Embed Size (px)
DESCRIPTION
elektronika
Citation preview
loPenguat Daya Kelas A
dan Kelas BSetelah beberapa tahap bati tegangan, ayunan sinyal mengambil hampir semua garis beban.
Bati yang dapat dinaikkan lagi adalah bati arus. Dengan perkataan lain, pada tahaptahapakhir dari penguat tahap banyak, penekanan berubah dari bati tegangan ke bati daya. Pada
nhap-tahap akhir ini, arus kolektor jauh lebih besar karena resistansi beban lebih kecil.Pada radio AM yang khas, misalnya, resistansi beban terakhir adalah 3,2 dL, yaitu impedansidari pengeras suara. Oleh karena itu, tahap akhir harus memberikan cukup arus untuk meng-
gerakkan impedansi yang rendah ini.Seperti yang telah diuraikan pada Bab 5, transistor-transistor sinyal kecil mempunyai
batas kemampuan daya kurang daripada setengah watt dan transistor-transistor daya mem,punyai batas kemampuan daya lebih daripada setengah watt. Transistor sinyal kecil biasa-
nya digunakan dekat ujung depan dari sistem karena daya sinyalnya rendah, dan transistordaya digunakan dekat ujung belakang dari sistem karena daya sinyalnya tinggi.
Bab ini akan membahas,garis beban ac, kepatuhan keluaran ac, kelas-kelas operasi, danpokok-pokok lain yang berhubungan,dengan penguat-penguat daya.
10.1 GARIS BEBAN AC DARI PENGUAT EMITER SEKUTU
Setiap penguat melihat dua beban: beban dc dan beban ac. Oleh karena itu, semua penguat
mempunyai dua garis beban: garis beban dc dan garis beban ac. Pada bab sebelumnya, kitatetrah menggunakan garis beban dc untuk menganalisa rangkaian-rangkaian pengatur pra-
reEangan. Pada bab ini, kita akan menggunakan garis beban ac untuk menganalisa operasi
sbyal besar.
GARIS BEBAN DC DAN AC
hnguat CE pada Gambar l0-la mempunyaikro pada Gambar l0-1b. Dengan rangkaian
hcban dc seperti Gambar 10-lc. Ingat bahwagrngan putus dc adalah Vss.
Bila sebuah sinyal menggerakkan transistor pada Garhbar l0-1a, kapasitor-kapasitormpak seperti hubung-singkat ac. Itulah sebabnya mengapa resistansi sumber dan resistansi
hcbm dilihat berbeda oleh transistor.Dryn kata lain, resistansi Thevenin ac yang menggerakkan basis adalah
r.a: Rs ll Rr ll R2
dam resistansi beban ac yang dilihat oleh kolektor adalah
rangkaian ekivaien dc seperti yang ditunjuk-ekivalen dc ini kita dapat menurunkan garis
arus jenuh dc adalah Vcc l@c + Rs) dan te-
Rc llR.
250 BAB 10
v@
n=nho
(cl
Gambar l0-l (a)-Penguat CE. (b) Rangkaian ekivalen dc.valen ac.
(c) Garis bebon dc dan ac. (d) Rangkaian eki-
.r .*-;i
Gambar lO-ld memperlihatkan rangkaian ekivalen ac. Rangkaian ini menyajikan garisbeban ac seperti pada Gambar l0-lc. Bila tak ada sinyal, transistor beroperasi pada titik Q.yang ditunjukkan pada Gambar l0-lc. Bila ada sinyal, titik operasi berayun sepanjang garisbeban ac dan bukan garis beban dc karena resistansi beban ac berbeda dengan resistansibeban dc.
Sarnbil lalu, agar titik 0 tetap jelas dalam pembahasan berikut ini, kita ukan *enulisarus kolektor tenang sebagai.Igq dan tegangan kolektor-emiter tenang sebagai Vc,a (llhtat-lah Gambar l0-1c).
JENLH.AC DAN PUTUS AC (AC SATURATTON AND CUTOFF)
Seperti ditunjukkan pada Gambar l0-lc, titik jenuh dan titik putus pada garis beban acberbeda dengan titik-titik pada garis beban dc. Berikut ini akan dijelaskan cara untuk men-dapatkan garis beban ac. Pada Gambar l0-ld, kita dapat menjumlahkan tegangan-teganganac. Pada Gambar l0-ld, kita dapat menjumlahkan tegangan-tegangan ac melingkar simpalkolektor untuk mendapatkan
(bl
DC
vce
V"eo
atau
u"" * i"rr: 0
l.---rc
GARIS BEBAN
fuus kolektor ac diberikan oleh
i,: Nc: Ic- Ico
(lcr)
PENGUAT DAyA KELAs A DAN KELAS B 251
ri
Gambar lO-2 Garis beban ac untuk pengaat CE.
'f,1 I il lrn kolektor ac adalah
ur": LVru: Vcu* Vc.re
Mqlm :nrmliasukkan ungkapan ini ke dalam Pers. (10-l) dan persamaannya diatur kembali,ry1 !6rirn
14^
( l0-2)
tl-nsrru*an ini adalah persamaan g4ris beban ac. Kita dapat menemukan titik-titik per-.mrmqFnrlr dengan cara yang biasa. Bila transistor mencapai kejenuhan, Z6s adalah nol,
rh:u. rI&l)memberikan
rc:rco.ry-?
/.1o0 : rrn* ? (ujungatas) ( l0-3)
O 'mn fcTslc) = arus jenuh ac
.t6'g = ilrus kolektor dc
lt-cre = tegangan kolektor-emiter dc
r. = resistansi ac dilihat oleh kolektor
ryb ffiGri{ilCIr mencapai titik putus (cutoff), .Ig sama.qpln Inrtus ac sebesar
dengan nol, dan kita mendapatkan
Vca'utr: Vcne * Irnr. (ujung bawah) ( l0-4)
Cder lG2 memperlihatkan garis beban ac dengan arus jenuhnya dan tegangan putus-
ryn" feir ini disebut garis beban ac karena mewakili semua titik operasi ac yang mungkin.stilliqF rert selama satu siklus ac, titik operasi transistor selalu ada di sepanjang garis bebanru;ffiayag tepat ditentukan oleh jumlah perubahan dari titik Q.
@rrunAN KELUARAN AC (AC OUTPUT COMPLTANCE)
Gruw hcbn ac merupakan alat peraga bantuan yang digunakan untuk memahami operasi
rysd hc$ff" Selama setengah siklus tegangan sumber ac yang positif, tegangan kolektor ber-q!', dcri tittt 0 ke arah jenuh. Pada setengah siklus negatif, tegangan kolektor berayun{M lIrft p ke arah titik putus. Untuk sinyal ac yang cukup besar, pemotongan dapat ter-f,,eft Fdr Ledua puncak sinyal.
252 BAB 10
Gambar LO-3 Kepatuhan keluaran ac.
Kepatuhan keluaran ac adalahmaksimum puncak-ke-puncak tegangan ac tak terpotong
yang dapat dihasilkan penguat. Misalnya, pada Gambar 10-3 kepatuhan keluaran ac adalah
) V. lifu kita berusaha untuk mendapatkan puncak'ke-puncak lebih daripada 2 V, sinyal
keluaran akan terPotong.
Bila kita mengetahui kepatuhan keluaran ac sebuah penguat, kita akan mengetahui
batas penggunaan sinyal besarnya. sejak saat ini kita akan melambangkan kepatuhan ke-
luaran ac iebuah penguat sebagai PP, untuk mengingat maksimum tegangan puncak'ke'
puncak tak terpotong yang dapat dihasilkan sebuah penguat' Pada Gambar 10'3, penguat
mempunyai PP 2 V.Kur"nu tegangan putus ac adalah Vcsa + Isgrg, maksimum ayunan positif dari titik 0
adalah
Vrro* Icerc- V*n: Igtr.
Karena tegangan jenuh ac idealnya nol, maksimum ayunan negatif dari titik Q adalah
0- Vcea:-l'cee
Kepatuhan keluaran ac dari sebuah penguat CE, diberikan oleh yang lebih kecil di antara
dua nilai pendekatan ini, Yaitu:
PP = 2Icsrc
PP = 2Vcro
(10-5)
(10-6)
GARIS BEBAN AC
__ ____-a-
PENGUAT,DAYA KELAS A DAN KELAS B
115 ksl
Gambar 104
GARIS BEBAN AC
GARIS BEBAN DCAz
BAB 10
10.2 GARIS BEBAN AC DARI PENGUAT.PENGUAT LAINNYAPengikut emiter, penguat CB, dan penguat terbenam mempunyai garis beban ac sendiri-sen-diri. Pasal ini akan mengamatinya satu per satu karena garis beban ac adalah kunci untukmenghitung kepatr,rhan keluaran ac.
PENGIKUT EMITER
Gambar l0-5a memperlihatkan sebuah pengikut emiter. Karena sinyal keluar datang dari
emiter, resistansi beban ac efektif adalah
ru: Ru ll Ry
Ini adalah resistansi ac sebenarnya yang membebani pengikut emiter dalam keadaan ada
sinyal.
Dengan penurunan yang hampir sama dengan yang diberikan pada penguat CE, kitadapat membuktikan bahwa arus jenuh ac adalah.
/c(*t): I**ry
Vcektt: Vcae* Irnr"
(rG7)
(lG8)dan tegpngan putus ac adalah
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 255
Gambar lGS (a) Pengikut emiter. (b) Garts beban ac,
Gambar l0-50 memperlihatkan garis beban ac dari sebuah pengikut emiter. Perhatikan bah-
wa tumus-rumus untuk arus jenuh ac dan tegangan putus ac sama dengan, yang diberikan
sebelumnya, kecuali bahwa r" diganti dengan r". Hal ini dapat dipahami karena resistansi
beban ac sekarang adalah r, dan bukan r.. Persamaan (10-7) dan (10'8) menunjukkan ka'
pan batas kemampuan arus maksimum atau tegangan dadal transistor dilewati.
Kepatuhan keluaran ac sebuah pengikut emiter adalah yang terkecil dari
vcE
atau
PP + 2lr-pru "18**= 1u'3',.
