TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR DAN PENGUAT

TRANSISTOR SEBAGAI SAKLAR DAN PENGUAT

Pada modul ini akan dibahas mengenai aplikasi dasar transistor yaitu sebagai saklar (switch) dan penguat (amplifier). Dijelaskan pula jenis-jenis rangkaian penguat daya transistor yaitu transistor operasi kelas A, kelas B dan kelas C.

11.1 Transistor Sebagai Saklar
Gambar 11.1 di bawah ini menunjukkan rangkaian transistor bias basis dengan RC sebagai beban. Rangkaian transistor ini berfungsi sebagai saklar.

Gambar 11.1 Rangkaian transistor sebagai saklar

Jika tegangan input, vi, terus meningkat sehingga dioda emiter diberi prategangan maju, transistor akan mulai masuk ke daerah aktif, sehingga:
………………………………………….. (11.1)
Dengan menggunakan aturan tegangan Kirchoff (KVL) pada loop dioda kolektor, akan didapat:
…………………………………………(11.2)
sehingga:
………………………………………….(11.3)
Dari persamaan di atas dapat dibuat garis bebannya seperti yang ditunjukkan pada gambar 11.2. Bersamaan dengan terus menaiknya arus basis, IB, transistor dapat beroperasi sepanjang garis beban. Hal ini terus terjadi, sehingga arus basis, IB, mencapai harga arus yang terbesar, IB3. Arus ini dikenal dengan arus saturasi dan jika transistor beroperasi pada kondisi ini, maka dikatakan ia berada pada daerah saturasi. Oleh karena itu, arus kolektor adalah:
…………………………………(11.4)
Biasanya, harga VCE(sat) adalah 0.2 volt. Pada kondisi ini, transistor bekerja seperti sebuah saklar yang terhubung (on).

Sebaliknya, jika tegangan input, vi, memiliki harga kurang dari tegangan yang diperlukan untuk membuat dioda emiter berprategangan maju, maka arus IB = 0, sehingga transistor akan jatuh pada daerah cutoff dan IC = 0. Karena IC = 0, maka tegangan yang melintas tahanan beban RC adalah nol dan tegangan output VO = Vcc. Pada kondisi ini, seolah-olah transistor seperti sebuah saklar yang terputus (off).

Gambar 11.2 Garis beban dan titik operasi transistor

Transistor sebagai saklar ini dapat diaplikasikan pada rangkaian pengendali LED (LED driver) dan rangkaian logika digital.

11.1.1 Rangkaian Pengendali LED
Gambar 11.3 berikut ini adalah contoh rangkaian transistor sebagai saklar yang berperan untuk mengendalikan LED (LED driver). Jika tegangan input rendah (VBB = 0 volt), transistor akan tersumbat dan berperan seperti saklar off dan LED dalam keadaan padam. Sedangkan jika tegangan input tinggi (VBB > tegangan yang dapat membuat dioda emiter forward bias), transistor berperan sebagai saklar on, dan LED menyala.

Gambar 11.3 Rangkaian Transistor sebagai saklar pengendali LED

11.1.2 Rangkaian Logika
Pada aplikasi ini, prinsip transistor sebagai saklar diimplementasikan dalam bentuk harga-harga digital. Dimana, harga digital hanya mengenal 2 (dua) keadaan, yaitu keadaan nol (low) dan keadaan satu (high). Gambar 11.4 merupaka salah satu contoh rangkaian yang menggunakan prinsip logika digital yaitu rangkaian inverter (NOT). Jika tegangan input, vi, adalah nol (atau biasa disebut kondisi low) maka transistor berada pada daerah cutoff, dengan arus kolektor, IC = 0. Sehingga, tegangan pada VO = VCC (atau biasa disebut kondisi high). Sebaliknya, jika tegangan input, vi, misalnya mendekati VCC (disebut dengan kondisi high), maka Transistor didorong untuk menuju daerah Saturasi dan mengakibatkan tegangan VO sama dengan VCE(sat) (atau biasa disebut kondisi low).

Gambar 11.4 Rangkaian Inverter (gerbang NOT)

Kerja rangkaian tersebut dapat disimpulkan dalam bentuk tabel, sebagaimana ditampilkan pada Tabel 11.1 di bawah ini.
Tabel 11.1 Kerja rangkaian inverter (gerbang NOT)
vi Vo
0 LOW VCC HIGH
VCC HIGH 0 LOW
Dari prinsip rangkaian di atas dapat dibangun gerbang logika lain seperti gerbang AND, OR dan gerbang logika lainnya.

