ELEKTRONIKA ANALOG Pertemuan 4 PENGUAT FREKUENSI RENDAH (lanjutan) Pengikut Emiter (Emitter Follower) Penguat transistor kolektor umum (common-emitter) disebut juga dgn istilah pengikut emiter. Konfigurasinya digambarkan sbb.
Konfigurasi kolektor-umum atau pengikut emiter Dan model parameter h yg disederhanakan diperlihatkan sbb.
Model parameter h untuk rangkaian kolektor umum Pada simpul E, maka arus beban adalah 1
I L = − I e = (1 + h fe ) I b Sehingga perolehan arus
AI ≡
IL = 1 + h fe Ib
Tegangan Vb diperoleh
Vb = I b hie + (1 + h fe ) I b R L Sehingga resistansi masuk Ri menjadi
Ri ≡
Vb = hie + (1 + h fe ) RL Ib
Perolehan tegangan AV rangkaian CC diperoleh sbb
AV =
AI RL (1 + h fe ) RL = Ri Ri
Dari persamaan resistansi masuk
Ri = hie + (1 + h fe ) RL
maka
Ri − hie = (1 + h fe ) RL Sehingga perolehan tegangan dapat dinyatakan kembali sbg
AV =
(1 + h fe ) RL Ri
=
Ri − hie h = 1 − ie Ri Ri
Oleh karena Ri >>> hie maka persamaan terakhir menunjukkan bahwa perolehan tegangan rangkaian kolektor umum mendekati satu, atau dapat dikatakan perubahan tegangan basis
sama dengan perubahan lewat beban
emiter (atau emiter mengikuti sinyal masuk). Untuk menentukan resistansi keluar, maka digunakan rangkaian pengganti sbb. Dalam hal ini Vs = 0 dan RL = ∞ dan digunakan generator tegangan luar V2 ke terminal keluar. 2
Rangkaian untuk menentukan resistansi keluar rangkaian CC Dari gambar diperoleh
V2 = − I b ( Rs + hie ) dan
I 2 = −(1 + h fe ) I b Sehingga
Ro ≡
V2 Rs + hie = I2 1 + h fe
Penguat Basis-Umum (Common-Base atau CB) Konfigurasinya dpt digambarkan sbb.
Konfigurasi basis-umum (CB)
3
Rangkaian pengganti parameter-h digambarkan sbb.
Model parameter-h utk penguat CB Pada simpul E maka Arus masuk simpul E adl sama dgn Ie Arus masuk simpul C adl sama dgn Ic Sedangkan dari rangkaian diperoleh bahwa Ib = − (Ie + Ic) Perolehan arus
AI ≡
h fe IL = I b (1 + h fe )
Besarnya resistansi masuk Ri adl
Ri =
hie (1 + h fe )
Perolehan tegangannya
AV =
AI RL h fe RL = Ri hie
Resistansi keluar rangkaian CB mempunyai formula yang sama dengan pada rangkaian penguat CE.
4
Penguat CE dengan Tahanan Emiter Perolehan tegangan penguat kolektor umum bergantung pada hfe. Parameter transistor ini besarnya bergantung pada suhu, titik-kerja, dan faktor umur transistor. Parameter hfe juga bervariasi dari satu alat ke alat yang lain (bahkan transistor dari jenis yang sama). Untuk menstabilkan penguatan tegangan shg AV tidak bergantung pada hfe dapat ditambahkan suatu tahanan emiter Re seperti ditunjukkan pada gambar berikut.
(a) Penguat emiter umum dengan tahanan emiter
Rangkaian ekivalen pendekatan sinyal lemah untuk rangkaian (a)
5
Perolehan arus rangkaian
AI = −
h I Ic = − fe b = − h fe Ib Ib
Resistansi masuk dapat ditentukan dengan
Ri =
Vb = hie + (1 + h fe ) Re Ib
Perolehan tegangannya
AV =
− h fe RL AI RL = Ri hie + (1 + h fe ) Re
Jika (1+hfe) Re >>> hie dan karena hfe >>> 1, maka
− h fe RL
− h fe RL − RL ≈ AV ≈ ≈ (1 + h fe ) Re 1 + h fe Re Re Penambahan tahanan emiter biasanya menurunkan penguatan tegangan, namun akan menstabilkan penguatan karena besarnya penguatan tegangan tidak lagi bergantung pada parameter hfe dari transistor. Semakin stabil resistansi yang digunakan pada RL dan Re maka akan semakin stabil pula penguatan tegangan yang dihasilkan oleh rangkaian. Meningkatkan Penguat Transistor Jika penguatan dari satu transistor tdk cukup untuk suatu maksud tertentu maka dua atau lebih tingkat dapat dihubungkan secara kaskade (bertingkat). Berikut adl contoh penguat dua tingkat.
