V _BB dan V _CC . Adalah ekonomis untuk meminimalkan sumber DC ke satu suplai daripada dua yang juga membuat rangkaian menjadi sederhana.

Metode bias transistor yang umum digunakan adalah

• Metode Base Resistor
• Collector to Base bias
• Biasing dengan resistor umpan balik Kolektor
• Bias pembagi tegangan

Semua metode ini memiliki prinsip dasar yang sama untuk mendapatkan nilai I _B dan I _{C yang diperlukan} dari V _CC dalam kondisi sinyal nol.

Metode Resistor Dasar

Dalam metode ini, resistor R _B resistansi tinggi dihubungkan ke basis, seperti namanya. Diperlukan sinyal nol dasar saat ini disediakan oleh V _CC yang mengalir melalui R _B . Persimpangan basis emitor bias maju, karena basis positif terhadap emitor.

Nilai yang diperlukan dari arus basis sinyal nol dan karenanya arus kolektor (seperti I _C = βI _B ) dapat dibuat mengalir dengan memilih nilai yang tepat dari resistor basis RB. Karenanya nilai R _B harus diketahui. Gambar di bawah ini menunjukkan bagaimana metode resistor basis dari rangkaian biasing terlihat.

Biarkan I _C menjadi arus kolektor sinyal nol yang diperlukan. Karena itu,

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Mempertimbangkan sirkuit tertutup dari V _CC , basis, emitor dan ground, saat menerapkan hukum tegangan Kirchhoff, kita dapatkan,

$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$

Atau

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$

Karena itu

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$

Karena V _BE umumnya cukup kecil dibandingkan dengan V _CC , yang pertama dapat diabaikan dengan sedikit kesalahan. Kemudian,

$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$

Kita tahu bahwa V _CC adalah kuantitas yang diketahui tetap dan I _B dipilih pada nilai yang sesuai. Karena R _B dapat ditemukan secara langsung, metode ini disebut sebagaifixed bias method.

Faktor stabilitas

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Dalam metode bias bias tetap, I _B tidak tergantung pada I _C sehingga,

$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$

Mengganti nilai di atas pada persamaan sebelumnya,

Faktor stabilitas, $S = \beta + 1$

Jadi faktor stabilitas pada bias tetap adalah (β + 1) yang berarti I _C berubah (β + 1) kali sebanyak perubahan I _CO .

Keuntungan

• Rangkaiannya sederhana.
• Hanya satu resistor R _E diperlukan.
• Kondisi bias diatur dengan mudah.
• Tidak ada efek pembebanan karena tidak ada resistor di persimpangan basis-emitor.

Kekurangan

• Stabilisasinya buruk karena pengembangan panas tidak dapat dihentikan.

• Faktor stabilitas sangat tinggi. Jadi, ada kemungkinan besar pelarian termal.

Karenanya, metode ini jarang digunakan.

Collector to Base Bias

Rangkaian bias kolektor ke basis sama dengan rangkaian bias basis kecuali resistor basis R _B dikembalikan ke kolektor, bukan ke suplai V _CC seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sirkuit ini sangat membantu dalam meningkatkan stabilitas. Jika nilai I _C meningkat, tegangan R _L meningkat dan karenanya V _CE juga meningkat. Hal ini pada gilirannya akan mengurangi arus basis I _B . Tindakan ini agak mengkompensasi peningkatan asli.

Nilai R _{B yang} diperlukan untuk memberikan arus kolektor sinyal nol I _C dapat dihitung sebagai berikut.

Penurunan tegangan di _RL akan

$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$

Dari sosok itu,

$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Atau

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$

Karena itu

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$

Atau

$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$

Menerapkan KVL yang kami miliki

$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Atau

$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$

Karena itu

$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$

Karena V _BE hampir tidak bergantung pada arus kolektor, kita dapatkan

$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$

Kami tahu itu

$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$

Karena itu

$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} \right )}$$

Nilai ini lebih kecil dari (1 + β) yang diperoleh untuk rangkaian bias tetap. Dengan demikian terjadi peningkatan stabilitas.

Sirkuit ini memberikan umpan balik negatif yang mengurangi penguatan penguat. Jadi peningkatan stabilitas kolektor ke rangkaian bias basis diperoleh dengan biaya penguatan tegangan AC.

Biasing dengan resistor Umpan Balik Kolektor

Dalam metode ini, resistor basis R _B memiliki salah satu ujungnya terhubung ke basis dan ujung lainnya ke kolektor sesuai namanya. Di sirkuit ini, arus basis sinyal nol ditentukan oleh V _CB tetapi tidak oleh V _CC .

Jelas bahwa V _CB maju bias pertemuan basis-emitor dan karenanya arus basis I _B mengalir melalui R _B . Ini menyebabkan arus kolektor sinyal nol mengalir di sirkuit. Gambar di bawah ini menunjukkan biasing dengan rangkaian resistor umpan balik kolektor.

Nilai R _{B yang} diperlukan untuk memberikan arus sinyal nol I _C dapat ditentukan sebagai berikut.

$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$

Atau

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$

$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$

Sejak $I_C = \beta I_B$

Kalau tidak,

$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$

Atau

$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$

Sejak

$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$

Dimana

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Secara matematis,

Faktor stabilitas, $S < (\beta + 1)$

Oleh karena itu, metode ini memberikan stabilitas termal yang lebih baik daripada bias tetap.

Nilai titik-Q untuk rangkaian ditampilkan sebagai

$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Keuntungan

• Rangkaiannya sederhana karena hanya membutuhkan satu resistor.
• Sirkuit ini menyediakan beberapa stabilisasi, untuk perubahan yang lebih kecil.

Kekurangan

• Sirkuit tidak memberikan stabilisasi yang baik.
• Sirkuit memberikan umpan balik negatif.

Metode Bias Pembagi Tegangan

Di antara semua metode penyediaan biasing dan stabilisasi, voltage divider bias methodadalah yang paling menonjol. Di sini, dua resistor R ₁ dan R ₂ digunakan, yang dihubungkan ke V _CC dan memberikan bias. Resistor R _{E yang} digunakan dalam emitor memberikan stabilisasi.

Nama pembagi tegangan berasal dari pembagi tegangan yang dibentuk oleh R ₁ dan R ₂ . Penurunan tegangan melintasi maju R ₂ membiaskan sambungan basis-emitor. Hal ini menyebabkan arus basis dan arus kolektor mengalir dalam kondisi sinyal nol. Gambar di bawah ini menunjukkan rangkaian metode bias pembagi tegangan.

Misalkan arus yang mengalir melalui resistansi R ₁ adalah I ₁ . Sebagai dasar saat ini saya _B sangat kecil, oleh karena itu, dapat diasumsikan dengan akurasi yang wajar bahwa arus yang mengalir melalui R ₂ juga saya ₁ .

Sekarang mari kita mencoba untuk menurunkan ekspresi arus kolektor dan tegangan kolektor.

Arus Kolektor, I _C

Dari sirkuit tersebut, terbukti bahwa,

$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$

Oleh karena itu, tegangan pada resistansi R ₂ adalah

$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}\right ) R_2$$

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke rangkaian dasar,

$$V_2 = V_{BE} + V_E$$

$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$

$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Sejak I _E ≈ I _C ,

$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Dari ungkapan di atas, terbukti bahwa I _C tidak bergantung pada β. V _BE sangat kecil sehingga I _C tidak terpengaruh oleh V _BE sama sekali. Jadi I _C di sirkuit ini hampir tidak bergantung pada parameter transistor dan karenanya stabilisasi yang baik tercapai.

Tegangan Kolektor-Emitor, V _CE

Menerapkan hukum tegangan Kirchhoff ke sisi kolektor,

$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$

Sejak I _E ≅ I _C

$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$

$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$

Karena itu,

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$

R _E memberikan stabilisasi yang sangat baik di sirkuit ini.

$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$

Misalkan terjadi kenaikan suhu, maka arus kolektor I _C berkurang, yang menyebabkan penurunan tegangan pada R _E meningkat. Seperti penurunan tegangan R ₂ adalah V ₂ , yang independen dari saya _C , nilai V _BE menurun. Penurunan nilai I _B cenderung mengembalikan I _C ke nilai aslinya.

Faktor Stabilitas

Persamaan untuk Stability factor sirkuit ini diperoleh sebagai

Faktor Stabilitas = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$

$$= (\beta + 1) \times \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$

Dimana

$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$

Jika rasio R ₀ / R _E sangat kecil, maka R0 / RE dapat diabaikan dibandingkan dengan 1 dan faktor stabilitas menjadi

Faktor Stabilitas = $S = (\beta + 1) \times \frac{1}{\beta + 1} = 1$

Ini adalah nilai S sekecil mungkin dan mengarah pada stabilitas termal semaksimal mungkin.

Sejauh ini kita telah melihat teknik stabilisasi yang berbeda. Stabilisasi terjadi karena aksi umpan balik negatif. Umpan balik negatif, meskipun meningkatkan stabilitas titik operasi, itu mengurangi penguatan penguat.

Karena penguatan penguat merupakan pertimbangan yang sangat penting, beberapa teknik kompensasi digunakan untuk mempertahankan bias dan stabilisasi termal yang sangat baik. Sekarang mari kita membahas teknik kompensasi bias seperti itu.

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan

Ini adalah sirkuit yang menerapkan teknik kompensasi menggunakan dioda untuk mengatasi ketidakstabilan bias. Teknik stabilisasi mengacu pada penggunaan rangkaian bias resistif yang memungkinkan I _B bervariasi sehingga I _C relatif konstan.

Ada dua jenis metode kompensasi dioda. Mereka adalah -

• Kompensasi dioda untuk ketidakstabilan karena variasi V _BE
• Kompensasi dioda untuk ketidakstabilan karena variasi I _CO

Mari kita pahami kedua metode kompensasi ini secara rinci.

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan karena Variasi V _BE

Dalam transistor Silicon, perubahan nilai V _BE hasil dalam perubahan saya _C . Dioda dapat digunakan dalam rangkaian emitor untuk mengkompensasi variasi dalam V _BE atau I _CO . Karena dioda dan transistor yang digunakan terbuat dari bahan yang sama, tegangan V _D melintasi dioda memiliki koefisien temperatur yang sama dengan V _BE transistor.

Gambar berikut menunjukkan bias diri dengan stabilisasi dan kompensasi.

Dioda D maju bias oleh sumber V _DD dan resistor R _D . Variasi V _BE terhadap temperatur sama dengan variasi V _D dengan temperatur, sehingga kuantitas (V _BE - V _D ) tetap konstan. Jadi arus I _C tetap konstan meskipun ada variasi dalam V _BE .

Kompensasi Dioda untuk Ketidakstabilan karena Variasi I _CO

Gambar berikut menunjukkan diagram rangkaian penguat transistor dengan dioda D yang digunakan untuk kompensasi variasi I _CO .

Jadi, arus saturasi balik I _O dari dioda akan meningkat dengan suhu pada tingkat yang sama dengan arus saturasi kolektor transistor I _CO .

$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$

Dioda D terbalik bias oleh V _BE dan arus yang melalui itu adalah saturasi balik saat ini saya _O .

Sekarang arus basis adalah,

$$I_B = I - I_O$$

Mengganti nilai di atas dalam ekspresi arus kolektor.

$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$

Jika β ≫ 1,

$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$

Ihampir konstan dan jika I _O dari dioda dan I _CO dari transistor saling melacak pada rentang suhu operasi, maka I _C tetap konstan.

Kompensasi Lainnya

Ada teknik kompensasi lain yang mengacu pada penggunaan perangkat yang peka terhadap suhu seperti dioda, transistor, termistor, Sensor, dll. Untuk mengkompensasi variasi arus.

Ada dua jenis rangkaian yang populer dalam metode ini, satu menggunakan termistor dan yang lainnya menggunakan Sensor. Mari kita lihat.

Kompensasi Termistor

Termistor adalah perangkat yang peka terhadap suhu. Ini memiliki koefisien suhu negatif. Hambatan termistor meningkat ketika suhu menurun dan menurun ketika suhu meningkat. Gambar di bawah ini menunjukkan penguat bias sendiri dengan kompensasi termistor.

Dalam rangkaian penguat, perubahan yang terjadi pada I _CO , V _BE dan β dengan temperatur, meningkatkan arus kolektor. Termistor digunakan untuk meminimalkan kenaikan arus kolektor. Dengan naiknya suhu, ketahanan R _T dari termistor menurun, yang meningkatkan arus melalui itu dan resistor R _E . Sekarang, tegangan yang dikembangkan melintasi R _E meningkat, yang membalikkan bias persimpangan emitor. Bias balik ini begitu tinggi sehingga efek resistor R ₁ dan R _{2 yang} memberikan bias maju juga berkurang. Tindakan ini mengurangi kenaikan arus kolektor.

Dengan demikian sensitivitas suhu termistor mengkompensasi kenaikan arus kolektor, yang terjadi karena suhu.

Kompensasi Sensor

A Sensistor adalah semikonduktor yang sangat doped yang memiliki koefisien suhu positif. Hambatan dari Sensistor meningkat dengan kenaikan suhu dan menurun dengan penurunan suhu. Gambar di bawah ini menunjukkan penguat bias diri dengan kompensasi Sensistor.

Pada gambar di atas, Sensistor dapat ditempatkan secara paralel dengan R ₁ atau paralel dengan R _E . Ketika suhu meningkat, resistansi kombinasi paralel, termistor dan R ₁ meningkat dan penurunan tegangannya juga meningkat. Hal ini mengurangi penurunan tegangan R ₂ . Karena penurunan tegangan ini, bias net forward emitter berkurang. Sebagai akibatnya, I _C menurun.

Oleh karena itu dengan menggunakan Sensor, kenaikan arus kolektor yang disebabkan oleh kenaikan I _CO , V _BE dan β karena suhu, dapat dikendalikan.

Ketahanan Termal

Transistor adalah perangkat yang bergantung pada suhu. Ketika transistor dioperasikan, persimpangan kolektor mendapat aliran elektron yang deras dan karenanya menghasilkan banyak panas. Panas ini jika ditingkatkan lebih jauh dari batas yang diizinkan, merusak sambungan dan dengan demikian transistor.

Untuk melindungi dirinya dari kerusakan, transistor menghilangkan panas dari sambungan ke casing transistor dan dari sana ke udara terbuka yang mengelilinginya.

Misalkan, suhu lingkungan atau suhu udara sekitar = T _A ^o C

Dan, suhu pertemuan kolektor-basis transistor = T _J ^o C

Karena T _J > T _A , perbedaan T _J - T _A lebih besar dari daya yang dihamburkan dalam transistor P _D akan lebih besar. Jadi,

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

Dimana H adalah konstanta proporsionalitas, dan disebut sebagai Thermal resistance.

Resistansi termal adalah resistansi terhadap aliran panas dari sambungan ke udara sekitar. Ini dilambangkan dengan H.

$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$

Satuan H adalah ^o C / watt.

Jika resistansi termal rendah, perpindahan panas dari transistor ke udara, akan mudah. Jika casing transistor lebih besar, pembuangan panas akan lebih baik. Ini dicapai dengan penggunaan Heat sink.

Pendingin

Transistor yang menangani daya yang lebih besar, menghilangkan lebih banyak panas selama operasi. Panas ini jika tidak hilang dengan baik, dapat merusak transistor. Oleh karena itu transistor daya umumnya dipasang pada kotak logam besar untuk menyediakan area yang lebih luas untuk mendapatkan panas yang dipancarkan yang dihasilkan selama operasinya.

Lembaran logam yang membantu menghilangkan panas tambahan dari transistor dikenal sebagai heat sink. Kemampuan heat sink bergantung pada material, volume, luas, bentuk, kontak antara case dan sink, dan pergerakan udara di sekitar sink.

