PERCOBAAN - 11 PENGUAT SIMETRI KOMPLEMENTER Guru Pembimbing ARIF NURSYAHID, Drs, M.T.
Disusun Oleh: Nama : Bahrul Ilham NIM
: 3.33.15.0.04
PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI TELEKOMUNIKASI JURUSAN TEKNIK ELEKTRO POLITEKNIK NEGERI SEMARANG TAHUN 2016/2017
i|Page
Daftar Isi Daftar Isi ................................................................................................................. 1 Tujuan ..................................................................................................................... 2 Dasar Teori ............................................................................................................. 2 Alat dan Bahan ....................................................................................................... 3 Gambar Rangkaian dan Langkah Percobaan .................................................... 3 Hasil Percobaan ..................................................................................................... 5 Analisa Data,Perhitungan, dan Pembahasan .................................................... 10 Jawaban Pertanyaan dan Tugas ........................................................................ 13 Kesimpulan ........................................................................................................... 15
1|Page
1. Tujuan
Setelah melaksanakan praktikum, menyusun rangkaian, memeriksa rangkaian dan menganalisa data diharapkan mahasiswa dapat : a. Menjelaskan distorsi alih silang. b. Menentukan bagian penguat yang merupakan konfigurasi simetri komplementer.
2. Dasar Teori
Klasifikasi Amplifier Bias dc dari rangkaian transistor menentukan klasifikasi amplifier dari transistor tersebut. Letak titik Q tiap kelas penguat seperti gambar 11.1 berikut. Penguat Kelas A : titik kerja transistor terletak ditengah-tengah garis beban dc. Transistor
tetap dalam daerah aktif selama seluruh perioda. Sehingga sinyal yang dihasilkan utuh 360o. Pada dasarnya penguat kelas A bekerja pada bagian linier dari karakteristiknya. Penguat Kelas B : titik kerja transistor terletak pada titik sumbat (cutoff ). Transistor hanya
tinggal dalam daerah aktif untuk setengah perioda. Sehingga sinyal yang dihasilkan setengah perioda. Penguat Kelas AB : titik kerja transistor terletak diantara titik kerja klas A dan klas B.
Sinyal yang dihasilkan kurang dari 360 o dan lebih dari setengah perioda (180 o). Penguat Kelas C : titik kerja transistor dipilih sedemikian rupa sehingga arus keluarannya
(atau tegangannya) adalah nol untuk lebih dari s etengah gelombang dari sinyal sinusoida. Sehingga sinyal keluaran yang dihasilkan kurang dari setengah gelombang sinusoida.
Saturasi
Daerah Cut Off Daerah Aktif
Daerah Saturasi
Cut Off
(a)
(b)
Gambar 11.1. (a) Kurva karakteristik masukan dan titik operasi (b) Kurva karakteristik keluaran dan titik operasi. 2|Page
Penguat kelas A efektif pada penggunaan sebagai penguat daya rendah dan sinyal kecil, dimana pada penggunaan ini kebutuhan akan efisiensi dan disipasi daya tidak te rlalu besar. Namun pada penguat dengan daya tinggi,
diperlukan pendekatan perancangan yang
berbeda. Penguat daya tinggi biasanya digunakan penguat kelas B atau kelas AB, dengan konfigurasi simetri komplementer. Rangkaian sederhana pada gambar 11.2 berikut merupakan bentuk dasar dari penguat simetri komplementer, yang menggunakan dua transistor tipe NPN dan PNP yang berpasangan secara komplementer. + Vcc
C1
C2
RL
Vs
- Vcc
Gambar 11.2. Bentuk dasar penguat simetri komplementer
3. Alat dan Bahan yang Digunakan
a. Transistor 2N 3904 (atau ekivalen) dan 2N 3906 (atau ekivalen) b. Dioda 1N914 c. Resistor 100; 680; 10K ; 22K . d. Kapasitor 10F; 470 F; 0,1F e. CRO f. Generator Fungsi 10 Hz s/d 1 MHz g. Multimeter Analog & Digital h. Catu Daya 12 Volt
4. Langkah Percobaan
1. Siapkan catu daya ( Power Supply). 2. Pastikan catu daya pada kondisi OFF dan pengatur tegangan pada posisi minimum. 3. Hubungkan catu daya dengan tegangan jala-jala. 4. Siapkan catu daya untuk mencatu rangkaian penguat. 5. Buat rangkaian seperti berikut:
3|Page
+ 12 Volt
2N 3904 C1 10 uF
C2 470 uF
2N 3906
RL 100
Gambar 11.3. Rangkaian percobaan simetri komplementer klas B
6. Pindahkan catu daya ke posisi ON dan dengan menggunakan amperemeter yang terdapat pada multimeter, ukurlah arus yang mengalir ke rangkaian. 7. Ukurlah juga tegangan V C dari masing-masing transistor. Kemudian ukur pula V CE nya. 8. Pasang signal generator dengan masukan gelombang sinus dengan frekuensi 1 KHz dan amplitudonya 5 V p-p. Ukurlah tegangan masukan Vi dan keluaran Vo. Gambarlah bentuk gelombang masukan dan keluaran. Bandingkan bentuknya. Apakah terjadi cacat? Apa jenis cacatnya? Mengapa demikian? 9. Naikkan amplitudo masukan sehingga mencapai 10 V p-p. Apakah tetap terjadi cacat? Apakah terjadi perubahan bentuk cacatnya? Mengapa? 10. Matikan catu daya, kemudian ubahlah rangkaian menjadi seperti berikut ini: + 12 Volt
R110K 2N 3904 C1 10 uF
D1 1N914
C2 470 uF
D2 1N914 2N 3906 RL 100 R210K
Gambar 11.4. Rangkaian percobaan simetri komplementer klas AB
4|Page
11. Ulangi langkah 6 sampai dengan langkah 8, catat juga hasilnya. 12. Naikkan amplitudo masukan sehingga terjadi cacat terpotong pada puncak-puncak gelombang. Turunkan sedikit dan catat besarnya tegangan masukan dan keluaran maksimum yang tidak terjadi cacat. Hitung penguatan tegangannya. 13. Bandingkan gelombang masukan dan keluaran dan ukurlah beda phasan ya.
5. Tugas dan Pertanyaan
A. Tugas 1. Jika rangkaian percobaan simetri komplementer klas AB tidak menggunakan dioda sebagai bias, maka hitunglah berapa nilai resistor yang harus dipasang.
B. Pertanyaan 1. Mengacu pada gambar rangkaian percobaan, apa konfigurasi dari penguat simetri komplementer tersebut? CE, CB, atau CC? 2. Apabila diberikan input sinus, transistor yang mana yang menguatkan bagain positif dan transistor yang mana yang menguatkan sis negatifnya? 3. Hitunglah daya yang didisipasikan transistor pada saat tanpa sinyal? Berapa penguatan daya penguat? Bagaimana cara mengukurnya?
6. Hasil Percobaan
Rangkaian 1
Langkah 6:
Arus yang mengalir pada rangkaian:tak terukur
Langkah 7:
Transistor 2N 3904:
Transistor 2N 3906:
5|Page
= 8,36 V
= 4,41 V
= 4,3 V
=0V
Langkah 8:
Ketika amplitudo 5
−
= 5,20 V = 3,76 V
Crossover Distortion
Gambar 1
Langkah 9
Ketika amplitudo 5
6|Page
−
= 10 V = 7,36 V
Crossover Distortion
Gambar 2
Rangkaian 2 Langkah 9: Mengulangi langkah 6-8 Langkah 6:
Arus yang mengalir pada rangkaian:4,16 mA
Langkah 7:
Transistor 2N 3904:
Transistor 2N 3906:
= 5,7 V
= 2,1 mV
Langkah 8:
Ketika amplitudo 5
7|Page
= 5,04 V
−
= 7,24 V
= 3,42 V
= 3,28 V
Gambar 3
Ketika amplitudo 10
−
= 10V = 3,48 V
Gambar 4
8|Page
Langkah 12:
Ketika hasil keluaran tidak mengalami cacat
= 3,60 V = 2,68 V
Gambar 5
, = ,
Av =
= 0,74 Av(dB)=20 log A =20 log 0,74 =-2,56 dB
Langkah 13:
Beda fasa ketika gelombang keluaran tidak terjadi cacat
9|Page
Gambar 6
Beda fasa adalah
0 atau 360
7. Analisis dan Perhitungan Rangkaian 1
+ 12 Volt
2N 3904 C1 10 uF
C2 470 uF
2N 3906
Ketika amplitudo 5
10 | P a g e
−
= 5,20 V = 3,76 V
RL 100
, = ,
Av =
= 0,72 Av(dB)=20 log A =20 log 0,72 =-2,82 dB
Ketika amplitudo 10
−
= 10,2 V = 7,36 V
, = ,
Av =
= 0,72 Av(dB)=20 log A =20 log 0,72 =-2,82 dB
Pada percobaan yang pertama menggunakan rangkaian Power Amplifier kelas B yang mana pada rangkaian menggunakan dua buah transistor yaitu 3904 (NPN) dan 3906 (PNP).Pada rangkaian tersebut adalah rangkaian penguat kelas B Push-Pull yang menggunakan dua transistor yang saling melengkapi atau matching.Pada rangkaian tersebut kedua transistor menguatkan input sinyal yang sama dan menjumlahkannya namun berbeda fasa gelombangnya.Pada setiap transistor hanya menguatkan setengah gelombang yaitu
180.Sehingga jika transistor 3904 menguatkan gelombang sinus positif setengahnya sebesar 180 dan setengahnya lagi sebesar 180 dikuatkan oleh transistor 3906 yaitu pada gelombang sinus negatif. Pada rangkaian penguat kelas B ini biasnya terjadi pada titik cut-off sehingga menyebabkan Ic=0 dan tegangan
= ( ) .Pada hasil gelombang pada rangkaian tersebut terjadi
sebuah distorsi ketika kedua transistor off karena kedua transistor bekerja secara bergantian 11 | P a g e
dan ada delay ketika bekerja bergantian tersebut.Ini terjadi ketika tegangan basis pada kedua transistor sama dengan nol dan tegangan sinyal input harus le bih besar dari
sebelum sebuah
transistor berkonduksi.Yang mana hal tersebut menyebabkan interval waktu antara gelombang posistif dan negatifnya yang disebut Crossover Distortion.Titik dimulai terjadinya distorsi ini ketika tegangan terjadi pada tegangan cut off.Pada percobaan te rsebut semakin besar amplitudo input yang diberikan menyebabkan distorsi semakin kecil. Di percobaan tersebut ketika 10 Vp-p gambar gelombang tidak sinus ini disebabkan karena komponen jumper sebagai penghubung mudah terganggu ketika ada gangguan dari benda lain yang menyebabkan gelombang pada input dan outputnya tidak sinusoidal.Meski gelombang tidak sinus namun dapat dilihat terjadinya Crossover Distortion.
Rangkaian 2 + 12 Volt
R110K 2N 3904 C1 10 uF
D1 1N914
C2 470 uF
D2 1N914 2N 3906 RL 100 R210K
Pada rangkaian tersebut dapat kita cari nilai efisiensinya:
= = 0,12 A ≅ = () = 0,707 = 0,707 x 0,12 = 84,84 mA () ≅ ≅ = = 6 V
() = 0,707 = 0,707 x 6 =4,242 V Pout = () x () = 84,84 m x 4,242 =0,3598 watt 0,12 12 = = , = 0,4585 watt
12 | P a g e
ɳ
=
x100 %
=
0,3598
, x100 %
=78,47 % Pada rangkaian yang kedua adalah penguat kelas AB yang mana gabungan dari kelas A dan B.Karena pada rangkaian penguat kelas B terjadinya distorsi maka perlu diatasi dengan dipasang dua buah dioda dan resistor sebagai pembagi tegangan.Dengan adanya dua dioda ini menyebabkan titik Q menjadi diatas cut off. Pada rangkaian ini arus pada dioda sama dengan arus pada transistor.Pada rangkaian ini nilai maksimum dari transistor 3904 didorong sampai mendekati nilai VCC dan juga nilai transistor 3906 yang didorong mendekati VCC.Sehingga pada hasil gelombangnya pada tegangan puncak positif dan negatifnya hasilnya hampir mendekati dengan VCC.Pada rangkaian tersebut jika nilai VBE transistor tidak cocok dengan dioda maka menyebabkan panas pada transistor yang berlebih. Pada gelombang keluarannya terpotong pada bagian puncak positifnya ini terjadi karena arus saturasi yang memotong puncak positif gelombang.Semakin besar amplitudo gelombang maka potongannya akan semakin besar.Namun ketika amplitudo inputnya diperkecil pada nilai amplitudo tertentu akan ada batas yang menyebabkan gelombang keluaran tak terpotong.Pada praktek ini terjadi ketika input yang diberika sebesar 3,6 V dan hasil perbedaan fasa nya yaitu
0 atau 360,ini sesuai dengan teorinya yang mana pada rangkaian penguat kelas AB perbedaan fasanya antara 180 -360 .Pada hasil efisiensinya pada rangkaian tersebut sama dengan
sebesar 78,47 % sesuai dengan teorinya.
8. Jawaban Pertanyaan dan Tugas
A. Tugas 1. Jika rangkaian percobaan simetri komplementer klas AB tidak menggunakan dioda sebagai bias, maka hitunglah berapa nilai resistor yang harus dipasang.
B. Pertanyaan 1. Mengacu pada gambar rangkaian percobaan, apa konfigurasi dari penguat simetri komplementer tersebut? CE, CB, atau CC?
13 | P a g e
2. Apabila diberikan input sinus, transistor yang mana yang menguatkan bagain positif dan transistor yang mana yang menguatkan sis negatifnya? 3. Hitunglah daya yang didisipasikan transistor pada saat tanpa sinyal? 4. Berapa penguatan daya penguat? Bagaimana cara mengukurnya?
JAWABAN: A. TUGAS
Dari rangkaian tersebut dapat kita ganti dioda dengan resistor dengan nilai sebagai berikut: R =
=
0,9416 m
= 3186 Ω atau 3K3 Ω B. PERTANYAAN
1. Konfigurasi dari rangkaian tersebut adalah COMMON COLLECTOR (EMITTER FOLLOWER) 2. Apabila diberikan input sinus,maka transistor 3904 sebagai penguat sinyal positifnya dan transistor 3906 sebagai penguat sinyal negatifnya 3. Daya disipasinya yaitu
−,=0,9416 mA = = −, ≅ = = 6 V
=
x = 6 x 0,9416 m = 5,6496 mwatt
4. Β = 100,VCC= 12 V,R1=12 K Ω,RL= 100 Ω
−,=0,4416 mA = = −, = (β+1) = 0,4416 m(100+1) = 0,0446016 A = 0,5829 Ω = , = β(re + RL)// R1//R2 14 | P a g e
= 100(0,5829 + 100)// 12 K//12 K =3758,167 Ω
Penguatan ketika 5 Vp-p adalah 0,72 maka dapat dicari nilai penguatan dayanya
, =0,5184 x 37,58167 =19,4823 = 0,72
Ap =
Cara mengukurnya yaitu dengan menghitung penguatan yang dipangkaykan dua dan mengalikannya dengan nilai tahanan input dibagi dengan RL.
9. Kesimpulan
Pada hasil percobaan dapat disimpulkan bahwa: 1. Pada rangkaian kelas B terjadi distorsi yang disebabkan tegangan basis pada kedua transistor sama dengan nol dan tegangan sinyal input harus lebih besar dari
sebelum
sebuah transistor berkonduksi.Yang mana hal tersebut menyebabkan interval waktu antara gelombang posistif dan negatifnya yang disebut Crossover Distortion. 2. Pada percobaan tersebut transistor 3904 berfungsi sebagai penguat gelombang positif dan transistor 3906 sebagai penguat gelombang negatif. 3. Pada rangkaian penguat kelas AB tersebut digunakan untuk mengatasi terjadinya distorsi dengan ditambahkanya pembagi tegangan dan dioda. 4. Pada rangkaian penguat AB tersebut gelombang yang dihasilkan terpotong yang disebabkan karena arus saturai yang memotong puncak positif gelombang.Yang mana pada beda fasa antara sinyal input dan outputnya yaitu
0
5. Pada rangkaian penguat kelas AB tersebut memiliki efisiensi sebesar 78,47 %
15 | P a g e
