materi 8

Transistor Bipolar Junction Transistor (lanj.) Garis Beban DC dan AC

• Garis beban dc dibuat berdasarkan tanggapan rangkaian terhadap tegangan dc (tegangan catu daya) • garis beban ac diperoleh karena tanggapan rangkaian terhadap sinyal ac. Adanya garis beban dc dan ac pada kurva karakteristik menunjukkan kerja transistor dapat diketahui dan penerapan sinyal ac pada penguat dapat dianalisis dengan mudah. Garis Beban DC dan AC

Sinyal outpu

Sinyal input

1 R2 RZ

Preden pad Beban pada ikal kolektor-emitor adalah RC dan RE, beban dc (Rdc). Rdc = RC + RE Garis Beban DC dan AC • Tanggapan terhadap sinyal ac, semua kapasitor (C kopling) dan catu daya dc (VCC) dianggap hubung singkat. • Dengan demikian karena terminal untuk VCC terhubung ke tanah (ground) dan kapasitor C2 dianggap hubung singkat, maka resistor RC dan resistor RL terhubung paralel (RO RL). Beban pada ikal kolektor-emitor

adalah resistor RC dan resistor RE. Beban ini disebut dengan beban ac (Rac). Rac = (RC || RL) + RE

vce

RC || RL Garis Beban DC dan AC • Untuk mendapatkan garis beban dc beban yang digunakan adalah beban dc (Rdc). • Kemiringan garis beban dc adalah -1/Rdc. • Garis beban ac (Rac). Kemiringan garis beban ac adalah 1/Rac. • Persamaan garis beban dc untuk rangkaian CE. VCE = VCC - IC (RC + RE)

VCC

VCEmaks = VCC I Cmaks =

Roc

Garis Beban DC dan AC garis beban ac. • Oleh karena titik nol (titik awal) dari sinyal ac yang diumpankan ke penguat selalu berada pada titik kerja (titik • maka garis beban ac selalu berpotongan dengan garis beban dc pada titik Q tersebut. • cara yang paling mudah untuk mendapatkan garis beban ac adalah dengan memasukkan harga ac dari arus IC dan tegangan VCE kedalam persamaan garis beban dc. Garis Beban DC dan AC garis beban ac.

--c = harga total sesaat

Ice = harga tetap (do)

id = ic - Ice vce = VCE - VEQ Garis Beban DC dan AC garis beban ac. Oleh karena C2 dan VCC dianggap hubung singkat (VCC = 0), maka rangkaian ekivalen ac adalah

২R 3

RC||RL

persamaan umum garis beban ac, yaitu: vce = 0 - Ic (Rac) vce = -Ic (Rac) dimana: Rac = RE + RC|| RL Garis Beban DC dan AC garis beban ac. Apabila besaran arus dan tegangan ac dimasukkan, maka diperoleh persamaan garis beban ac: vce = -ic (Rac)

(VCE - VEQ) = -(ic - ICQ) (Rac) Garis Beban DC dan AC Cara membuat garis beban ac. Titik pertama, pada saat iC = 0, maka diperoleh harga VCE maksimum. (VCE - VCEQ) = -(ic - Ico) (Rac) (vcemaks - VCEQ) = -(0 - Ice) (Rac)

(v cemaks - VCEQ) = (Ice) (Rac)

V cemaks = VCEQ + (Ice) (Rac) Garis Beban DC dan AC Cara membuat garis beban ac. Titik kedua, pada saat VCE = 0, maka diperoleh harga iC maksimum. (VCE - VCEQ) = -(ic - ICQ) (Rac) (0 VCEQ) = -(icmaks - Ice) (Rac) - (Vcao) = -(iomaks - Ico) (Rac) - (VcaQ) = -(icmaks) (Rac) + (Ice) (Rac) (icmaks) (Rac) = (Ice) (Rac) + (Vcap)

VCEO icmaks = Ico + Rac

Garis Beban DC dan AC garis beban ac. VCEQ

icmaks = Ice + Rac

Garis beban

VCC I Cmaks = Roc

Garis beban VCE

VCEQ VCemaks = VCC

V cemaks = VCEO + (Ico) (Rac)

Analisis dan Desain • Menganalisis titik kerja suatu rangkaian penguat berarti menentukan posisi titik Q dengan menghitung arus ICQ dan VCEQ • Pada penguat CE dengan bias pembagi tegangan, harga-harga R1, R2, RE, RC, VCC, VBE, dan RL sudah diketahui, sehingga bisa dihitung IB dengan bantuan Thevenin. Selanjutnya bisa ditentukan ICQ dan VCEQnya. Garis beban dc dan ac dapat digambarkan pada kurva output. • Dengan melihat posisi titik Q pada garis beban, maka sinyal output maksimum tanpa cacat bisa dihitung. Analisis dan Desain • Sedangkan dalam mendesain, urutan proses adalah kebalikan dari menganalisis, karena akhir dari perencanaan adalah menentukan komponen komponen rangkaian penguat. Permasalahan dimulai dari kondisi penguat yang diinginkan, kemudian bekerja dari ikal emitor kolektor, sampai diperoleh harga R1 dan R2 yang sesuai. Namun biasanya harga

VCC, VBe, B, dan RL bisa ditentukan lebih dahulu. • Sedangkan RC dan RE berhubungan dengan penguatan tegangan (arus). Analisis dan Desain Prosedur analisis titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan Langkah 1. Menggunakan R1 dan R2 untuk menentukan ekivalen Thevenin RB dan VBB. R1 R2 R3 = R1 + R2

R2. VCC VBB = R1 + R2 Analisis dan Desain Langkah 2. Menggunakan persamaan bias untuk menghitung ICQ.