Unit pendingin dipilih setelah mempertimbangkan semua faktor ini. Gambar menunjukkan transistor daya dengan heat sink.

Transistor kecil pada gambar di atas dipasang pada lembaran logam yang lebih besar untuk menghilangkan panasnya, sehingga transistor tidak rusak.

Pelarian Termal

Penggunaan heat sink menghindari masalah Thermal Runaway. Ini adalah situasi di mana peningkatan suhu mengarah pada kondisi yang semakin meningkatkan suhu, menyebabkan kerusakan perangkat itu sendiri. Ini adalah umpan balik positif yang tidak terkendali.

Heat sinkbukan satu-satunya pertimbangan; Faktor lain seperti titik operasi, suhu lingkungan, dan jenis transistor yang digunakan juga dapat menyebabkan pelarian termal.

Kami berharap Anda telah memperoleh pengetahuan yang cukup tentang titik operasi, stabilitasnya, dan teknik kompensasinya pada bab sebelumnya. Sekarang mari kita coba memahami konsep dasar rangkaian penguat dasar.

Sinyal elektronik berisi beberapa informasi yang tidak dapat digunakan jika tidak memiliki kekuatan yang memadai. Proses peningkatan kekuatan sinyal disebut sebagaiAmplification. Hampir semua peralatan elektronik harus menyertakan beberapa cara untuk memperkuat sinyal. Kami menemukan penggunaan amplifier di perangkat medis, peralatan ilmiah, otomatisasi, alat militer, perangkat komunikasi, dan bahkan di peralatan rumah tangga.

Amplifikasi dalam aplikasi praktis dilakukan dengan menggunakan amplifier Multi-tahap. Sejumlah amplifier satu tahap di-cascade untuk membentuk amplifier multi-tahap. Mari kita lihat bagaimana penguat satu tahap dibangun, yang merupakan dasar untuk penguat multi-tahap.

Penguat Transistor satu tahap

Ketika hanya satu transistor dengan sirkuit terkait digunakan untuk memperkuat sinyal lemah, rangkaian ini dikenal sebagai single-stage amplifier.

Menganalisis cara kerja rangkaian amplifier satu tahap, membuat kita mudah untuk memahami pembentukan dan cara kerja rangkaian amplifier multi-tahap. Penguat transistor satu tahap memiliki satu transistor, rangkaian bias, dan komponen tambahan lainnya. Diagram rangkaian berikut menunjukkan bagaimana penguat transistor satu tahap terlihat.

Ketika sinyal input lemah diberikan ke basis transistor seperti yang ditunjukkan pada gambar, sejumlah kecil arus basis mengalir. Karena aksi transistor, arus yang lebih besar mengalir di kolektor transistor. (Karena arus kolektor adalah β kali dari arus basis yang berarti I _C = βI _B ). Sekarang, ketika arus kolektor meningkat, penurunan tegangan pada resistor R _C juga meningkat, yang dikumpulkan sebagai output.

Oleh karena itu, masukan kecil di pangkalan diperkuat sebagai sinyal dengan besaran dan kekuatan yang lebih besar pada keluaran kolektor. Karenanya transistor ini bertindak sebagai penguat.

Rangkaian Praktis Penguat Transistor

Rangkaian penguat transistor praktis seperti yang ditunjukkan di bawah ini, yang merupakan rangkaian biasing pembagi tegangan.

Berbagai elemen rangkaian yang menonjol dan fungsinya dijelaskan di bawah ini.

Sirkuit Biasing

Resistor R ₁ , R ₂ dan R _E membentuk sirkuit biasing dan stabilisasi, yang membantu dalam menetapkan titik operasi yang tepat.

Masukan Kapasitor C _in

Kapasitor ini memasangkan sinyal input ke basis transistor. Input kapasitor C _di memungkinkan sinyal AC, tapi mengisolasi sumber sinyal dari R ₂ . Jika kapasitor ini tidak hadir, sinyal input akan langsung diterapkan, yang mengubah bias di R ₂ .

Kapasitor Kopling C _C

Kapasitor ini ada di ujung satu tahap dan menghubungkannya ke tahap lainnya. Karena menggabungkan dua tahap, hal itu disebut sebagaicoupling capacitor. Kapasitor ini memblokir DC dari satu tahap untuk memasuki tahap lainnya tetapi memungkinkan AC lewat. Oleh karena itu disebut juga sebagaiblocking capacitor.

Karena adanya kopling kapasitor C _C , output melintasi resistor R _L bebas dari tegangan DC kolektor. Jika ini tidak ada, kondisi bias tahap berikutnya akan berubah drastis karena efek shunting dari R _C , karena akan datang secara paralel untuk R ₂ dari tahap berikutnya.

Kapasitor by-pass emitor C _E

Kapasitor ini digunakan secara paralel dengan resistor emitor R _E . Sinyal AC yang diperkuat dilewatkan melalui ini. Jika ini tidak ada, sinyal itu akan melewati R _E yang menghasilkan penurunan tegangan di R _E yang akan memberi umpan balik pada sinyal input yang mengurangi tegangan output.

Load resistor R _L

Hambatan R _{L yang} terhubung pada keluaran disebut sebagaiLoad resistor. Ketika sejumlah tahapan digunakan, maka R _L mewakili resistansi masukan dari tahapan berikutnya.

Berbagai Arus Sirkuit

Mari kita membahas berbagai arus rangkaian dalam rangkaian penguat lengkap. Ini sudah disebutkan pada gambar di atas.

Arus Basis

Ketika tidak ada sinyal yang diterapkan di rangkaian basis, arus basis DC I _B mengalir karena rangkaian biasing. Ketika sinyal AC diterapkan, arus basis AC i _b juga mengalir. Oleh karena itu, dengan penerapan sinyal, arus basis total i _B diberikan oleh

$$i_B = I_B + i_b$$

Kolektor Saat Ini

Ketika tidak ada sinyal yang diterapkan, arus kolektor DC I _C mengalir karena rangkaian biasing. Ketika sinyal AC diterapkan, arus kolektor AC i _c juga mengalir. Oleh karena itu, arus kolektor total i _C diberikan oleh

$$i_C = I_C + i_c$$

Dimana

$I_C = \beta I_B$ = nol arus pengumpul sinyal

$i_c = \beta i_b$ = arus pengumpul karena sinyal

Arus Emitor

Ketika tidak ada sinyal yang diterapkan, arus I _E emitor DC mengalir. Dengan penerapan sinyal, arus emitor total i _E diberikan oleh

$$i_E = I_E + i_e$$

Harus diingat itu

$$I_E = I_B + I_C$$

$$i_e = i_b + i_c$$

Karena arus basis biasanya kecil, perlu dicatat bahwa

$I_E \cong I_C$ dan $i_e \cong i_c$

Ini adalah pertimbangan penting untuk rangkaian praktis penguat transistor. Sekarang beri tahu kami tentang klasifikasi Amplifier.

Sirkuit Amplifier adalah salah satu yang memperkuat sinyal. Tindakan penguat dan pertimbangan penting untuk rangkaian praktis penguat transistor juga dirinci pada bab-bab sebelumnya.

Sekarang mari kita coba memahami klasifikasi amplifier. Amplifier diklasifikasikan menurut banyak pertimbangan.

Berdasarkan jumlah tahapan

Bergantung pada jumlah tahapan Amplifikasi, ada amplifier satu tahap dan amplifier Multi-tahap.

• Single-stage Amplifiers - Ini hanya memiliki satu rangkaian transistor, yang merupakan amplifikasi singlestage.

• Multi-stage Amplifiers - Ini memiliki sirkuit transistor ganda, yang menyediakan penguatan multi-tahap.

Berdasarkan keluarannya

Bergantung pada parameter yang diperkuat pada output, ada penguat tegangan dan daya.

• Voltage Amplifiers - Rangkaian penguat yang meningkatkan level tegangan sinyal input, disebut penguat tegangan.

• Power Amplifiers - Sirkuit penguat yang meningkatkan level daya sinyal input, disebut sebagai penguat daya.

Berdasarkan sinyal masukan

Bergantung pada besarnya sinyal input yang diterapkan, mereka dapat dikategorikan sebagai sinyal kecil dan penguat sinyal besar.

• Small signal Amplifiers - Ketika sinyal input sangat lemah sehingga menghasilkan fluktuasi kecil pada arus kolektor dibandingkan dengan nilai diamnya, penguat dikenal sebagai penguat sinyal kecil.

• Large signal amplifiers - Ketika fluktuasi arus kolektor besar yaitu di luar bagian linier dari karakteristik, penguat dikenal sebagai penguat sinyal besar.

Berdasarkan rentang frekuensi

Bergantung pada rentang frekuensi sinyal yang digunakan, ada penguat audio dan radio.

• Audio Amplifiers - Sirkuit penguat yang memperkuat sinyal yang berada pada rentang frekuensi audio yaitu dari rentang frekuensi 20Hz hingga 20 KHz, disebut sebagai penguat audio.

• Power Amplifiers - Rangkaian penguat yang memperkuat sinyal yang terletak pada rentang frekuensi yang sangat tinggi, disebut sebagai penguat daya.

Berdasarkan Kondisi Biasing

Bergantung pada mode operasinya, ada amplifier kelas A, kelas B, dan kelas C.

• Class A amplifier - Kondisi bias dalam penguat daya kelas A sedemikian rupa sehingga arus kolektor mengalir untuk seluruh sinyal AC yang diterapkan.

• Class B amplifier - Kondisi bias pada penguat daya kelas B sedemikian rupa sehingga arus kolektor mengalir untuk setengah siklus sinyal input AC yang diterapkan.

• Class C amplifier - Kondisi bias pada penguat daya kelas C sedemikian rupa sehingga arus kolektor mengalir kurang dari setengah siklus sinyal input AC yang diterapkan.

• Class AB amplifier - Penguat daya kelas AB adalah salah satu yang dibuat dengan menggabungkan kelas A dan kelas B untuk mendapatkan semua keuntungan dari kedua kelas tersebut dan untuk meminimalkan masalah yang mereka hadapi.

Berdasarkan metode Coupling

Bergantung pada metode kopling satu tahap ke tahap lainnya, ada RC coupled, Transformer coupled dan direct coupled amplifier.

• RC Coupled amplifier - Rangkaian penguat multi-tahap yang digabungkan ke tahap berikutnya menggunakan kombinasi resistor dan kapasitor (RC) dapat disebut sebagai penguat gabungan RC.

• Transformer Coupled amplifier - Rangkaian penguat multi-tahap yang digabungkan ke tahap berikutnya, dengan bantuan transformator, dapat disebut sebagai penguat gabungan Transformer.

• Direct Coupled amplifier - Sebuah rangkaian penguat multi-tahap yang digabungkan ke tahap berikutnya secara langsung, dapat disebut sebagai penguat yang digabungkan langsung.

Berdasarkan Konfigurasi Transistor

Bergantung pada jenis konfigurasi transistor, terdapat amplifier CE CB dan CC.

• CE amplifier - Rangkaian penguat yang dibentuk menggunakan kombinasi transistor konfigurasi CE disebut penguat CE.

• CB amplifier - Rangkaian penguat yang dibentuk dengan menggunakan kombinasi transistor yang dikonfigurasi CB disebut sebagai penguat CB.

• CC amplifier - Rangkaian penguat yang dibentuk menggunakan kombinasi transistor konfigurasi CC disebut penguat CC.

Penguat transistor apa pun, menggunakan transistor untuk memperkuat sinyal yang terhubung di salah satu dari tiga konfigurasi. Untuk penguat, lebih baik jika memiliki impedansi input yang tinggi, untuk menghindari efek pembebanan di sirkuit Multi-tahap dan impedansi output yang lebih rendah, untuk memberikan output maksimum ke beban. Penguatan tegangan dan penguatan daya juga harus tinggi untuk menghasilkan keluaran yang lebih baik.

Mari kita pelajari konfigurasi yang berbeda untuk memahami konfigurasi mana yang lebih cocok untuk transistor untuk bekerja sebagai penguat.

Penguat CB

Rangkaian penguat yang dibentuk dengan menggunakan kombinasi transistor yang dikonfigurasi CB disebut sebagai penguat CB.

Konstruksi

Rangkaian penguat common base menggunakan transistor NPN seperti yang ditunjukkan di bawah ini, sinyal input diterapkan pada sambungan basis emitor dan sinyal keluaran diambil dari sambungan basis kolektor.

Persimpangan basis emitor bias maju oleh V _EE dan pertemuan basis kolektor dibiaskan terbalik oleh V _CC . Titik operasi disesuaikan dengan bantuan resistor Re dan R _c . Jadi nilai I _c , I _b dan I _cb ditentukan oleh V _CC , V _EE , R _e dan R _c .

Operasi

Jika tidak ada masukan yang diterapkan, kondisi diam akan terbentuk dan tidak ada keluaran. Karena V _berada pada negatif terhadap ground, bias maju berkurang, untuk setengah positif dari sinyal input. Sebagai akibatnya, arus basis I _B juga mengalami penurunan.

Gambar di bawah ini menunjukkan penguat CB dengan sirkuit self-bias.

Seperti yang kita ketahui,

$$I_C \cong I_E \cong \beta I_B$$

Arus kolektor dan arus emitor mengalami penurunan.

Penurunan tegangan pada R _C adalah

$$V_C = I_C R_C$$

V _{C ini} juga mengalami penurunan.

Saat I _C R _C menurun, V _CB meningkat. Ini karena,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Dengan demikian, output setengah siklus positif dihasilkan.

Dalam konfigurasi CB, masukan positif menghasilkan keluaran positif dan karenanya masukan dan keluaran berada dalam fase. Jadi, tidak ada pembalikan fasa antara input dan output dalam penguat CB.

Jika konfigurasi CB dipertimbangkan untuk penguatan, ia memiliki impedansi masukan yang rendah dan impedansi keluaran yang tinggi. Penguatan tegangan juga rendah dibandingkan dengan konfigurasi CE. Karenanya amplifier yang dikonfigurasi CB digunakan pada aplikasi frekuensi tinggi.

Penguat CE

Rangkaian penguat yang dibentuk menggunakan kombinasi transistor konfigurasi CE disebut penguat CE.

Konstruksi

Rangkaian penguat common emitter menggunakan transistor NPN seperti yang ditunjukkan di bawah ini, sinyal input diterapkan pada sambungan basis emitor dan sinyal keluaran diambil dari sambungan basis kolektor.

Persimpangan basis emitor bias maju oleh V _EE dan pertemuan basis kolektor dibiaskan terbalik oleh V _CC . Titik operasi disesuaikan dengan bantuan resistor R _e dan R _c . Jadi nilai I _c , I _b dan I _cb ditentukan oleh V _CC , V _EE , R _e dan R _c .

Operasi

Jika tidak ada masukan yang diterapkan, kondisi diam akan terbentuk dan tidak ada keluaran. Ketika setengah positif dari sinyal sedang diterapkan, tegangan antara basis dan emitor V _be meningkat karena sudah positif sehubungan dengan tanah.

Saat bias maju meningkat, arus basis juga meningkat. Karena I _C = βI _B , arus kolektor juga meningkat.

Diagram sirkuit berikut menunjukkan penguat CE dengan sirkuit self-bias.

Arus kolektor ketika mengalir melalui R _C , penurunan tegangan meningkat.

$$V_C = I_C R_C$$

Sebagai akibatnya, tegangan antara kolektor dan emitor berkurang. Karena,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Dengan demikian, tegangan diperkuat muncul di R _C .

Oleh karena itu, dalam penguat CE, sebagai positif akan sinyal muncul sebagai negatif akan sinyal, dapat dipahami bahwa ada pergeseran fasa 180 ^o antara input dan output.