11.2 Transistor Sebagai Rangkaian Penguat
Kurva transfer tegangan output terhadap tegangan input (tegangan output adalah fungsi dari tegangan input) adalah karakteristik dasar dari sebuah penguatan. Untuk rangkaian penguat yang tampak pada gambar 11.5a., kurva transfer tegangannya ditunjukkan oleh Gambar 11.5b.

Gambar 11.5 Dasar penguatan transistor (a) Rangkaian CE
(b) Kurva transfer Vo terhadap Vi

Dari gambar 11.5 tampak bahwa kemiringan (slope) yang besar pada kurva tersebut berada pada daerah aktif transistor. Pada daerah tersebut, perubahan yang kecil dari tegangan input, vi, akan mengakibatkan perubahan yang besar pada tegangan output, Vo, yang menunjukkan adalah sebuah proses penguatan. Namun, proses penguatan ini tidak akan terjadi di luar daerah aktif. Penguatan tidak terjadi jika tegangan input, vi, melebihi harga VCE sat. Demikian juga, tegangan output, Vo, akan terpotong jika tegangan input, vi, kurang dari VBE. Gambar 11.6 menunjukkan sebuah contoh rangkaian penguat. Apabila rangkaian tersebut disimulasikan dengan Perangkat lunak MULTISIM maka akan terlihat bentuk gelombang input dan output seperti pada gambar 11.7.

Gambar 11.6 Contoh Rangkaian Penguat Tegangan

(a)

(b)
Gambar 11.7 Hasil Oskiloskop Rangkaian Penguat Tegangan
(a) Bentuk gelombang Vin dan Vout pada daerah aktif
(b) Bentuk gelombang Vout pada daerah aktif, saturasi dan cutoff
Berdasarkan penguatan dayanya, penguat dibedakan menjadi 2:
– Penguat sinyal kecil yang memiliki tingkatan daya kurang dari 1 W. Biasanya digunakan pada bagian depan dari suatu sistem, dimana daya sinyal rendah.
– Penguat daya yang memililki tingkatan daya lebih dari 1 W. Biasanya digunakan dengan bagian akhir suatu sistem karena daya sinyal dan arusnya tinggi.

Berdasarkan jangkauan frekuensinya, digolongkan menjadi :
– Penguat audio : beroperasi dalam jangkauan 20Hz sampai 20kHz.
– Penguat radio (RF) : beroperasi di atas 20 KHz.
dapat juga digolongkan menjadi:
– Penguat pita sempit (narrowband): jangkauan frekuensi yang kecil (450-460 kHz)
– Penguat pita lebar (wideband): jangkauan frekuensi yang besar (0 – 1 MHz)

Berdasarkan tipe-tipe pangggandengan (coupling), digolongkan menjadi:
– Penguat penggandengan kapasitif (gambar 11.8a¬), tegangan AC di-coupling melalui kapasitor ke tingkat selanjutnya.
– Penguat penggandengan transformator (gambar 11.8b), tegangan AC di-coupling melalui transformator ke tingkat selanjutnya.
– Penguat penggandengan langsung (gambar 11.8c), terdapat hubungan langsung antara kolektor transistor pertama dengan basis transistor kedua.

Gambar 11.8 Tipe-tipe penggandengan (coupling)
(a) kapaistif (b) transformator (c) langsung
Berdasarkan kelas-kelas operasinya, penguat digolongkan menjadi penguat dengan kelas operasi sebagai berikut:
– Operasi kelas A, transistor bekerja pada bagian aktif sepanjang waktu, arus kolektor mengalir sepanjang 360o dari siklus (gambar 11.9a).
– Operasi kelas B, arus kolektor mengalir hanya sepanjang siklus 180o (gambar 11.9b). Biasanya perancang meletakkan titik Q pada daerah cut off. Kemudian hanya setengah bagian positif dari tegangan basis AC yang menghasilkan arus kolektor.
– Operasi kelas C, arus kolektor mengalir kurang dari 180o dari siklus AC (gambar 11.9.c). Hanya sebagian dari setengak siklus positif dari tegangan basis AC yang menghasilkan arus kolektor, sehingga diperoleh pulsa singkat dari arus kolektor.

