PENDAHULUAN — DEFINISI DAN TIPE AMPLIFIER
Amplifier adalah sebuah penguat menerima sinyal dari beberapa transduser pickup atau sumber input lainnya dan memberikan versi sinyal yang lebih besar ke beberapa perangkat output atau ke tahap penguat lainnya.
Salah satu metode yang digunakan untuk mengkategorikan amplifier adalah berdasarkan kelas. Pada dasarnya, kelas penguat mewakili jumlah sinyal output bervariasi selama satu siklus operasi untuk satu siklus penuh sinyal input.
Kelas A: Sinyal output bervariasi untuk 360 ° penuh siklus. Gambar 16.1a menunjukkan.
bahwa ini memerlukan titik-Q menjadi bias pada tingkat sehingga setidaknya setengah ayunan sinyal output dapat bervariasi naik dan turun tanpa pergi ke tegangan yang cukup tinggi untuk dibatasi oleh tingkat tegangan suplai atau terlalu rendah untuk mendekati tingkat suplai lebih rendah, atau 0 V dalam deskripsi ini.
Kelas B: Sebuah sirkuit kelas B menyediakan sinyal output yang bervariasi lebih dari setengah siklus sinyal input, atau untuk 180 ° sinyal, seperti ditunjukkan pada Gambar 16.1b. Titik bias DC untuk kelas B adalah pada 0 V, dengan output kemudian bervariasi dari titik bias ini untuk setengah siklus. Gabungan setengah siklus kemudian memberikan output untuk operasi 360 ° penuh. Jenis koneksi ini disebut sebagai operasi push-pull. Operasi kelas B dengan sendirinya menciptakan sinyal output yang sangat terdistorsi karena reproduksi input berlangsung hanya 180 ° dari ayunan sinyal output.
Kelas AB: Operasi Class AB masih memerlukan koneksi push-pull untuk mencapai siklus output penuh, tetapi level bias dc biasanya lebih dekat ke tingkat arus basis nol untuk efisiensi daya yang lebih baik. Untuk operasi kelas AB, ayunan sinyal output terjadi antara 180 ° dan 360 ° .
Kelas C: Output dari penguat kelas C bias untuk operasi kurang dari 180 ° dari siklus dan akan beroperasi hanya dengan sirkuit (resonansi) yang disetel, yang menyediakan siklus operasi penuh untuk frekuensi yang disetel atau resonansi.
Kelas D: Kelas operasi ini adalah bentuk operasi penguat yang menggunakan sinyal pulsa (digital), yang aktif untuk interval pendek dan nonaktif untuk interval yang lebih lama. Keuntungan utama dari operasi kelas D adalah bahwa penguat aktif (menggunakan daya) hanya untuk interval pendek dan efisiensi keseluruhan praktis bisa sangat tinggi, seperti yang dijelaskan selanjutnya.
EFISIENSI PENGUAT
Efisiensi daya penguat, didefinisikan sebagai rasio output daya untuk input daya, meningkatkan (semakin tinggi) dari kelas A ke kelas D. Secara umum, kita melihat bahwa penguat kelas A, dengan bias dc pada satu-setengah tingkat tegangan suplai, menggunakan sejumlah besar daya untuk mempertahankan bias, bahkan tanpa sinyal input yang diterapkan.
SERIES-FED CLASS A AMPLIFIER
Penguat Kelas A merupakan Kelas Penguat yang desainnya paling sederhana dan paling umum digunakan. Seperti namanya yang artinya adalah Kelas terbaik, penguat Kelas A ini memiliki tingkat distorsi sinyal yang rendah dan memiliki liniearitas yang tertinggi dari semua kelas penguat lainnya.
Koneksi fixed bias sederhana yang ditampilkan oleh gambar berikut yang digunakan untuk membahas fitur utama dari kelas A amplifer.