PP = 2l'<.t;o
( l0-e)
00-10)
Rumus-rumtis ini amat berguna bila anda ingin mengetahui maksimum sinyal keluar puncak-
ke-puncak tak terpotong yang dapat dlhasilkan pengikut emiter.
r\rPENGUAT CB G-t )
Sebuah penguat CB mempunyai resisiansi beban ac sebesar
, ,:':Rc'llRr ! l
Garis beban ac penguat CB hampir sama dengan yan! dimiliki penguat CE. Oleh karena itu,
kita dapat menggunakan Gambar l0-2 bila ingin.menganalisa operasi sinyal besar dari'pe:
nguat CB. Demikian pula, kepatuhan keluaran 4c hampir sama dengan yang dimiliki penggat
256 BAB ro
PENGUAT TERBENAM
Pada Gambar lO-6a dalarn sebuah penguat terbenam, resistansi beban ac yang dilihat oleh
transistor adalah tc I rB. Penurunan untuk mencari garis beban ac hampir sama dengan
yang diberikan sebelumnya. Itulah sebabnya arusjenuh ac berharga
/.(*o
dan teganpn putus ac adalah'
f// CE(cut)
V.ro: r.ol ,n r,
Vrrol lrfr.* ru)
(10-l r)
( l0- r2)
Ica +
(bt
' Garnbar 10{ (a\Pengiat terbenam. (b)Gazs bebanac.
t,
Gambar 10-6D memperlihatkan garis beban ac itu. Sekarang.bebannya tidakhanya t6;rtrl-lainkan rc * rp karena beban ini adalah'resistansi beban ac efektif ,yang dilihat oleh traimis.
tor. Dengan Pers. (10-ll) dan (10j12), dapat diperiksa apakah selama siklus ac batas ke:
mampuan transistor telah dilewati.iegangan keluar ac muncul melintas b;teganganumpan-balik ac yang melintas rr ha-
nya digunakan untuk pembenirman. Karena tegiangan ac total muncul nielintas rc * tr,te.galrgpqkeh;ar ac sama densan r"l(r" + r") dikalikandenganteganganactotal. Dengande-,nrikian,kepatuhan keluaran ac sebuah penguat terbenam adalah yang terkecil dari
VcEo+Icalrc+rEl
PP = Zlcdc (rGl3)
PENGUATDAYAKELASADANKEIAS B 267
T'PP = 2Vcro 'f- rct rE
( l0-14)
@ATUHAN KELUARAN AC MAKSIMUM
hde bab-bab sebelumnya, kita telah menetapkan titik O di sekitar tengah-tengah garis be-tm dc. Hal ini dilakukan untuk menyederhanakan permasalahan Kita dppat menaikkanhfatuhan keluaran ac bila kita menetapkan titik Q di atas tengah-tengah garis beban dc.Cmbar 10-7 menggambarkan sebabnya. Titik Or adalah titik 0 di tengah-tengah garis be-hon dc. tj -
,.
Tink'Q2 adalah rt!* Q di bagian atas garis beban dc. Seperti yang dapat an& lihat,titik O ylnC lebih tinggi rnenghasilkan tepngan keluar ac tak terpoto4g ya4g lebihrbesr._Denpn demiki4n, jika anda sedang me.rancang sebuah penguat sinyal besar dan ingin mon-dapatkan kepatuhan keluaran ac yang maksimum, letakkanlah titik 0 di atas tengah:tengahgaris beban dc.
Yang biasanya kita cari dalam perancangan adalah mendapatkan ayunan tegangan yangsama ke kedua arah, seperti yang ditunjukkan pada Gambar l0-8. Cara ini memberikan
ly"T maksimum sepanjang garis beban ac untuk setiap setengaf.,siklus dan r4enghesilka,n-kepatuhan keluaran ac maksimum. untuk mendapatkan ayunan tegangan yang sama di k+
GARIS BEBA.N DC
nis:r
ucE
-:
{Gambar LO-T Cara menaiklean kepatuhan' tetilula7ona$i
:. jr.,
:i..',?,.aa;ii.a...
.:-:74i:i
". !i. "
1': *:r'.:{':i-l I j.] : i .'
''1:,': ' f;'<"
Ganibsr--f 0A
258 BAB ro
dua arah, anda harus memenuhi hubungan-hubungan untuk masing-masing penguat dasarberikut ini:
Rtilstansi eC:'iang a t',rt*ltotet tor rcutut,
=lkOll3kO=750O
Irnrr: Vrun (CE stage)
I6qro: Vron (CC stage)
Icorc: Vcro 4 (terbenam)rct rE
l0 V + (5 mA)(870 O) = 14,4 V
(10-15)
(10-16)
(10-17)
Di sini, sebagian besar perancang menggunakan pendekatan coba<oba (trial-and-error). Mula-mula dicoba sebuah harga arus kolektor, lalu dilihat apakah persamaannva hampir meme-nuhi, lalu coba lagi sampai jawabannya cukup mendekati. Dengan cara coba-coba [dikenaljuga sebagai pendekatan beruntun (successive approximation)], kita dapat mendekati titik 0yang optimum. (Pilihan perancangan yang lain menggunakan penyelesaian grafis dan pe-
nyelesaian komputer.)
eoNToHletSebuah penguat terbenam mempunyai lce = 5 mA, Vssq = l0 Vf Rc = I kf], Rp =3,,k ;. an-'.;',,12$,,$.,1{it**gataius:jen*h-aCr'tegang4rrrputusiae;idani*epiiiuhankeluaran i.d;:':, . ,:,:,
PLENY.ELESAIAN .,i; :i tr-tlrt:jli
dan tegangan putus ac adalah,
Vcg(putl =
Kepatuhan keluaran ac adalah yang terkecil dari
PFs,,2i,!,0v} a,llia,u
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 259
2,17 mA, atau
l-OV:,.;,:(..l$4.mA)ft;6:k{?li.:,3.i46.V.,,.r::..Ayunan positif masih lebih kecil daripada ayunan negatlt; jadi, cobalah'titik
Ice = "1,91
mA"
Icerc = (1,91 mAXl,06 kQ) = 2,02V
Ayunan negatif maksimum adalah
l .,-t, lotv,,:.r{.1$,.f,,'ynX4l6.knl=l:1il',rv,il,.,., ...,,,,, , .,,:. i :,.::i:..::
**.;x*tffi ;T:*.,t--t,rrrpeai; r'diler nc gatiiii dii *1k'. a.|
i*b*'..u.ni"t,'ie,49;baon,.ya'iig.ketierti$tlififfi.fu;,,:oi:iens4h'te;gq!,uttart,lr;l!...m4.aeu
1,64 mA, atau
1 Vanem{nberi.$:enla11onan' Po$itif :ixaksinq:n:,,$e&e.$al
Ic@rc = (1 ;78 mA)(1,06 kO) = 1,89 V
: dan avunan.,ag€4,{ii,mdkli ar.r*e:ur.,.,,1,,,,.:.., ,
r sekara{g, -un{n'.'pa!i1it:;d!nja.nqe*ii{n*a,,.'li*ra,fit $1qa- ra!,b9iafftFh$/.a:,ti1ik:,Q apti-'i mum ine*pu.ry.4iier1l's.,.lial*.kfoi;idls'i,i9kiif i1.]r.?:8:9A.dan Fgangan:4Qf9iktor.e$iter se-
I besar r,sl.Vrl:.D$ngfn,,til O.,mi',Aiiigu*t,imemp11{lyai kepat!$g{:;ke},1gan.ac maksi-
mum sekitar
ryr1;,'1{!;81 v1 = 3,$2:Y-
Itlencari titik 0 yang optimum tidak selalu perlu. Pada penguat sinyal kecil, misalnya,
titik tengah garis beban dc cukup baik karena hanya sebagian kecil garis beban ac yang di'gunakan. Untuk mudahnya, kita akan terus menetapkan filik Q di tengah-tengah garis be-
ban dc. Lalu kita dapat memeriksa kepatuhan keluaran ac untuk melihat apakah ayunan
\
_-)
puncak'ke-puncaknya cukup besar untuk pemakaian. kita. Bila tidak, kita dapat mengubahpenguat itu dengan menggunakan Rs yang lebih kecil untuk mendapatkan t.putut.'n toluaran ac yang maksimum.
10.3 OPERASI KELAS Aoperasi kelas A berarti bahwa transistor selalu beroperasi di daerah aktif. Ini mengandungarti bahwa arus kolektor mengalir sepanjang 360o dari siklus ac. pada pasal ini, kita akanmembahas beberapa sifat dari penguat kelas A yang dibutuhkan untuk^perb"ik;;;;rancangan.
BATI TEGANGAN DENGAN BEBAN
D dalam penguat cE pada Gambar ro-9a, teganganac uia menggerakkan basis, menghasil-kan tegangan keluar ac uo,.1. Bati tegangan tanpa beban adalah
A: -R,r'"Pada bab-bab sebelumnya, kita menggantikan rangkaian keluar dengan rangkaian Thevenin-nya untuk mendapatkan tegangan ac yangmelintasRl.
Tetapi ada cara lain yang dapat kita gunakan. Kaiena resistansi ac yang dilihat oleh ko-
260 BAB 10
lektor adalah. ..1:
rr: F, I Rt
kita dapat menghitung langsung bati tegangan dengan beban denganmenggunakan rumussebagai berikut
Ar: -+
h', (cl
Gambar'10'9 (a) Peneuat cE- (b) Daya heban. (c) Disipasi daya transistor.
(10-18)
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 26,1
Rumus alternatif dari bati tegangan ini dapat digunakan,untuk menghitung pengaruh R,hnpa mengganti rangkaian keluar dengan rangkaian Thevenin-rtya: Mbalnya, bila R" =l0 k$l, RL = 30 kO, danr! = 50 O, maka
l0kQil30koAr: - 50o
:-150
BATI ARUS
Pada Gambar l0-9a, batiarus sebuah transistor adalah perbandingan arus kolektor ac ter-hadap arus basis ac. Persamaannya adalah sebagai berikut,
A,= t,
A': -A'Ai
di mana A, = bati dayaA, = batitegangan,4.; = bati arus
Persamaan ini dapat dipaharni. Ia mernlmilrt<tan bahwe bati drya.$qnanegatif dari bati tegangan dan bati arut
(10-19)
di mana z4; = bati arus . .l" = arus kolektor ac
i6 = Bms basis ac
Seperti yang telah dibahas pada Bab 9 , Ai tetganfrtng dari imped:rnsi keluar sumber 4ruslto-lektor dan resistansi beban; tetapi, dalam banyak rangkaian, anda dapat menggunakan pen-dekatan berikut ini dengan kesalahan yang dapat diabaikan:
Ai= f (10-20)
BATI DAYA
Pada Gambar IU9a, dayamasuk:ac pada basis adalah ,
.
Pin: Dinia
Daya keluar ac dari kolektor adalah
Pout= -Dorri"
di ma4a tanda kurang diperlukan karena adanya pembalikan fasa. Perbandinganpoosfptodi--sebut bati daya dan ditulis dengan,4o. Dengan mengambil perbandingan po,,1 terhadap pio,kita mendapatkan
, Pou, Dor,l.nr,: p*: _
".r"4YtnenaA, = uo.1/uin danA;= i"f i6,maka
(10-21)
r#.i
I
'll
d
;
2&2 :eAB to
: Mimlnya, bila sebuah penguat CE mempunyai r" = 7596 dl, r! = 50,S1; dan.p = lX,maka bati tegangan adalah , !
. 7500 QA,:_ 5oo :_l5o
Bati arus adatah
Ai = 125
Bati daya adalah
Ap= -(-150X125) = 18.750
lni berarti bahwa daya mazuk ac sebesar I gwmenghasilkan daya keluar ac sebesar 1g.750pW atau 18,75 mW.