VBB - VBE ICQ = RB/B + (1 + 1/B) RE

VBB - VBE ICQ = RB/B + RE Analisis dan Desain Langkah 3. Menghitung VCEQ dengan menggunakan persamaan garis beban dc. VCE = VCC - IC.RC - (1 + 1/B) IC.RE

VCE = VCC - ICQ (Rdc) Langkah 4. Menentukan garis beban dc dan ac pada kurva karakteristik

output. Garis beban dc nya : VCEmaks = VCC VCC ICmaks = Rec Analisis dan Desain Garis beban ac nya : Vcemaks = VCEQ + (ICQ) (Rac) icmaks = ICQ Vceo + Rac

Langkah 5. Menentukan sinyal output maksimum tanpa cacat dari posisi titik Q pada kurva output. Vomaks (p-p) = 2ic (p) x (RCRL)

Vomaks(p-p) adalah tegangan output (sinyal ac) maksimum tanpa cacat yang merupakan harga dari puncak ke puncak. Analisis dan Desain Garis beban ac nya : Vcemaks = VCEQ + (ICQ) (Rac) icmaks = ICQ Vceo + Rac

Langkah 5. Menentukan sinyal output maksimum tanpa cacat dari posisi titik Q pada kurva output. Vomaks (p-p) = 2ic (p) x (RCRL)

Vomaks(p-p) adalah tegangan output (sinyal ac) maksimum tanpa cacat yang merupakan harga dari puncak ke puncak. Analisis dan Desain • Ic(p) adalah arus output (sinyal ac) maksimum tanpa cacat yang merupakan harga puncak. Harga Ic(p) sesuai dengan posisi titik Q pada garis beban ac, yaitu: Ic(p) = ICQ, apabila titik Q terletak pada kurang dari setengah garis beban ac. Ic(p) = iCmaks - ICQ, apabila titik Q terletak pada lebih dari setengah garis beban ac. • Apabila titik Q tepat ditengah garis beban ac, boleh pakai salah satu, karena iCmaks = 21CQ. Analisis dan Desain • Ic(p) adalah arus output (sinyal ac) maksimum tanpa cacat yang merupakan harga puncak. Harga Ic(p) sesuai dengan posisi titik Q pada garis beban ac, yaitu:

Ic(p) = ICQ, apabila titik Q terletak pada kurang dari setengah garis beban ac. Ic(p) = iCmaks - ICQ, apabila titik Q terletak pada lebih dari setengah garis beban ac. • Apabila titik Q tepat ditengah garis beban ac, boleh pakai salah satu, karena iCmaks = 21CQ. Contoh Diketahui rangkaian penguat CE seperti gambar Tentukan : a. Titik kerja rangkaian (ICQ dan VCEQ) b. Garis beban dc dan ac C. Tegangan output maksimum yang dimungkinkan dari penguat tersebut. Ver = 5 V

- RcZ Ri

} 1K12 L 10 uF

Sinyal output 1KO

3

6K

Sinyal HO input 10 uF

+ B =140 SRL 1622

- RE 3 1,5K22

10042 § 10 UE

Hasil

IC (MA) icmaks = 6,68– Garis beban

ICmaks = 4,55

ICQ = 2,76

Garis beban

dc VCE (Volt) VCEmaks VCEQ

vcemaks = 3,34

Prosedur desain titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

Langkah 1. Menentukan atau memilih titik Q sesuai kebutuhan. Apabila diinginkan agar penguat dapat menghasilkan sinyal output (ac) semaksimum mungkin tanpa adanya cacat, maka titik Q harus diletakkan ditengah garis beban ac. Dengan demikian iCmaks = 21CQ, VCEQ icmaks = Ice + — Rac

VCC = VCEQ + (ICQ) (Rdc)

VCC = (ICQ) (Rac) + (ICQ) (Rdo) 21CQ = Ico + Rac

VCEQ VCC =

(Rac + Rdo) Rac vcEQ = (ICO) (Rac) Prosedur desain titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

Langkah 2. Menentukan harga RB Agar diperoleh stabilitas bias yang baik, maka harga RB paling tinggi harus sebesar 0.1BRE,

RB S 0.1BRE Prosedur desain titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

Langkah 3. Menentukan harga VTH atau VBB dengan menggunakan persamaan bias

VBB - VBE ICQ = RB/B + RE

VB3 = VBE + ICQ (RB/B + RE) Prosedur desain titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

Langkah 4. Menentukan R1 dan R2 dari VBB dan RB R2. VCC VBB =

(R1).R2 VCC R1 + R2 (R1) VBB =

R1.R2 = R1 + R2 R1 + R2

RB VCC VBB = R3

R2. VCC R2.vcc = R2.vcc R2.vBB R2. (VCC - VPB) = RE.Vco R2.VCC

=

1.VR3+R2.VBB

+

R1

VBB = R1 + R2 RB. VCC R1 = VBB

R2 =

RB.VCC vcc - VBB

Prosedur desain titik kerja rangkaian penguat dengan bias pembagi tegangan

Langkah 5. Menentukan sinyal output maksimum tanpa cacat dari posisi titik Q pada kurva output,

sebagaimana langkah 5 pada prosedur analisa titik kerja Contoh Dari contoh sebelumnya diketahui penguat belum menghasilkan sinyal output yang maksimum, terlihat dari letak titik Q-nya yang tidak ditengah garis beban ac. Oleh karena itu rencanakan agar penguat tersebut dapat menghasilkan sinyal output maksimum dengan mengganti harga R1 dan R2 yang sesuai..

Selesai

30