GAMBAR 1. FED Kelas A Seri Sinyal Besar
AC & DC BIAS OPERATION
DC BIAS OPERATION
Bias dc yang ditetapkan oleh Vcc dan RB dengan arus base bias dc
Dengan arus kolektor
Dengan tegangan kolektor emitor
Gambar 2. Karakteristik Transistor
AC OPERATION
Ketika sebuah masukan ac sinyal diterapkan untuk amplifier dari gambar 1, keluaran akan bervariasi dari dc bias operasi voltage dan arus. Ketika masukan sinyal kecil, seperti yang ditampilkan dalam gambar kiri bawah, akan menyebabkan dasar arus untuk bervariasi di atas dan di bawah dc bias titik, yang kemudian akan menyebabkan kolektor yang arus ( output ) untuk bervariasi dari dc bias.
Gambar 3. Variasi sinyal input dan output Amplifier
POWER CONSIDERATION
Kekuatan ke sebuah amplifier disediakan oleh pasokan. Dengan tidak ada masukan sinyal, tarikan arus dc adalah kolektor bias saat ini, ICQ. Kekuatan kemudian yang diambil dari Pasokan adalah
OUTPUT POWER
Output tegangan dan arus yang berbeda-beda di sekitar titik bias memberikan daya ac ke beban daya ac ini yang dikirim ke beban RC. Semakin besar sinyal input, semakin besar keluar ayunan, sampai dengan maksimum yang ditetapkan oleh sirkuit. AC daya yang dikirim ke beban (RC) dapat dinyatakan dalam sejumlah cara. AC daya yang dikirim ke beban (RC) dapat dinyatakan dengan menggunakan
Menggunakan signal puncak : ac daya yang dikirim ke beban dapat dinyatakan menggunakan
Menggunakan peak to peak signal : ac daya yang dikirim ke beban dapat dinyatakan menggunakan
EFISIENSI
Efisiensi dari sebuah amplifier mewakili jumlah kekuatan ac disampaikan ( transferred ) dari dc sumber. Efisiensi dari amplifier dihitung menggunakan
Maksimum Efisiensi
Maksimal efisiensi untuk kelas A series-fed amplifier, maksimal efisiensi dapat ditentukan menggunakan maksimal tegangan ayunan dan arus.
Untuk tegangan ayunan
Untuk arus ayunan
Masukan daya maksimum dapat dihitung dengan menggunakan dc arus bias diatur untuk satu-setengah nilai maksimum:
Kita kemudian dapat menggunakan persamaan sebelumnya untuk menghitung efisiensi maksimum:
Transformer-Coupled Class A Amplifier
Amplifier kelas A memiliki efisiensi maksimum 50% , dipasangkan Trafo untuk menggabungkan sinyal output ke beban.
a = perbandingan lilitan trafo
RL' = impedansi
RL = hambatan beban
Operation of Amplifier stage
DC load line
AC load line
Gambar di atas menunjukkan perubahan tegangan dan arus sinyal dari rangkaian.
EFISIENSI
Daya input (dc) yang diperoleh dari suplai dihitung dari suplai dctegangan dan daya rata-rata.
PQ adalah daya yang hilang karena panas. Jumlah daya yang hilang
oleh transistor adalah perbedaan antara yang diambil dari suplai dc dan jumlah yang dikirimkan ke beban ac. Ketika sinyal input
sangat kecil, dengan sedikit daya ac yang dikirim ke beban, daya maksimum dihamburkan
oleh transistor.
Efisiensi maksimum
Secara teori, efisiensi maksimum trafo yang dihubungkan dengan amplifier kelas A adalah 50%. Berdasarkan sinyal yang diperoleh menggunakan amplifier:
PENGOPERASIAN CLASS B AMPLIFIER
16.4 PENGOPERASIAN CLASS B AMPLIFIER
Operasi Kelas B disediakan ketika bias dc meninggalkan transistor bias lepas,
transistor menyala ketika sinyal ac diterapkan. Ini pada dasarnya tidak ada bias, dan
transistor melakukan arus hanya setengah dari siklus sinyal. Untuk mendapatkan hasil
untuk siklus penuh sinyal, perlu menggunakan dua transistor dan memiliki perilaku masing-masing
pada setengah siklus yang berlawanan, operasi gabungan menyediakan siklus output penuh
sinyal. Karena satu bagian dari sirkuit mendorong sinyal tinggi selama satu setengah siklus dan
bagian lainnya menarik sinyal rendah selama setengah siklus lainnya, sirkuit tersebut disebut
sebagai sirkuit dorong-tarik. Gambar 16.12 menunjukkan diagram untuk operasi push-pull. Sebuah
sinyal input ac diterapkan ke sirkuit push-pull, dengan masing-masing setengah beroperasi pada alternatif
setengah siklus, beban kemudian menerima sinyal untuk siklus ac penuh. Transistor daya
digunakan dalam rangkaian dorong-tarik yang mampu mengirimkan daya yang diinginkan ke
beban, dan operasi kelas B dari transistor ini memberikan efisiensi yang lebih besar daripada
mungkin menggunakan satu transistor dalam operasi kelas A.
