Kuliah Teknik Elektro: Class B Amplifier Circuits

[HOME]

DAFTAR ISI

1. Tujuan

2. Komponen

1. Tujuan [Kembali]

· Mengetahui rangkaian class b amplifier

· Memahami cara kerja rangkaian class b amplifier

2. Komponen [Kembali]

· Transistor NPN

Transistor NPN mengalirkan arus negatif dari emitor menuju ke kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus positif pada basisnya.

· Transistor PNP

Transistor pnp mengalirkan arus positif dari emitor menuju kolektor. Emitor berperan sebagai input dan kolektor berperan sebagai output apabila transistor tersebut diberikan arus positif pada basisnya.

· Resistor

Resistor berfungsi sebagai penghambat arus listrik yang mengalir suatu rangkaian.

Cara menghitung nilai resistansi resistor dengan gelang warna :

1. Masukan angka langsung dari kode warna gelang pertama.

2. Masukan angka langsung dari kode warna gelang kedua.

3. Masukan angka langsung dari kode warna gelang ketiga.

4. Masukkan jumlah nol dari kode warna gelang keempat atau pangkatkan angka tersebut dengan 10 (10^n) dan dikalikan ke ketiga warna gelang tadi.

5. Gelang kelima ini merupakan nilai toleransi dari resistor.

· Kapasitor

Fungsi dari kapasitor adalah Sebagai Penyimpan arus atau tegangan listrik. Sebagai Konduktor yang dapat melewatkan arus AC (Alternating Current) Sebagai Isolator yang menghambat arus DC (Direct Current).

Satuan Kapasitansi Kapasitor adalah Farad, tetapi Farad merupakan satuan yang besar untuk sebuah Kapasitor yang umum dipakai oleh Peralatan Elektronik. Oleh Karena itu, Satuan-satuan yang merupakan turunan dari Farad menjadi pilihan utama produsen dalam memproduksi sebuah Kapasitor agar dapat digunakan oleh peralatan Elektronika. Satuan-satuan tersebut diantaranya adalah : Micro Farad (µF), Nano Farad (nF) dan Piko Farad (pF ).

Berikut ini adalah ukuran turunan Farad yang umum digunakan dalam menentukan Nilai Kapasitansi sebuah Kapasitor :

1 Farad = 1.000.000µF (mikro Farad)

1µF = 1.000nF (nano Farad)

1µF = 1.000.000pF (piko Farad)

1nF = 1.000pF (piko Farad)

· Transformator

Transformator adalah suatu alat listrik yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.

· Speaker

Sebagai load pada rangkaian,

· VSINE

VSINE berfungsi sebagai sumber tegangan AC pada rangkaian.

· Baterai

Baterai berfungsi sebagai sumber tegangan DC pada rangkaian.

3. Dasar Teori [Kembali]

Sejumlah pengaturan sirkuit mungkin untuk mendapatkan class B operation. Sinyal input ke amplifier bisa berupa sinyal tunggal, sirkuit kemudian menyediakan dua tahap output yang berbeda, masing-masing beroperasi selama setengah siklus. Jika input dalam bentuk dua sinyal polaritas yang berlawanan, dua tahap yang sama dapat digunakan, masing-masing beroperasi pada siklus alternatif karena sinyal input. Salah satu cara untuk mendapatkan polaritas atau inversi fasa adalah menggunakan transformator, amplifier yang digabungkan trafo telah sangat populer untuk waktu yang lama. Input polaritas berlawanan dapat dengan mudah diperoleh dengan menggunakan op-amp yang memiliki dua output berlawanan atau menggunakan beberapa tahap op-amp untuk mendapatkan dua sinyal polaritas yang berlawanan. Operasi polaritas yang berlawanan juga dapat dicapai dengan menggunakan input tunggal dan transistor pelengkap (npn dan pnp, atau nMOS dan pMOS).

