Penguat daya kelas A

PRAKTEK DASAR ELEKTRONIKA

PENGUAT DAYA KELAS A

Oleh:

                             Nama        : Megawati

                             Kelas         : 2 TCB

                             NIM           : 061130701304

POLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA

Jalan Srijaya Negara Bukit Besar Telepon 0711 353414

Palembang

2012

KATA PENGANTAR

Segala puji bagi Allah yang masih memberikan kesehatan dan kesempatannya kepada kita semua, Terutama kepada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan masalah ini.

Berikut ini, penulis persembahkan sebuah makalah Praktek Dasar Elektronika yang berjudul “Penguat Daya Kelas A”. Penulis mengharapkan makalah ini dapat bermanfaat bagi pembaca semua, terutama bagi penulis sendiri.

Kepada pembaca yang budiman, jika terdapat kekurangan atau kekeliruandalam makalah ini, penulis mohon maaf, karna penulis sendiri dalam tahap belajar.

Dengan demikian, tak lupa penulis ucapkan terimakasih, kepada para

pembaca.

Semoga Allah memberkahi makalah ini sehingga benar-benar bermanfaat.

                                                                                    Palembang, 10 Juli 2012

Penulis

DAFTAR ISI

Halaman Judul………………………………………………………………………1

Kata Pengantar……………………………………………………………………...2

Daftar Isi……………………………………………………………………………3

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang………………………………………………………….…..5

B.     Rumusan Masalah……………………………………………………….….5

C.     Tujuan……………………………………………………………………....5

PEMBAHASAN

A.    Pengertian penguat daya kelas A…………………………………….…….7

B.     Jenis-jenis penguat daya……………………………………………….…..8

C.     Cara kerja penguat daya kelas A…………………………………………..9

D.    Contoh penguat daya kelas A……………………………………………..9

E.     Percobaan penguat daya kelas A…………………………………………11

F.      Ciri penguat daya kelas A………………………………………...……...13

G.    Cara mengenali penguat daya kelas A…………………………………...15

H.    Sifat penguat daya kelas A………………………………………..……..17

PENUTUP

A.    Kesimpulan……………………………………………………………….18

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………19

PENDAHULUAN

A.    Latar Belakang Masalah

Istilah penguatan pada dasarnya berarti membuat menjadi lebih kuat. Dalam bidang elektronika maka yang diperkuat adalah amplitudo dari sinyal. Untuk mengerti bagaimana penguat bekerja perlu dimengerti dua tipe penguatan yang utama yaitu:

1.      Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan.

2.      Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan.

Sedangkan penguat daya yaitu kombinasi dari dua tipe penguat di atas. Meskipun pada kenyataannya semua penguat adalah penguat daya karena tegangan tidak aka nada tanpa adanya daya kecuali jika impedansinya tak terhingga. Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya.

B.     Rumusan Masalah

Sebelum membahas Penguat Daya Kelas A lebih lanjut, kita harus mengetahui tentang rumusan masalah sebagai berikut:

1.      Apakah penguat daya itu?

2.      Apa contoh penguat daya?

3.      Bagaimana cara kerja penguat daya?

4.      Apa ciri dari penguat daya?

C.     Tujuan

Maksud utama disusunnya makalah ini adalah guna memenuhi tugas akhir semester mata kuliah Praktek Dasar Elektronika. Adapun tujuannya adalah:

1.      Memahami pengertian penguat daya, terutama penguat daya kelas A

2.      Memahami cara kerja penguat daya

3.      Memahami contoh dari penguat daya

4.      Memahami ciri-ciri dari penguat daya

5.      Memahami percobaan pada penguat daya

PEMBAHASAN

A.    Pengertiaan Penguat Daya Kelas A

Penguatan berarti membuat menjadi lebih kuat, dalah bidang elektronika yang diperkuat adalah aplitudo dari sinyal. Penguat Daya Kelas A adalah penguat yang titik kerja efektifnya setengah dari tegangan VCC penguat. Untuk bekerja penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal. Karena hal ini maka penguat kelas A menjadi penguat dengan efisiensi terendah namun dengan tingkat distorsi (cacat sinyal) terkecil. Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatur sedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. Penguat ini beroperasi pada daerah linear.

Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah system bias pembagi tegangan dan sistem bias umpan balik kolektor. Melalui perhitungan tegangan bias yang tepat maka kita akan mendapatkan titik kerja transistor tepat pada setengah dari tegangan VCC penguat. Penguat kelas A cocok dipakai pada penguat awal (pre amplifier) karena mempunyai distorsi yang kecil.

B.     Jenis-jenis Penguat Daya

Dalam elektronika banyak sekali dijumpai jenis penguat, pengelompokkan dapat berdasarkan:

1.      Rentang frekuensi operasi

a.       Gelombang lebar (seperti: penguat audio, video, rf dan lain-lain)

b.      Gelombang sempit (seperti: tuned amplifier).

2.      Metoda pemasangan rangkaian

a.       Pemasangan AC: semua komponen frekuensi rendah (termasuk dc) tidak diteruskan ke rangkaian penguat

b.      Pemasangan DC: salah satu tipenya adalah penguat chopper, sinyal input terbelah menjadi seri pulsa kemudian diperkuat oleh penguat ac sebelum dikembalikan lagi ke level dc.

3.      Titik bias pada penguat (seperti: kelas A, kelas B, kelas AB dan kelas C)

4.      Tegangan

5.      Arus

6.      Daya

Berdasarkan dengan tipe pembiasan yang dilakukan oleh penguat, dapat dikelompokkan menjadi:

1.      Kelas A: titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatur sedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. Penguat ini beroperasi pada daerah linear.

2.      Kelas B: titik kerja diatur pada suatu sisi ekstrim saja, sehingga daya quiescent sangat kecil. Untuk sinyal input sinusoida, penguatan hanya terjadi pada setengah perioda sinyal input saja.

3.      Kelas C: titik kerja diatur beroperasi untuk arus (tegangan) output sama dengan nol dengan selang lebih besar dari setengah siklus sinus. Sehingga penguat bekerja kurang dari setengah perioda sinyal input.

C.     Cara Kerja Penguat Daya Kelas A

Penguat daya bertujuan untuk menguatkan daya sinyal output. Pada mata kuliah elektronika ini, diterapkan sebagai penguat daya pada speaker. Pada penguat ini, tegangan output diatur sama dengan tegangan input DC. Sedangkan nilai arusnya yang diubah-ubah. Pengubahan arus output lebih mudah daripada pengubahan tegangan output. Dan rentang tegangan yang bisa diaplikasikan jauh lebih kecil daripada rentang arus. Oleh karena itu bisa jadi, arus yang diperlukan sangat besar sehingga dalam memilih transistor harus disesuaikan dengan kebutuhan arus. Apabila arus yang dibutuhkan sangat besar sekali, maka dapat dipakai rangkaian transistor Darlington. Transistor yang memiliki arus kolektor maksimum besar (sekitar 1,5A), ternyata bentuk transistornya berbeda. Ada bagian tengahnya berlubang yang digunakan untuk ‘Heat Sink’. Heat sink digunakan agar komponen tidak cepat panas. Dengan pemasangan heat sink maka memperluas permukaan transistor sehingga panas semakin cepat terbuang ke udara. Harganya relatif sama dengan transistor daya kecil. Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya.

D.    Contoh Penguat Daya Kelas A

Contoh dari penguat kelas A adalah rangkaian dasar common emitter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva V_CE-I_C dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. gambar berikut adalah contoh rangkaian common emitor dengan transistor NPN Q1.

Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor R_c dan R_e dari rumus V_CC = V_CE + I_cR_c + I_eR_e.  Jika I_e = I_c maka dapat disederhanakan menjadi V_CC = V_CE + I_c (R_c+R_e). Selanjutnya pembaca dapat menggambarkan garis beban rangkaian ini dari rumus tersebut. Sedangkan resistor Ra dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Pembaca dapat menentukan sendiri besar resistor-resistor pada rangkaian tersebut dengan pertama menetapkan berapa besar arus I_b yang memotong titik Q.