Penguat CE memiliki impedansi masukan yang tinggi dan impedansi keluaran yang lebih rendah daripada penguat CB. Penguatan tegangan dan penguatan daya juga tinggi pada penguat CE dan karenanya ini banyak digunakan dalam penguat Audio.

Penguat CC

Rangkaian penguat yang dibentuk dengan menggunakan kombinasi transistor konfigurasi CC disebut penguat CC.

Konstruksi

Rangkaian penguat common collector menggunakan transistor NPN seperti yang ditunjukkan di bawah ini, sinyal input diterapkan pada sambungan kolektor basis dan sinyal keluaran diambil dari sambungan kolektor emitor.

Persimpangan basis emitor bias maju oleh V _EE dan pertemuan basis kolektor dibiaskan terbalik oleh V _CC . Nilai-Q dari I _b dan I _e diatur oleh R _b dan R _e .

Operasi

Jika tidak ada masukan yang diterapkan, kondisi diam akan terbentuk dan tidak ada keluaran. Ketika setengah positif dari sinyal diterapkan, bias maju meningkat karena V _menjadi positif terhadap kolektor atau ground. Dengan ini, arus basis I _B dan arus kolektor I _C dinaikkan.

Diagram rangkaian berikut menunjukkan penguat CC dengan rangkaian bias sendiri.

Akibatnya, tegangan turun pada R _e yaitu tegangan keluaran dinaikkan. Hasilnya, setengah siklus positif diperoleh. Karena input dan output berada dalam fase, tidak ada pembalikan fase.

Jika konfigurasi CC dipertimbangkan untuk penguatan, meskipun penguat CC memiliki impedansi masukan yang lebih baik dan impedansi keluaran yang lebih rendah daripada penguat CE, penguatan tegangan CC sangat kecil sehingga membatasi aplikasinya hanya untuk pencocokan impedansi.

Perbandingan antara Amplifier CB CE CC

Mari kita bandingkan detail karakteristik amplifier CB, CE, dan CC.

Ciri	CE	CB	CC
Resistensi masukan	Rendah (1K hingga 2K)	Sangat rendah (30-150 Ω)	Tinggi (20-500 KΩ)
Resistensi keluaran	Besar (≈ 50 K)	Tinggi (≈ 500 K)	Rendah (50-1000 KΩ)
Keuntungan saat ini	B tinggi	α <1	Tinggi (1 + β)
Penguatan tegangan	Tinggi (≈ 1500)	Tinggi (≈ 1500)	Kurang dari satu
Penguatan daya	Tinggi (≈ 10.000)	Tinggi (≈ 7500)	Rendah (250-500)
Fase antara input dan output	terbalik	sama	sama

Karena kompatibilitas dan fitur karakteristik, konfigurasi common-emitter banyak digunakan di rangkaian amplifier.

Dalam aplikasi praktis, keluaran dari penguat keadaan tunggal biasanya tidak mencukupi, meskipun itu adalah penguat tegangan atau daya. Karenanya mereka digantikan olehMulti-stage transistor amplifiers.

Dalam penguat multi-tahap, output dari tahap pertama digabungkan ke input tahap berikutnya menggunakan perangkat kopling. Perangkat kopling ini biasanya dapat berupa kapasitor atau transformator. Proses menggabungkan dua tahap penguat menggunakan perangkat kopling dapat disebut sebagaiCascading.

Gambar berikut menunjukkan penguat dua tahap yang terhubung dalam kaskade.

Keuntungan keseluruhan adalah produk dari penguatan voltase dari tahapan individu.

$$A_V = A_{V1} \times A_{V2} = \frac{V_2}{V_1} \times \frac{V_0}{V_2} = \frac{V_0}{V_1}$$

Dimana A _V = Secara keseluruhan gain, A _V1 = Tegangan gain dari 1 ^st panggung, dan A _V2 = Tegangan keuntungan dari 2 ^nd panggung.

Jika ada n jumlah tahap, produk dari keuntungan tegangan tersebut n tahapan akan menjadi keuntungan keseluruhan dari rangkaian penguat multistage itu.

Tujuan perangkat kopling

Tujuan dasar dari perangkat penghubung adalah

• Untuk mentransfer AC dari output satu tahap ke input tahap berikutnya.

• Untuk memblokir DC agar melewati dari output satu tahap ke input tahap berikutnya, yang berarti mengisolasi kondisi DC.

Jenis Kopling

Menggabungkan satu tahap penguat dengan yang lain dalam kaskade, menggunakan perangkat kopling bentuk a Multi-stage amplifier circuit. Adafour metode dasar penggandengan, menggunakan perangkat penggandengan ini seperti resistor, kapasitor, transformator, dll. Mari kita ketahui tentangnya.

Kopling Resistensi-Kapasitansi

Ini adalah metode kopling yang paling banyak digunakan, dibentuk dengan menggunakan sederhana resistor-capacitorkombinasi. Kapasitor yang memungkinkan AC dan blok DC adalah elemen kopling utama yang digunakan di sini.

Kapasitor kopling melewatkan AC dari output satu tahap ke input tahap berikutnya. Sementara memblokir komponen DC dari tegangan bias DC untuk mempengaruhi tahap selanjutnya. Mari kita bahas detail dari metode penggandengan ini di bab-bab selanjutnya.

Kopling Impedansi

Jaringan kopling yang digunakan inductance dan capacitance sebagai elemen kopling dapat disebut sebagai jaringan kopling Impedansi.

Dalam metode kopling impedansi ini, impedansi koil kopling bergantung pada induktansi dan frekuensi sinyalnya jwL. Metode ini tidak begitu populer dan jarang digunakan.

Kopling Transformer

Metode kopling yang menggunakan a transformer as the couplingperangkat dapat disebut sebagai kopling Transformer. Tidak ada kapasitor yang digunakan dalam metode penggandengan ini karena trafo itu sendiri membawa komponen AC langsung ke dasar tahap kedua.

Belitan sekunder transformator menyediakan jalur balik dasar dan karenanya tidak diperlukan resistansi dasar. Kopling ini populer untuk efisiensi dan pencocokan impedansinya dan oleh karena itu banyak digunakan.

Kopling Langsung

Jika tahap penguat sebelumnya terhubung ke tingkat penguat berikutnya secara langsung, itu disebut sebagai direct coupling. Kondisi bias tahapan penguat individu dirancang sedemikian rupa sehingga tahapan dapat langsung dihubungkan tanpa isolasi DC.

Metode kopling langsung banyak digunakan ketika beban dihubungkan secara seri, dengan terminal keluaran dari elemen rangkaian aktif. Misalnya, head-phone, pengeras suara dll.

Peran Kapasitor dalam Amplifier

Selain tujuan kopling, ada tujuan lain di mana beberapa kapasitor secara khusus digunakan dalam amplifier. Untuk memahami ini, beri tahu kami tentang peran kapasitor dalam Amplifier.

Kapasitor Input C _in

Input kapasitor C _di hadir pada tahap awal penguat, pasangan sinyal AC ke dasar transistor. Kapasitor C ini _di jika tidak hadir, sumber sinyal akan secara paralel untuk resistor R ₂ dan tegangan bias basis transistor akan berubah.

Oleh karena itu C _in memungkinkan, sinyal AC dari sumber mengalir ke rangkaian input, tanpa mempengaruhi kondisi bias.

Kapasitor Bypass Emitter C _e

Kapasitor by-pass emitor C _e dihubungkan secara paralel ke resistor emitor. Ini menawarkan jalur reaktansi rendah ke sinyal AC yang diperkuat.

Dengan tidak adanya kapasitor ini, tegangan yang dikembangkan melintasi R _E akan umpan balik ke sisi masukan sehingga mengurangi tegangan keluaran. Jadi dengan adanya C _e , AC yang diperkuat akan melewati ini.

Kapasitor Kopling C _C

Kapasitor C _C adalah kapasitor kopling yang menghubungkan dua tahap dan mencegah interferensi DC antara tahap dan mengontrol titik operasi agar tidak bergeser. Ini juga disebut sebagaiblocking capacitor karena tidak memungkinkan tegangan DC melewatinya.

Dengan tidak adanya kapasitor ini, R _C akan datang secara paralel dengan resistansi R ₁ dari jaringan pembiasan pada tahap berikutnya dan dengan demikian mengubah kondisi pembiasan pada tahap berikutnya.

Pertimbangan Amplifier

Untuk rangkaian penguat, penguatan keseluruhan penguat merupakan pertimbangan penting. Untuk mencapai penguatan tegangan maksimum, mari kita temukan konfigurasi transistor yang paling cocok untuk cascading.

Penguat CC

• Penguatan tegangannya kurang dari satu.
• Ini tidak cocok untuk tahap menengah.

Penguat CB

• Penguatan tegangannya kurang dari satu.
• Karenanya tidak cocok untuk cascading.

Penguat CE

• Penguatan tegangannya lebih besar dari satu.
• Penguatan tegangan selanjutnya ditingkatkan dengan cascading.

Karakteristik penguat CE sedemikian rupa, konfigurasi ini sangat cocok untuk kaskade di rangkaian penguat. Oleh karena itu sebagian besar rangkaian penguat menggunakan konfigurasi CE.

Pada bab selanjutnya dari tutorial ini, kami akan menjelaskan jenis-jenis penguat kopling.

Kopling resistansi-kapasitansi, dalam istilah pendek disebut kopling RC. Ini adalah teknik kopling yang paling banyak digunakan dalam amplifier.

Konstruksi RC Coupled Amplifier dua tahap

Rincian konstruksi rangkaian penguat transistor gabungan RC dua tahap adalah sebagai berikut. Rangkaian amplifier dua tahap memiliki dua transistor, dihubungkan dalam konfigurasi CE dan digunakan catu daya umum V _CC . Jaringan pembagi potensial R ₁ dan R ₂ dan resistor R _e membentuk jaringan biasing dan stabilisasi. Kapasitor by-pass emitor C _e menawarkan jalur reaktansi rendah ke sinyal.

Resistor _RL digunakan sebagai impedansi beban. Input kapasitor C _di hadir pada tahap awal dari pasangan penguat sinyal AC ke dasar transistor. Kapasitor C _C adalah kapasitor kopling yang menghubungkan dua tahap dan mencegah interferensi DC antara tahap dan mengontrol pergeseran titik operasi. Gambar di bawah ini menunjukkan diagram rangkaian penguat gabungan RC.

Pengoperasian RC Coupled Amplifier

Ketika sinyal input AC diterapkan ke basis transistor pertama, itu diperkuat dan muncul pada beban kolektor R _L yang kemudian dilewatkan melalui kapasitor kopling C _C ke tahap berikutnya. Ini menjadi masukan dari tahap berikutnya, yang keluarannya diperkuat lagi muncul di seluruh beban kolektornya. Dengan demikian sinyal diperkuat dalam aksi tahap demi tahap.

Poin penting yang harus dicatat di sini adalah bahwa perolehan total lebih kecil daripada produk dari perolehan tahapan individu. Hal ini dikarenakan ketika tahapan kedua dilakukan untuk mengikuti tahapan pertama, makaeffective load resistancetahap pertama berkurang karena efek shunting dari resistansi masukan tahap kedua. Oleh karena itu, dalam penguat multistage, hanya penguatan pada tahap terakhir yang tidak berubah.

Seperti yang kita pertimbangkan penguat dua tahap di sini, fasa keluaran sama dengan masukan. Karena pembalikan fasa dilakukan dua kali oleh rangkaian penguat dikonfigurasi dua tahap CE.

Respon Frekuensi dari RC Coupled Amplifier

Kurva respon frekuensi adalah grafik yang menunjukkan hubungan antara penguatan tegangan dan fungsi frekuensi. Respon frekuensi dari penguat gabungan RC seperti yang ditunjukkan pada grafik berikut.

Dari grafik di atas diketahui bahwa frekuensi roll off atau turun untuk frekuensi di bawah 50Hz dan untuk frekuensi di atas 20 KHz. sedangkan penguatan tegangan untuk rentang frekuensi antara 50Hz dan 20 KHz adalah konstan.

Kami tahu itu,

$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

Artinya reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan frekuensi.

Pada frekuensi rendah (yaitu di bawah 50 Hz)

Reaktansi kapasitif berbanding terbalik dengan frekuensi. Pada frekuensi rendah, reaktansinya cukup tinggi. Reaktansi kapasitor input C _in dan kapasitor kopling C _C sangat tinggi sehingga hanya sebagian kecil dari sinyal input yang diperbolehkan. Reaktansi emitor by pass kapasitor C _E juga sangat tinggi selama frekuensi rendah. Oleh karena itu, ia tidak dapat memangkas resistansi emitor secara efektif. Dengan semua faktor ini, penguatan voltase turun pada frekuensi rendah.

Pada frekuensi tinggi (yaitu di atas 20 KHz)

Sekali lagi mempertimbangkan hal yang sama, kita tahu bahwa reaktansi kapasitif rendah pada frekuensi tinggi. Jadi, kapasitor berperilaku seperti korsleting, pada frekuensi tinggi. Sebagai akibatnya, efek pembebanan pada tahap berikutnya meningkat, yang mengurangi penguatan tegangan. Bersamaan dengan ini, ketika kapasitansi dioda emitor menurun, itu meningkatkan arus basis transistor yang karenanya penguatan arus (β) berkurang. Oleh karena itu, penguatan tegangan berguling pada frekuensi tinggi.

Pada frekuensi menengah (yaitu 50 Hz hingga 20 KHz)

Gain tegangan kapasitor dipertahankan konstan dalam rentang frekuensi ini, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Jika frekuensi meningkat maka reaktansi kapasitor C _C menurun yang cenderung meningkatkan gain. Tetapi reaktif kapasitansi yang lebih rendah ini meningkatkan efek pembebanan dari tahap berikutnya dimana terdapat pengurangan penguatan.

Karena kedua faktor ini, keuntungan dipertahankan konstan.

Keuntungan dari RC Coupled Amplifier

Berikut ini adalah keuntungan dari RC coupled amplifier.

• Respon frekuensi penguat RC memberikan penguatan konstan pada rentang frekuensi yang luas, oleh karena itu paling cocok untuk aplikasi audio.

• Rangkaiannya sederhana dan memiliki biaya lebih rendah karena menggunakan resistor dan kapasitor yang murah.

• Ini menjadi lebih kompak dengan teknologi peningkatan.

Kekurangan RC Coupled Amplifier

Berikut ini adalah kerugian dari penguat gabungan RC.

• Tegangan dan penguatan daya rendah karena resistansi beban efektif.

• Mereka menjadi berisik seiring bertambahnya usia.

• Karena pencocokan impedansi yang buruk, transfer daya akan rendah.

Aplikasi RC Coupled Amplifier

Berikut ini adalah aplikasi penguat gabungan RC.

• Mereka memiliki fidelitas audio yang sangat baik pada berbagai frekuensi.

• Banyak digunakan sebagai penguat tegangan

• Karena pencocokan impedansi yang buruk, kopling RC jarang digunakan pada tahap akhir.

Kami telah mengamati bahwa kelemahan utama dari penguat berpasangan RC adalah bahwa resistansi beban efektif berkurang. Hal ini karena impedansi masukan sebuah penguat rendah sedangkan impedansi keluarannya tinggi.

Ketika mereka digabungkan untuk membuat penguat multistage, impedansi keluaran tinggi dari satu tahap datang secara paralel dengan impedansi masukan rendah dari tahap berikutnya. Oleh karena itu, tahanan beban efektif berkurang. Masalah ini dapat diatasi dengan atransformer coupled amplifier.

Dalam penguat yang digabungkan dengan transformator, tahapan penguat digabungkan menggunakan transformator. Mari kita masuk ke detail konstruksi dan operasional penguat yang digabungkan transformator.