Gambar 16.14 menunjukkan berbagai cara untuk mendapatkan sinyal fase-terbalik dari sinyal input tunggal. Gambar 16.14a menunjukkan transformator yang disadap tengah untuk memberikan sinyal fase berlawanan. Jika transformator tepat disadap ke tengah, kedua sinyal persis berseberangan dalam fase dan besarnya sama. Rangkaian Gambar 16.14b menggunakan tahap BJT dengan output fase dari emitor dan output fase berlawanan dari kolektor. Jika keuntungan dibuat hampir 1 untuk setiap output, besarnya sama dengan hasil. Mungkin yang paling umum adalah menggunakan op-amp stage, satu untuk memberikan keuntungan pembalikan persatuan dan yang lainnya keuntungan uninverting untuk unity, untuk menyediakan dua output dengan magnitudo yang sama tetapi dengan fase berlawanan.

· Transformer-Coupled Push-Pull Circuits

Rangkaian gambar 16.15 menggunakan transformator input yang disadap ke tengah untuk menghasilkan sinyal polaritas berlawanan dengan dua input transistor dan transformator output untuk menggerakkan beban dalam mode push-pull yang dijelaskan berikut.

Selama setengah siklus operasi pertama, transistor Q1 didorong ke konduksi sedangkan transistor Q2 dimatikan. Arus I1 melalui transformator menghasilkan setengah siklus pertama dari sinyal ke beban. Selama setengah siklus kedua dari sinyal input, Q2 melakukan sedangkan Q1 tetap, I2 saat ini melalui transformator menghasilkan setengah siklus kedua ke beban. Sinyal keseluruhan dikembangkan di seluruh beban kemudian bervariasi selama siklus penuh operasi sinyal.

· Complementary-Symmetry Circuits

Dengan menggunakan transistor komplementer (npn dan pnp) dimungkinkan untuk memperoleh output siklus penuh pada beban menggunakan setengah siklus operasi dari masing-masing transistor, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.16a. Sementara sinyal input tunggal diterapkan pada basis kedua transistor, transistor, yang bertipe berlawanan, akan melakukan pada setengah siklus input yang berlawanan. Transistor npn akan bias menjadi konduksi oleh setengah siklus sinyal positif, dengan setengah siklus sinyal yang dihasilkan melintasi beban seperti ditunjukkan pada Gambar 16.16b. Selama setengah siklus sinyal negatif, transistor pnp bias menjadi konduksi ketika input menjadi negatif, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.16c.

Selama siklus lengkap input, siklus lengkap sinyal output dikembangkan di seluruh beban. Salah satu kelemahan dari rangkaian adalah kebutuhan untuk dua suplai tegangan yang terpisah. Kerugian lain yang kurang jelas dengan sirkuit komplementer ditunjukkan dalam distorsi crossover yang dihasilkan pada sinyal output (lihat Gambar 16.16d). Distorsi Crossover mengacu pada fakta bahwa selama crossover sinyal dari positif ke negatif (atau sebaliknya) ada beberapa nonlinier dalam sinyal output. Ini hasil dari kenyataan bahwa rangkaian tidak memberikan switching yang tepat dari satu transistor mati dan yang lainnya pada kondisi tegangan nol. Kedua transistor mungkin sebagian mati sehingga tegangan output tidak mengikuti input sekitar kondisi tegangan nol. Biasing transistor di kelas AB meningkatkan operasi ini dengan membiasakan kedua transistor untuk hidup selama lebih dari setengah siklus. Versi yang lebih praktis dari sirkuit dorong-tarik menggunakan transistor pelengkap ditunjukkan pada gambar. 16.17. Perhatikan bahwa beban digerakkan sebagai output dari pengikut-emitor sehingga resistansi beban dari muatan disesuaikan dengan resistansi keluaran rendah dari sumber penggerak. Rangkaian ini menggunakan transistor yang terhubung dengan Darlington untuk memberikan arus keluaran yang lebih tinggi dan resistensi keluaran yang lebih rendah

Versi yang lebih praktis dari sirkuit dorong-tarik menggunakan transistor pelengkap ditunjukkan pada gambar. 16.17. Perhatikan bahwa beban digerakkan sebagai output dari pengikut-emitor sehingga resistansi beban dari muatan disesuaikan dengan resistansi keluaran rendah dari sumber penggerak. Rangkaian ini menggunakan transistor yang terhubung dengan Darlington untuk memberikan arus keluaran yang lebih tinggi dan resistensi keluaran yang lebih rendah.