Besar arus I_b biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan. Besar penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal AC. Analisa rangkaian AC adalah dengan menghubung singkat setiap komponen kapasitor C dan secara imajiner menyambungkan V_CC ke ground. Dengan cara ini rangkaian gambar-1 dapat dirangkai menjadi seperti gambar-3. Resistor R_a dan R_c dihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung singkat.

Dengan adanya kapasitor C_e, nilai R_e pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti. Penguatan didefinisikan dengan V_out/V_in = r_c / r_e’, dimana r_c adalah resistansi R_c parallel dengan beban R_L (pada penguat akhir, RL adalah speaker 8 Ohm) dan r_e’ adalah resistansi penguatan transistor. Nilai r_e’ dapat dihitung dari rumus r_e’ = h_fe/h_ie yang datanya juga ada di data sheet transistor. Gambar-4 menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output terhadap garis kurva x-y rumus penguatan v_out = (r_c/r_e) V_in.

 

E.     Percobaan Penguat Daya Kelas A

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui letak titik kerja penguat kelas A dan efeknya bila titik kerjanya tidak pada tengah garis beban.

Langkah pertama yaitu mengukur besarnya Ic dan Vce masing-masing transistor saat tidak ada sinyal masukan.

Setelah itu lepas amperemeter dan beri sinyal masukan rangkaian penguat. Lihat gambar sinyal masukan dan keluaran di osiloskop.

Dari gambar terlihat kalau sinyal keluaran sefasa dengan sinyal masukan dan terpotong.

Terpotongnya sinyal disebabkan oleh letak titik kerja penguat tingkat kedua yang tidak berada di tengah garis beban, terlihat dari hasil pengukuran Vce dan Ic sebelumnya.

Untuk membetulkan titik kerja maka digunakan resistor variable sebagai pengganti salah satu resistor bias pembagi tegangan pada penguat tingkat kedua.

Resistor variable diset sampai memperoleh tegangan keluaran yang tidak terpotong. Kemudian alat dimatikan dan diukur berapa nilai resistor variable tersebut.

Kemudian hasil pengukuran dibandingkan dengan hitungan secara teori.

F.      Ciri Penguat Daya Kelas A

Ciri khusus yang membedakan penguat daya kelas A dengan penguat daya kelas lainnya adalah:

-          Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban.

-          Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.

-          Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor.

-          Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatur sedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. Penguat ini peroperasi pada daerah linear.

-          Disipasi daya tertinggi terjadi saat tidak ada sinyal masukan. Besarnya disipasi daya pada transistor dirumuskan:

P_Diss = V_ce x I_c

Daya keluaran maksimum dapat dicari dari persamaan:

Sehingga

Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe kelas A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Asalkan sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% = 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidah ada sinyal input (ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan perbandingan ekstra seperti heat sink yang lebih besar.

G.    Cara Mengenali Penguat Daya Kelas A

Cara yang paling mudah untuk mengenali jenis penguat kelas adalah dengan memperhatikan tegangan pada basis, pada gambar diatas tegangan Vcc yang masuk ke basis mengalami pembagian tegangan oleh adanya resistor yang dipasang secara parallel yairu R1 dan R3, jadi langkah awal untuk menentukan jenis dari suatu penguat adalah dengan melihat tegangan yang masuk ke basis, bandingkan dengan penguat yang lain, penguat kelas B memiliki tegangan 0.7 V karena tegangan pada kaki basis sama dengan tegangan pada diode, sedangkan untuk kelas C tegangan pada basis sebesar 0 V karena dihubungkan ke ground melalui sebuah inductor.

Perhatikan pada bagian input dan output, sebelum dan sesudah output terdapat sebuah capacitor (C2 dan C4) yang dipasang secara seri, fungsi dari capasitor ini disebut sebagai kopling karena berfungsi untuk menyalurkan transmisi, atau sebagai sambungan, sifat dasar dari kapasitor adalah menahan arus DC dan meloloskan arus AC, dengan adanya capasitor pada input dan output rangkaian maka dapat memfilter arus DC sehingga benar-benar arus AC yang masuk.