6
Rangkaian berikut mrpk rangkaian sinyal lemah penguat dua tingkat, tingkat pertama dihubungkan scr emiter-umum dgn tahanan emiter Re dan tingkat dua dihubung scr kolektor-umum.
Penguat emiter-umum-kolektor-umum (CE-CC)
Rangkaian pendekatan penguat CE-CC dengan R ≡ R1 || R2 Perolehan tegangan AV dari suatu penguat bertingkat (kaskade) merupakan hasil kali perolehan dari masing-masing tingkat.
AV ≡
Vo Vo V2 = = AV 2 AV 1 V1 V 2 V1
7
Untuk menentukan perolehan arus digunakan rangkaian berikut.
Perolehan arusnya
AI ≡ −
I e2 I I I I = − e 2 b 2 c1 = − A I 2 b 2 A I 1 I b1 I b 2 I c1 I b1 I c1
Karena − Ic1 melewati kombinasi Rc1 || Ri2 maka
VB2 N = − I c1
Rc1 Ri 2 = I b 2 Ri 2 Rc1 + Ri 2
Maka
− I c1
Rc1 Ri 2 = Ib2 Rc1 + Ri 2
Sehingga
Rc1 Ib2 =− I c1 Rc1 + Ri 2 Dan persamaan untuk perolehan arus menjadi
AI = − AI 2
R c1 Ib2 AI 1 = A I 2 A I 1 R c1 + Ri 2 I c1
Resistansi beban efektif RL1 dari tingkat pertama adl
RL1 =
Rc1 Ri 2 Rc1 + Ri 2
8
Contoh Untuk konfigurasi CE-CC spt digambarkan di atas, parameter-h pada masingmasing tingkat adl hie = 2 kΩ dan hfe = 100. Tentukan resistansi masuk dan resistansi keluar serta perolehan arus dan tegangan baik untuk masing-masing tingkat maupun untuk rangkaian kaskade secara keseluruhan. Penyelesaian Untuk tingkat keluaran CC AI2 = 1+hfe = 101 Ri2 = hie + (1 + hfe) RL = 2 + (101)(5) = 507 kΩ AV2 = 1 – hie/Ri2 = 1 – 2/507 = 0,996 Untuk tingkat keluaran CE dgn tahanan emiter AI1 = - hfe = - 100 Ri1 = hie + (1 + hfe) Re1 = 2 + (101)(0,1) = 12,1 kΩ Beban efektif pada tingkat pertama adl
RL1 =
Rc1 Ri 2 (5)(507) = = 4,95 kΩ Rc1 + Ri 2 512
AV =
AI 1 RL1 − (100)(4,95) = = −40,9 12,1 Ri1
Ro' 1 = Rc1 = 5 kΩ Ro' 1 mrpk resistansi sumber efektif utk Q2 sehingga
Rs + hie R 'o1 + hie 2000 + 5000 Ro 2 = = = = 69,3Ω 1 + h fe 1 + h fe 1 + 100 Ro' 2 =
Ro 2 RL 2 (69,3)(5000) = = 68,4 Ω Ro 2 + RL 2 5,069
Resistansi keluar rangkaian scr keseluruhan atau Ro' sama besar dengan Ro' 2 .
Secara keseluruhan maka
9
AI = AI 2 AI 1
AV =
5 Rc1 = ( − 100 )(101 ) = − 98 ,6 5 + 507 R c 1 + Ri 2
Vo = AV 2 AV 1 = ( − 40 ,9 )( 0 ,996 ) V1
10
