Secara umum, suatu penguat adalah peralatan yang menggunakan tenaga yang kecil untuk mengendalikan tenaga yang lebih besar. Ada beberapa cara untuk mengungkapkan penguat. Penguat satu-tingkat terdiri atas satu unsur penguat dan rangkaian pendukungnya. Secara umum, bila beberapa unsur-unsur semacam itu digabungkan akan didapatkan penguat banyak-tingkat.
Dalam suatu sistem reproduksi suara, tahapan pertama adalah penguat tegangan (atau arus) sinyal-kecil yang dirancang menguatkan keluaran dari pembaca sinar laser yang merupakan keluaran DVD-player antara beberapa milivolt menjadi beberapa volt. Tahapan akhir merupakan penguat sinyal besar atau penguat daya (power amplifier) dan memberikan daya yang cukup untuk menggerakkan pengeras suara (loudspeaker) Penguat semacam itu disebut penguat audio (audio amplifier) jika menguatkan sinyal antara kurang lebih 20 Hz sampai dengan 20 kHz. Dalam mengukur getaran, variasi suhu atau arus listrik yang ditimbulkan oleh badan manusia, dijumpai sinyal-sinyal dengan frekuensi yang sangat rendah antara nol sampai beberapa hertz, digunakan penguat gandengan-langsung (direct-coupled).
Sebaliknya, penguat video dalam penerima televisi harus menguatkan sinyal gambar dari 30 Hz sampai 4 MHz. Suatu penguat video adalah penguat jalur lebar yang dengan penguatan yang sama untuk setiap frekuensi dalam kawasan frekuensi yang sangat lebar. Suatu penguat frekuensi radio khas untuk jalur pemancar FM (sekitar 100 MHz) ditala untuk memilih dan menguatkan sinyal dari satu stasiun pemancar dan menolak sinyal-sinyal yang lain.
Rangkaian penguat umumnya digolongkan dalam kelas-kelas, Kelas A, B, AB, dan C untuk rancangan analog, Kelas D dan E untuk rancangan pengalih (switching). Di samping itu masih ada kelas E/F untuk penguat daya pengalih efisiensi tinggi yang bekerja untuk gelombang segi empat.
- 1. Amplifier Kelas A
Sistem bias penguat kelas A yang populer adalah sistem 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.
Contoh dari penguat class A adalah adalah rangkaian dasar common emiter (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 VCE-IC 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 Rc dan Re dari rumus VCC = VCE + IcRc + IeRe. Jika Ie = Ic maka dapat disederhanakan menjadi VCC = VCE + Ic (Rc+Re). Selanjutnya pembaca dapat menggambar 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 Ib yang memotong titik Q.
Besar arus Ib 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 VCC ke ground. Dengan cara ini rangkaian gambar-1dapat dirangkai menjadi seperti gambar-3. Resistor Ra dan Rc dihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung singkat.
Dengan adanya kapasitor Ce, nilai Re pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti. Pembaca dapat mencari lebih lanjut literatur yang membahas penguatan transistor untuk mengetahui bagaimana perhitungan nilai penguatan transistor secara detail. Penguatan didefenisikan dengan Vout/Vin = rc/ re`, dimana rc adalah resistansi Rc paralel dengan beban RL (pada penguat akhir, RL adalah speaker 8 Ohm) dan re` adalah resistansi penguatan transitor. Nilai re` dapat dihitung dari rumus re` = hfe/hie yang datanya juga ada di datasheet transistor. Gambar-4 menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output terhadap garis kurva x-y rumus penguatan vout = (rc/re) Vin.
Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class 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 tidak ada sinyal input (atau 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 pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar.
Penguat Kelas A menguatkan seluruh daur masukan sehingga keluarannya merupakan salinan asli yang diperbesar amplitudonya, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.2. Penguat kelas ini umumnya digunakan sebagai penguat sinyal kecil. Penguat jenis ini tidak terlalu efisien, dengan efisiensi maksimum 50%. Bila digunakan untuk sinyal-sinyal kecil, rugi-rugi daya yang terjadi juga kecil sehingga dapat diterima. Dalam penguat Kelas A, unsur penguatnya diberi prategangan sedemikian sehingga rangkaian itu selalu menghantar dan dioperasikan pada bagian yang linear pada lengkungan karakteristik penguat. Karena peralatan itu selalu menghantar meskipun tidak ada masukan, terdapat daya yang terbuang, dan hal itulah yang menyebabkan efisiensinya rendah.
Pencinta audio (audiophile) percaya bahwa penguat audio Kelas A memberikan mutu suara yang tinggi karena bekerja pada kawasan linear dan lebih menyukai menggunakan tabung elektron ketimbang transistor.
Titik beban transistor pada penguat kelas A diletakkan di antara titik A dan B, biasanya untuk menghasilkan kinerja yang baik maka titik beban diletakkan tepat di tengah-tengah garis beban. Hal ini memiliki maksud agar sinyal keluaran akan memiliki bentuk sinyal yang simetri antara siklus negatif dan positif. Supaya diperoleh titik beban yang tepat ditengah, maka VCE dirancang supaya sama besar dengan VCC/2. Untuk menghasilkan ini, maka IB dirancang supaya menghasilkan ICRC sama dengan VCC/2. Penguat kelas A dapat diwujudkan dengan rangkaian seperti Gambar 3 berikut.
Penguat kelas A dirancang untuk menguatkan sinyal-sinyal kecil. Sedangkan kekurangan dari penguat jenis ini adalah ketika tidak ada sinyal masukan, maka transistor akan tetap mengkonsumsi arus listrik.
EmoticonEmoticon