DAYA BEBAN
Beban pada penguat dapat berupa pengeras suara, motor, atau alat lainnya. pentinguntukmengetahui berhpa banyak
laya,yang mencapai tahanan iru*. prj" c"mbar l0-9a, dayaac ke dalam tahanan bebanRl adalah
di mana Pa = dayabeban ac 1., Vr?V1 = tegangan beban rms L= T. ' RL = resistansi beban ,.;j "
Persamaan ini cocok bila digunakan untuk mengrkur reganganbeban ac dengan voltmeterkarena voltmeter biasanya dikalibrasi terhadap harga-harga a;s.sering juga kita perlu melihat tegangan icetuai
"" oingan osiloskop. Dalam hal ini, se-baiknva digpnakan rumus vans *"nggui*t- ,"***;;;.J-?u"-]ioo.t dan bukan te_gangah arus. Karena r--'v.r 'rv r,s
Uo 1L,
(10-23)
Va = 0,707 Vp |fi- Vp
t, -v*,p-T
kita dapat menulis.
v- =fi'rrr1 tl - 0'7O7VPP
VL = 0,7,O7 Vp = -'' -r' rr, .
Mazukkan harga ini ke dalam pers. {I}-zn)dan kita mendapatkan
t/2o -
lPP' t- E.R,
Persamaan ini amat berguna bila kita mengukur tegangan puncak-ke-puncak dengan osilos-kop.
DAYA BEBAN ACMAKSIMUM,... :. ' .
Bt'49gra dayateban ac maksimum yang dapat anda peroleh dari penguat cE yang beroperasipqda''ketas A? Kepatuhan keluaran ".-pp'rurnu
;;;s;;;#;;tngan keluar tak ter_
dan
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B
potong. Denpn demikian, kita dapat mengubah Pers. (10-23) menjadi
PP2Pr,<-a*j: g&
Daya ini adalah daya beban ac maksimum yang dapat dihasilkan penguat kelas A tanpa ter-
potong.Gambaq l0-9b memperlihatkan bagaimana daya beban berubah densan berubahnya
tegangan beban puncak-ke-puncak. kngkungan ini berbentuk parabola karena daya se'
banding langsung dengan kuadrat tegangan. Seperti yang dapat anda lihat, daya beban mak-
simum terjadi bila tegangan beban puncak-ke-puncak sama dengan kepatuhan keluaran ac.
DISIPASI DAYA TRANSISTOR
Bila tak ada sinyal yang menggerakkan penguat, disipasi daya transistor sama dengan per'
kalian tegang;an dan arus dc:
Poo: Vr"dra ( l0-2s)
di mana Poe = disiPasi daYa tenang
VcBe = tegangan kolektor-emiter tenang
Ice = arus kolektor tenang
Disipasi daya ini tidak boleh melebihi batas kemampuan daya transistor. Jika hal itu ter-
jatli, transistornya dapat menjadi rusak. Misalnya,JkaVgBq = 10 V danlsq = 5 mA' maka
Poo: (10 VX5'mA) - 50 mW
Transistor 2N3904 mempunyai batas kemampuan daya 310 mW untuk suhu sekitar 25"C.
Dengan demikian, transistor 2N3904 tidak mempunyai masalah menghamburkan daya
tenang 50 mW bila suhu sekitar 25"C.Gambar 10-9c memperlihatkan bagaimana disipasi daya transistor berubah dengan ber-
ubahnya tegangan beban puncak-ke-puncak. Pp berharga maksimum bila {ak ada sinyal
mazuk. Harganya turun bila tegangan beban puncak-ke-puncak naik. Dalam kazus terburuk,
transistor harus mempunyai batas kemampuan daya lebih besar daripadaPpg,laitu disipasi
tenang. Persamaannya adalah sebagai berikut,
Po(-uo") = PoQ (r0-26)
Dengan demikian, seorang perancang hendaknya yakin bahwa Prq lebih rendah daripada
batas kemampuan daya transistor yang riedang'digunakan, karena Ppq mewakili kasus ter-
buruk.Persamaan (10-26) hanya berlaku untuk operasi kelas A. futinya, hanya pada operasi
A tlisipasi terburuk transistor dapat terjadi dalam keadaan tanpa sinyal. Pada operasi kelas
lainnya yang akan dipelajari, disipasi daya transistor lebih banyak terjadi bila ada sinyal.
PENGI.]RAS ARUS (CURRENT DRAIN)
Seorang perancang catu daya harus mengetahui berapa banyak arus yang diambil oleh ma-
sing-masing tahapan. Pada penguat seperti Gambar 10-94, sumber tegangan dc zsg harus
memberikan arus searah ke pembagi tegangan dan ranglaian kolektor.. Apatila pembagi
tegangannya kaku, ia akan menyajikan peng4ras arus dc berharga
263
(t0-24)
264 BAB TO
t- Vcc,, _R,T&
Pada rangkaian kolektor, penguras arus dc adalah
Iz: IcoPada penguat kelas A, perubahan sinusoidal pada arus kolektor rata-ratasama dengannol' Dengan demikian, baik ada sinyal ac atau tidak, sumber dc harus memberikan arusrata-rata
It: I, * I, ( r0-2e)Arus ini adalah penguras,arus dc total. Tegangan sumber dc yang dikarikan dengan peng-uras arus dc memberikan daya dc total yang diberikan ke penguat Jebesar:
Pt: VrtJ, (10-30)
( r0-iJ)
Sebagai contoh, bila P1,-*, = 50 mw danps = 400 mw, efisiensi tahapan itu adalah
50 mW4: 400 mw X t00o/o : 12,5o/o
Ini berarti 12,5 persen daya masuk dc mencapai keluaran daram bentuk daya beban ac.
Tabel 10-1. Rumus-rurnus Kelas A
(t0-27 t
( l0-28)
EFISIENSI TAHAPAN (STAGE EFFICIENCY)
Kadang-kadang kita ingin membandingkan efisiensi dari satu rancangan dengan yang lain-nya' Dalam hal ini, masalahnya akan lebih mudah bila kita berbicara t-entang eJisiensi tahap-an,yang diberikan oleh
4:P-l-trur..l X l0oo/o1.s
dimana ^ n= efisiensitahapanPr,(-"r.") = daya beban ac maksimum
Ps = daya masuk dc
KESIMPULAN
Tabel l0-l mengikhtisarkan rumus-rumus yang penting pada operasi kelas A. Tabel ini amatm.mbantu bila anda sedang memperbaiki dan merancang penguat kelas A. Data yang per-tama adalah arus jenuh kolektor. Perhatikan bahwa data ini dapat diterapkan pada sewatahapan: cE, cc, cB, dan terbenam. Misalnya, pada tahapan cE, r, adalah nol dan rumus-nya disederhanakan menjadi Isq + VgBgfr.. Demikian pula, pada tahapan CC, r" adalahnol dan kita mendapatkanlgq + Vcnelrn.
Kepatuhan keluaran ac dicantumkan untuk tahapan-tahapan cE, cc, dan cB. Rumusuntuk penguat terbenam terlalu rumit, sehingga anda hanrs menggunakan pers. (10-13) dan(10'14). Anda harus mampu memahami data-data yang lain. Bila anda mengalami kesulitan,ulangilah penurunan dan pembahasan yang terdahulu.
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 265
+10 V
GARIS BEBAN AC
o GAR|S BEBAN DC
Gambar 10-10
BAB IO
104 OPERASI KELAS B
Kelas A adalah cara yang umum untuk menjalankan transistor pada rangkaian-rangkaianlinear karena menyajikan rangkaian pemberi prategangan yang paling sederhana dan palingmantap. Tetapi kelas A bukanlah cara yang paling efisien untuk mengoperasikan transistor.Pada beberapa pemakaian, seperti sistem yang dicatu baterai, penguras arus dan efisiensitahapan menjadi pertimbangan yang penting dalam perancangan. Itulah sebabnya, lalu di-kembangkan sejumlah operasi ke{as lainnya.
Operasi kelqs B sebuah transistor berarti bahwa arus kolektor hanya mengalir 180' darisiklus ac. Ini berarti bahwa titik p ditempatkan di dekat titik putus dari kedua garis bebandc dan ac. Keuntungan operasi kelas B adalah rendahnya disipasi daya transistor dan ber-kurangrrya penguras arus.
l
1I
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 267
TilDreKAIAN DORONGTARJK (PUSH-PULL CIRCUIT)
E transistor dioperasikan pada kelas B, ia menggunting setengah siklus. Untuk menghin-
ff dfutoai yang dapat terjadi, maka anda harus menggunakan dua transistor dalam susun-
-&ottgtaik. lni berarti bahwa satu transistor bekerja selama setengah siklus, dan tran-
fr Xrang lain bekerja selama setengah siklus yang lain. Dengan rangkaian dorong'tarik,
Er aelrat membangun penguat kelas B yang mempunyai distorsi rendah, daya beban besar
-G&i€nsi tinggi.
Gmbar l1-lla adalah salahl satu cara untuk menyusun pengikut emiter dorong-tarik
56 B. Apa yang kita,lakukan di sini adalah memasang pengikut emiter npn dan pengikut
a*r pnp dalatn susunian komplementer atau dorong'tarik. Untuk memahami apa yang
,r.{.fi, kita mulai analisanya denpn rangkaian ekivalen dc pada Gambar 10-1 lb. Perancang
ffi tahanan pemberi prategangan untuk menetapkan titik Q pada titik putus (cutoff).
h t ueri prategangan dioda emiter pada setiap transistor di antara 0,6 V dan 0,7 Y,ya-
hhgan yuttg Oibutrhkan untuk mematikan dioda emiter. Idealnya,
Ice=o
ftS*an sifat simetri dari rangftaian itu. Karena tahanan-tahanan pemberi prategang-
r *!hsama, setiap dioda emiter diberi prategangan dengan tegangan yang sama' Akibat'
lye setengah tegpngan catu jatuh melintas setiap transistor' Yaitu,
rl -V*vcrc--T
GARIS BEBAN DC
GARIS BEBAN AC
Cambar l0-ll (a) pensikut emiter dorong-tarik kelas B. (b) Ransleaian ekivalen dc. (c) Garis-garis beban'
(d) Ranskaian ckivalen ac.
268 BAB 10
GARIS BEBAN DC
Karena tak ada resistansi dc pada rangkaian kolektor atau emiter pada Gambar l0.l lD, arurjenuh dc berharga tak terhingga. lni berarti bahwa garis beban dc vertikal, seperti ditunjuk-kan pada Gambar 10-11c. Jika menurut anda hal ini tampaknya seperti situasi yang ber-bahaya, anda benar. Yang paling zulit daram merancang penguat kelas B adalah *"*rrt1-kan titik Qyangmantap pada titik putus. penuruiran ven yn|besar karena turunnya suhudapat menggeser titik Q iauhke atas pada garis beban dc sampai pada tingkat a.rus yang ber-bahaya. Tetapi, untuk sementara, kita akan menganggap bahwa titik O.terletak koloh padatitik putusnya, seperti ditunjukkan pada GambSr l0-l lc.
GARIS BEBAN AC
Garis beban ac yang telah diuraikan masih berlaku. Untuk sebuah pengikut emiter, arusjenuh ac adalah
dan tegangan putus ac adalah
/co"o) : Iro+ ryVca1"ut1 : Vcda* Irnr,
- V..Icaen>: lfi
Dalam pengikut emiter kelas B pada Gambar l}-lla,Ice = O,Vcae = ycc12, danr, = RyDengan demikian, arus jenuh ac dan tegangan putus ac disederhanut* *.ni"o " a
( r0-32)
dan
'fcs(^t)( l0-33)
Gambar 10-l lc memperlihatkan garis beban ac itu. Bila sebuah transistor bekerja, titikoperasi transistor itu akan berayun ke atas sepanjang garis beban ac; sementara itu titikoperasi transistor yang lain tetap berada pada titik putusnya. Tegangan dari transistor yangmenghantar dapat berayun dari keadaan putus sampai keadaanjenuh. Pada setengatt ritOutyang lain, transistor yang lain melakukan hal yang sama. Ini berarti bahwa kepatuhan acdari penguat dorong-tarik kelas B lebih tinggi dari kelas A karena ia sekarang berharga
PP = Vcc (r0-34)
Bila diberikan catu l0 V, kita dapat membangun pengikut emiter dorong-tarik kelasdengan kepatuhan keluaran ac 10 V.
ANALISIS AC
Gambar l0'lld memperlihatkan rangkaian ekivalen ac dari transistor yang bekerja. Baganini hampjr sama denpn pengikut emiter kelas A. Bati tegangan dengan beban adalah
RZ
: V,.2
9,4-=
Ao Rr* /" (10-35)
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B
lmpedansi masuk denpn beban pada basis adalah
zin(uasis) = f(&+ ,L) '
dan impedansi keluar adalah
z""a: r'" * ftBati arusz4; masih hampir sama dengan p, dan bati daya adalah
269
(10-36)
( l 0-37)
( l 0-38)Ao: A,A,
PERTLAKU KESELURUHAN
Sekarang kita telah memiliki bayangan yang jelas tentang apa yang dilakukan rangkaianpada Gambar 10-11a. Pada setengah siklus tegangan masuk yang positif, transistor yang
di atas menghantar dan yang di bawah putus. Transistor yang di atas berlaku seperti peng-
ikut emiter yang biasa. Sehingga tegangan keluarnya hampir sama dengan tegangan masuk-
nya. Biasanya, impedansi keluar amat rendah karena sifat pengikut emiter.Pada setengah siklus tegangan masuk yang negatif, transistor yang di atas putus dan
transistor yang di bawah menghantar. Transistor yang di bawah berlaku seperti pengikutemiter yang biasa yang menghasilkan tegangan beban hampir sama dengan tegangan masuk.
Perilaku keseluruhannya sekarang jelas. Transistor yang di atas menarlgani setengah
siklus tegangan masuk yang positif, dan transistor yang di bawah menangani setengah siklus
negatif. Pada kedua setengah siklus itu, zumber melihat impedansi masuk yang tinggi ke
dalam basis, dan beban methat impedansi keluar yang rendah.
\DrsroRsr PELTNTASAN (CROSSOVER DISTORTION)
Gambar lO-I2a memperlihatkan rangkaian ekivalen ac untuk pengikut emiter dorong+arikkelas B. Angpp bahwa tak ada prategangln sama sekali yang diterapkan pada dioda emiter.
fc{o,l
Garbar 10-12 (a) Rangkaian sepadan ac untuk pengtat kelas B. (b) Distorsi pelintasan. (c) Gois bebanac denpn sedikit prategangan.
,ilt
0,7 v
270 BAB 10
Maka tegangan y4ng datang harus naik sampai sekitar 0,7 V untuk mengatasi potensial ba-rier itu. oleh karena itu, bila sinyalnya lebih kecil daripada 0,2 v, tak ada arus yang meng:alir melalui Q1 . Perilaku yang sama terjadi juga pada setengah siklus yang lain; tak ada arusyang mengalir pada Q2 sampu tegangan masuk ac lebih negatif daripada - 0,7 v. Denganalasan ini, bila tak ada prategangan yang diterapkan pada dioda emiter, keluaran pengikutemiter dorong-tarik kelas B akan tampak seperti Gambar l}-12b.
Sinyal mengalami distorsi. Karena perilaku pemotongan di antara sOtiap setengah siklus"sinyalnya bukan lagi gelombang sinus. Karena pemotongan terjadi di antara waktu transis,tor yang satu putus dan transistor yang lain mulai menghantar, kita menyebutnya distorcipelintavn. Untuk menghilangkan distorsi lelintasan, kita perlu menerapkan sedikit pra-tegangan maju pada setiap dioda emiter. Ini berarti menempatkan tittk Q sedikit di atastitik putus, seperti ditunjukkan pada Gambar l0-12c. sebagai penuntun, arus /gq dari Isampai 5 persen dari,[sc.ry zudah cukup untuk menghilangkan distorsi pelintasan.
Sebenarnya, kita mempunyai operasi kelas AB. Ini berarti bahwa arus kolektor mengalir di dalam setiap transistor lebih daripada 1800 tetapi kurang dari 360o. Tetapi, karenaoperaiinya mendekati kelas B daripada kelas A, banyak orang ni6namakan rangkaian ini s6'bagai penguat kelas B.
DISTORSI NONLINEAR
Seperti yang telah dibahas, penguat sinyal besar kelas A mempelpanjang satu setengah siHusdan memperpbndek yang lainnya. Salah satu cara mengatasinya ialah dengan pembenrnn,yang mengurangs distorsi nonlinear sampai ke tingkat yang dapat diterima. Pengikut emiterdorong-tarik kelas B bahkan menekan distorsi ini lebih jauh lagi karena kedua setengah si-klusnya mempunyai bentuk yang sama. Meskipun distorsi nonlinear masih ada, tetapi jauhlebih kecil daripada kelas A.
Penyebab distorsi yang rendah ini ialah bahwa semua harmonik genap dihapuskanllarmonik adalah perbanyakan frekuensi mazuk. Misalnya, bila fu = I kHz, harmonik kedua adalah 2l<IIz, harmonik ketiga adalah 3 ktlz, dan seterusnya. Penguat sinyal besar kelas A menghasilkan semua harmonik: ft, 2fn,3fn, 4fn, Sfn, dan seterusnya. penguat
dorong'tarik kelas B hanya menghasilkan harmonik ganjil saja:,{r,, 3fn, sfn, dan seterus.nya. Oleh karena itu, dengan penguat dorong-tarik kelas B distorsinya menjadi rendalr" (Bab22 akan membahas harmonik dengan lengkap dan menjelaskan mengapa dengan operasidorong-tarik harmonik genap dapat dihapuskan).
10.5 RI.'MUS.RUMUS DAYA I.'NTUK KELAS BDaya beban, disipasi transistor, penguras arus, dan efisiensi tahapan sebuah pengikut emiterdorong'tarik kelas B agak berbeda dari yang dimiliki penguat kelas A. Bila anda sedang mem-perbaiki atau merancang penguat kelas B, akan banyak menolong bila anda mengetahuirumus-rumus daya berikut ini.
DAYA BEBAN
Daya beban ac penguat dorong-tarik kelas B diberikan oleh
Pt: vei8R.
di mana Pa = daya beban acVpp = tegangan beban puncak*e-puncakfi1 = resistansi beban
(10-3e)
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 27I
P! PD+r,r, I Db2 I*ri ----v -|,2,->,| ,L .* ( ,*, ' .*
lbl (c)
Gambar lO-13 (a) Arus dan tegangan kehs B. (b) Daya beban. lc) Disipasi daya transistor.
Anda dapat menggunakan persamaan,ini bila anda mengukur tegangan beban puncak-ke-prncak dengan osiloskop.\ selanjutnya, mari kita mencari daya beban maksimum. G 10-l3a memperlihat-kan garis beban ac ideal untuk pengikut emiter dorong-tarik kelas B-. Garis ini ideal karenamengabaikan vcn,&o, dan lgq. Pada penguat yang sebenarnya, titik jenuh ac tidak tepatmenyentuh zumbu vertikal, dan titik Q sedikit di atas titik putus. Gambar l0-l3a meng-gambarkan bentuk gelombang arus dan tegangan tak terpotong maksimum yang dapat kitaperoleh dengan satu transistor pada pengikut emiter dorong-tarik kelas B: transistor yanglain menghasilkan setengah siklus bertitik-titik. Karena kepatuhan keluaran ac sama dengantegangan puncak-ke-puncak, daya beban maksimum adalah
DD2D i t'r L(mdrs) - gR. ( l0-40)
Pada Gambar l0-13a, PP sama dengan 2vcea. Dengan demikian, rumus yang lainnya adalah
(1041)
Gambar l0-l3b memperlihatkan bagaimana daya beban berubah dengan benrbahnyategangan beban puncak-ke-puncak. Tak ada yang aneh di sini. Daya beban naik megcapaimaksimum pada saat tepngan beban puncak-ke-puncak sama dengan kepatuhan kduaraa ac.
;i
DISIPASI DAYA TRAI{SISTOR
Dalam keadaan tpnpa sinyal, transistor-transistor pada penguat dorong-tarft ftdls B meng-aoggur (idlind karena hanya sejumhh kecil arus yang mengalir metalui mcreta Dengan
, : vttnr I, (maks) 2R,
272 BAB 10
alasan ini, disipasi daya setiap transistor amat kecil. Tetapi, bila ada sinyal, transistor mem-punyai ayunan arus yang besar dan menyebabkan disipasi daya yang lebih besar.
Disipasi daya transistor tergantung dari banyaknya garis beban ac yang digunakan-Dalam kasus terburuk, disipasi mencapai maksimum bila 63 persen dari garis beban ac di-gunakan. I:mpiran I membuktikan bahwa disipasi daya transistor maksimum adalah
Gambar l0-l3c memperlihatkan bagaimana disipasi daya transistor berubah dengan
berubahnya tegangan beban puncak-ke-puncak. Seperti yang dapat anda lihat, P, men-capai maksimum bila tegngran beban puncak-ke-puncak adalah 0,63PP. Kenaikan tingkatsinyal lebih jauh menyebabkan diSipasi transistor turun. Karena disipasi daya pada kasus
terburuk adalah PP2 l40RL, setiap transistor pada penguat kelas Bharusmempunyaibataskemampuan daya lebih besar daripadaPPz|4ORL.