Pada kaki basis dialiri arus yang cukup untuk mengaktifkan kerja dari transistor, arus I_B yang cukup besar juga akan mengakibatkan arus yang melalui I_C juga cukup sangat besar, karena sesuai persamaan I_E = I_C + I_B sedamgkan I_E ≈ I_C , akibat arus yang besar tersebut transistor akan cepat panas dan jika hal ini tetap dibiarkan maka transistor dapat rusak, untuk menanggulangi hal ini maka pada kaki emitor diberi resistor (R2), resistor ini mengakibatkan V_ce semakin turun sehingga suhu di transistor masih diambang toleransi yang tidak merusak transistor, R2 juga sering disebut sebagai pengendali suhu pada rangkaian penguat kelas A.

Sekarang perhatikan kapasitor yang dirangkai secara parallel dengan R2 (C1) kapasitor ini disebut sebagai kapasitor byapass karena memiliki X_C yang kecil, fungsi dari capasitor bypass juga untuk memudahkan analisa AC pada rangkaian, hal yang perlu diperhatikan adalah nilai dari X_C hrus 20x dibawah nilai R2, sehingga nilai dari capasitor itu sendiri dapat ditentukan dengan persamaan:

XC= 12πfC

Jika diperhatikan pada bagian yang paling dekat dengan V_CC terdapat kapasitor juga yang dipasang secara parallel terhadap V_CC, kapasitor ini sering disebut juga sebagai kapasitor decoupling (C3), karena kapasitor ini menjaga agar sinyal distorsi yang dihasilkan dari rangkaian tidak mempengaruhi input.

Pada bagian output dipasang sebuah inductor (L1), inductor ini disebut juga sebagai RFC (Radio Frequency Cook) yang kerjanya hamper mirip dengan LPF, fungsinya adalah meloloskan DC dan menahan arus AC agar AC tidak naik ke Vcc kembali, pada Radio Frequency RFC berfungsi untuk menahan arus AC.

Penguat kelas A cocok untuk menguatkan frekuensi kecil, karena tidak membutuhkan daya yang besar, karena itu penguat kelas A sering dipasang pada bagian awal untuk menguatkan frekuensi kecil yang kemudian dikuatkan lagi oleh penguat yang lain baik kelas B maupun kelas C.

H.    Sifat Penguat Daya Kelas A

1.      Dirangkai secara common emitter

2.      Digunakan untuk daya yang sedang < 10 watt

3.      Input dan outpun berbeda 180^o

Selain ketiga penguat pada kelas A tersebut, ada beberapa sifat-sifat penguat kelas A yang dijelaskan oleh Albert Paul Malvino,Ph.D. dalam bukunya yang berjudul Prinsip-prinsip Elektronika Jilid I antara lain sebagai berikut:

1.      Bati Tegangan dengan beban

Di dalam penguat CE pada gambar 2.1 tegangan ac Vin menggerakkan basis, menghasilkan tegangan keluaran ac Vout.

2.      Bati arus

3.      Bati daya

4.      Daya beban

5.      Efisiensi tahapan

PENUTUP

A.    Kesimpulan

Dari pembahasan tentang penguat daya kelas A diatas dapat disimpulkan bahwa:

-          Penguat daya merupakan gabungan / kombinasi dari penguat tegangan (penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan) denagn penguat arus ( penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan)

-          Untuk bekerja penguat kelas A memerlukan bias awal yang menyebabkan penguat dalam kondisi siap untuk menerima sinyal.

-          Penguat daya mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.

-          Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor.

-          Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah system bias pembagi tegangan dan sistem bias umpan balik kolektor.

DAFTAR PUSTAKA

Albert Paul Malvino,Ph.D. Prinsip-prinsip Elektronika Jilid I.

http://elkakom.blogspot.com/2010/07/penguat-daya-kelas-pada-penerima-radio.html

http://uswah23.blogspot.com/2011/03/penguat-daya-kelas.html

IT Telkom. 2010. M odul Praktikum Elektronika Komunikasi D3 Teknik Telekomunikasi