· Quasi-Complementary Push-Pull Amplifier

Dalam rangkaian penguat daya praktis, lebih disukai menggunakan transistor npn untuk kedua perangkat output arus tinggi. Karena koneksi push-pull memerlukan perangkat pelengkap, transistor daya tinggi pnp harus digunakan. Cara praktis untuk memperoleh operasi pelengkap sambil menggunakan transistor npn yang sama dan cocok untuk output disediakan oleh sirkuit semu-komplementer, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 16.18. Operasi dorong-tarik dicapai dengan menggunakan transistor pelengkap (Q1 dan Q2) sebelum transistor keluaran npn yang cocok (Q3 dan Q4). Perhatikan bahwa transistor Q1 dan Q3 membentuk koneksi Darlington yang menyediakan output dari pengikut emitor-impedansi rendah. Koneksi transistor Q2 dan Q4 membentuk pasangan umpan balik, yang juga menyediakan drive impedansi rendah ke beban. Resistor R2 dapat disesuaikan untuk meminimalkan distorsi crossover dengan menyesuaikan kondisi bias dc. Sinyal input tunggal diterapkan pada tahap push-pull kemudian menghasilkan output siklus penuh ke beban. Amplifier push-pull quasi complementary saat ini merupakan bentuk yang paling populer dari power amplifier.

4. Prinsip Kerja [Kembali]

Amplifier push-pull menggunakan dua transistor "komplementer" atau pencocokan, satu menjadi tipe NPN dan yang lain menjadi tipe PNP dengan kedua transistor daya menerima sinyal input yang sama secara bersamaan yang besarnya sama, tetapi dalam fase berlawanan satu sama lain . Ini menghasilkan satu transistor yang hanya memperkuat setengah atau 180^o dari siklus bentuk gelombang input sedangkan transistor lainnya menguatkan setengah lainnya atau sisa 180^o dari siklus bentuk gelombang input dengan "dua bagian" yang dihasilkan disatukan kembali di terminal output.

Sirkuit di atas menunjukkan sirkuit Amplifier Kelas B standar yang menggunakan transformator center tap, yang membagi sinyal gelombang yang masuk menjadi dua bagian yang sama dan yang 180o keluar dari fase satu sama lain. Trafo center-tapped lain pada output digunakan untuk mengkombinasikan kembali dua sinyal yang memberikan daya yang meningkat untuk beban. Transistor yang digunakan untuk jenis rangkaian penguat push-pull transformator ini adalah transistor NPN dengan terminal emitornya terhubung bersama.

Di sini, arus beban dibagi antara dua perangkat transistor daya karena berkurang dalam satu perangkat dan meningkat di yang lain sepanjang siklus sinyal mengurangi tegangan output dan arus ke nol. Hasilnya adalah bahwa kedua bagian gelombang keluaran sekarang berayun dari nol menjadi dua kali arus diam sehingga mengurangi disipasi. Ini memiliki efek hampir dua kali lipat efisiensi penguat menjadi sekitar 70%.

Ketika sinyal input berada di transformator sekunder driver T1, input basis transistor berada dalam "anti-fase" satu sama lain seperti yang ditunjukkan, sehingga jika basis TR1 berjalan positif mendorong transistor ke konduksi berat, arus kolektornya akan meningkat tetapi pada saat yang sama arus basis TR2 akan menjadi negatif lebih lanjut ke cut-off dan arus kolektor dari transistor ini berkurang dengan jumlah yang sama dan sebaliknya. Oleh karena itu separuh negatif diperkuat oleh satu transistor dan separuh positif oleh transistor lain memberikan efek push-pull ini.

Sirkuit penguat Kelas B di atas menggunakan complimentary transistor untuk setiap setengah dari bentuk gelombang dan sementara penguat Kelas B memiliki gain yang jauh lebih tinggi daripada tipe Kelas A, salah satu kelemahan utama amplifier push-pull tipe B adalah bahwa mereka menderita Efek yang dikenal sebagai Crossover Distortion.

5. Gambar Rangkaian [Kembali]

Gambar 16.14