Pembangunan Transformer Coupled Amplifier

Rangkaian penguat dimana tahap sebelumnya dihubungkan ke tahap selanjutnya menggunakan trafo kopling, disebut sebagai penguat kopling Transformer.

The kopling transformator T ₁ digunakan untuk memberi makan output dari 1 ^st tahap ke input dari 2 ^nd panggung. Beban kolektor digantikan oleh belitan primer transformator. The gulungan sekunder dihubungkan antara pembagi potensial dan dasar 2 ^nd panggung, yang menyediakan input ke 2 ^nd panggung. Alih-alih memasang kapasitor seperti pada penguat berpasangan RC, transformator digunakan untuk menghubungkan dua tahap apa pun, di rangkaian penguat berpasangan transformator.

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram rangkaian penguat gabungan transformator.

Jaringan pembagi potensial R ₁ dan R ₂ dan resistor R _e bersama-sama membentuk jaringan biasing dan stabilisasi. Kapasitor by-pass emitor C _e menawarkan jalur reaktansi rendah ke sinyal. Resistor _RL digunakan sebagai impedansi beban. Input kapasitor C _di hadir pada tahap awal dari pasangan penguat sinyal AC ke dasar transistor. Kapasitor C _C adalah kapasitor kopling yang menghubungkan dua tahap dan mencegah interferensi DC antara tahap dan mengontrol pergeseran titik operasi.

Pengoperasian Transformer Coupled Amplifier

Ketika sinyal AC diterapkan ke input dari basis transistor pertama maka itu diperkuat oleh transistor dan muncul di kolektor tempat transformator utama dihubungkan.

Trafo yang digunakan sebagai perangkat kopling pada rangkaian ini memiliki sifat perubahan impedansi, yang berarti resistansi rendah suatu tahap (atau beban) dapat direfleksikan sebagai tahanan beban yang tinggi terhadap tahap sebelumnya. Oleh karena itu tegangan pada primer ditransfer sesuai dengan rasio putaran dari belitan sekunder transformator.

Kopling transformator ini memberikan pencocokan impedansi yang baik antara tahapan penguat. Penguat yang digabungkan trafo umumnya digunakan untuk penguatan daya.

Respon Frekuensi dari Transformer Coupled Amplifier

Gambar di bawah ini menunjukkan respons frekuensi dari penguat yang digabungkan transformator. Keuntungan penguat konstan hanya untuk rentang frekuensi kecil. Tegangan keluaran sama dengan arus kolektor dikalikan dengan reaktansi primer.

Pada frekuensi rendah, reaktansi primer mulai turun, mengakibatkan penurunan penguatan. Pada frekuensi tinggi, kapasitansi antara belitan belitan bertindak sebagai kondensor bypass untuk mengurangi tegangan keluaran dan karenanya mendapatkan keuntungan.

Jadi, penguatan sinyal audio tidak akan proporsional dan beberapa distorsi juga akan diperkenalkan, yang disebut sebagai Frequency distortion.

Keuntungan dari Transformer Coupled Amplifier

Berikut ini adalah keuntungan dari transformator yang digabungkan penguat -

• Pencocokan impedansi yang sangat baik disediakan.
• Keuntungan yang dicapai lebih tinggi.
• Tidak akan ada kehilangan daya pada resistor kolektor dan basis.
• Efisien dalam pengoperasiannya.

Kekurangan dari Transformer Coupled Amplifier

Berikut ini adalah kerugian dari transformator yang digabungkan penguat -

• Meskipun keuntungannya tinggi, itu sangat bervariasi dengan frekuensi. Oleh karena itu respon frekuensi yang buruk.

• Distorsi frekuensi lebih tinggi.

• Transformator cenderung menghasilkan suara dengung.

• Transformer berukuran besar dan mahal.

Aplikasi

Berikut ini adalah aplikasi penguat kopling transformator -

• Sebagian besar digunakan untuk tujuan pencocokan impedansi.
• Digunakan untuk penguatan daya.
• Digunakan dalam aplikasi yang memerlukan transfer daya maksimum.

Jenis lain dari penguat kopling adalah penguat yang digabungkan langsung, yang terutama digunakan untuk memperkuat frekuensi yang lebih rendah, seperti memperkuat arus foto-listrik atau arus pasangan-termo atau lebih.

Amplifier Gabungan Langsung

Karena tidak ada perangkat kopling yang digunakan, tahap kopling penguat dilakukan secara langsung dan oleh karena itu disebut sebagai Direct coupled amplifier.

Konstruksi

Gambar di bawah ini menunjukkan penguat transistor kopling langsung tiga tahap. Output transistor tahap pertama T ₁ dihubungkan ke input transistor tahap kedua T ₂ .

Transistor pada tahap pertama akan menjadi transistor NPN, sedangkan transistor pada tahap selanjutnya akan menjadi transistor PNP dan seterusnya. Ini karena variasi dalam satu transistor cenderung membatalkan variasi yang lain. Kenaikan arus kolektor dan variasi β dari satu transistor dibatalkan oleh penurunan yang lain.

Operasi

Sinyal input ketika diterapkan di basis transistor T ₁ , itu diperkuat karena aksi transistor dan output yang diperkuat muncul di resistor kolektor R _c transistor T ₁ . Output ini diterapkan ke basis transistor T ₂ yang selanjutnya memperkuat sinyal. Dengan cara ini, sinyal diperkuat dalam rangkaian penguat yang digabungkan langsung.

Keuntungan

Keuntungan dari penguat kopling langsung adalah sebagai berikut.

• Susunan rangkaiannya sederhana karena minimnya penggunaan resistor.

• Rangkaian ini berbiaya rendah karena tidak adanya perangkat kopling yang mahal.

Kekurangan

Kerugian dari penguat yang digabungkan langsung adalah sebagai berikut.

• Itu tidak dapat digunakan untuk memperkuat frekuensi tinggi.
• Titik operasi bergeser karena variasi suhu.

Aplikasi

Aplikasi penguat kopling langsung adalah sebagai berikut.

• Amplifikasi frekuensi rendah.
• Amplifikasi arus rendah.

Perbandingan

Mari kita coba membandingkan karakteristik dari berbagai jenis metode penggandengan yang dibahas sampai sekarang.

S.No	Tertentu	Kopling RC	Kopling Transformer	Kopling Langsung
1	Respon frekuensi	Sangat baik dalam rentang frekuensi audio	Miskin	Terbaik
2	Biaya	Kurang	Lebih	Paling sedikit
3	Ruang dan Berat	Kurang	Lebih	Paling sedikit
4	Pencocokan impedansi	Tidak baik	Luar biasa	Baik
5	Menggunakan	Untuk penguatan tegangan	Untuk amplifikasi daya	Untuk memperkuat frekuensi yang sangat rendah

Dalam praktiknya, penguat apa pun terdiri dari beberapa tahap amplifikasi. Jika kita mempertimbangkan amplifikasi audio, ia memiliki beberapa tahap amplifikasi, tergantung kebutuhan kita.

Penguat Daya

Setelah sinyal audio diubah menjadi sinyal listrik, dilakukan beberapa penguatan tegangan, setelah itu penguatan daya sinyal yang diperkuat dilakukan tepat sebelum tahap pengeras suara. Ini jelas ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sementara penguat tegangan menaikkan level tegangan sinyal, penguat daya menaikkan level daya sinyal. Selain menaikkan level daya, dapat juga dikatakan power amplifier adalah alat yang mengubah daya DC menjadi daya AC dan yang aksinya dikendalikan oleh sinyal input.

Daya DC didistribusikan sesuai dengan relasinya,

Input daya DC = output daya AC + kerugian

Transistor Daya

Untuk penguatan daya seperti itu, transistor normal tidak akan berfungsi. Transistor yang dibuat agar sesuai dengan tujuan penguatan daya disebut sebagai aPower transistor.

Transistor daya berbeda dari transistor lain, dalam faktor-faktor berikut.

• Ukurannya lebih besar, untuk menangani kekuatan besar.

• Daerah kolektor transistor dibuat besar dan heat sink ditempatkan di persimpangan kolektor-basis untuk meminimalkan panas yang dihasilkan.

• Daerah emitor dan basis dari transistor daya sangat terkotori.

• Karena resistansi input yang rendah, itu membutuhkan daya input yang rendah.

Karenanya ada banyak perbedaan dalam penguatan tegangan dan penguatan daya. Jadi, sekarang mari kita coba masuk ke detail untuk memahami perbedaan antara penguat tegangan dan penguat daya.

Perbedaan antara Tegangan dan Penguat Daya

Mari kita coba membedakan antara tegangan dan penguat daya.

Penguat Tegangan

Fungsi penguat tegangan adalah untuk menaikkan level tegangan sinyal. Penguat tegangan dirancang untuk mencapai penguatan tegangan maksimum.

Keuntungan tegangan penguat diberikan oleh

$$A_v = \beta \left (\frac{R_c}{R_{in}} \right )$$

Karakteristik penguat tegangan adalah sebagai berikut -

• Basis transistor harus tipis dan karenanya nilai β harus lebih besar dari 100.

• Hambatan dari input resistor R _di harus rendah bila dibandingkan dengan beban kolektor R _C .

• Beban kolektor R _C harus relatif tinggi. Untuk memungkinkan beban kolektor tinggi, penguat tegangan selalu dioperasikan pada arus kolektor rendah.

• Penguat tegangan digunakan untuk tegangan sinyal kecil.

Penguat Daya

Fungsi power amplifier adalah untuk menaikkan level daya sinyal input. Diperlukan untuk menghasilkan daya dalam jumlah besar dan harus menangani arus besar.

Karakteristik penguat daya adalah sebagai berikut -

• Basis transistor dibuat tebal untuk menangani arus yang besar. Nilai β sedang (β> 100) tinggi.

• Ukuran transistor dibuat lebih besar, untuk menghilangkan lebih banyak panas, yang dihasilkan selama operasi transistor.

• Kopling transformator digunakan untuk pencocokan impedansi.

• Resistensi kolektor dibuat rendah.

Perbandingan antara tegangan dan penguat daya diberikan di bawah ini dalam bentuk tabel.

S.No	Tertentu	Penguat Tegangan	Penguat Daya
1	β	Tinggi (> 100)	Rendah (5 hingga 20)
2	R C	Tinggi (4-10 KΩ)	Rendah (5 hingga 20 Ω)
3	Kopel	Biasanya kopling RC	Kopling trafo selalu ada
4	Tegangan input	Rendah (beberapa m V)	Tinggi (2-4 V)
5	Arus kolektor	Rendah (≈ 1 mA)	Tinggi (> 100 mA)
6	Output daya	Rendah	Tinggi
7	Output impendence	Tinggi (≈ 12 K Ω)	Rendah (200 Ω)

Penguat daya memperkuat level daya sinyal. Amplifikasi ini dilakukan pada tahap terakhir dalam aplikasi audio. Aplikasi yang berhubungan dengan frekuensi radio menggunakan penguat daya radio. Tetapioperating pointtransistor, memainkan peran yang sangat penting dalam menentukan efisiensi penguat. Itumain classification dilakukan berdasarkan mode operasi ini.

Klasifikasi dilakukan berdasarkan frekuensinya dan juga mode operasinya.

Klasifikasi Berdasarkan Frekuensi

Penguat daya dibagi menjadi dua kategori, berdasarkan frekuensi yang ditanganinya. Mereka adalah sebagai berikut.

• Audio Power Amplifiers- Penguat daya audio menaikkan level daya sinyal yang memiliki rentang frekuensi audio (20 Hz hingga 20 KHz). Mereka juga dikenal sebagaiSmall signal power amplifiers.

• Radio Power Amplifiers- Radio Power Amplifier atau penguat daya yang disetel menaikkan level daya sinyal yang memiliki rentang frekuensi radio (3 KHz hingga 300 GHz). Mereka juga dikenal sebagailarge signal power amplifiers.

Klasifikasi Berdasarkan Modus Operasi

Berdasarkan mode operasi, yaitu, bagian dari siklus masukan selama arus kolektor mengalir, penguat daya dapat diklasifikasikan sebagai berikut.

• Class A Power amplifier - Ketika arus kolektor mengalir sepanjang waktu selama siklus penuh sinyal, penguat daya dikenal sebagai class A power amplifier.

• Class B Power amplifier - Ketika arus kolektor mengalir hanya selama setengah siklus positif dari sinyal input, penguat daya dikenal sebagai class B power amplifier.

• Class C Power amplifier - Ketika arus kolektor mengalir kurang dari setengah siklus sinyal input, penguat daya dikenal sebagai class C power amplifier.

Ada bentuk penguat lain yang disebut penguat Kelas AB, jika kita menggabungkan penguat kelas A dan kelas B sehingga dapat memanfaatkan keunggulan keduanya.

Sebelum masuk ke detail amplifier ini, mari kita lihat istilah-istilah penting yang harus diperhatikan untuk menentukan efisiensi sebuah amplifier.

Persyaratan Mempertimbangkan Kinerja

Tujuan utama penguat daya adalah untuk mendapatkan daya keluaran maksimum. Untuk mencapai hal ini, faktor penting yang harus diperhatikan adalah efisiensi kolektor, kemampuan disipasi daya dan distorsi. Mari kita bahas secara detail.

Efisiensi Kolektor

Ini menjelaskan seberapa baik sebuah amplifier mengubah daya DC menjadi daya AC. Ketika suplai DC diberikan oleh baterai tetapi tidak ada input sinyal AC yang diberikan, output kolektor pada kondisi seperti itu diamati sebagaicollector efficiency.

Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai

$$\eta = \frac{average\: a.c \: power \: output}{average \: d.c \: power\: input\: to \: transistor}$$

Misalnya, jika baterai menyuplai daya 15W dan output AC 3W. Maka efisiensi transistor akan menjadi 20%.

Tujuan utama penguat daya adalah untuk mendapatkan efisiensi kolektor yang maksimum. Oleh karena itu, semakin tinggi nilai efisiensi kolektor, maka akan semakin efisien penguatnya.

Kapasitas Pembuangan Daya

Setiap transistor menjadi panas selama operasinya. Saat transistor daya menangani arus besar, ia menjadi lebih panas. Panas ini meningkatkan suhu transistor, yang mengubah titik operasi transistor.

Jadi, untuk menjaga kestabilan titik operasi, suhu transistor harus dijaga dalam batas yang diizinkan. Untuk ini, panas yang dihasilkan harus dihilangkan. Kapasitas seperti itu disebut kemampuan disipasi daya.

Power dissipation capabilitydapat didefinisikan sebagai kemampuan transistor daya untuk menghilangkan panas yang berkembang di dalamnya. Casing logam yang disebut heat sink digunakan untuk menghilangkan panas yang dihasilkan dalam transistor daya.

Distorsi

Transistor adalah perangkat non-linier. Jika dibandingkan dengan input, terdapat sedikit variasi pada output. Dalam penguat tegangan, masalah ini tidak dominan karena arus kecil digunakan. Tetapi dalam penguat daya, karena arus besar digunakan, masalah distorsi pasti muncul.

Distortiondidefinisikan sebagai perubahan bentuk gelombang keluaran dari bentuk gelombang masukan penguat. Penguat yang memiliki distorsi lebih rendah, menghasilkan keluaran yang lebih baik dan karenanya dianggap efisien.

Kami telah menemukan detail bias transistor, yang sangat penting untuk pengoperasian transistor sebagai penguat. Oleh karena itu untuk mencapai penguatan yang tepat, bias transistor harus dilakukan sedemikian rupa sehingga penguat beroperasi pada wilayah linier.

Penguat daya Kelas A adalah penguat daya yang arus keluarannya mengalir untuk seluruh siklus catu masukan AC. Oleh karena itu, sinyal lengkap yang ada pada masukan diperkuat pada keluaran. Gambar berikut menunjukkan diagram rangkaian untuk penguat Daya Kelas A.