Daya Output DC
Menggunakan trafo input pusat-disadap untuk menghasilkan sinyal kutub berlawanan dengan dua input transistor dan transformator output untuk menggerakkan beban dalam mode push-pull operasi dijelaskan berikutnyaKeseluruhan sinyal yang dikembangkan di seluruh beban kemudian bervariasi selama siklus penuh operasi sinyal.
C. Quasi Complementary Push-Pull Amplifier
Sebuah penguat kelas C, seperti yang ditunjukkan pada rangkaian 16.25 dibawah ini, bisa beroperasi kurang dari 180 °C dari siklus sinyal input. Sirkuit yang disetel dalam output, akan menyediakan
siklus penuh sinyal output untuk frekuensi fundamental atau resonansi dari yang disetel
sirkuit (L dan C tank circuit) dari output. Jenis operasi ini terbatas
untuk digunakan pada satu frekuensi tetap, seperti yang terjadi di sirkuit komunikasi, misalnya.
Pengoperasian sirkuit kelas C tidak dimaksudkan terutama untuk sinyal besar atau daya
amplifier.
Penguat Kelas D.
Penguat kelas D dirancang untuk beroperasi dengan sinyal digital atau jenis pulsa. Suatu efisiensi
lebih dari 90% dicapai menggunakan sirkuit jenis ini, membuatnya sangat diinginkan di
power amplifier. Namun, perlu mengkonversi sinyal input apa pun menjadi pulsetype
bentuk gelombang sebelum menggunakannya untuk menggerakkan beban daya yang besar dan untuk mengubah sinyal kembali ke sinyal tipe sinusoidal untuk memulihkan sinyal asli. Rangkaian 16.26 menunjukkan bagaimana sinyal sinusoidal dapat diubah menjadi sinyal tipe pulsa menggunakan beberapa bentukgergaji atau memotong bentuk gelombang untuk diterapkan dengan input ke dalam jenis kompartortrangkaian op-amp sehingga menghasilkan sinyal tipe pulsa yang representatif. Selagi
Huruf D digunakan untuk menggambarkan jenis operasi bias berikutnya setelah kelas C, D bisa
juga dianggap berdiri untuk "Digital," karena itu adalah sifat dari sinyal yang disediakan
ke amplifier kelas D.
Operasi Kelas B disediakan ketika bias dc meninggalkan transistor bias lepas,
transistor menyala ketika sinyal ac diterapkan. Ini pada dasarnya tidak ada bias, dan
transistor melakukan arus hanya setengah dari siklus sinyal. Untuk mendapatkan hasil
untuk siklus penuh sinyal, perlu menggunakan dua transistor dan memiliki perilaku masing-masing
pada setengah siklus yang berlawanan, operasi gabungan menyediakan siklus output penuh
sinyal. Karena satu bagian dari sirkuit mendorong sinyal tinggi selama satu setengah siklus dan
bagian lainnya menarik sinyal rendah selama setengah siklus lainnya, sirkuit tersebut disebut
sebagai sirkuit dorong-tarik. Gambar 16.12 menunjukkan diagram untuk operasi push-pull. Sebuah
sinyal input ac diterapkan ke sirkuit push-pull, dengan masing-masing setengah beroperasi pada alternatif
setengah siklus, beban kemudian menerima sinyal untuk siklus ac penuh. Transistor daya
digunakan dalam rangkaian dorong-tarik yang mampu mengirimkan daya yang diinginkan ke
beban, dan operasi kelas B dari transistor ini memberikan efisiensi yang lebih besar daripada
mungkin menggunakan satu transistor dalam operasi kelas A.