PENGURAS ARUS
Penguras arus dc dari penguat dorong-tarik kelas B seperti Gambar l0-l la adalah
I": I, * I, ( l0-43)
di mana 11 = flrus dc melalui tahanan-tahanan pemberi prategangan.f2 = srus dc melalui kolektor yang di atas \
Bila tak ada sinyal, 12 = Isq, dan penguras arus menjadi kecil. Tetapi bila ada sinyal, peng-uras arus naik karena arus kolektor yang di atas menjadi besar.
Bila semua garis*ghen-ac digunakan, maka transistor )'ang di atas mempunyai arus,se-tengah gelombang sinus yang melaluinya dengan harga puncak
Ic,ror>: fuRr.
Seperti yang telah dibahas pada Bab 3,hargarata.rata atau harga dc dari sinyal setengahgelo4bang adalah
PP2D :-r D(mahs) 40RL
-I2 = 0,3 l8.fs1;gry
, _o.3l8vcEetr-- &,
(t0-42)
( l0-44)
atau
Persamaan ini dapat digunakan untuk mengfuitung penguras arus kolektor maksimum.Daya dc yang diberikan pada rangkaian ini adalah
Pt: Vr/t ( l0-45)
Persamaan ini dapat diterapkan pada setiap penguat dorong-tarik kelas B dengan catu dayatanggal Vss. Pada keadaan tanpa sinyal, daya dc kecil karena penguras arus minimum. Te.tapi, bila.sinyal menggunakan semua garis beban ac, daya dc y.ang diberikan ke rangkaianmencapai maksimum.
i
EFTSIENSI TAHAPAN
Efi siensi tahapan atlalah
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 273
(10-46)r:iffi X rooo/o
Seperti yang akan ditunjukkan pada contoh berikut ini, kelas B mempunyai efisiensi tahap'
an yung lebih besar dar-ipada kelas A karena menghasilkan jauh lebih banyak daya keluar
dengan-lebih sedikit Aaya dc dari catu. Kenyataannya, dapat ditunjukkan bahwa tahapan
dorong-tarik kelas B mempunyai efisiensi maksimum 78,5 persen. Tahapan kelas A dapat
mempunyai efisiensi maksimum25 persen(tergantungRs)atau 50 persen(gandengantrans-
formator). Dibandingkan dengan kedua kasus itu, kelas B masih lebih efisien.
\KESIMPULAI{
Tabel 10-2 mengikhtisarkan rumus'Iumus yang penting untuk operasi kelas B' Data'data-
nya dapat menjelaskan sendiri. Jika anda mengalami kesulitan, pelajarilah kembali penurun-
an dan-pembahasan yang terdahulu dari data tersebut'
Tabel l0-2. Rumus-rumus Kelas B
GARIS BEBAN
Gambar 10-14
274 BAB 10
106 PENGATURAN PRATEGANGAN PADA PENGUAT KELAS BSeperti yang telah disebutkan. hal yang paling sulit dalam merancang penguat kelas B ialahmenetapkan tidk q yang mantap di dekat titik putus. Pasal ini akan membahas masalah ter-sebut serta penyelesaiannya.
PRATEGANGAN.PEMBAGI TEGAI{GAN
Gambar 10-15a memperlihatkan prategangan pembagi tegangan untuk rangkaian dorongtarik kelas B. Dua transistornya harus komplementer, artinya mereka mempunyai lengkung?n vss, batas kemampuan maksimum, dan sebagainya yang silma. Misalnya, 2N3904 dan
PENGUATDAYAKELASADANKELAS B 275
2N3906 adalah komplementer, yang pertama transistor npn dan yang kedua pnp;keduatransistor inl mempunyai lengkungan VsB,batas kemampuan makgimum, dan seterusnya
yang mirip. Pasangan komplementer seperti ini atla di pasar untuk hampir semua perancang-
an dorong-tarik kelas B.
Pada Gambar l0-15a, arus kolektor dan emiter hampir sama. Karena hubungan seri
dari transistor-transistor komplementer itu, setiap transistor mempunyai tegangan jatuh se-
tengah dari tegangan catu. Untuk menghindari distorsi pqlintaqan, kita menetapkan titik 0sedikit di atas titik putus, dengan harg Ves di antara 0,6 dan 0,7 V, tergantung dari jenis
transistor, suhu, dan unsur-unsur lainnya. kmbaran data menunjukkan bahwa kenaikan
Vss 6A mV menaikkan arus emiter 10 kali lebih banyak. Oleh karena itu, sangat sulit me-
nemukan tahanan-tahanan stdndar yang dapat menghasilkan harga VsB yang tepat. Sebuah
tahanan yang dapat diatur hampir selalu dibutuhkan untuk menentukan titlk Q yang tepat.Tetapi sebuah tahanan yang dapat diatur tidak memecahkan masalah suhu. Seperti
yang telah dibahas pada Bab 8, untuk arus kolektor tertentu, VpB tvtun sekitar 2 mV per
derajat kenaikan suhu. Dengan kata lain, Vsn yang dibutuhkan untuk menetapkan arus ko-
lektor tertentu turun bila zuhu naik. Pada Gambar 10-15a, pembagr tegangan mefiberikanpenggerak kaku untuk setiap dioda emiter. Dengan demikian, bila zuhu naik, perubahan
tegangan tertentu pada setiap dioda emiter memaksa arus kolektor naik. Misalnya, bila te-
gangan VsB langdiminta turun 60 mV, arus kolektor naik dengan faktor 10 karena pra-
tegangan yang ditetapkan terlalu tinggi 60 mV.Bahaya yang terbesar ialah pelanturan termal (lhermal runaway). Bila suhu naik, arus
kolektor naik, dan ini sama dengan tittk Q yang bergerak ke atas sepanjang garis beban dc
vertikal. Sejalan dengan pergerakan titik 0 ke arah arus kolektor yang lebih tinggi, sulptransistor juga naik, sehingga lebih menurunkan harga VpB lang tepat' Keadaan yang me-
nanjak ini berarti bahwa titik O dapat "melantur" dengan naik sepanjang garis beban dc
sampai daya yang berlebihan merusak transistor. Kemungkinan terjadinya pelanturan ter-
mal ini tergantung dari sifat-sifat termal transistor, caranya didinginklur, dan macam pe-
nyalur panas (heat sink) yang digunakan (akan dibahas kemudian).
(a) (b)
Gambar lUlS (a) Prategangan pembagi tegangan unruk kelas B. (b) hategangan dioda'
{,!
d
276 BAB 10
PRATEGANGAN DIODA (DIODE BIAS)Salah satu carb untuk menghindari pelanturan fTd ialah dengan prategangandioda{diodebias), seperti yang ditunjukkan pada Gambar r0-150. Gagasannya iarah menggunakan diodakompensasi untuk memberikan prategangan bag diode
-emiter. ag, a"p", beker3.a denganbaik, lengkungan dioda harus cocok i*.,"rrl dengal r""gtungun-7r, dari transistor. Jadi,setiap kenaikan suhu mengurangi prategangan yang disajikan oterr ai1la kompensasi. Misal-nya' prategangan 0,65 V menetapkan arus korektor tenang ,"t urga i -a. Bila suhu naik30"c, tegangan metntas sggar dioda kompensasi turun sekitar d mv. Karena vno yangdiminta juga turun sekitar 60 mv, a*s i.or"kto. tenangnya i"i.p *r"'i", z -a.
CERMTN ARUS (CURRENT MTRROR)
Prategangan dioda berdasarkan atas pengertian cermin mus, yaitrteknik rangkaian yang9"ivi\ 9jry*kan padarangkaian-rangkaiin terpadu rinear. paja Gambar ro-r6a,arus basisjauh lebih kecil daripada arus yang *ettgati, melalui tahanan dan dioda. oleh karena itu,arus tahanan dan arus dioda hampir ru-.. git" rengkungan ai"J" ,.p"i sama dengan leng_kungan vBs dan transistor, arus dioda sama dengan arus emiter. Karena arus kolektor harn-nir sala dengan arus emiter, kita sampai plau rc*onputan rerit,rl, Gs korektor hampirsama dengan arus vans mengalir metatui tuh*"n d#;;;;;;; persamaannya ada-lah sebagai berikut,
I"=I^1to.+t1
Hasil ini cukup penting. Artinya kita dapat menetapkan arus kolektor dengan mengen_dalikan arus tahanan. Bayangkan iangkaian ini sebagai sebuah cermin; arus yang meraluirahanan dipantulkan ke dalamrangkaian rotertor. ililr;;;;;;;;;*n" rangkaian padaGambar l0-16a disebut cerminarus. sv.rs'rw!'
Gambar ''o'r6b
menggambarkan cermin an$ pnp.Dengan dasar alasan yang sama, arusyang melalui kolektor hampir sama dengan arus yang melalui tahanan fi;;r;;il;;;;;;.]*lJli#J,tr#: transiitor cocok olnganiengtungan dioda, arus riorektor hampir sama
Prategangan dioda pada pengikut emiter dgrong-tarik keras B bergantung kepada dtracermin arus (Gambar r0-l 5D). Setengah yang di atas adalah ""r,nirrr*, npn dansetengahyang di bawah adarah cermin arus pnp. agaiprategangan dioda kebar terhadap perubahansuhu, lengkungan dioda harus cocok d""s."i";cfi;;;7;;-;ffi,or pada jangkauanzuhu yang lebar' Hal ini tidak mudah ditaiutan.aengan rangkaian-rangkaian diskrit karenaadanya kelonggaran. Tetapi prategangun aioda yudah aiuu-at aengan-rangaian-rangkaianterpadu karena dioda dan transistof terletak pada serpihan (rhroi;;, sama, yang artinyamereka mempunyai karakteristik yang hampir sesuai.
(a) Cermin arus npn. {b) Cermin arus pnp.Gambar lGl6
-1PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 277
+30 v +30 v
,4r7 kA
4,7 kO
", -ai.tj
,;'.
Gambar lf}lT (a) Prategangan dioda. (bJ ftansistor yang dipawng sebagai dioda.
278 BAB ro
Alasan penggunaan transistor yang dipasang sebagai dioda adalah karena lebih mudah
mencocokkan lengkungan dioda dengan lengkungan VsB bila transistor dari jenis yang-saln
digunakan sebagai dioda dair transistor. Cara ini telah diterapkan pada rangkaian-rangkeian
terpadu.
10.? PENGGERAK KELAS B
Dalam pembahasan terdahulu mengenai pengikut emiter dorong-tarik kelas B, kapasitor di-
gunakan untuk menggandeng sinyal ac ke dalam penguat. Ini bukan c1raynngterbaikurr
iuk menggerakkan penguat kelas B. Akan mudah bila digunakanpenggerak CE tergandeng
tungsuttg; seperti yang ditunjukkan pada G4mbar 10'l8a'-Tran:1*?t O^, adalah sumber arus
y"rrg -"n"ntrkan arus pemberi prategangan dc yang melalui dioda' Dengan mengaturR2'
Lita Oapat mengendalikan arus emiter dc yang rnelaluiR+; artinya Q2 menjadi sumber bagi
arus searah yang mengalir melalui dioda'dioda kompensasi' Karena sifat cetmin arus, harp
arus tenang yang sama mengalir pada kolektot Q7 dan Qa'
=(bl {c}
Gembar lO-18 Penggerak unuk pengilatt emiter dorong-tarik kelas B. (a) Rangkaian. (b) Rangkaian eki'
valen ac. (c) Rangtcaian ekivalen yang disederharukan.