Dari gambar di atas dapat dilihat bahwa trafo berada pada kolektor sebagai beban. Penggunaan transformator memungkinkan pencocokan impedansi, menghasilkan pemindahan daya maksimum ke beban misalnya pengeras suara.

Titik operasi penguat ini ada di wilayah linier. Ini dipilih sehingga arus mengalir untuk seluruh siklus input ac. Gambar di bawah menjelaskan pemilihan titik operasi.

Karakteristik keluaran dengan titik operasi Q ditunjukkan pada gambar di atas. Di sini (I _c ) _Q dan (V _ce ) _Q mewakili tidak ada arus kolektor sinyal dan tegangan antara kolektor dan emitor masing-masing. Ketika sinyal diterapkan, titik-Q bergeser ke Q ₁ dan Q ₂ . Arus keluaran meningkat ke (I _c ) _max dan turun ke (I _c ) _min . Demikian pula, tegangan kolektor-emitor meningkat menjadi (V _ce ) _maks dan turun ke (V _ce ) _min .

Daya DC yang diambil dari baterai kolektor V _cc diberikan oleh

$$P_{in} = voltage \times current = V_{CC}(I_C)_Q$$

Kekuatan ini digunakan di dua bagian berikut -

• Daya yang hilang dalam beban kolektor sebagai panas diberikan oleh

$$P_{RC} = (current)^2 \times resistance = (I_C)^2_Q R_C$$

• Daya yang diberikan ke transistor diberikan oleh

$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$

Ketika sinyal diterapkan, daya yang diberikan ke transistor digunakan di dua bagian berikut -

• Daya AC dikembangkan melintasi resistor beban RC yang merupakan output daya ac.

  $$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$

  Dimana I adalah nilai RMS arus keluaran ac melalui beban, V adalah nilai RMS dari tegangan ac, dan V_m adalah nilai maksimum V.

• Daya DC yang dihamburkan oleh transistor (daerah kolektor) dalam bentuk panas, yaitu (P _C ) _dc

Kami telah mewakili seluruh aliran daya dalam diagram berikut.

Penguat daya kelas A ini dapat memperkuat sinyal kecil dengan distorsi paling kecil dan keluarannya akan menjadi replika masukan yang tepat dengan kekuatan yang ditingkatkan.

Let us now try to draw some expressions to represent efficiencies.

Efisiensi Keseluruhan

Efisiensi keseluruhan dari rangkaian penguat diberikan oleh

$$(\eta)_{overall} = \frac{a.c \: power \:delivered\: to \: the\: load}{total \: power\: delivered \: by \: d.c\: supply}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

Efisiensi Kolektor

Efisiensi kolektor dari transistor didefinisikan sebagai

$$(\eta)_{collector} = \frac{average\: a.c \: power \:output}{average \:d.c\: power\: input\: to\: transistor}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$

Ekspresi untuk efisiensi keseluruhan

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$

$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$

$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$

Karena itu

$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$

Keuntungan Penguat Kelas A.

Keuntungan dari penguat daya Kelas A adalah sebagai berikut -

• Arus mengalir untuk siklus input lengkap
• Itu dapat memperkuat sinyal kecil
• Outputnya sama dengan input
• Tidak ada distorsi

Kekurangan Amplifier Kelas A.

Keuntungan dari penguat daya Kelas A adalah sebagai berikut -

• Output daya rendah
• Efisiensi kolektor rendah

Penguat daya kelas A seperti yang dibahas pada bab sebelumnya, adalah rangkaian tempat arus keluaran mengalir untuk seluruh siklus catu masukan AC. Kami juga telah mempelajari tentang kerugian yang dimilikinya seperti daya keluaran yang rendah dan efisiensi. Untuk meminimalkan efek tersebut, transformator yang digabungkan dengan penguat daya kelas A telah diperkenalkan.

Itu construction of class A power amplifierdapat dipahami dengan bantuan gambar di bawah ini. Ini mirip dengan rangkaian penguat normal tetapi terhubung dengan transformator di beban kolektor.

Di sini R ₁ dan R ₂ memberikan pengaturan pembagi potensial. Resistor Re memberikan stabilisasi, C _e adalah kapasitor bypass dan R _e untuk mencegah tegangan ac. Trafo yang digunakan disini adalah trafo step down.

Primer impedansi tinggi transformator dihubungkan ke rangkaian kolektor impedansi tinggi. Impedansi rendah sekunder dihubungkan ke beban (umumnya pengeras suara).

Tindakan Transformer

Trafo yang digunakan dalam rangkaian kolektor adalah untuk pencocokan impedansi. R _L adalah beban yang terhubung pada transformator sekunder. R _L 'adalah beban pantulan di primer transformator.

Jumlah belokan di primer adalah n ₁ dan sekunder adalah n ₂ . Misalkan V ₁ dan V ₂ menjadi tegangan primer dan sekunder dan I ₁ dan I ₂ masing-masing menjadi arus primer dan sekunder. Gambar di bawah ini menunjukkan trafo dengan jelas.

Kami tahu itu

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}\: and\: \frac{I_1}{I_2} = \frac{n_1}{n_2}$$

Atau

$$V_1 = \frac{n_1}{n_2}V_2 \: and\: I_1 = \frac{n_1}{n_2}I_2$$

Karenanya

$$\frac{V_1}{I_1} = \left ( \frac{n_1}{n_2} \right )^2 \frac{V_2}{I_2}$$

Tapi V ₁ / I ₁ = R _L '= resistansi masukan efektif

Dan V ₂ / I ₂ = R _L = resistansi keluaran efektif

Karena itu,

$$R_L’ = \left ( \frac{n_1}{n_2}\right )^2 R_L = n^2 R_L$$

Dimana

$$n = \frac{number \: of \: turns \: in \: primary}{number\: of\: turns\: in\: secondary} = \frac{n_1}{n_2}$$

Penguat daya dapat dicocokkan dengan mengambil rasio putaran yang tepat pada transformator step down.

Operasi Sirkuit

Jika nilai puncak arus kolektor akibat sinyal sama dengan arus kolektor sinyal nol, maka diperoleh keluaran daya ac maksimum. Jadi, untuk mencapai amplifikasi lengkap, titik operasi harus terletak di tengah garis beban.

Titik operasi jelas bervariasi ketika sinyal diterapkan. Tegangan kolektor bervariasi dalam fase yang berlawanan dengan arus kolektor. Variasi tegangan kolektor muncul di primer transformator.

Analisis Sirkuit

Kehilangan daya pada primer diasumsikan dapat diabaikan, karena resistansinya sangat kecil.

Daya input dalam kondisi dc akan menjadi

$$(P_{in})_{dc} = (P_{tr})_{dc} = V_{CC} \times (I_C)_Q$$

Di bawah kapasitas maksimum penguat kelas A, tegangan berayun dari (V _ce ) _maks ke nol dan arus dari (I _c ) _maks ke nol.

Karenanya

$$V_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(V_{ce})_{max}}{2}\right ] = \frac{2V_{CC}}{2\sqrt{2}} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}}$$

$$I_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(I_C)_{max}}{2}\right ] = \frac{2(I_C)_Q}{2\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}}$$

Karena itu,

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} \times \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2}$$

Karena itu,

Efisiensi Kolektor = $\frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$

Atau,

$$(\eta)_{collector} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2 \times V_{CC} \times (I_C)_Q} = \frac{1}{2}$$

$$= \frac{1}{2} \times 100 = 50\%$$

Efisiensi penguat daya kelas A hampir dari 30% sedangkan itu telah ditingkatkan menjadi 50% dengan menggunakan penguat daya kelas A yang digabungkan dengan transformator.

Keuntungan

Keunggulan dari penguat daya transformator coupled kelas A adalah sebagai berikut.

• Tidak ada kehilangan daya sinyal di resistor basis atau kolektor.
• Pencocokan impedansi yang sangat baik tercapai.
• Keuntungan tinggi.
• Isolasi DC disediakan.

Kekurangan

Kerugian dari transformator yang digabungkan dengan penguat daya kelas A adalah sebagai berikut.

• Sinyal frekuensi rendah kurang diperkuat secara komparatif.
• Kebisingan hum diperkenalkan oleh transformator.
• Transformer berukuran besar dan mahal.
• Respon frekuensi yang buruk.

Aplikasi

Aplikasi transformator coupled penguat daya kelas A adalah sebagai berikut.

• Sirkuit ini adalah di mana pencocokan impedansi adalah kriteria utama.

• Ini digunakan sebagai penguat driver dan terkadang sebagai penguat keluaran.

Sejauh ini, kita telah melihat dua jenis power amplifier kelas A. Masalah utama yang harus ditangani adalah keluaran daya yang rendah dan efisiensi. Dimungkinkan untuk mendapatkan keluaran daya dan efisiensi yang lebih besar daripada penguat Kelas A dengan menggunakan pasangan transistor kombinasional yang disebut sebagaiPush-Pull konfigurasi.

Pada rangkaian ini, kami menggunakan dua transistor komplementer pada tahap output dengan satu transistor menjadi tipe NPN atau N-channel sedangkan transistor lainnya adalah tipe PNP atau P-channel (komplemen) yang dihubungkan untuk mengoperasikannya seperti PUSH a transistor to ON dan PULL another transistor to OFFpada waktu bersamaan. Konfigurasi push-pull ini dapat dibuat di amplifier kelas A, kelas B, kelas C, atau kelas AB.

Konstruksi Penguat Daya Kelas A Dorong-Tarik

Konstruksi rangkaian power amplifier kelas A dengan konfigurasi push-pull ditunjukkan seperti pada gambar di bawah ini. Pengaturan ini terutama mengurangi distorsi harmonik yang disebabkan oleh non-linearitas dari karakteristik transfer penguat transistor tunggal.

Dalam pengaturan Push-pull, dua transistor identik T ₁ dan T ₂ memiliki terminal emitor yang disingkat. Sinyal input diterapkan ke transistor melalui transformator T _r1 yang memberikan sinyal polaritas berlawanan ke kedua basis transistor. Kolektor dari kedua transistor terhubung ke primer transformator keluaran T _r2 . Kedua trafo berada di tengah. Suplai V _CC diberikan ke kolektor dari kedua transistor melalui primer dari trafo keluaran.

Resistor R ₁ dan R ₂ menyediakan pengaturan biasing. Beban umumnya berupa pengeras suara yang dihubungkan melalui transformator keluaran sekunder. Rasio putaran dari trafo keluaran dipilih sedemikian rupa sehingga beban cocok dengan impedansi keluaran dari transistor. Jadi daya maksimum dikirim ke beban oleh amplifier.

Operasi Sirkuit

Keluaran dikumpulkan dari transformator keluaran T _r2 . Primer transformator T _r2 ini praktis tidak memiliki komponen dc yang melaluinya. Transistor T ₁ dan T ₂ memiliki kolektor yang terhubung ke primer transformator T _r2 sehingga arusnya sama besarnya dan mengalir dalam arah yang berlawanan melalui primer transformator T _r2 .

Ketika sinyal input ac diterapkan, basis transistor T ₁ lebih positif sedangkan basis transistor T ₂ kurang positif. Oleh karena itu arus kolektor i _c1 dari transistor T ₁ meningkat sedangkan arus kolektor i _c2 dari transistor T ₂ berkurang. Arus ini mengalir dalam arah yang berlawanan dalam dua bagian primer transformator keluaran. Selain itu, fluks yang dihasilkan oleh arus tersebut juga akan berlawanan arah.

Oleh karena itu, tegangan yang melintasi beban akan menjadi tegangan induksi yang besarnya akan sebanding dengan perbedaan arus kolektor yaitu

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Demikian pula, untuk sinyal input negatif, arus kolektor i _c2 akan lebih dari i _c1 . Dalam hal ini, tegangan yang dikembangkan melintasi beban akan disebabkan oleh perbedaan

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Sebagai $i_{c2} > i_{c1}$

Polaritas tegangan yang diinduksi melintasi beban akan dibalik.

$$i_{c1} - i_{c2} = i_{c1} + (-i_{c2})$$

Untuk lebih memahami, mari kita perhatikan gambar di bawah ini.

Hasil operasi keseluruhan dalam tegangan ac yang diinduksi di sekunder transformator keluaran dan karenanya daya ac dikirim ke beban itu.

Dapat dipahami bahwa, selama setengah siklus sinyal input tertentu, satu transistor digerakkan (atau didorong) jauh ke dalam konduksi sementara yang lain non-konduksi (ditarik keluar). Maka namaPush-pull amplifier. Distorsi harmonik pada penguat Push-pull diminimalkan sedemikian rupa sehingga semua harmonik yang merata dihilangkan.

Keuntungan

Kelebihan dari penguat Push-pull kelas A adalah sebagai berikut

• Output ac tinggi diperoleh.

• Outputnya bahkan bebas dari harmonisa.

• Pengaruh tegangan riak diseimbangkan. Ini ada di catu daya karena penyaringan yang tidak memadai.

Kekurangan

Kerugian dari penguat push-pull kelas A adalah sebagai berikut

• Transistor harus identik, untuk menghasilkan amplifikasi yang sama.
• Penyadapan tengah diperlukan untuk transformator.
• Trafo berukuran besar dan mahal.

Ketika arus kolektor mengalir hanya selama setengah siklus positif dari sinyal input, penguat daya dikenal sebagai class B power amplifier.

Operasi Kelas B

Biasing transistor pada operasi kelas B sedemikian rupa sehingga pada kondisi sinyal nol, tidak ada arus kolektor. Ituoperating pointdipilih untuk berada pada tegangan potong kolektor. Jadi, saat sinyal diterapkan,only the positive half cycle diperkuat pada keluaran.

Gambar di bawah ini menunjukkan bentuk gelombang input dan output selama operasi kelas B.

Ketika sinyal diterapkan, rangkaian bias maju untuk setengah siklus positif dari input dan karenanya arus kolektor mengalir. Tetapi selama setengah siklus negatif input, rangkaian bias balik dan arus kolektor tidak akan ada. Karenanyaonly the positive half cycle diperkuat pada keluaran.

Karena setengah siklus negatif sama sekali tidak ada, distorsi sinyal akan tinggi. Juga, ketika sinyal yang diterapkan meningkat, disipasi daya akan lebih banyak. Tetapi jika dibandingkan dengan penguat daya kelas A, efisiensi keluarannya meningkat.

Nah, untuk meminimalkan kerugian dan mencapai distorsi rendah, efisiensi tinggi, dan daya keluaran tinggi, konfigurasi dorong-tarik digunakan pada penguat kelas B.

Amplifier Dorong-Tarik Kelas B.

Meskipun efisiensi penguat daya kelas B lebih tinggi daripada kelas A, karena hanya satu setengah siklus input yang digunakan, distorsinya tinggi. Selain itu, daya input tidak digunakan sepenuhnya. Untuk mengatasi masalah ini, konfigurasi dorong-tarik diperkenalkan di penguat kelas B.

Konstruksi

Rangkaian penguat daya kelas B dorong-tarik terdiri dari dua transistor identik T ₁ dan T ₂ yang basisnya terhubung ke sekunder dari transformator masukan _{tapping tengah} T _r1 . Emitter disingkat dan kolektor diberi pasokan V _CC melalui primer transformator keluaran T _r2 .

Susunan rangkaian penguat dorong-tarik kelas B, sama dengan penguat dorong-tarik kelas A kecuali bahwa transistor bias saat terputus, daripada menggunakan resistor bias. Gambar di bawah ini memberikan perincian konstruksi penguat daya kelas B push-pull.

Operasi rangkaian penguat tarik dorong kelas B dirinci di bawah ini.