Daya Output DC
di mana Idc adalah arus rata-rata atau dc yang diambil dari catu daya. Dalam operasi kelas B,
arus yang diambil dari catu daya tunggal memiliki bentuk gelombang penuh
sinyal diperbaiki, sedangkan yang ditarik dari dua catu daya memiliki bentuk setengah gelombang
memperbaiki sinyal dari setiap pasokan. Dalam kedua kasus, nilai arus rata-rata
ditarik dapat dinyatakan sebagai :
Daya Output (AC)
Daya yang dikirimkan ke beban (biasanya disebut sebagai resistensi, RL) dapat dihitung
menggunakan salah satu dari sejumlah persamaan. Jika seseorang menggunakan meteran rms untuk mengukur
tegangan di beban, daya output dapat dihitung sebagai :
Jika seseorang menggunakan osiloskop, puncak, atau puncak-ke-puncak, tegangan output diukur
dapat digunakan:
Efisiensi
Efisiensi penguat kelas B dapat dihitung menggunakan persamaan dasar:
contoh rangkaian:
A.Transformer coupled push-pull circuit
Menggunakan trafo input pusat-disadap untuk menghasilkan sinyal kutub berlawanan dengan dua input transistor dan transformator output untuk menggerakkan beban dalam mode push-pull operasi dijelaskan berikutnyaKeseluruhan sinyal yang dikembangkan di seluruh beban kemudian bervariasi selama siklus penuh operasi sinyal.
Gambar 16.15 Sirkuit push-pull
B. Complementary-Symmetry Circuits
Menggunakan transistor komplementer (npn dan pnp) adalah mungkin untuk mendapatkan output siklus penuh di beban menggunakan setengah siklus operasi dari masing-masing transistor, seperti ditunjukkan pada Gambar. 16.16a. Transistor npn akan bias menjadi konduksi dengan setengah siklus sinyal positif, dengan menghasilkan setengah siklus sinyal di seluruh beban seperti ditunjukkan pada Gambar. 16.16b. Selama setengah siklus sinyal negatif, transistor pnp bias menjadi konduksi ketika input berjalan negatif, seperti ditunjukkan pada Gambar. 16.16c.
Versi yang lebih praktis dari sirkuit push-pull menggunakan transistor komplementer
Versi yang lebih praktis dari sirkuit push-pull menggunakan transistor komplementer
ditunjukkan pada Gambar 16.17.
Gambar 16.17 Sirkuit dorong-tarik komplementer simetri menggunakan transistor Darlington.
Gambar 16.17 Sirkuit dorong-tarik komplementer simetri menggunakan transistor Darlington.
Dalam rangkaian penguat daya praktis, lebih baik menggunakan npn transistor untuk kedua perangkat arus-keluaran tinggi. Karena koneksi push-pull membutuhkan perangkat pelengkap, transistor daya tinggi pnp harus digunakan. Cara praktis untuk mendapatkan operasi pelengkap saat menggunakan transistor npn yang sama dan cocok untuk output disediakan oleh sirkuit quasi-komplementer, seperti ditunjukkan pada Gambar. 16.18.
Gambar 16.18 Penguat daya transformator tanpa-tegangan dorong-komplementer.
Power Transistor Heat Sinking
Rangkaian integrasi digunakan untuk aplikasi sinyal kecil dan daya rendah, sebagian besar aplikasi daya tinggi masih memerlukan transistor daya individu. Daya maksimum oleh transistor dan suhu sambungan transistor itu terkait karena adanya disipasi daya yang menyebabkan peningkatan suhu di sambungan transistor . Biasanya, suhu maksimum sambungan dari jenis transistor daya ini adalah Silikon: 150°C–200°C, Germanium: 100°C–110°C.