279PENGUAT DAYA KDLAS A DAN KELAS B
Bila sebuah sinyal ac menggerakkan masukan, Qr berlaku seperti penguat terbenam.Sinyal ac yang diperkuat dan dibalik pada kolektor Q2 mengerakkan basis Q3 dan Qo.Pada setengah siklus positif, Q3 bekerja dan Q+ mati. Pada setengah siklus negatif, Q3 mati&n Q+ bekerja. Karena kapasitor penggandeng keluar bersifat terhubung ac, sinyal ac di-gandeng ke resistansi beban.
Gambar l0-18t memperlihatkan rangkaian ekivalen ac dari penggerak CE. Dioda (tran-sistor yang dipasang sebagai dioda) diganti oleh resistansi emiter ac-nya. Pada rangkaianpraktis, rj paling tidak 100 kali lebih kecil daripada R3 ; dengan demikian, rangkaian eki-valen ac-nya disederhanakan menjadi Gambar 10-18c. Sekarang, kita dapat melihat bahwatahapan penggeraknya adalah penguat terbenam dengan bati tegangan tanpa beban sebesar
R3
Biasanya, zin(rasis) dari transistor kelas B amat tinggi, sehingga bati tegangan dengan beban
dari tahapan penggerak hampir sama dengan bati tegangan tanpa beban.
Gambar lol9 Penguat lengkap yang terdiri dari tahap CE sinyal kecil, pengerak kelas B, dan tahap ke-
luaron dorong-taik.
I
+2,13 V
280 BAB 10
Arus kolektor p2 sekitar 14,3 mA. Karena arus ini adalah arus pemberi prategangan
untuk cermin arus, alus kolektor tenang pada Qt dan Qo hampir sama dengan 14,3
mA:
Icq = 14,3 mA
lmpedansi masuk yang dilihat ke dalam basis dari transistor yang bekerja adalah
\ - t'l l.a)zin(basis) = 120(100Q) = 12kSl
Dalam rangkaian ekivalen ac. impedansi masuk ini paralel dengan tahanan kolektor
Q2. Karena adanya tahanan pembenam' bati tegangan dengan beban dari tahapan
penggerak adalah sekitar "rslrt:
lkoll 12ks,A"*r0012
= ._q 11
I{arga ini hampir sama dengan bati tegangan tanpa beban:
lkQA: _
100 s2
10.8 PENGUAT.PENGUAT KELAS B LAINNYAPengikut emiter dorong-tarik kelas B adalah rangkaian kelas B yang paling banyak diguna'
kan. Penguat ini mempunyai keuntungan-keuntungan distorsi rendah, kepatuhan keluaran
ac besar, dan efisiensi tahapan yang tinggi. Tapi ada penguat'penguat kelas{lainnya yang
patut pula diketahui.
CATI,J BELAH (SPLIT SUPPLY)
Brla catu belah (memiliki tegangan positif dan negatif yang
maupun keluarannya dapat diacukan ke tKarena catunya sama dan berlawanan
Vgs. lni berarti bahwa tegangan keluar
dapat digandeng langsung ke tahanan
da kompensasi adalah nol, yang mem
untuk pemakaian-pemakaian YangSepanjang menyangkut sinYal
setiap transistor amat tinggi, hamp
transistor-transistor kelas B.
Keuntungan yang lain dari
nya yang besar. Karena setiaP tranan ac-nya adalah
PP -- 2ycc
Kepatuhan keluaran ac yang tinggi ini mengandung arti
kan daya beban tanpa distorsi yang lebih banyak.
masukaly'n IO-ZO.
, ,r{rru,pa sihyal
dio-tj. -,
'i
KOMPENSASI TER.MISTOR \ ---\
Sebagai pengganti penggunaan cermin arus untuk mengkompen\asi pengikut emiter dorong'
tarik kelas B, kita dapat menggunakan termislor (tahanan yang hllainya turun bila suhunya
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 28I
Gambar lO-20 Rangkaian catu-belah.
Gambar 19-21 Termistor mengkompensasi perubahan suhu./t
\\
neik). Gag4san dibalik kompensasi termistor adalah sebagai benkut. Pada Gambar 10-21,- hanan V-ahS dilingkari adalah termistor. Kita dapat memilih harga suhu kamarR2 untukretapkan tittk Q sedikit di atas titik putus. [^alu bila suhu naik,VBs yang diminta turunFkiter 2 mV per derajat. Karena resistansi termistor juga turun, t";;g* iang diterapk;peda dioda emiter juga sedikit berkurang. Bila termistor yang digunakan tepat, sedikit ba-nyik-ra dapat mengkompensasi kenaikan suhu.
DARLINGTON DAN SZIKLAI
Itste pcngikut emiter dorong-tarik tidak cukup kaku untuk resistansi beban, kita dapat meng-F@kan pasangan Darlington, seperti ditunjukkan dalam Gambar l0-2?t. Seperti telah di-bahes,5sthp pasangan Darlington berlaku sepefti satu transistor dengan bati arus yangamattnngi Oleh karena itu, impedansi mazuk pada basis naik dan impedansi keluar pada ernitertunrn- Karena setiap pasangan Darlington mempunyai dua tegangan jattth vss, kita perluneoggunakan empat dioda kompensasi, seperti yang ditunjukkan pada gambar. Rangkaiansqlerti ini dapat menghasilkan daya beban ac yang besar.
.
Kadang-kadang lebih mudah merancang penguat dorong-tarik kelas B dengan jenis transistor yang sama, baik zpn miltryn pnp. Gambar 1O-22b memperlihatlcan rangkaian dorong-
i
282 BAB 10
Gambar lG22 (a) Pasangan Darlington menaikkan daya beban' (b) Tahap keluaran Darlington dan
Sziklai.
tarik kelas B dengan pasangan Darlington di atas danpasangan Sziklai di bawah. Pasangan
Sziklai, yang kadang-kadang disebut juga Darlington komplementer, bertindak seperti satu
transistor pip dengn bati arus yang amat tinggi. Perhatikan bahwa hanya tiga dioda kom-
pensasi yang dibutuhkan. Tetapi ini bukan keuntungan yang utama. Yang paling baik me-
ngenai *ngkuiun ini adalah kedua transistor keluarnya dari jenis ny'n. Dtli}mrt dari segi pe-
,*r*gurr, hal ini baik sekali karena lebih mudah mencocokkan transistor-transistor daya
bila berasal dari jenis yang sama.
PENGUAT CE GANDENGAN.TRANSFORMATOR
Transistor-transistor komplementer telah menyingkirkan transformator dari banyak pe-
makaian audio. Tetapi, anda masih akan menemui penguat CE dorong-tarik kelas B seperti
yang ditunjukkan pada Gambar 10-23. Perhatikan bahwa kedua transislornyanpn. Sebuah
dioda digunakan untuk memberi prategangan bagi transistor-trbnsistor ini sedikit di atas
titik putusnya. Jika lengkungan dioda hampir cocok dengan lengkungan VBE dari transis'
tor, arus kolektor tenang tidak berubah terlalu banyak dengan berubahnya suhu.
Sinyal masuk ac digandeng-transformator ke basis. Karena perilaku transformator, si-
nyal yang menggerakkan basis mempunyai amplitudo yang sama tetapi dengan fasa yang
berlawanan. Akibatnya, setengah siklus yang positif menyalakan transistor yang di atas dan
mematikan transistor yang di bawah. Sebaliknya, setengah siklus yang negatif mematikan
transistor yang di atas dan menyalakan transistor yang di bawah.
Selama setengah siklus positif, transistor yang di atas menghantar melalui setengah
belitan yang di atas dari transformator keluar. Selama setengah siklus negatif, transistor
yang di bawah menghantar melalui setengah belitan yang di bawah. Dalam kedua kasus itu,
sinyal ac digandeng transformator ke tahanan beban'
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 283
Gambar lO-23 Penguat dorong-taik gandengon-transformator.
Gambar lO-24 pembelah fasa.
PEMBELAH FASA (PHASE SPLITTER)
Dla basis pada Gambar 10-23 menerima sinyal ac yang berbeda 180" satu sama lain. Halini perlu karena kedua transistor mempunyai jenis yang vlma(npn). Sebuah transformatororrr.p mahal dan mengambil tempat cukirp banyak untuk menghasilkan dua sinyal yanggling berlawanan. Pembelah fasa sepefti pada Gambar lO-24 lebrhpraktis digunakanse-bngai penggerak masuk.
Perhatikan bahwa pembelah fasa adalah penguat yang terbenam cukup berat. Karenaahnan kolektor dan emiter mempunyai harga sama, pembelah fasa mempunyai bati te-Bngrn tanpa beban sama dengan l. Selanjutnya, emiter yang dibootstrap menghasilkansinlal sefasa, sedangkan kolektor menghasilkan sinyal yang beriawanan fasa-. Dengan dani-kien, sinyal-sinyal keluar mempunyai amplitudo sirma tetapi dengan fasa yang berlawanan,$atu ignis penggerak yang tepat digunakan untuk rangkaian pada Gambar 10-23. Dengankea lain' kita dapat mengganti transformator masuk dengan pembelah fasa.
I4atlah pembelah fasa ini. Rangxaian ini akan amat berguna bila anda ingin meag-gwatkan nngkaian yang membutuhlan sinyal masuk y"rrg ,urr,u arn berlawananfasa.
l
,l
I
i
Bs
284 BAB to
10.9 BATAS KEMAMPUAN DAYA TRANSISTOR
Suhu pada persambungan kolektor menentukan bata-s disipasi daya yang diijinkan, Pp ' Suhu
persambungan dalartjangkauan 150"C sampai 200t akan merusakkan transistor, tergan-
lung dari jenis transistornya. Lembaran data mencantumkan suhu persambungan maksi-
*u- ir,i slbagai z.r(mars). Misalnya, lembaran data untuk 2N3904 memberikan ?i(mats; se'
t"r"i f SO"C; i.*t"tl" auta untuk 2N3719 menentukan r4lmaks) sebesar 200"C.
SUHU LINGKI.JNGAN (AMBIENT TEMPERATURE)
Panas yang timbul pada persambungan dilewatkan melalui kotak transistor (kemasan logam
atau plastik) dan dipancarkan ke udara sekitarnya. Suhu udara ini, yang dikenal sebagai
stthu tinghngpn, biasanya sekitar 25oC, tetapi dapat lebih tinggi pada hari yang pnnas. De'
mikian pula, zuhu lingkungan dapat jauh lebih panas di dalam peralatan elektronika.