Gambar 11.9 Arus kolektor (a) Kelas A (b) Kelas B (c) Kelas C

Penguat pembagi tegangan pada gambar 11.10a adalah penguat kelas A, sepanjang sinyal output tidak terpotong. Dengan penguat jenis ini arus kolektor mengalir sepanjang siklus. Titik Q berada di tengah dan tidak ada bagian sinyal keluaran yang terpotong (gambar 11.10b). Kita dapat mengukur daya keluaran dari penguat tersebut dengan menggunakan rumus berikut:
…………………………………..(11.1)
Jika daya dc yang diberikan adalah
……………………………………..(11.2)

Maka, kita dapat menghitung efisiensi daya dengan rumus:
………………………………………(11.3)

Gambar 11.10 Penguat kelas A (a) rangkaian (b) titik Q optimum

Kelas A adalah cara biasa untuk menjalankan transistor dalam rangkaian linier karena merupakan rangkaian bias yang paling sederhana dan paling stabil. Tetapi kelas A bukan cara yang paling efisien untuk mengoperasikan transistor. Efisiensi maksimum penguat kelas A hanya mencapai 25 %. Dalam beberapa aplikasi, seperti sistem yang menggunakan batere, aliran arus dan tingkat efisiensi menjadi penting untuk dipertimbangkan dalam perancangan. Gambar 11.11 merupakan contoh rangkaian penguat kelas B. Penguat ini disebut penguat push pull (dorong tarik) yang berarti bahwa satu transistor mengalirkan setengah siklus sementara yang lainnya diam (off), dan sebaliknya.

Gambar 11.11 Penguat push-pull kelas B

Pada setengah siklus positif dari tegangan masukan, lilitan sekunder transformator T1 memiliki tegangan v1 dan v2. Oleh karena itu, transistor yang di atas mengalirkan dan yang dibawah terpotong. Arus kolektor melalui Q1 mengalir melalui setengah atas dari lilitan primer keluaran. Hal ini menghasilkan tegangan yang telah dikuatkan dan dibalik, yang tergandeng transformator ke pengeras suara. Pada setengah siklus selanjutnya, polaritasnya terbalik. Transistor yang di bawah bekerja dan yang di atas diam. Transistor di bawah menguatkan sinyal dan menampakkan setengah sinyal ke pengeras suara. Karena setiap transistor menguatkan setengah siklus masukan, pengeras suara menerima sinyal yang telah dikuatkan dengan siklus penuh. Keuntungan dari rangkaian kelas B ini adalah perbaikan efisiensi sinyal masukan, yakni mencapai 75%. Hal ini karena setiap transistor cutoff saat tidak ada sinyal masukan, tidak ada aliran arus ketika sinyal nol. Kerugian pada rangkaian di atas adalah dari segi penggunaan transformator yang besar dan mahal.

Berbeda halnya dengan kelas B yang dibutuhkan susunan dorong-tarik (push pull), pada kelas C digunakan rangkaian resonansi untuk beban. Hal ini disebabkan oleh arus kolektor yang mengalir kurang dari setengah siklus. Rangkaian resonansi paralel dapat menyaring pulsa dari arus kolektor dan menghasilkan gelombang sinus murni dari tegangan keluaran. Sehingga rangkaian penguat kelas C dapat menghasilkan efisiensi maksimum 100 %. Aplikasi dari kelas C adalah rangkaian penguat RF yang dapat diatur (gambar 11.12a).

Gambar 11.12 Penguat kelas C yang dapat diatur (a) rangkaian
(b) penguatan tegangan terhadap frekuensi

Frekuensi resonansi dapat diatur/ditala dengan menggunakan rumus berikut:
………………………………………(11.4)
Pada sisi lain dari frekuensi resonansi, penguatan tegangan turun (gambar 11.12b). Untuk itu penguat kelas C sering digunakan untuk menguatkan sinyal frekuensi narrow band (pita sempit).

About jefriklau

Hidup adalah Anugerah yang patut di syukury Mari terus berkarya, Terus Bekerja, Terus Berjuang dan Tetap Berdoa.
This entry was posted in Uncategorized. Bookmark the permalink.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s