Operasi

Rangkaian penguat dorong-tarik kelas B yang ditunjukkan pada gambar di atas menjelaskan bahwa kedua transformator berada di tengah-tengah. Ketika tidak ada sinyal yang diterapkan pada input, transistor T ₁ dan T ₂ berada dalam kondisi terputus dan karenanya tidak ada arus kolektor yang mengalir. Karena tidak ada arus yang ditarik dari V _CC , tidak ada daya yang terbuang.

Ketika sinyal input diberikan, itu diterapkan ke transformator input T _r1 yang membagi sinyal menjadi dua sinyal yang berada di luar fasa 180 ^o satu sama lain. Kedua sinyal ini diberikan ke dua transistor identik T ₁ dan T ₂ . Untuk setengah siklus positif, basis transistor T ₁ menjadi positif dan arus kolektor mengalir. Pada saat yang sama, transistor T ₂ memiliki setengah siklus negatif, yang membuat transistor T _{2 berada} dalam kondisi terputus dan karenanya tidak ada arus kolektor yang mengalir. Bentuk gelombang yang dihasilkan seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Untuk setengah siklus berikutnya, transistor T ₁ berada dalam kondisi terputus dan transistor T ₂ masuk ke konduksi, untuk menyumbang keluaran. Karenanya untuk kedua siklus, masing-masing transistor berjalan secara bergantian. Trafo keluaran T _r3 berfungsi untuk menggabungkan dua arus yang menghasilkan bentuk gelombang keluaran yang hampir tidak terdistorsi.

Efisiensi Daya Amplifier Dorong-Tarik Kelas B.

Arus pada masing-masing transistor merupakan nilai rata-rata dari loop setengah sinus.

Untuk loop setengah sinus, I _dc diberikan oleh

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

Karena itu,

$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$

Di sini faktor 2 diperkenalkan karena ada dua transistor dalam penguat dorong-tarik.

Nilai RMS arus kolektor = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

Nilai RMS tegangan keluaran = $V_{CC} / \sqrt{2}$

Dalam kondisi ideal tenaga maksimum

Karena itu,

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$

Sekarang efisiensi maksimum secara keseluruhan

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

Efisiensi kolektor akan sama.

Oleh karena itu penguat dorong-tarik kelas B meningkatkan efisiensi daripada penguat dorong-tarik kelas A.

Amplifier Kelas B Dorong-Tarik Simetri Pelengkap

Penguat dorong tarik yang baru saja dibahas meningkatkan efisiensi tetapi penggunaan transformator yang disadap tengah membuat rangkaian menjadi besar, berat dan mahal. Untuk membuat rangkaian sederhana dan untuk meningkatkan efisiensi, transistor yang digunakan dapat dilengkapi, seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian berikut.

Rangkaian di atas menggunakan transistor NPN dan transistor PNP yang terhubung dalam konfigurasi push pull. Ketika sinyal input diterapkan, selama setengah siklus positif dari sinyal input, transistor NPN bekerja dan transistor PNP terputus. Selama setengah siklus negatif, transistor NPN terputus dan transistor PNP bekerja.

Dengan cara ini, transistor NPN menguat selama setengah siklus input positif, sedangkan transistor PNP menguat selama setengah siklus input negatif. Karena transistor keduanya saling melengkapi, namun bertindak secara simetris saat dihubungkan dalam konfigurasi tarikan dorong kelas B, rangkaian ini disebut sebagaiComplementary symmetry push pull class B amplifier.

Keuntungan

Keunggulan dari penguat kelas B tipe B simetri push pull adalah sebagai berikut.

• Karena tidak perlu trafo center tap, bobot dan biaya berkurang.

• Tegangan sinyal input yang sama dan berlawanan tidak diperlukan.

Kekurangan

Kerugian dari penguat kelas B simetri push pull komplementer adalah sebagai berikut.

• Sulit untuk mendapatkan sepasang transistor (NPN dan PNP) yang memiliki karakteristik serupa.

• Kami membutuhkan tegangan suplai positif dan negatif.

Penguat kelas A dan kelas B yang dibahas sejauh ini memiliki beberapa keterbatasan. Mari kita sekarang mencoba menggabungkan keduanya untuk mendapatkan rangkaian baru yang akan memiliki semua keuntungan dari penguat kelas A dan kelas B tanpa inefisiensi mereka. Sebelumnya, mari kita bahas masalah penting lainnya, yaituCross over distortion, hasil pertemuan kelas B.

Distorsi Silang

Pada konfigurasi dorong-tarik, dua transistor identik masuk ke dalam konduksi, satu per satu dan keluaran yang dihasilkan akan menjadi kombinasi keduanya.

Ketika sinyal berubah atau melintasi dari satu transistor ke transistor lain pada titik tegangan nol, itu menghasilkan sejumlah distorsi ke bentuk gelombang keluaran. Agar transistor dapat bekerja, sambungan basis emitor harus melewati 0.7v, tegangan cut off. Waktu yang dibutuhkan transistor untuk ON dari OFF atau OFF dari status ON disebuttransition period.

Pada titik tegangan nol, periode transisi pengalihan transistor dari satu ke yang lain, memiliki efek yang mengarah ke kejadian di mana kedua transistor dalam keadaan OFF pada satu waktu. Contoh seperti itu bisa disebut sebagaiFlat spot atau Dead band pada bentuk gelombang keluaran.

Gambar di atas dengan jelas menunjukkan distorsi silang yang menonjol dalam bentuk gelombang keluaran. Inilah kelemahan utamanya. Efek distorsi silang ini juga mengurangi nilai puncak ke puncak keseluruhan dari bentuk gelombang keluaran yang pada gilirannya mengurangi keluaran daya maksimum. Ini dapat lebih jelas dipahami melalui karakteristik non-linier dari bentuk gelombang seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Dapat dipahami bahwa distorsi silang ini kurang terlihat untuk sinyal masukan besar, karena menyebabkan gangguan parah untuk sinyal masukan kecil. Distorsi silang ini dapat dihilangkan jika konduksi penguat lebih dari satu setengah siklus, sehingga kedua transistor tidak akan OFF pada saat yang bersamaan.

Ide ini mengarah pada penemuan penguat kelas AB, yang merupakan kombinasi dari penguat kelas A dan kelas B, seperti yang dibahas di bawah ini.

Penguat Daya Kelas AB

Sesuai dengan namanya, class AB merupakan gabungan dari tipe amplifier class A dan class B. Karena kelas A memiliki masalah efisiensi rendah dan kelas B memiliki masalah distorsi, kelas AB ini muncul untuk menghilangkan kedua masalah tersebut, dengan memanfaatkan keunggulan kedua kelas tersebut.

Distorsi silang adalah masalah yang terjadi ketika kedua transistor MATI pada saat yang sama, selama periode transisi. Untuk menghilangkan ini, kondisi harus dipilih untuk lebih dari satu setengah siklus. Oleh karena itu, transistor lain masuk ke konduksi, sebelum transistor operasi beralih ke keadaan putus. Ini dicapai hanya dengan menggunakan konfigurasi kelas AB, seperti yang ditunjukkan pada diagram sirkuit berikut.

Oleh karena itu, dalam desain penguat kelas AB, masing-masing transistor dorong-tarik berjalan sedikit lebih dari setengah siklus konduksi di kelas B, tetapi jauh lebih sedikit daripada siklus penuh konduksi kelas A.

Sudut konduksi penguat kelas AB berada di antara 180 ^o hingga 360 ^o tergantung pada titik operasi yang dipilih. Ini dipahami dengan bantuan gambar di bawah ini.

Tegangan bias kecil yang diberikan menggunakan dioda D ₁ dan D ₂ , seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, membantu titik operasi berada di atas titik potong. Oleh karena itu bentuk gelombang keluaran hasil kelas AB seperti yang terlihat pada gambar di atas. Distorsi crossover yang dibuat oleh kelas B diatasi oleh kelas AB ini, serta inefisiensi kelas A dan B tidak mempengaruhi rangkaian.

Jadi, kelas AB adalah kompromi yang baik antara kelas A dan kelas B dalam hal efisiensi dan linieritas dengan efisiensi mencapai sekitar 50% hingga 60%. Penguat kelas A, B dan AB disebut sebagailinear amplifiers karena amplitudo dan fasa sinyal keluaran secara linier berhubungan dengan amplitudo dan fasa sinyal masukan.

Penguat Daya Kelas C.

Ketika arus kolektor mengalir kurang dari setengah siklus sinyal input, penguat daya dikenal sebagai class C power amplifier.

Efisiensi penguat kelas C tinggi sementara linieritas buruk. Sudut konduksi untuk kelas C kurang dari 180 ^o . Biasanya sekitar 90 ^o , yang berarti transistor tetap diam selama lebih dari setengah sinyal input. Jadi, arus keluaran akan dikirimkan lebih sedikit dibandingkan dengan penerapan sinyal masukan.

Gambar berikut menunjukkan titik operasi dan keluaran penguat kelas C.

Biasing semacam ini memberikan efisiensi yang jauh lebih baik sekitar 80% ke penguat, tetapi menyebabkan distorsi berat pada sinyal keluaran. Menggunakan penguat kelas C, pulsa yang dihasilkan pada outputnya dapat diubah menjadi gelombang sinus lengkap dari frekuensi tertentu dengan menggunakan rangkaian LC di rangkaian kolektornya.

Jenis amplifier yang telah kita bahas sejauh ini tidak dapat bekerja secara efektif pada frekuensi radio, walaupun bagus pada frekuensi audio. Juga, penguatan penguat ini sedemikian rupa sehingga tidak akan bervariasi sesuai dengan frekuensi sinyal, dalam rentang yang luas. Hal ini memungkinkan penguatan sinyal secara merata pada rentang frekuensi dan tidak mengizinkan pemilihan frekuensi tertentu yang diinginkan sementara menolak frekuensi lainnya.

Jadi, ada kebutuhan akan rangkaian yang dapat memilih sekaligus memperkuat. Jadi, rangkaian penguat bersama dengan pilihan, seperti rangkaian yang disetel membuat aTuned amplifier.

Apa itu Amplifier Teratur?

Amplifier yang disetel adalah amplifier yang digunakan untuk tujuan tuning. Tuning berarti memilih. Di antara sekumpulan frekuensi yang tersedia, jika terjadi kebutuhan untuk memilih frekuensi tertentu, sementara menolak semua frekuensi lain, proses seperti itu disebutSelection. Seleksi ini dilakukan dengan menggunakan sirkuit yang disebut sebagaiTuned circuit.

Ketika rangkaian penguat memiliki beban yang diganti dengan rangkaian yang disetel, penguat seperti itu dapat disebut sebagai a Tuned amplifier circuit. Rangkaian penguat dasar yang disetel terlihat seperti yang ditunjukkan di bawah ini.

Rangkaian tuner tidak lain adalah rangkaian LC yang disebut juga sebagai resonant atau tank circuit. Ini memilih frekuensi. Sirkuit yang disetel mampu memperkuat sinyal melalui pita frekuensi sempit yang berpusat pada frekuensi resonansi.

Ketika reaktansi induktor menyeimbangkan reaktansi kapasitor, dalam rangkaian yang disetel pada beberapa frekuensi, frekuensi seperti itu dapat disebut sebagai resonant frequency. Ini dilambangkan denganf_r.

Rumus resonansi adalah

$$2 \pi f_L = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Jenis Sirkuit Tuned

Sirkuit tuned dapat berupa rangkaian tuned seri (rangkaian resonansi seri) atau rangkaian tuned paralel (rangkaian resonansi paralel) sesuai dengan jenis koneksinya ke rangkaian utama.

Series Tuned Circuit

Induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara seri membuat rangkaian disetel seri, seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian berikut.

Pada frekuensi resonansi, rangkaian resonansi seri menawarkan impedansi rendah yang memungkinkan arus tinggi melewatinya. Rangkaian resonansi seri menawarkan impedansi yang semakin tinggi ke frekuensi yang jauh dari frekuensi resonansi.

Sirkuit Tuned Paralel

Induktor dan kapasitor yang dihubungkan secara paralel membuat rangkaian disetel paralel, seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Pada frekuensi resonansi, rangkaian resonansi paralel menawarkan impedansi tinggi yang tidak memungkinkan arus tinggi melewatinya. Rangkaian resonansi paralel menawarkan impedansi yang semakin rendah ke frekuensi yang jauh dari frekuensi resonansi.

Karakteristik Sirkuit Tuned Paralel

Frekuensi di mana resonansi paralel terjadi (yaitu komponen reaktif dari arus rangkaian menjadi nol) disebut frekuensi resonansi f_r. Karakteristik utama dari rangkaian yang disetel adalah sebagai berikut.

Impedansi

Rasio tegangan suplai ke arus saluran adalah impedansi dari rangkaian yang disetel. Impedansi yang ditawarkan oleh sirkuit LC diberikan oleh

$$\frac{Supply \: voltage}{Line equation} = \frac{V}{I}$$

Pada resonansi, arus saluran meningkat sementara impedansi menurun.

Gambar di bawah ini mewakili kurva impedansi rangkaian resonansi paralel.

Impedansi rangkaian menurun untuk nilai di atas dan di bawah frekuensi resonansi f_r. Oleh karena itu pemilihan frekuensi tertentu dan penolakan frekuensi lainnya dimungkinkan.

Untuk mendapatkan persamaan impedansi rangkaian, mari kita pertimbangkan

Jalur Arus $I = I_L cos \phi$

$$\frac{V}{Z_r} = \frac{V}{Z_L} \times \frac{R}{Z_L}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{Z_L^2}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{L/C} = \frac{C R}{L}$$

Sejak, $Z_L^2 = \frac{L}{C}$

Oleh karena itu, rangkaian impedansi Z _r diperoleh sebagai

$$Z_R = \frac{L}{C R}$$

Jadi pada resonansi paralel, impedansi rangkaian sama dengan L / CR.

Arus Sirkuit

Pada resonansi paralel, rangkaian atau baris saat ini saya diberikan oleh tegangan yang diberikan dibagi dengan rangkaian impedansi Z _r yaitu,

Jalur Arus $I = \frac{V}{Z_r}$

Dimana $Z_r = \frac{L}{C R}$

Karena _Zr sangat tinggi, arus saluran I akan sangat kecil.

Faktor kualitas

Untuk rangkaian resonansi paralel, ketajaman kurva resonansi menentukan selektivitas. Semakin kecil resistansi kumparan, semakin tajam kurva resonannya. Oleh karena itu reaktansi induktif dan resistansi kumparan menentukan kualitas rangkaian yang disetel.

Rasio reaktansi induktif kumparan pada resonansi terhadap resistansinya dikenal sebagai Quality factor. Ini dilambangkan denganQ.

$$Q = \frac{X_L}{R} = \frac{2 \pi f_r L}{R}$$

Semakin tinggi nilai Q, semakin tajam kurva resonansinya dan semakin baik selektivitasnya.

Keuntungan dari Amplifier yang Disetel

Berikut ini adalah keuntungan dari amplifier yang disetel.

• Penggunaan komponen reaktif seperti L dan C, meminimalkan kehilangan daya, yang membuat amplifier yang disetel menjadi efisien.

• Selektivitas dan amplifikasi frekuensi yang diinginkan tinggi, dengan memberikan impedansi yang lebih tinggi pada frekuensi resonansi.

• Suplai kolektor yang lebih kecil dapat digunakan VCC, karena resistansinya yang kecil pada rangkaian yang disetel paralel.

Penting untuk diingat bahwa keunggulan ini tidak berlaku bila ada beban kolektor resistif yang tinggi.

Respon Frekuensi dari Amplifier yang Ditala

Agar penguat menjadi efisien, penguatannya harus tinggi. Penguatan tegangan ini tergantung pada β, impedansi input dan beban kolektor. Beban kolektor dalam penguat yang disetel adalah sirkuit yang disetel.

Keuntungan tegangan penguat semacam itu diberikan oleh

Penguatan tegangan = $\frac{\beta Z_C}{Z_{in}}$

Dimana Z _C = beban kolektor efektif dan Z _in = impedansi masukan penguat.

Nilai Z _C tergantung pada frekuensi penguat yang disetel. Karena Z _C maksimum pada frekuensi resonansi, penguatan penguat maksimum pada frekuensi resonansi ini.

Bandwidth

Rentang frekuensi di mana penguatan tegangan dari penguat yang disetel turun menjadi 70,7% dari penguatan maksimum disebut nya Bandwidth.

Rentang frekuensi antara f ₁ dan f ₂ disebut bandwidth penguat yang disetel. Bandwidth dari penguat yang disetel tergantung pada Q dari rangkaian LC yaitu, pada ketajaman respons frekuensi. Nilai Q dan bandwidth berbanding terbalik.

Gambar di bawah merinci bandwidth dan respon frekuensi dari penguat yang disetel.

Hubungan antara Q dan Bandwidth

Faktor kualitas Q dari bandwidth didefinisikan sebagai rasio frekuensi resonansi terhadap bandwidth, yaitu,

$$Q = \frac{f_r}{BW}$$

Secara umum, rangkaian praktis memiliki nilai Q lebih besar dari 10.

Dalam kondisi ini, frekuensi resonansi pada resonansi paralel diberikan oleh

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Ada dua jenis utama amplifier yang disetel. Mereka adalah -

• Amplifier yang disetel tunggal
• Amplifier yang disetel ganda

Amplifier Teratur Tunggal

Rangkaian penguat dengan bagian tuner tunggal berada di kolektor rangkaian penguat disebut sebagai rangkaian penguat tuner tunggal.

Konstruksi

Sebuah rangkaian penguat transistor sederhana yang terdiri dari rangkaian tuned paralel pada beban kolektornya, membuat rangkaian penguat tuned tunggal. Nilai kapasitansi dan induktansi dari rangkaian yang disetel dipilih sedemikian rupa sehingga frekuensi resonansinya sama dengan frekuensi yang akan diperkuat.

Diagram rangkaian berikut menunjukkan rangkaian penguat yang disetel tunggal.

Output dapat diperoleh dari kapasitor kopling C _C seperti yang ditunjukkan di atas atau dari belitan sekunder yang ditempatkan di L.

Operasi

Sinyal frekuensi tinggi yang harus diperkuat diterapkan pada input penguat. Frekuensi resonansi dari rangkaian tuning paralel dibuat sama dengan frekuensi sinyal yang diterapkan dengan mengubah nilai kapasitansi kapasitor C, di rangkaian yang disetel.

Pada tahap ini, rangkaian yang disetel menawarkan impedansi tinggi ke frekuensi sinyal, yang membantu menawarkan keluaran tinggi di seluruh rangkaian yang disetel. Karena impedansi tinggi ditawarkan hanya untuk frekuensi yang disetel, semua frekuensi lain yang mendapatkan impedansi lebih rendah ditolak oleh rangkaian yang disetel. Oleh karena itu penguat yang disetel memilih dan memperkuat sinyal frekuensi yang diinginkan.

Respon Frekuensi

Resonansi paralel terjadi pada frekuensi resonansi f _r ketika sirkuit telah Q. tinggi frekuensi resonansi f _r diberikan oleh

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Grafik berikut menunjukkan respons frekuensi dari rangkaian penguat yang disetel tunggal.

Pada resonansi frekuensi f _r impedansi paralel tuned sirkuit sangat tinggi dan murni resistif. Oleh karena itu, tegangan _RL maksimum, ketika rangkaian disetel ke frekuensi resonansi. Oleh karena itu penguatan tegangan maksimum pada frekuensi resonansi dan turun di atas dan di bawahnya. Semakin tinggi Q, semakin sempit kurva tersebut.

Amplifier yang Disetel Ganda

Rangkaian penguat dengan bagian tuner ganda berada di kolektor rangkaian penguat disebut sebagai rangkaian penguat tuner ganda.

Konstruksi

Konstruksi penguat double tuned dipahami dengan melihat gambar berikut. Rangkaian ini terdiri dari dua rangkaian tuned L ₁ C ₁ dan L ₂ C ₂ pada bagian kolektor penguat. Sinyal pada output dari sirkuit yang disetel L ₁ C ₁ digabungkan ke sirkuit disetel lainnya L ₂ C ₂ melalui metode kopling mutual. Detail rangkaian yang tersisa sama seperti pada rangkaian penguat tuned tunggal, seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian berikut.

Operasi

Sinyal frekuensi tinggi yang harus diperkuat diberikan ke input penguat. Sirkuit tuning L ₁ C ₁ disetel ke frekuensi sinyal input. Pada kondisi ini, rangkaian yang disetel menawarkan reaktansi tinggi terhadap frekuensi sinyal. Akibatnya, output besar muncul pada output dari sirkuit yang disetel L ₁ C ₁ yang kemudian digabungkan ke sirkuit yang disetel lainnya L ₂ C ₂ melalui induksi timbal balik. Sirkuit double tuned ini banyak digunakan untuk menghubungkan berbagai sirkuit penerima radio dan televisi.

Respon Frekuensi dari Amplifier Bertala Ganda

Amplifier yang disetel ganda memiliki fitur khusus couplingyang penting dalam menentukan respon frekuensi penguat. Jumlah induktansi timbal balik antara dua rangkaian yang disetel menyatakan tingkat kopling, yang menentukan respons frekuensi rangkaian.

Untuk mendapatkan gambaran tentang properti induktansi timbal balik, mari kita membahas prinsip dasar.

Induktansi Reksa

Karena kumparan pembawa arus menghasilkan beberapa medan magnet di sekitarnya, jika kumparan lain dibawa dekat kumparan ini, sehingga kumparan tersebut berada di daerah fluks magnet primer, maka fluks magnet yang bervariasi menginduksi EMF di kumparan kedua. Jika kumparan pertama ini disebut sebagaiPrimary coil, yang kedua bisa disebut sebagai a Secondary coil.

Ketika EMF diinduksi pada kumparan sekunder karena medan magnet kumparan primer yang bervariasi, maka fenomena tersebut disebut sebagai Mutual Inductance.

Gambar di bawah memberikan gambaran tentang hal ini.

Sekarang i_s pada gambar menunjukkan arus sumber sementara i_indmenunjukkan arus induksi. Fluks mewakili fluks magnet yang dibuat di sekitar koil. Ini menyebar ke kumparan sekunder juga.

Dengan penerapan tegangan, arus i_saliran dan fluks tercipta. Ketika arus bervariasi, fluks menjadi bervariasi, menghasilkani_ind di kumparan sekunder, karena properti induktansi Reksa.

Kopel

Berdasarkan konsep kopling induktansi timbal balik akan seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Ketika kumparan diberi jarak terpisah, hubungan fluks dari kumparan primer L ₁ tidak akan menghubungkan kumparan sekunder L ₂ . Pada kondisi ini dikatakan kumparan sudah adaLoose coupling. Hambatan yang dipantulkan dari kumparan sekunder pada kondisi ini kecil dan kurva resonansinya akan tajam dan rangkaian Q tinggi seperti yang ditunjukkan pada gambar di bawah ini.

Sebaliknya, ketika kumparan primer dan sekunder disatukan, mereka memilikinya Tight coupling. Dalam kondisi seperti itu, resistansi yang dipantulkan akan menjadi besar dan rangkaian Q lebih rendah. Dua posisi gain maksimal, satu di atas dan yang lainnya di bawah frekuensi resonansi diperoleh.

Bandwidth dari Sirkuit Tuned Ganda

Gambar di atas dengan jelas menyatakan bahwa bandwidth meningkat dengan derajat kopling. Faktor penentu dalam rangkaian double tuned bukanlah Q tetapi koplingnya.

Kami memahami bahwa, untuk frekuensi tertentu, semakin ketat koplingnya, semakin besar bandwidth yang akan dihasilkan.

Persamaan untuk bandwidth diberikan sebagai

$$BW_{dt} = k f_r$$

Dimana BW _dt = bandwidth untuk rangkaian double tuned, K = koefisien kopling, dan f _r = frekuensi resonansi.

Kami berharap sekarang Anda telah memperoleh pengetahuan yang cukup tentang fungsi amplifier yang disetel. Pada bab berikutnya, kita akan belajar tentang penguat umpan balik.

Sirkuit penguat hanya meningkatkan kekuatan sinyal. Tetapi saat memperkuat, itu hanya meningkatkan kekuatan sinyal inputnya apakah itu berisi informasi atau beberapa gangguan bersama dengan informasi. Kebisingan ini atau beberapa gangguan diperkenalkan di amplifier karena kecenderungannya yang kuat untuk mengenalkanhumkarena perubahan suhu mendadak atau medan listrik dan magnet yang menyimpang. Oleh karena itu, setiap penguat high gain cenderung mengeluarkan noise seiring dengan sinyal pada keluarannya, yang sangat tidak diinginkan.

Tingkat kebisingan di sirkuit penguat dapat dikurangi secara signifikan dengan menggunakan negative feedback dilakukan dengan menyuntikkan sebagian kecil output dalam oposisi fasa ke sinyal input.

Prinsip Penguat Umpan Balik

Penguat umpan balik umumnya terdiri dari dua bagian. Mereka adalahamplifier dan feedback circuit. Rangkaian umpan balik biasanya terdiri dari resistor. Konsep penguat umpan balik dapat dipahami dari gambar berikut.

Dari gambar di atas, gain penguat direpresentasikan sebagai A. gain penguat adalah rasio tegangan output V _o ke tegangan input V _i . jaringan umpan balik mengekstraksi tegangan V _f = β V _o dari output V _o penguat.

Tegangan ini ditambahkan untuk umpan balik positif dan dikurangi untuk umpan balik negatif, dari tegangan sinyal V _s . Sekarang,

$$V_i = V_s + V_f = V_s + \beta V_o$$

$$V_i = V_s - V_f = V_s - \beta V_o$$

Besaran β = V _f / V _o disebut rasio umpan balik atau fraksi umpan balik.

Mari kita pertimbangkan kasus umpan balik negatif. Output V _o harus sama dengan tegangan input (V _s - βV _o ) dikalikan dengan gain A dari penguat.

Karenanya,

$$(V_s - \beta V_o)A = V_o$$

Atau

$$A V_s - A \beta V_o = V_o$$

Atau

$$A V_s = V_o (1 + A \beta)$$

Karena itu,

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Misalkan A _f adalah penguatan keseluruhan (penguatan dengan umpan balik) dari penguat. Ini didefinisikan sebagai rasio tegangan keluaran V _o ke tegangan sinyal yang diterapkan V _s , yaitu,

$$A_f = \frac{Output \: voltage}{Input \: signal \: voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

Jadi, dari dua persamaan di atas, kita dapat memahami bahwa,

Persamaan penguatan penguat umpan balik, dengan umpan balik negatif diberikan oleh

$$A_f = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Persamaan penguatan penguat umpan balik, dengan umpan balik positif diberikan oleh

$$A_f = \frac{A}{1 - A \beta}$$

Ini adalah persamaan standar untuk menghitung penguatan penguat umpan balik.

Jenis Masukan

Proses menyuntikkan sebagian kecil energi keluaran dari beberapa perangkat kembali ke masukan dikenal sebagai Feedback. Telah ditemukan bahwa umpan balik sangat berguna dalam mengurangi kebisingan dan membuat operasi penguat stabil.

Tergantung apakah sinyal umpan balik aids atau opposes sinyal masukan, ada dua jenis umpan balik yang digunakan.

Kritik yang baik

Umpan balik di mana energi umpan balik yaitu, baik tegangan atau arus berada dalam fase dengan sinyal input dan dengan demikian membantunya disebut sebagai Positive feedback.

Kedua sinyal masukan dan umpan balik memperkenalkan sinyal pergeseran fasa 180 ^o sehingga membuat 360 ^o pergeseran fasa yang dihasilkan sekitar loop, menjadi akhirnya dalam fase dengan sinyal input.

Padahal umpan baliknya positif increases the gain dari penguat, ia memiliki kelemahan seperti

• Meningkatkan distorsi
• Instability

Karena kekurangan ini, umpan balik positif tidak direkomendasikan untuk amplifier. Jika umpan balik positif cukup besar, itu mengarah pada osilasi, yang dengannya rangkaian osilator terbentuk. Konsep ini akan dibahas dalam tutorial OSILATOR.

Umpan Balik Negatif

Umpan balik di mana energi umpan balik yaitu, tegangan atau arus keluar dari fase dengan input dan dengan demikian menentangnya, disebut sebagai negative feedback.

Dalam umpan balik negatif, penguat memperkenalkan pergeseran fasa 180 ^o ke dalam sirkuit sedangkan jaringan umpan balik didesain sedemikian rupa sehingga tidak menghasilkan pergeseran fasa atau pergeseran fase nol. Jadi tegangan umpan balik resultan V _f adalah 180 ^o keluar fasa dengan sinyal masukan V _in .

Meskipun gain penguat umpan balik negatif reduced, ada banyak keuntungan dari umpan balik negatif seperti

• Stabilitas keuntungan ditingkatkan
• Pengurangan distorsi
• Pengurangan kebisingan
• Peningkatan impedansi masukan
• Penurunan impedansi keluaran
• Peningkatan kisaran aplikasi seragam

Karena kelebihan ini, umpan balik negatif sering digunakan dalam amplifier.

Umpan balik negatif dalam penguat adalah metode memberi makan sebagian dari output yang diperkuat ke input tetapi dalam fase yang berlawanan. Oposisi fase terjadi sebagai penguat menyediakan 180 ^o pergeseran fasa sedangkan jaringan umpan balik tidak.

Sementara energi keluaran diterapkan ke masukan, untuk energi tegangan yang akan diambil sebagai umpan balik, keluaran diambil dalam sambungan shunt dan untuk energi saat ini diambil sebagai umpan balik, keluaran diambil dalam sambungan seri.

Ada dua jenis sirkuit umpan balik negatif. Mereka adalah -

• Umpan Balik Tegangan Negatif
• Umpan Balik Negatif Saat Ini

Umpan Balik Tegangan Negatif

Dalam metode ini, tegangan umpan balik ke masukan penguat sebanding dengan tegangan keluaran. Ini selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua jenis -

• Umpan balik tegangan-seri
• Umpan balik tegangan-shunt

Umpan Balik Negatif Saat Ini

Dalam metode ini, umpan balik tegangan ke masukan penguat sebanding dengan arus keluaran. Ini selanjutnya diklasifikasikan menjadi dua jenis.

• Umpan balik seri saat ini
• Umpan balik saat ini-shunt

Mari kita punya gambaran singkat tentang semuanya.

Umpan Balik Seri Tegangan

Dalam rangkaian umpan balik rangkaian tegangan, sebagian kecil dari tegangan keluaran diterapkan secara seri dengan tegangan masukan melalui rangkaian umpan balik. Ini juga dikenal sebagaishunt-driven series-fed umpan balik, yaitu rangkaian seri paralel.

Gambar berikut menunjukkan diagram blok umpan balik seri tegangan, yang menunjukkan bahwa rangkaian umpan balik ditempatkan di shunt dengan output tetapi secara seri dengan input.

Karena rangkaian umpan balik dihubungkan dalam shunt dengan keluaran, impedansi keluaran berkurang dan karena hubungan seri dengan masukan, impedansi masukan meningkat.

Umpan Balik Tegangan-Shunt

Dalam rangkaian umpan balik shunt tegangan, sebagian kecil dari tegangan keluaran diterapkan secara paralel dengan tegangan masukan melalui jaringan umpan balik. Ini juga dikenal sebagaishunt-driven shunt-fed umpan balik yaitu, tipe proto paralel-paralel.