FAKTOR PENURUNAN BATAS KEMAMPUAN
Lembaran data sering men€ntukan Po(-"rr) sebuah transistor pada suhu lingkungan 25'C.
Misalnya, transistor 2N1936 m"mp,rttyaiPrimar") = 4Wuntuk Tt, = 25"C. Artinya 2N1936
yang digunakan pada penguat kelas A dapat mempunyai disipasi daya tenang setinggi 4 W.
Selama suhu lingkungn 25oC atau kurang, transistor masih bekerja di dalam batas kemam'
puan daya yang ditentukanApa yang harus anda lakukan bila nrhunya lebih besar daripada 25"C? Anda harus me'
nunrnkan (mengurangkan) batas kemampuan dayanya. Lembaran data kadang-kadang me-
masukkan lenglangay penurutwn batas kemampuan seperti Gambar 10-25. Seperti yang
dapat anda lihat, batas kemampuan daya turun bila suhu lingkungan naik. Misalnya, pada
zuhu lingkungan 100oC, batas kemampuan daya adalah 2 W. Perhatikan bahwa batas ke-
mampuan daya tunrn secara linear terhadap suhu.
Beberapa lembaran data tidak memberikan lengkungn seperti Gambar 10-25. Sebagai
gantinya, mereka mencantumkan faktor batas kemampuan D. Misalnya, faktor penurunan
batas kemampuan dari transistor 2N1936 adalah 26,7 mWl"C. Artinya anda harus mengu-
1xn$ 26,7 mW unfirk setiap derajat suhu lingkungan di atas 25oC. Persamaannya adalah se-
bagai berikut,
LP: D(Tt - 25'C) ( l 0-48)
0 25 50 75 100 125 150 175 200
IA : temrreratur udara-bebas (oc)
Gambar 10,25 Lengkungan penurunan batas kemampuan daya untuk suhu lingkungan.
o-B5E24E'6v,CJE'aG'
'.8
t,.. Ioq-
0
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 285
frnma A? = penurunan batas kemampuan daya
D = faktor penurunan batas kemampuan
Te = suhu lingkungan
i5*lr+ bila zuhu lingkunpn naik sampai 75oC, anda harus mengurangi batas kemamp t-
n-ryadengan
A,P = 26,7 mW x (75,25) = 1,34W
rGl batas kemampuan daya pada 25o C adalah 4 w, batas kemampuan daya yang baru
rCffiP.o(maxs) = 4W- 1,34W = 2,66W
ElF fui sezuai dengan lengkungan penurunan batas kemampuan pada Gambar 10-25.
E1ft anda mengurangi batas kemampuan daya dengan menggUnakan lengkungan pe-
Eil.n batas kemampuanpada Gambar 10-25 maupun dengan rumus seperti Pers. (1048),
g penting diingat adalah terjadinya penurunan batas kemampuln daya bila zuhu ling-
[-F; nait. Hanya karena rangkaian bekerja dengan baik pada 25'C, tidak berarti ia juga
firh+ baik pada jingkauan zuhu yang besar. Jadi, bila anda merancang rangkaian, anda
hnr memperhitungkan jangkauan zuhu operasi dengan penurunan batas kemampuan se-
ntrmsistor pada suhu lingkungan paling tinggi yang masih diperbolehkan.
rL\-\ ALLT. PANAS (HEAT SINK)
kbh satu cara untuk menaikkan batas kemampuan daya transistor ialah dengan membuang
Xre dengan lebih cepat. Untuk itulah penyalur parws (sekeping logam) digunakan. Bila
kilr meoambah luas permukaan kotak transistor, panas akan terhambur ke udara sekitarnya
rn lebih mudah. Misalnya, Gambar l}-26a memperlihatkan sejenis penyalur panas. Bila
n frpsangkan ke kotak transistor, panas akan lebih cepat memancar karena sirip'siripnyarm:nbrh luas permukaan kotak.
Gambar lo-26b memperlihatkan cara yang lain. Gambar ini adalah skema transistor
@g'o ftnwer-tab). Sebuah penjepit logam memberikan jalur panas keluar dari transis-
rm- Ftrieait logam ini dapat ditempelkan pada casis dari peralatan elektronika. Karena casis
tffi penyalur panas yang besar, panas dapat dengan mudah melepaskan diri dari transis-
6qfu msis.
Penjepit daya
Kolektoryang ditempelpada kotak
Penyemat 1. Basis2. Emiter
Kotak-kolektor(cl
* 1026 (a) Penyalur panas dorong-tarik (push-on). (b) Transistor iepit-daya. (c) Transistor daya
rcrury. r.,.:ktor yang ditempelkan pada kotak.
-.i.i
I
ffi{al
286 BAB 10
Transistor daya besar seperti Gambar lo-26c memiliki kolektor yang dihubungkan lm7vng ke kotak untuk mempermudah panas melepaskan diri. Kotak transistor ini ksmudian
dipasangkan pada casis. Untuk mencegah terjadinya hubung-singkat antara kolektor dan
tanah casis, sebuah pencuci dari mika tipis digunakan di antara kotak transistor dan casis
Gagasan yang ponting di sini adalah bahwa panas dapat meninggalkan transistor dengan lebih
cepat, yang berarti bahwa transistor memiliki batas kemampuan daya lebih besar pada suhu
lingkungan yang sama. Kadang-kadang trinsistor dipasang pada penyalur panas yang besar
dengan sirip-sirip; dengan demikian panas dari transistor akan terbuang denganlebihefisien
SUHU KOTAK
Bila panas mengalir lieluar dari transistor, maka panas itu mengalir melalui kotak transistor
dan masuk ke dalam penyalur panas, yang kemudian memancarkan panas ke udara sekitar-
nya. Suhu kotak transistor Ts akan sedikit lebih panas daripada suhu penyalur panas Ts,
dan keduanya sedikit lebih panas daripada suhu lingkungan Ta-Lembaran data dari transistor daya besar memberikan lengkungan penurunan batas ke-
mampuan untuk suhu kotak dan bukan suhu lingkungan. Misalnya, Gambar 10-27 memper-
lihatkan lengkungan penurunan batas kemampuan untuk transistor 2N5877. Batas kemam-
puan dayanya 150 W pada suhu kotak 25"C;kemudian akan turun secara linearterhadap
suhu sampai mencapai nol pada suhu kotak 200oC.
Kadang-kadang anda mendapatkan faktor penurunan batas kemampuan di samping
lengkungan penurunan batas kemampuan. Dalam hal ini, anda dapat menggunakan persama-
an berikut ini untuk menghitung penurunan kemampuan daya:
LP: D(Tc - 25'C)
= penurunan kemampuan daya
= faktor penurunan batas kemampuan
= suhu kotak
(10-49)
di mana APD
Tc
ANALISIS TERMAL
Dalam menggunakan lengkungan penurunan batas kemampuan dari transistor daya besar,
anda hendaknya mengetahui berapa suhu kotak terburuk yang dapat terjadi. Kemudian
anda dapat menurunkan batas kemampuan transistor sampai pada batas kemampuan daya
maksimumnya. Untuk menghitung suhu kotak, anda hendaknya mengetahui beberapa hal
mengenai termodinamika, yaitu pelajaran tentang aliran panas.
r60
140
120
100
80
60
40
20
080 120- 160 200
I": suku kotak (oC)
Gambar lO-27 Lengkungan penurunan batas kemampuan daya untuk suhu kotak.
o3
;f
.EJoE'6oo,.io.;a-
\
3,-' ,.1
u*
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS S 287
0,5'c/w
lrsoc^v
Garnbar lO-28 Resistansi termal.
Resistansi termal d adalah resistansi untuk aliran panas di antara-dua titik suhu. Misal-
nya, Gambar lo-28a memperlihatkan suhu kotak, suhu penyalur, dan suhu lingkungan'
Panas mengalir dari kotak transistor ke penyalur panas dan kemudian ke udara sekitarnya.
P6da saat panas ini mengalir dari kotak ke penyalur panas, ia menemui resistansi termal 06s.
Ketika panas mengalir dari penyalur ke udara sekitarnya, ia mengalir melalui resistansi ter'mal psa. Sebagai pedoman, pss berharga 0,2 sampai l'CiW dan flsa = 1,5"C4il, maka re-
sistansi termalnya seperti ditunjukkan pada Gambar l0'28b.Disipasi daya transistor PD mempunyai kecepatan yang sama dengan kecepatan panas
yang mengalir keluar dari transistor. Dalam termodinamika, kecepatan aliran panas analog
dengan arus, resistansi termal dengan resistansi, dan perbedaan suhu denpn tepngal:
P' .... arus
0 - resistansi
Tr- Tr- tegangan
di mana T1 dan Tz adalahsuhu pada dua titik sembarang. Dengan menggunakan analogi
ini, hukum Ohm untuk termodinamika dapat ditulis sebagi
T,_7"D_t o- 0
Resistansi termal pada Gambar l}-28a tersusun seri dan dapat ditambahkart untuk men-
dapatkan resistansi termal total di antara kotak dan udara sekitarnya:
1rn:0.t* 9tu
Maka, kita dapat menulis kembali Pers. (10-50) menjadi
o:T'-Tn' D ocs+ osA
Dari persamaan ini, kita mendapatkan persamaan untuk suhu kotak sebagai berikut
Tc: Te+ PD(9cs* 0to)
di rnana Is = suhu kotakZ4 = suhu lingkunganPp = disipasi daYa transistor0ss = resistansi termal antara kotak dan penyalur
dsa = resistansi termal antara penyalur dan udara sekitarnya
Rumus ini adalah rumus kunci yang diperlukan untuk menghitung suhu kotak dari transis-
tor daya.
( l 0-s0)
( 10-5 l)
coNToH lor0Sebuah,rangkaianharusbeii,pel^rii,pia^orriaf,,.rr,oungkunFno:. sam,b,ri',trlgo':rtuii:,,qiitor,,2N5877 dan.sebrah penyalur panas mernp[nyai:resisiansi,tafmtl-s$brwi'ber:.ikut: Oas = 0,5oC/W dan Osa = l,soC/W. Bila transistor itu mempunyai disipasi dayamalsimurn 30 W, b.erapa,su!u, koJak,,.nra,ksi-4lum:trandqtc'r?,,Det'994,, menggunakanlengkungan penunrnan batas kemampuan pada Gambar l0-27, tentukan batas ke-mampuan daya 2N5877 pada suhu kotak maksimum ini
PENYELESAIAN
Suhurkotak'tertinggi'torjadi bila suhu,lingkuagan zdoC Dengan Peil, (10,51), d!pe1'.:::,':.t3fig2,
288 BAB 10
SOALSOAL
Langsung
l0-1 Bila 0a" = 100 pada Gambar l}-29a, gambarlah garis beban ac dan hitunglah ke-patuhan keluaran ac-nya.