Rata-rata disipasi daya oleh transistor adalah
PD= VCEIC
Heat sink digunakan untuk menghilangkan panas dari transistor dengan menghilangkan ke udara sekitar seefisien mungkin. Di bawah ini merupakan beberapa jenis heat sink dan transistor
Berikut kurva perubahan daya pada transistor jenis silikon
Kurva menunjukkan bahwa titik atas temperatur (tidak harus 25 ° C), setelah itu penurunan linear terjadi. Secara matematika dapat didiefinisikan sebagai berikut
Temp0 = penurunan suhu dimulai, nilai
Temp1= suhu tertentu (di atas nilai Temp0)
PD (temp0) dan PD (temp1) = disipasi daya maksimum pada suhu yang ditentukan
faktor derating = nilai yang diberikan oleh pabrikan dalam satuan watt (atau milliwatt) per derajat suhu.
Temp1= suhu tertentu (di atas nilai Temp0)
PD (temp0) dan PD (temp1) = disipasi daya maksimum pada suhu yang ditentukan
faktor derating = nilai yang diberikan oleh pabrikan dalam satuan watt (atau milliwatt) per derajat suhu.
Contoh
Tentukan disipasi maksimum untuk transistor silikon 80-W (pada 25°C) jika penurunan diperlukan di atas 25°C oleh faktor derating 0,5 W /°C pada suhu 125°C.
Jawab :
PD(125°C) = PD(25°C) - (125°C - 25°C)(0.5 W/°C) = 80 W - 100°C(0.5 W/°C)= 30 W
Thermal Analogy of Power Transistor
Dalam penyediaan analogi thermal electric, persamaan resistansi thermal digunakan untuk mendiskripsikan efek panas dari teorema elektrik. Persamaan pada gambar didefenisikan sebagai berikut:
θ JA: total resistansi thermal θ
θ JC: resistansi thermal transistor
θ CS: resistansi thermal insulator
θ SA: resistansi thermal heat sink
θ JC: resistansi thermal transistor
θ CS: resistansi thermal insulator
θ SA: resistansi thermal heat sink
Dengan menggunakan hukum Kirchhoff maka
TJ=PDθJA+ TA
Contoh :
Transistor daya silicon dioperasikan dengan heat sink (θ SA=1.5 C/W). Transistor di set pada 150W (25 C), memiliki θJC 0.5 C/W dan θCS 0.6 C/W . Berapa tenaga maksimal yang bisa disipasi atau terpisah jika temperature disekitarnya 40°C dan TJmax= 200°C ?Jawab:  |
CLASS C DAN CLASS D AMPLIFIERS
Penguat Kelas C.Sebuah penguat kelas C, seperti yang ditunjukkan pada rangkaian 16.25 dibawah ini, bisa beroperasi kurang dari 180 °C dari siklus sinyal input. Sirkuit yang disetel dalam output, akan menyediakan
siklus penuh sinyal output untuk frekuensi fundamental atau resonansi dari yang disetel
sirkuit (L dan C tank circuit) dari output. Jenis operasi ini terbatas
untuk digunakan pada satu frekuensi tetap, seperti yang terjadi di sirkuit komunikasi, misalnya.
Pengoperasian sirkuit kelas C tidak dimaksudkan terutama untuk sinyal besar atau daya
amplifier.
 |
| Rangkaian dengan menggunakan multisim |
Penguat Kelas D.
Penguat kelas D dirancang untuk beroperasi dengan sinyal digital atau jenis pulsa. Suatu efisiensi
lebih dari 90% dicapai menggunakan sirkuit jenis ini, membuatnya sangat diinginkan di
power amplifier. Namun, perlu mengkonversi sinyal input apa pun menjadi pulsetype
bentuk gelombang sebelum menggunakannya untuk menggerakkan beban daya yang besar dan untuk mengubah sinyal kembali ke sinyal tipe sinusoidal untuk memulihkan sinyal asli. Rangkaian 16.26 menunjukkan bagaimana sinyal sinusoidal dapat diubah menjadi sinyal tipe pulsa menggunakan beberapa bentukgergaji atau memotong bentuk gelombang untuk diterapkan dengan input ke dalam jenis kompartortrangkaian op-amp sehingga menghasilkan sinyal tipe pulsa yang representatif. Selagi
Huruf D digunakan untuk menggambarkan jenis operasi bias berikutnya setelah kelas C, D bisa
juga dianggap berdiri untuk "Digital," karena itu adalah sifat dari sinyal yang disediakan
ke amplifier kelas D.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar