EL3109_2_13213060

MODUL II PENGUAT DIFERENSIAL Rosana Dewi Amelinda (13213060) Asisten : Adirga Ibrahim (13212102) Tanggal Percobaan: 7/10/2015 EL3109-Praktikum Elektronika II

Laboratorium Dasar Teknik Elektro - Sekolah Teknik Elektro dan Informatika ITB Abstrak Abstrak Pada praktikum Modul II ini dilakukan beberapa pengamatan pada penguatan diferensial dengan dua jenis sinyal input, yaiut diferential mode dan common mode. Sedangkan untuk sinyal output yang dihasilkan pada penguat diferensial dapat berupa single ended (tegangan pada salah satu terminal dengan rujukan ground) dan diferential ended (selisih tegangan pada dua terminal floating port). Percobaan pertama dilakukan untuk mengetahui bagaimana cara memberikan masukan untuk masing-masing jenis sinyal input (Diferential mode dan Common Mode). Percobaan pertama ini merupakan pengantar untuk percobaan 2, 3, dan 4. Selanjutnya pada percobaan 2 dilakukan percobaan pasangan diferensial dengan bias resistor. Percobaan 2 ini dilakukan dengan tiga macam konfigurasi bias transistor, yaitu bias resistor 5 kΩ, bias resistor 8.6 kΩ, serta bias resistor dan emitor degenerative. Kemudian untuk percobaan 3 dilakukan percobaan pasangan diferensial dengan bias cermin arus, sedangkan pada percobaan 4 dilakukan percobaan pasangan diferensial dengan cermin arus ditambah dengan beban aktif.

diferential mode dan sinyal input common mode. Sedangkan untuk tegangan outputnya dapat berupa single ended (tegangan pada satu terminal dengan rujukan ground/grounded port) dan diferential ended (selisih tegangan pada dua terminal/floating port). Pada pemberian input diferential mode, input Vd diberikan pada port input positif rangkaian dan port negative rangkaian dihubungkan ke ground. Sedangakn untuk input common mode, sinyal common mode diberikan langsung dari satu pembangkit sinyal ke kedua terminal input penguat diferensial yang diukur. Tujuan praktikum modul 2 ini diataranya : Memahami bagaimana memperkuat sinyal lemah (kecil) sinyal di tengah interferensi dengan penguat diferensial. Mengevaluasi peran masing-masing komponen / rangkaian pada penguat diferensial. Mengamati perilaku tahap penguatan diferensial dengan transistor bipolar dengan berbagai konfigurasi.

Kata kunci: Diferential Mode, Common Mode, Cermin arus. 1.

PENDAHULUAN

Penguat operasional atau biasa disebut op-amp merupakan sutatu jenis penguat elektronika dengan coupling DC yang memiliki gain (penguatan) yang sangat besar dengan dua masukan dan satu keluaran. Penguat operasional pada umumnya tersedia dalam bentuk IC dan paling banyak digunakan adalah seri 741. Penguat operasional dalam bentuk rangkaian terpadu memiliki karakteristik yang mendekati karakteristik penguat operasional ideal tanpa perlu memperhatikan apa yang terdapat didalamnya. Karakteristik penguat operasional idela antara lain memiliki gain yang tidak terbatas, impedansi input yang tidak terbatas, impedansi output nol, bandwidth tidak terbatas, serta tegangan offset nol.

b.

Mengamati, mengukur, dan menganalisa penguatan differential-mode dan common-mode pada tahap penguat diferensial dengan berbagai konfigurasi.

2.

STUDI PUSTAKA

Prinsip Penguat Diferensial Pada keadaan ideal pada penguat diferensial sinyal interferensi yang berupa sinyal yang sama (common signal) yang masuk pada kedua input akan dihilangkan pada proses penguatan karena hanya selisih tegangan yang diperkuat. Namun demikian pada implementasinya penguat diferensial juga memberikan output yang berasal dari sinyal bersama tersebut. Gambar 1 Prinsip Penguat Diferensial

Terdapat banyak sekali penggunaan dati penguat operasional dalam beragai jenis electric circuit. Salah satu penggunaan umum dari penguat operasional dalam bentuk circuit yaitu penguat diferensial. Pengguat diferensial adalah penguat yang memiliki dua input dan memperkuat selisih tegangan pada kedua input tersebut. Sinyal input pada penguat diferensial terdiri dari sinyal input Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

1

Pada penguat seperti ini diinginkan penguat dengan penguatan diferensial yang besar dan penguat common mode nol atau sangat kecil. Dengan demikian penguat ini dapat digunakan untuk memperkuat sinyal kecul yang mucul bersamaan dengan sinyal interferensi yang besar. Besaran perbandingan penguatan diferensial A d dan penguatan common mode Acm disebut sebagai CMMR Common Mode Rejection Ratio, sbb.:

Rangkaian Dasar Penguat DIferensial Rangkaian dasar penguat diferensial terdiri dari rangkaian pasangan transistor dengan emitor bersama, bias arus, dan rangkaian beban seperti tampak pada gambar berikut : Gambar 2 Rangkaian Dasar Penguat Diferensial

digunakan juga tegangan bias yang lebih tinggi agar arus biasnya tetap. Penguat Diferensial dengan Resistor Degenerasi pada Emitor Penguat diferensial di atas mempunyai jangkauan penguatan linier yang sangat kecil (jauh di bawah VT). Untuk memperoleh penguat diferensal dengan jangkauan penguatan linier yang lebih besar digunakan resistansi degenerasi emitor Re. Pada rangkaian demikian diperoleh penguatan diferensial

dimana adalah penguatan arus emitor ke kolektor. Penambahan resistor Re ini akan mengurangi penguatan diferensialnya. Pada penguat seperti ini penguatan common modenya adalah sbb.:

Tampak dari persamaan terakhir penambahan resistansi degerasi emitor juga akan memperbaiki atau menekan penguatan common mode. Penguat diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

Penguat diferensial tersebut akan memberikan penguatan diferensial sebagai berikut :

dimana gm adalah trankondutansi transistor pada arus bias yang diberikan. Penguatan diferensial ini sebanding dengan arus bias pada transistornya. Penguatan common diferensial ini adalah

mode

untuk

Peningkatan resistansi rangkaian sumber arus bias dapat dilakukan dengan menggantikan resistor dengan sebuah cermin arus. Dalam keadaan demikian resistansi sumber arus adalah resistansi output transistor cermin arus ybs. Resistansi kolektor pada pasangan diferensial dapat juga digantikan dengan beban aktif berupa cermin arus. Sinyal output untuk pasangan diferensial seperti ini diambil pada salah satu terminal kolektor pasangan diferensialnya. Untuk rangkaian yang demikian akan diperoleh penguatan diferensial

pasangan

dimana REE adalah resistansi sumber arus bias yang digunakan dan re adalah parameter resistansi emitor transistor pada sinyal kecil. Penguat common mode dapat ditekan dengan menggunakan resistansi sumber arus yang besar. Untuk rangkaian dengan bias sumber arus resistor hal ini dapat dilakukan dengan memperbesar nilai resistansi biasnya. Namun demikian untuk menjaga penguatan diferensialnya maka perlu

Dimana gm adalah transkonduktasi sinyal kecil transistor pasangan diferensial dan r o adalah resistansi output transisor beban aktif. Penguatan yang diperoleh akan sangat besar mengingat umumnya resistansi output ro juga sangat besar. Penguatan common mode untuk rangkaian dengan beban aktif ini akan mendekati:

Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

2

dimana ro4 adalah resistasi output transistor beban pada terminal ouput, 3 adalah penguatan arus transistor beban pasangannya, dan REE resistansi output sumber arus bias.

Nonidealitas pada Penguat Diferensial Penguat diferensial ideal bila pasangan diferensial yang digunakan seluruh paramter sepenuhnya sama. Namun pada kenyataannya akan sangat diperoleh komponen yang demikian. Pada kasus rangkaian diferensial dengan beban resistor akan ada ofset tegangan input VOS penguat diferensial sebesar:

Demikian juga dengan transistor yang digunakan, bila arus saturasinya tidak persis sama maka akan diperoleh tegangan ofset sebesar

Selain itu perbadaan penguatan arus juga akan memberikan arus ofset input IOS sebesar

3.

Untuk pemberian tegangan input Common Mode pada pasangan diferensial pada percobaan ini, digunakan hubungan seperti pada Gambar 4. Besaran amplituda tegangan yang diberikan dapat diberikan hingga mendekati tegangan catu daya VCC. Dalam percobaan ini digunakan VCC 9V, maka amplituda tegangan common mode dapat diberikan hingga maksimum 9V.

Untuk Differential Mode pemberian tegangan input menggunakan hubungan seperti pada Gambar 4. Amplituda tegangan yang diberikan berada pada kisaran mV. Rangkaian pada Gambar 4 (a) memerlukan penguat operasional yang mempunyai tegangan offset dan derau rendah. Diberikan amplituda yang cukup besar untuk mengatasi derau namun tidak terlalu besar untuk menghindari output lebih banyak pada keadaan saturasi. Amplituda yang digunakan dapat berada antara 10-40mV Gambar 3 Rangkaian Pemberi Tegangan nput Common Mode

METODOLOGI

Pada percobaan 2 ini, alat dan bahan yang digunakan yaitu : 1.

Kit praktikum Penguat Diferensial

2.

Generator Sinyal

3.

Osiloskop

4.

Multimeter

5.

Catu daya Ter-regulasi (2 buah)

6.

Kabel dan asesori pengukuran

Gambar 4 Rangkaian Pemberi Tegangan Input Diferensial (kiri : - Vd/2 dan +Vd/2; kanan : 0 dan Vd)

Memulai percobaan 

Sebelum memulai percobaan, isi dan tanda tangani lembar penggunaan meja yang tertempel pada masing-masing meja praktikum 

Pasangan Resistor

Diferensial

dengan

Bias

Pemberian dan Pengukuran Tegangan untuk Pasangan Difernsial


3

Disusun rangkaian penguat dengan pasangan diferensial seperti pada Gambar 5. Nilai-nilai komponen dan bersaran tegangan catu daya yang dipilih adalah RC1 = RC2 = 10k , Rbias = 5k, Q1 = Q2 = 2N3096, dan VCC = 9V. Diukur arus bias yang mengalir pada RC1, RC2, dan Rbias.

Amati penguatan mode diferensial untuk penguat tersebut dengan membaca tegangan output single ended (hanya pada salah satu vO+ atau vO- terhadap ground), maupun diferensial (selisih vO+ dan vO- ). Saat mengamati tegangan diferensial, jangan dihubungkan terminal output dengan ground karena cara tersebut akan mengubah rangkaian percobaan. Dicatat hasil pengamatan vO+, vO- dan vO+ - vO- tersebut.

Gambar 6 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 8.6k

Gambar 7 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor dan Emitor Degeneratif

Digunakan mode xy untuk melihat kurva karakteristik transfer tegangan VTC tegangan output vO (satu-satu secara terpisah) terhadap input diferensial vid.

Dilnjutkan pengamatan untuk penguatan mode bersama pada output yang sama vO+, vO- dan vO+ - vO-. Dicatat hasil pengamatan tersebut

Diulangi pengamatan arus DC, penguatan mode diferensial, dan penguatan mode bersama ini untuk rangkaian dengan resistansi bias dan tegangan bias negatif yang lebih tinggi seperti pada Gambar 6 di bawah ini.

Dilakukan juga pengamatan yang sama untuk rangkaian diferensial dengan bias resistor dan dan degenerasi emitor seperti pada Gambar 7.



Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus

Disusun rangkaian seperti pada Gambar 8 di bawah ini. Diukur arus DC yang mengalir pada RC1, RC2, dan RRef serta arus pada kolektor Q4 IC4.

Dilakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama. Gambar 8 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus

Gambar 5 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Resistor 5k



Pasangan Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif


4

Disusun rangkaian seperti pada Gambar 9 di bawah ini. Digunakan transistor 2N3904 untuk Q5 dan Q6. Diukur arus DC yang mengalir antara kolektor Q1 dan Q5, antara kolektor Q2 dan Q6, dan arus kolektor Q4.

Dilakukan pengamatan untuk penguatan mode diferensial dan penguatan bersama. Diperhatikan bentuk output yang diperoleh.

Diubah rangkaian dengan memberikan beban pada output seperti pada Gambar 10 berikut ini. Diamati penguatan diferensial dan penguatan bersama pada terminal output vo (pada beban RL).



PASANGAN DIFERENSIAL DENGAN BIAS RESISTOR Rangkaian 1

Table 1 Nilai arus pada penguat diferensial dengan bias resistor 5kΩ

Arus pada

RC1

RC2

RBias

Nilai

1.05 mA

0.73 mA

1.85 mA

Setelah diperoleh nilai-nilai arus DC seperti pada table diatas, kemudian dilakukan pengamatan tegangan output positif dan negetif untuk masingmasing sinyal input (Diferential mode dan common mode) sebagai berikut : Gambar 11 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor 5kΩ (diferensial mode)

Gambar 9 Rangkaian Penguat Diferensial dengan Bias Cermin Arus dan Beban Aktif

Pada hasil percobaan diatas, diperoleh hasil penguatan sebesar ≈ 1V/V. Hal ini tidak sesuai dengan referensi [2] yang menyatakan bahwa orde penguatan diferensial haruslah dalam orde ratusan. Kemudian dilakukan simulasi dengan menggunakan multisim, sehingga diperoleh data sebagai berikut :

Gambar 10 Rangkaian Penguat Diferensial

Dual trace

XY

Vo(+)

4.

HASIL DAN ANALISIS



PEMBERIAN DAN PENGUKURAN TEGANGAN UNTUK PASANGAN DIFERENSIAL

Vo(-)

*Percobaan ini bertujuan hanya agar praktikan dapat melakukan pemberian input untuk konfigurasi input diferensial dan common mode. Ditentukan pemberian tegangan input untuk konfigurasi penguat diferensial sebesar 10 mVpp dan untuk penguat common mode sebesar 2 Vpp.* Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

5

Vo(+) - Vo()

Setelah dilakukan percobaan dengan multisim, barulah diperoleh hasil yang sesuai dengan referesni [2], yaitu rangkaian diferensial menghasilkan penguatan yang berkisar +220 dan 220 kali (untuk singe ended). Pada penguatan diferensial ini (resistor 5k), diperoleh nilai arus Rc1 1.05 mA, Rc2 0.73 mA, dan Rbias 1.85 mA. Hal ini telah sesuai referensi dimana arus pada bias harusnya merupakan penjumlahan dari nilai arus pada transistor 1 dan transistor 2. Hal ini menunjukan bahwa masingmasing transistor merupaan half-circuit common mode. Adanya sedikit perbedaan pada nilai yang terukut dengan hasil perhitungan disebabkan karena adanya nilai toleransi transistor, dimana nilai resistansi pada masing-masing transistor tidak diukur satu-persatu oleh praktikan sehingga nilai yang tertera pada rangkaian belum tentu sama dengan nilai transistor sebenarnya. Sedangkan perbedaan arus pada Rc1 dan Rc2 disebabkan karena perbedaan nilai β pada masing-masing transistor. Pada pengamatan sinyal untuk Vo(+) terlihat bahwa penguatan yang dihasilkan sefasa dengan sumbernya. Sedangkan pada sinyal untuk Vo(-) diperoleh sinyal yang berbeda fasa 1800 dengan sumbernya. Sehingga jika kedua penguatan ( Vo pos dan Vo neg) dipasang pada suatu beban, maka siyal yang dihasilkan akan memperoleh penguatan menjadi 2 kali lebih besar (440 kali dari penguatan inputnya).

Berdasarkan data diatas, diperoleh penguatan common mode sebesar ≈1 V/V. Nilai ini jauh lebih kecil dari penguatan diferensialnya. Namun apabila dibandingkan dengan referensi, nilai ini telah sesuai dengan referensi [2] dimana referensi tersebut menyatakan bahwa penguatan pada common mode ini bernilai 1 V/V. Hal tersebut juga dapat diamati pada kurva VTC yang dihasilkan, yaitu pada kurva terlihat garis dengan kemiringan 1. Selain itu, dari kurva VTC juga dapat diketahui bahwa kedua penguatan tersbut memiliki fasa yang sama. Dengan fasa yang sama dan nilai penguatan yang reletif sama juga, maka apabila beban dipasang pada kedua terminal (+ dan -) maka beban tersebut hanya akan mendapat siyal yang kecil dan saling menghilangkan. Rangkaian 2 Kemudian dilakan percobaan yang sama seperti pada rangkaian 1 namun dengan nilai resistansi bias yang berbeda, yaitu 8.6 kΩ. berikut hasilnya : Table 2 Nilai arus pada penguat diferensial dengan bias resistor 8.6kΩ

Arus pada

RC1

RC2

RBias

Nilai

1 mA

0.66 mA

1.68 mA

Sedangkan untuk sinyal output yang diperoleh, yaitu : Gambar 13 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor 8.6kΩ (diferensial mode)

Kemudian dilakukan pengamatan untuk sinyal input common mode, dan berikut hasilnya: Gambar 12 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor 5kΩ (common mode)

Sama seperti pada percobaan sebelumnya, nilai penguatan yang diperoleh kurang sesuai dengan referensi yang diharapkan. Dimana pada percobaan diperoleh nilai penguatan yang kecil hanya berkisar antara 1-2 V.V sedangkan pada referensi penguatan adalah dalam orde ratusan Volt. Sehingga praktikan melakukan simulasi


6

dengan multisin dan diperoleh data sebagai berikut : Dual trace

Kemudian dilakukan pengamatan untuk sinyal input common mode, dan berikut hasilnya : Gambar 14 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor 8.6kΩ (common mode)

XY

Vo(+)

Vo(-)

Vo(+) - Vo()

Setelah dilakukan percobaan dengan multisim, barulah diperoleh hasil yang sesuai dengan referesni [2], yaitu rangkaian diferensial menghasilkan penguatan yang berkisar +207 dan 207 kali (untuk singe ended). Pada penguatan diferensial ini (resistor 8.6k), diperoleh nilai arus Rc1 1 mA, Rc2 0.66 mA, dan Rbias 1.68 mA. Hal ini telah sesuai referensi dimana arus pada bias harusnya merupakan penjumlahan dari nilai arus pada transistor 1 dan transistor 2. Hal ini menunjukan bahwa masingmasing transistor merupaan half-circuit common mode. Terlihat bahwa arus pada kedua transistor diusakan agar memiliki nilai yang sama meskipun resistor bias diubah dengan memperbesat bias tegangan. Adanya sedikit perbedaan pada nilai yang terukut dengan hasil perhitungan disebabkan karena adanya nilai toleransi transistor, dimana nilai resistansi pada masing-masing transistor tidak diukur satu-persatu oleh praktikan sehingga nilai yang tertera pada rangkaian belum tentu sama dengan nilai transistor sebenarnya. Sedangkan perbedaan arus pada Rc1 dan Rc2 disebabkan karena perbedaan nilai β pada masing-masing transistor. Pada pengamatan diperoleh penguatan yang lebih kecil dari penguatan pada rangkaian 1. Hal ini menunjukan pada arus bias yang sama, semakin besarnya resistor bias, maka penguatan diferensialnya akan semakin kecil.

Berdasarkan data diatas, diperoleh penguatan common mode sebesar 0.8 V/V. Nilai ini jauh lebih kecil dari penguatan diferensialnya. Namun apabila dibandingkan dengan referensi, nilai ini telah sesuai dengan referensi [2] dimana referensi tersebut menyatakan bahwa penguatan pada common mode ini bernilai ≈1 V/V. Hal tersebut juga dapat diamati pada kurva VTC yang dihasilkan, yaitu pada kurva terlihat garis dengan kemiringan 0.8. Selain itu, dari kurva VTC juga dapat diketahui bahwa kedua penguatan tersbut memiliki fasa yang sama. Dengan fasa yang sama dan nilai penguatan yang reletif sama juga, maka apabila beban dipasang pada kedua terminal (+ dan -) maka beban tersebut hanya akan mendapat siyal yang sangat kecil dan saling menghilangkan. Apabila lebih diamati, pada terminal positif diperoleh penguatan yang mengecil. Hal ini menunjukan bahwa semakin besar resistans bias pada arus bias yang sama, maka pengutaan common mode nya akan semakin mengecil. Rangkaian 3 Terakhir pada percobaan 1 ini, dilakukan pengamatan untuk penguat diferensial dengan bias resistor dan emitor degenerative. Berikut hasl yang didapatkan : Table 3 Nilai arus pada penguat diferensial dengan bias resistor dan emitter degeneratif

Arus pada

RC1

RC2

RBias

Nilai

0.47 mA

0.72 mA

1.23 mA

Selanjutnya dialakukan pengatan pada sinyal output :


7

Gambar 15 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor dan emitter degeneratif (diferensial mode)

Seperti yang sudah terjadi sebelumnya, bahwa nilai penguatan yang diperoleh kurang sesuai, sehingga dilakukan simulasi dengan multisim lalu diperoleh data sebagai berikut : Dual trace

XY

merupakan penjumlahan dari nilai arus pada transistor 1 dan transistor 2. Hal ini menunjukan bahwa masing-masing transistor merupaan halfcircuit common mode. Terlihat bahwa arus pada kedua transistor diusakan agar memiliki nilai yang sama meskipun resistor bias diubah dengan memperbesat bias tegangan. Adanya sedikit perbedaan pada nilai yang terukut dengan hasil perhitungan disebabkan karena adanya nilai toleransi transistor, dimana nilai resistansi pada masing-masing transistor tidak diukur satu-persatu oleh praktikan sehingga nilai yang tertera pada rangkaian belum tentu sama dengan nilai transistor sebenarnya. Sedangkan perbedaan arus pada Rc1 dan Rc2 disebabkan karena perbedaan nilai β pada masing-masing transistor. Pada pengamatan diperoleh penguatan yang lebih kecil dari penguatan pada rangkaian sebelumnya (rangkaian 1 dan 2). Oleh karena itu, dapat diketahui bahwa dengan menambahkan resistor pada emitter, maka penguatan diferensial akan semakin kecil. Kemudian dilakukan pengamatan untuk sinyal input common mode, dan berikut hasilnya : Gambar 16 Pengamatan sinyal penguat diferensial dengan bias resistor dan emitter degeneratif (common mode)

Vo(+)

Vo(-)

Vo(+) Vo(-)

Setelah dilakukan percobaan dengan multisim, barulah diperoleh hasil yang sesuai dengan referesni [2], yaitu rangkaian diferensial menghasilkan penguatan yang berkisar +96 dan -96 kali (untuk singe ended). Pada penguatan diferensial ini (resistor bias dan emitor degeneratif), diperoleh nilai arus Rc1 0.47 mA, Rc2 0.72 mA, dan Rbias 1.23 mA. Hal ini telah sesuai referensi dimana arus pada bias harusnya

Berdasarkan data diatas, diperoleh penguatan common mode 1.2 V/V. Nilai ini jauh lebih kecil dari penguatan diferensialnya. Namun apabila dibandingkan dengan referensi, nilai ini telah sesuai dengan referensi [2] dimana referensi tersebut menyatakan bahwa penguatan pada common mode ini bernilai pada kisaran 1 V/V. Hal tersebut juga dapat diamati pada kurva VTC yang dihasilkan, yaitu pada kurva terlihat garis dengan kemiringan 1.2. Selain itu, dari kurva VTC juga dapat diketahui bahwa kedua penguatan tersbut memiliki fasa yang sama. Berdasarkan data tersebut, terlihat bahwa dengan adanya penambahan resistor pada kaki emitter dapat meningkatkan penguatan common mode walaupun tidak secara signifikan.


8



PASANGAN DIFERENSIAL DENGAN BIAS CERMIN ARUS

Vo(+) Vo(-)

Pada percobaan 2 ini dilakan pengamatan diferensial dengan bias current mirror. Berikut data nilai arus pada transistor yang diperoleh : Table 4 Data arus pada penguat diferensial dengan bias cermin arus

Arus pada

RC1

RC2

RReff

IC4

Nilai

0.01 mA

1.42 mA

1.75 mA

1.72 mA

Selanjutnya diamati pula sinyal output untuk Diferential mode dan common mode : Gambar 17 Pengamatan sinyal pasangan diferensial dengan bias cermin arus (diferensial mode)

Setelah dilakukan percobaan dengan multisim, barulah diperoleh hasil yang sesuai dengan referesni [2], yaitu rangkaian diferensial menghasilkan penguatan yang berkisar +166 dan 166 kali (untuk singe ended). Nilai ini lebih besar dari penguatan pada percobaan 1 (dengan arus bias resistor). Penguatan yang sangat besar ini terjadi dikarenakan cermin arus perannya lebih mendekaiti sumber arus ideal daripada bias dengan resistor. Resistansi pada rangkaian cermin arus ini jauh lebih besar (gm.ro) sehingga dihasilkan arus yang lebih konstan. Kemudian dilakukan pengamatan untuk sinyal input common mode, dan berikut hasilnya : Gambar 18 Pengamatan sinyal pasangan diferensial dengan bias cermin arus (common mode)

Pada hasil percobaan diatas, diperoleh hasil penguatan sebesar ≈ 1V/V. Hal ini tidak sesuai dengan referensi [2] yang menyatakan bahwa orde penguatan diferensial haruslah dalam orde ratusan. Kemudian dilakukan simulasi dengan menggunakan multisim, sehingga diperoleh data sebagai berikut : Dual trace Vo(+)

Vo(-)

XY

Pada penguatan diferensial dengan bias cermin arus, diperoleh nilai arus Rc1 0.01 mA, Rc2 1.42 mA, Rreff 1.75 mA, dan RQ4 1.72 mA. Hal ini telah sesuai referensi dimana arus pada Q4 seharusnya merupakan penjumlahan dari nilai arus pada transistor 1 dan transistor 2. Selain itu diperoleh nilai arus pad Q4 sama dengan nilai arus pada Rreff dikarenakan rangkaian merupakan cermin arus sehingga arus pada kedua transistor sama. Adanya sedikit perbedaan pada nilai yang terukur dengan hasil perhitungan disebabkan karena adanya nilai toleransi transistor, dimana nilai resistansi pada masing-masing transistor tidak diukur satu-persatu oleh praktikan sehingga nilai yang tertera pada rangkaian belum tentu sama dengan nilai transistor sebenarnya. Laporan Praktikum - Laboratorium Dasar Teknik Elektro – STEI ITB

9

Berdasarkan gambar diatas, terlihat bahwa penguatan (baik terminal positif maupun negative) menjadi semakin kecil yaitu sekitar 0.6 V/V. Alasan yang sama terjadi seperti hal nya penguatan diferensial mode, yaitu karena resisansi cermin arus yang sangat besar (bahkan cenderung mendekati resistansi sumber arus ideal) sehingga penguatannya menjadi semakin kecil.



PASANGAN DIFERENSIAL DENGAN BIAS CERMIN ARUS DAN BEBAN AKTIF

Pada percobaan ketiga ini dilakukan pengamatan pada pasangan diferensial dengan bias cermin arus dan beban aktif. Rangkaian 1 (tanpa beban RL) Table 5 Data arus pada penguat pasangan diferensial dengan bias cermin arus dan beban aktif tanpa RL

Arus pada

Q1 – Q5

Q2 – Q6

Q4

Nilai

2.42 mA

2.44 mA

4.21 mA

Berdasarkan data diatas diperoleh nilai arus Q1Q5 2.42 mA, Q2-Q6 2.44 mA, dan Q4 4.21 mA. Hal ini telah sesuai referensi dimana arus pada Q4 seharusnya merupakan penjumlahan dari nilai arus pada Q1-Q5 dan Q2-Q6. Selain itu diperoleh nilai arus pad Q1-Q5 sama dengan nilai arus pada Q2Q6 dikarenakan rangkaian merupakan cermin arus sehingga arus pada kedua transistor sama. Adanya sedikit perbedaan pada nilai yang terukur dengan hasil perhitungan disebabkan karena adanya nilai toleransi transistor, dimana nilai resistansi pada masing-masing transistor tidak diukur satu-persatu oleh praktikan sehingga nilai yang tertera pada rangkaian belum tentu sama dengan nilai transistor sebenarnya. *untuk pengamatan sinyal output rangakaian tidak sempat dilakukan di lab karena katerbatasan waktu, sehingga praktikan melakukan simulasi untuk percobaan ini*. Berikut hasil simulasi dengan menggunakan multisim, diperoleh data sebagai berikut :

Vo(-)

Vo(+) - Vo()

Berdasarkan data penguatan sinyal diatas, diperoleh penguatan pada terminal positif yang sangat besar yaitu 580.7 V/V. Hal ini sangat jauh berbeda dengan penguatan pada terminal negetif nya yang sangat kecil (mendekati nol). Hal ini kemungkinan terjadi karena sumber arus memiliki resistansi yang besar sehingga resistansi ini menjadi resistansi pada kolektor yang menyebabkan penguatan diferensial yang dihasilkan menjadi sangat besar (resistansi kolektor sebanding dengan penguatan yang dihasilkan). Sedangkan pada terminal negative terdapat beban aktif yang fungsinya untuk mejaga tegangan konstan pada terminal negatif sehingga penguatan pada Vo negatifnya menjadi sangat kecil (mendekati nol). Apabila diamati berdasarkan karakteristik kedua penguatan (terminal positif dan negative),penguat jenis ini baik digunakan pada beban dengan output menggunakan satu terminal saja. Kemudian dilakukan pengamatan untuk sinyal input common mode, berikut data yang diperoleh : Dual trace Vo(+)

Diferential Mode Dual trace

XY

Vo(-)

Vo(+)


1 0

common mode karena penguatan diferensial pada common mode akan mengalami atenuasi (pelemahan).

Vo(+) Vo(-)

Berdasarkan data yang diperoleh pada table diatas, diketahui bahwa penguatan common mode untuk single ended sangatlah kecil (hampir nol). Hal tersebut terjadi karena beban aktif pada terminal negative menjaga tegangan output menjadi konstan. Seperti yang diketahui bahwa tengangan output single ended pada common mode adalah sama, maka tegangan output pada terminal positif akan mengikuti tegangan output pada terminal negative. Hal ini berakibat penguatan selisih antara kedua terminal menjadi sangat kecil. Rangkaian 2 (dengan beban RL) Selanjutnya dilakukan pengamatan penguatan diferensial dan penguatan common mode pada terminal output Vo pada beban RL (rangkaian 2 percobaan 4). Data yang diperoleh sebagai berikut : Penguat Diferensial

Penguat mode

common

Vo pada beban

Berdasarkan data penguatan pada table diatas, terlihat bahwa penguatan dengan input sinyal diferensial mode mengasilkan penguatan yang lebih besar daripada penguatan yang menggunakan input common mode (penguatan diferensial >> dan penguatan common mode<< ). Sehingga dapat dikatakan bahwa pengauat jenis ini baik digunakan untuk menggantikan penguat diferensial biasa apabila diinginkan satu terminal output.

5.

KESIMPULAN

Berdasarkan percobaan yang dilakukan pada praktikum modul II ini maka diperoleh kesimpulan sebagai berikut : Penguatan diferensial dapat digunakan untuk memperkuat sinyal lemah ditengah adanya interferensi (noise). Interferensi ini hanya terjadi pada pemberian sinyal input

Komponen-komponen pada penguat diferensial atara lain berupa beban pada kolektor (faktor penguat), transistor, dan sumber arus bias. Beban kolektor merupakan faktor yang menjadikan tengangan output membesar. Beban kolektor dapat berupa resistor atau beban aktif. Transistor merupakan beban aktif yang berfungsi sebagai penguat. Untuk komponen sumber arus bias berfungsi untuk menjaga transistor agar tetap berada pada mode aktifnya sebagai penguat. Sumber arus bias yaitu dapat berasal dari resistor, cermin arus (current mirror), atau sumber arus lainnya. Terdapat 2 janis konfigurasi input pada penguatan diferensial, yaitu diferensial mode dan common mode. Besarnya penguatan diferensial (pada input diferential mode) yang dihasilkan ditentukan oleh beberapa faktor, diantaranya resistansi pada emiter dan resistansi bias. Semakin besar resistasi tersebut maka semakin besar pula penguatan yang diperoleh (resistansi berbanding lurus dengan penguatan). Besarnya penguatan diferensial (pada input common mode) yang dihasilkan ditentukan diantaranya oleh resistansi pada emiter dan resistansi bias. Semakin besar resistasi tersebut maka semakin kecil pula penguatan yang diperoleh (resistansi berbanding terbalik dengan penguatan). Dengan digunakannya cermin arus (current mirror) sebagai sumber arus bias, maka transistor akan mendapatkan arus bias yang konstan dengan resistansi yang sangat besar tanpa perlu menggunakan tegangan catu daya yang tinggi. Hal ini mengakibatkan semakin besarnya penguatan diferential mode dan semakin kecilnya penguatan common mode. Sehingga nilai CMRR akan meningkat. Penggunaan cermin arus (current mirror) sebagai beban aktif memiliki keuntungan yaitu akan diperoleh resistansi kolektor yang besar sehingga penguatan akan semakin besar pula. Selain itu, output penguatan diferensial dapat diambil dari salah satu ternimal saja dengan memperole penguatan yang besar.


11

DAFTAR PUSTAKA [1]. Mervin T Hutabarat, Praktikum Elektronika II Laboratorium Dasar Teknik Elektro ITB,Bandung, 2015. [2]. Adel S. Sedra and Kennet C. Smith, Microelectronic Circuits, Oxford University Press, USA, 2004.


12

EL3109_2_13213060

Recommend Documents