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram blok umpan balik shunt tegangan, yang dengannya terbukti bahwa rangkaian umpan balik ditempatkan di shunt dengan output dan juga dengan input.

Karena rangkaian umpan balik dihubungkan dalam shunt dengan keluaran dan masukan juga, baik impedansi keluaran dan impedansi masukan diturunkan.

Umpan Balik Seri Saat Ini

Dalam rangkaian umpan balik seri arus, sebagian kecil dari tegangan keluaran diterapkan secara seri dengan tegangan masukan melalui rangkaian umpan balik. Ini juga dikenal sebagaiseries-driven series-fed umpan balik yaitu, rangkaian seri-seri.

Gambar berikut menunjukkan diagram blok umpan balik rangkaian arus, yang dengannya terbukti bahwa rangkaian umpan balik ditempatkan secara seri dengan output dan juga dengan input.

Karena rangkaian umpan balik dihubungkan secara seri dengan keluaran dan masukan juga, baik impedansi keluaran dan impedansi masukan meningkat.

Umpan Balik Saat Ini-Shunt

Dalam rangkaian umpan balik shunt arus, sebagian kecil dari tegangan keluaran diterapkan secara seri dengan tegangan masukan melalui rangkaian umpan balik. Ini juga dikenal sebagaiseries-driven shunt-fed umpan balik yaitu, rangkaian seri-paralel.

Gambar di bawah ini menunjukkan diagram blok umpan balik shunt saat ini, yang menunjukkan bahwa rangkaian umpan balik ditempatkan secara seri dengan output tetapi secara paralel dengan input.

Karena rangkaian umpan balik dihubungkan secara seri dengan keluaran, impedansi keluaran meningkat dan karena hubungan paralel dengan masukan, impedansi masukan menurun.

Sekarang mari kita tabulasi karakteristik penguat yang dipengaruhi oleh berbagai jenis umpan balik negatif.

Karakteristik	Jenis Umpan Balik
	Seri Tegangan	Tegangan-Shunt	Seri Saat Ini	Arus-Shunt
Penguatan Tegangan	Menurun	Menurun	Menurun	Menurun
Bandwidth	Meningkat	Meningkat	Meningkat	Meningkat
Resistensi masukan	Meningkat	Menurun	Meningkat	Menurun
Resistensi keluaran	Menurun	Menurun	Meningkat	Meningkat
Distorsi harmonik	Menurun	Menurun	Menurun	Menurun
Kebisingan	Menurun	Menurun	Menurun	Menurun

Pengikut emitor dan penguat darlington adalah contoh paling umum untuk penguat umpan balik. Ini adalah yang paling banyak digunakan dengan sejumlah aplikasi.

Pengikut Emitter

Sirkuit pengikut emitor memiliki tempat yang menonjol dalam penguat umpan balik. Pengikut emitor adalah kasus rangkaian umpan balik arus negatif. Ini sebagian besar digunakan sebagai penguat tahap terakhir di sirkuit generator sinyal.

Fitur penting dari Emitter Follower adalah -

• Ini memiliki impedansi masukan yang tinggi
• Ini memiliki impedansi keluaran yang rendah
• Ini adalah sirkuit yang ideal untuk pencocokan impedansi

Semua fitur ideal ini memungkinkan banyak aplikasi untuk rangkaian pengikut emitor. Ini adalah rangkaian penguat arus yang tidak memiliki penguatan tegangan.

Konstruksi

Detail konstruksi rangkaian pengikut emitor hampir mirip dengan penguat normal. Perbedaan utamanya adalah beban _RL tidak ada di terminal kolektor, tetapi ada di terminal emitor dari rangkaian. Jadi, output diambil dari terminal emitor, bukan dari terminal kolektor.

Biasing disediakan baik dengan metode resistor basis atau metode pembagi potensial. Gambar berikut menunjukkan diagram sirkuit dari Emitter Follower.

Operasi

Tegangan sinyal input yang diterapkan antara basis dan emitor, mengembangkan tegangan output V _o melintasi R _E , yang ada di bagian emitor. Karena itu,

$$V_o = I_E R_E$$

Seluruh arus keluaran ini diterapkan ke masukan melalui umpan balik. Karenanya,

$$V_f = V_o$$

Karena tegangan keluaran yang dikembangkan melintasi R _L sebanding dengan arus emitor, rangkaian pengikut emitor ini adalah rangkaian umpan balik arus. Karenanya,

$$\beta = \frac{V_f}{V_o} = 1$$

Perlu juga dicatat bahwa tegangan sinyal input ke transistor (= V _i ) sama dengan perbedaan V _s dan V _o yaitu,

$$V_i = V_s - V_o$$

Karenanya umpan baliknya negatif.

Karakteristik

Karakteristik utama pengikut emitor adalah sebagai berikut -

• Tidak ada penguatan tegangan. Faktanya, penguatan tegangan hampir 1.
• Penguatan arus dan penguatan daya yang relatif tinggi.
• Impedansi masukan tinggi dan impedansi keluaran rendah.
• Tegangan ac input dan output berada dalam fase.

Penguatan Tegangan dari Pengikut Emitor

Karena rangkaian Emitter Follower yang menonjol, mari kita coba mendapatkan persamaan untuk gain tegangan dari rangkaian pengikut emitor. Sirkuit Emitter Follower kami terlihat sebagai berikut -

Jika rangkaian ekuivalen AC dari rangkaian di atas digambar, akan terlihat seperti di bawah ini, karena kapasitor by pass emitor tidak ada.

Resistansi AC r _E dari rangkaian emitor diberikan oleh

$$r_E = r’_E + R_E$$

Dimana

$$r’_E = \frac{25 mV}{I_E}$$

Untuk mengetahui penguatan tegangan amplifier, gambar di atas dapat diganti dengan gambar berikut.

Perhatikan bahwa tegangan input diterapkan melintasi resistansi ac dari rangkaian emitor yaitu (r ' _E + R _E ). Dengan asumsi dioda emitor menjadi ideal, tegangan keluaran V _keluar akan menjadi

$$V_{out} = i_e R_E$$

Tegangan input V _in akan menjadi

$$V_{in} = i_e(r’_e + R_E)$$

Oleh karena itu, Gain Tegangan pengikut emitor adalah

$$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{i_e R_E}{i_e(r’_e + R_E)} = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Atau

$$A_V = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Dalam sebagian besar aplikasi praktis,

$$R_E \gg r’_e$$

Jadi, A _V ≈ 1. Dalam praktiknya, penguatan tegangan pengikut emitor adalah antara 0,8 dan 0,999.

Penguat Darlington

Rangkaian pengikut emitor yang baru saja dibahas kurang memenuhi persyaratan penguatan arus rangkaian (A _i ) dan impedansi masukan (Z _i ). Untuk mencapai beberapa peningkatan nilai keseluruhan gain arus rangkaian dan impedansi input, dua transistor dihubungkan seperti yang ditunjukkan pada diagram rangkaian berikut, yang dikenal sebagaiDarlington konfigurasi.

Seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas, pemancar transistor pertama dihubungkan ke basis transistor kedua. Terminal kolektor dari kedua transistor dihubungkan bersama.

Analisis Biasing

Karena jenis koneksi ini, arus emitor pada transistor pertama juga akan menjadi arus basis transistor kedua. Oleh karena itu, penguatan pasangan saat ini sama dengan hasil kali keuntungan individu saat ini, yaitu,

$$\beta = \beta _1 \beta _2$$

Penguatan arus tinggi umumnya dicapai dengan jumlah komponen minimum.

Karena dua transistor digunakan di sini, dua tetes V _BE harus dipertimbangkan. Analisis bias sebaliknya serupa untuk satu transistor.

Tegangan melintasi R ₂ ,

$$V_2 = \frac{V_CC}{R_1 + R_2} \times R_2$$

Tegangan melintasi R _E ,

$$V_E = V_2 - 2 V_{BE}$$

Arus melalui R _E ,

$$I_{E2} = \frac{V_2 - 2 V_{BE}}{R_E}$$

Karena transistor terhubung langsung,

$$I_{E1} = I_{B2}$$

Sekarang

$$I_{B2} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Karena itu

$$I_{E1} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Yang berarti

$$I_{E1} = I_{E1} \beta _2$$

Kita punya

$I_{E1} = \beta _1 I_{B1}$ sejak $I_{E1} \cong I_{C1}$

Oleh karena itu, sebagai

$$I_{E2} = I_{E1} \beta _2$$

Kita bisa menulis

$$I_{E2} = \beta _1 \beta _2 I_{B1}$$

Oleh karena itu, Penguatan Saat Ini dapat diberikan sebagai

$$\beta = \frac{I_{E2}}{I_{B1}} = \frac{\beta _1 \beta _2 I_{B1}}{I_{B1}} = \beta _1 \beta_2$$

Impedansi masukan dari penguat ton sayang adalah

$Z_{in} = \beta_1 \beta_2 R_E .....$mengabaikan r ' _e

Dalam praktiknya, kedua transistor ini ditempatkan dalam satu rumah transistor dan tiga terminal dikeluarkan dari rumah seperti yang ditunjukkan pada gambar berikut.

Perangkat tiga terminal ini bisa disebut sebagai Darling ton transistor. Transistor darling ton bertindak seperti transistor tunggal yang memiliki penguatan arus tinggi dan impedansi input tinggi.

Karakteristik

Berikut ini adalah karakteristik penting dari amplifier Darling ton.

• Impedansi masukan yang sangat tinggi (MΩ).
• Keuntungan arus yang sangat tinggi (beberapa ribu).
• Impedansi keluaran sangat rendah (beberapa Ω).

Karena karakteristik penguat Darling ton pada dasarnya sama dengan karakteristik pengikut emitor, kedua rangkaian digunakan untuk aplikasi serupa.

Sampai sekarang kita telah membahas amplifier berdasarkan umpan balik positif. Umpan balik negatif dalam rangkaian transistor sangat membantu dalam kerja osilator. Topik osilator seluruhnya tercakup dalam tutorial Osilator.

Sebuah Amplifier, sementara memperkuat hanya meningkatkan kekuatan sinyal inputnya apakah itu berisi informasi atau noise bersama dengan informasi. Kebisingan ini atau beberapa gangguan diperkenalkan di amplifier karena kecenderungannya yang kuat untuk mengenalkanhum karena perubahan suhu mendadak atau medan listrik dan magnet yang menyimpang.

Kinerja amplifier terutama bergantung pada Noise ini. Noiseadalah sinyal yang tidak diinginkan yang menyebabkan gangguan pada konten sinyal yang diinginkan dalam sistem. Ini dapat berupa sinyal tambahan yang dihasilkan di dalam sistem atau dapat berupa gangguan yang disertai dengan informasi yang diinginkan dari sinyal masukan. Namun, itu tidak diinginkan dan harus disingkirkan.

Sistem yang baik adalah sistem yang noise yang dihasilkan oleh penguat itu sendiri lebih kecil dibandingkan dengan noise dari sumber yang masuk.

Kebisingan

Kebisingan adalah unwanted signalyang mengganggu sinyal pesan asli dan merusak parameter sinyal pesan. Perubahan dalam proses komunikasi ini, membuat pesan diubah setelah sampai. Kemungkinan besar akan dimasukkan di saluran atau penerima.

Grafik berikut menunjukkan karakteristik sinyal gangguan.

Oleh karena itu, dapat dipahami bahwa noise adalah sinyal yang tidak memiliki pola dan frekuensi atau amplitudo yang konstan. Cukuprandomdan tidak dapat diprediksi. Tindakan biasanya diambil untuk menguranginya, meski tidak bisa dihilangkan seluruhnya.

Most common examples of noise are -

• Suara “Hiss” di penerima radio
• Suara “Buzz” di tengah percakapan telepon
• "Flicker" di penerima televisi dll.

Pengaruh Kebisingan

Kebisingan adalah fitur yang tidak nyaman yang mempengaruhi kinerja sistem. Efek kebisingan meliputi -

• Kebisingan membatasi jangkauan operasi sistem - Kebisingan secara tidak langsung membatasi sinyal terlemah yang dapat diperkuat oleh amplifier. Osilator di rangkaian mixer dapat membatasi frekuensinya karena noise. Operasi sistem bergantung pada pengoperasian sirkuitnya. Kebisingan membatasi sinyal terkecil yang mampu diproses oleh penerima.

• Kebisingan mempengaruhi sensitivitas penerima - Sensitivitas adalah jumlah minimum sinyal input yang diperlukan untuk mendapatkan kualitas keluaran yang ditentukan. Kebisingan mempengaruhi sensitivitas sistem penerima, yang pada akhirnya mempengaruhi keluaran.

Sinyal untuk rasio kebisingan

Ketika sinyal diterima dan harus diperkuat, pertama-tama sinyal disaring untuk menghilangkan noise yang tidak diinginkan jika tersedia.

Rasio dari sinyal informasi yang ada dalam sinyal yang diterima dengan yang ada sekarang disebut sebagai Signal to Noise ratio. Rasio ini harus lebih tinggi untuk suatu sistem sehingga menghasilkan sinyal informasi murni yang tidak terpengaruh oleh noise yang tidak diinginkan.

SNR dapat dipahami sebagai

$$SNR = \frac{P_{signal}}{P_{noise}}$$

SNR dinyatakan dalam basis logaritmik menggunakan desibel.

$$SNR_{db} = 10 log_{10}\left (\frac{P_{signal}}{P_{noise}} \right )$$

Rasio signal-to-noise adalah ratio of the signal power to the noise power. Semakin tinggi nilai SNR, semakin besar kualitas keluaran yang diterima.

Jenis Kebisingan

Klasifikasi kebisingan dilakukan tergantung pada jenis sumber, efek yang ditunjukkannya atau hubungannya dengan penerima, dll.

Ada dua cara utama untuk menghasilkan kebisingan. Salah satunya adalah melalui beberapaexternal source sedangkan yang lainnya dibuat oleh internal source, di dalam bagian penerima.

Sumber luar

Kebisingan ini dihasilkan oleh sumber eksternal yang biasanya dapat terjadi di media atau saluran komunikasi. Kebisingan ini tidak dapat sepenuhnya dihilangkan. Cara terbaik adalah dengan menghindari gangguan yang mempengaruhi sinyal.

Contoh paling umum dari jenis kebisingan ini adalah -

• Kebisingan Atmosfer (karena ketidakteraturan di atmosfer)
• Kebisingan ekstra-terestrial seperti kebisingan matahari dan kebisingan kosmik
• Kebisingan industri

Sumber Internal

Kebisingan ini dihasilkan oleh komponen penerima saat berfungsi. Komponen di sirkuit, karena berfungsi terus menerus, mungkin menghasilkan beberapa jenis kebisingan. Kebisingan ini dapat diukur. Desain receiver yang tepat dapat menurunkan efek gangguan internal ini.

Contoh paling umum dari jenis kebisingan ini adalah -

• Kebisingan agitasi termal (kebisingan Johnson atau kebisingan Listrik)

• Suara tembakan (karena pergerakan elektron dan lubang secara acak

• Kebisingan waktu transit (selama transisi)

• Miscellaneous noise adalah jenis kebisingan lain yang mencakup kedipan, efek resistansi dan kebisingan yang dihasilkan mixer, dll.

Akhirnya, ini memberikan gambaran keseluruhan tentang bagaimana kebisingan akan dan bagaimana hal itu dapat mempengaruhi amplifier, meskipun ada di bagian pemancar atau penerima. Amplifier yang memperkuat sinyal rendah dan karenanya memperkuat noise pada level rendah dapat disebut sebagai amplifier Low-noise.

Semua jenis penguat yang dibahas kurang lebih mengalami kebisingan dalam beberapa cara atau yang lain. Kinerja penguat menentukan efisiensinya untuk menangani faktor-faktor yang tidak diinginkan.