Pada Gambar lo-29b, gmbarlah garis beban ac dan hitunglah kepatuhan keluaranac-nya.Berapa kepatuhan keluaran ac pada Gambar lo-29a2Gambarlah garis beban ac untuk Gambar lo-29d. Hitunglah kepatuhan keluaran ac-nya.
to2
10-3104
Gambar lG29
Gambar lG29 (Laniutan)
19.5-PadaGambar10-30,berapakepatuhankeluaranacuntuktahapanpertama?Gambar-'"-" l"h garis beban ac untuk tahapan kedua'
19-6 Pada Gambar toigiTl^p= tzs'hitunglah:4u ' Ai' Ap' Pl(maks)' Poe' Is' P5' dan
n.1g-7 Ut"ng Soal 10-6 untuk Gambar l0-29d'
iil P;;?ambar l0-30' hitunslah pensuras arus dc total
PENGUAT DAYA KEI'AS A DAN KELAS B 289
Gambar 10-30
Pada Gambar I 0-3 0, berapa efisiensi tahapan Jcedua?
C;sis beban ac untuk n"ii*"i"-t!e1-d:ronc-tarik kelas B mempunyai arus jenuh
ac 250 mA dan,"r"rr*n n-*s ac 10 v. Berapakepatuhan keluaran.a3-nva? Bila re-
dst rs beban 50 Sl, U.r'"ipl'i"V" i"U* maksimum? Berapa disipasi daya transistor
netsimum? num dari penguat dorong-tarik kelas
ffi-u"o*a disipasi daya transistor maksit
B diberikan oleh
P2(maks) = 0'2P11*u1*1
ls9rll0
l
+10 V
+10 V
[]lt
290 BAB 10
10-12 Gambarlah garis beban ac untuk Gambar l0-31a. Berapa kepatuhan keluaran ac-nya? Berapa daya beban maksimumnya? Dalam kasus terbwuk, berapa disipasi dayatransistor maksimumnya?
+15 v
- Gambar 10-31(al (b'l
l0-13 Pada Gambar l0-31a, R diratur untuk mendapatkan Vss = O,68 V dan lsq = 20 mA.Berapa pengunrs arus tanpa sinyal dari tahapan ini? Berapa penguras arus sinyal pe-nuh? Berapa efisiensi tahapannya?
10-14 Setelah mengatur R pada Gambar l0-3 la, Vss = O,66 V dan .Isq = 5 mA. Bila suhutransistor naik dari 25oC sampai 5 5oC, ber4pa harya lgq yang baru?.
10-15 Pada Gambar l0-3 lb, berapa arus yang mengalir melalui tahanan-tahanan pemberiprategpngan? Bila lengkunlan Oioia cocok dengan lengkungan YsB,sxra? denganberapa Igql.
10-l6 Tegangan catu pada Gambar I0-3lD berubahdari I5 V ke 25 V. Samadenganberapa. Ice?
10-17 Pada Gambar 10-32, berapa harga R yang menghasilkan Z6sq = l0 V untuk setiaptransistor keluaran? (Gunakanlah tegangan jatuh 0,7 V untuk dioda kompensasi.)
+20 v
Gambar 10-32
r-PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 291
- : .i ! Penguat pada Gambu I 0-32 mempunyai tegangan jatuh yang sama melintas transis-tor-transistor keluarannya. Hitunglah tegangan di setiap titik pada penguat itu.
-l.lc Perkirakanlah harga Pa16u1ss; dan P.p(mats) untuk tahapan keluar pada Gambarto-32.
, l":11 Sama dengan berapa Isq pada tahap keluar dari Gambar 10-32'!
- :-:1 Dari Gambar l}32,benpa penguat arus dc maksimum?. i.:: Transistor 2N3904 mempunyai batas kemampuan daya 310 mW untuk suhu ling-
kungan 25oC. Bila faktor penurunan batas kemampuan 2,81 mWJoC, berapa bataskemampuan dayanya pada suhu lingkungan 70oC?
li.:-l Sebuah transistor mempunyai lengkungan penurunan batas kemampuan sepertiGambar 10-25. Bila daerah suhu lingkungan dari 0 sampai 70oC, berapa batas ke-mampuan daya dalam kasus terburuk?
l0-:4 Lembaran data transistor 2N3055 mencantumkan batas kemampuan daya 115 Wuntuk suhu kotak 25oC. Bila faktor penurunan batas kemampuan 0,657 W/oC, be-rapa Pp1*"1o; bila suhu kotak 90oC?
i0.15 Sebuah rangkaian beroperasi pada daerah suhu lingkungan 0 sampai 80oC. Sebuahtransistor dan penyalur panas mempunyai resistansi termal sebagai berikut: Oss =0,3"C/w dan Osa = 2,3"C1w. Bila disipasi daya transistor 40 W, berapa suhu kotakmaksimum?
Pemecahan Kesulitan
tr0-25 Anda baru saja membangun rangkaian seperti Gambar l0-31a. Anda mengatur Runtuk mendapatkan Isq 20 mA. Lima menit kemudian, anda memeriksa kembalirangkaian itu dan menemukan bahwa transistor yang di atas telah rusak. Jelaskanapayang terjadi dan bagaimana anda memperbaikinya.
10-27 Penguat pada Gambar 10-30 tidak bekerja. Selanjutnya, penguras arus lebih tinggidaripada seharusnya, karena ammeter yang dipasang seri dengan catu l5 V menun-juk angka sekitar 5,6 mA. Dari kemungkinan-kemungkinan ini, mana yang menye-babkannya:a. C1 terhubung-singkatb. Cs terhubungsingkatc. Sambungan kolektor-emiter pada tahap pertama terhubung-singkatd. Ca terbuka
l0-18 Seseorang berusaha untuk mendapatkan prategangan dioda dengan rangkaian pada
Gambar l0-3 lD dengan menggunakan dua dioda lN9l4, transistor 2N3904 dan2N3904. Brla Igq = 25 mA, apa yang salah?
i0.19 Pada keadaan sinyal penuh, tegangan puncak-ke-puncak melintas beban 50 Cl pada
Gambar 10-32 adalah nol. Dari hal-hal berikut ini, mana yang mungkin menyebab-kannya:a. Kapasitor penggandeng masuk terhubung*ingkatb. Tepngan catu hanya 15 Vc. Tahanan beban terbukad. Tahanan beban terhubung-singkat
-Veroncang
10-30 Carilah titik Q yanr optimum pada Gambar l0-29b untuk mendapatkan kepatuhan
keluaran ac maksimum.li]-31 Raacanglah kembali pembagi tegangan pada tahap kedua dalam Gambar 10-30 un-
tuk mendapatkan kepatuhan keluaran ac maksimum.
lLl.3l Pada Gambar l0-3 lD, lengkungan dioda cocok dengan lengkungan Zss. Pilihlah re'sistansi yang menetapkan Isg pada 5 mA.
1g.jj Ratrcanglah penguat seperti Gambar 10-32 untuk memenuhi ketentuan-ketentuanini: Vss = 9 V dan Ra = 3,2 9.
fr
292 BAB 10
Tsntangan
10-34 Buktikan bahwa efisiensi tahapan maksimum dari pengikut emiter dorong-tarik kelcB adalah 78,6 persen.
19-35 Pengikut emiter drrong-tarik kelas B pada Gambar lo-33a tidak menggunakan pra-tegangan lainnyarJelaskan mengapa tak ada distorsi pelintasan.
+5V
o-fLfL
lbl Gambar 10-33
10-36 Rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar l0-330 disebut pendorong arus (currentbooster). Bila transistor nyala pada vsB = 0,7 v, berapa arus sumber pada titik ini?Bila 0a" = 80, berapa arus beban bila arus sumber 5 mA? Dapatkah anda membayangkan kegunaan rangkaian ini?
Komputer
19-37 variabel-variabel pada mikrokomputer yang khas harus dimulai dengan'huruf, Asampai Z. Karakter yang kedua dapat berupa huruf atau bilangan I sampai 9. cor
" toh variabel-variabel yang sah adalah P, D3, R4 dan PS. Tak jadi masalah bila diguna-kan lebih dari dua karakter, tetapi komputer hanya mengenal dua karakter yangpertama saja. oleh karena itu, komputer tak dapat membedakan antara ICe danICSAT. Dari variabel-variabel berikut ini, mana yang sah?a. PSb. swQc.Rd. rcQe. VCEQ
10-38 subrutil adalah program yang lebih kecil yang diseupkan di dalam program yanglebih besar. Subrutin dapat digunakan berkali-kali selama pelaksanaan program yanglebih besar. Pernyataan GosuB dan RETURN mempermudah anda menggunakansubrutin kapanpun anda inginkan. Misalnya, program berikut ini yang menghitungarus jenuh ac dan tegangan putus ac sebuah penguat CE:
l0 PRINT "ENTER ICQ": INpUT ICe20 PRINT "ENTER VCEQ": INPUT VCEe30 PRINT "ENTER RC": INPUT RC40 PRINT "ENTER RL',: INPUT RL50 cosuB 100060 PRINT "THE SATURATION CURRENT IS'': PRINT ISAT70 PRINT "THE CUTOFF VOLTAGE IS": pRINT VOFF80 STOP
+5V +15 V
PENGUAT DAYA KELAS A DAN KELAS B 293
1000Y=l/RC+l/RLl0l0 R = l/Y1020 ISAT = ICQ + VCEQ/R1030 voFF = virQ + ICQ'*R ,
IO4O RETURN
Setelah anda memasukkan ,lgq, Vcpe, Rc, dan R;, program rnenemui pernyataanGOSUB 1000. Jalur 1000 sampai 1040 adalah subrutin. Su!,rutin selalu.diakhirid.engan Ber4yataan RETURN; pernyataan ini.rneminta kompuler untuk tcemUati.keprogram utama. Bila komputer kembali, ia pergi ke jalur 60.
Apa yang dihitung komputer pada jalur 1020? Pada jalur 1030? Apa yang di-cetak komputer pada layar?
l0'39 Ada sebuah subrutin sebagai berikut:
2000 PS = ICQ*R2010 NS = VCEQ
. 2O2O IF PS < NS THEN GOTO 2O5O2030 PP = 2*NS
.2040coTo20602050 PP = 2*PS2060 RETURN
1040
l0-41
Apa ypng dihitung pada jalur 2000? Jalur 2030? Bila,.PS lebih kecil darrpp{a Ng,berapa harea PP bila subrutin berakhir?Tulislah sebuah subrutin seperti Soal lG38 yang menghitung kepaluban keluaranac dari pengikut emiter kelas A. Mulailah dari jalur 3000.Tulislah sebuah progrbm yang memasukkan batas kemampltan daya pada 25oC, fak-tor penurundrt batas kemampuan, dan suhu lingkurrga4. Program harus diakhiridengan menceak nilai kemamtrdn daya yang baru
