Penguat Gandengan DC

A.    Penguat dengan dua transistor dihubungkan langsung

Gambar dibawah ini menunjukkan dua transistor npn yang digandengkan  langsung secara biasa, diamana kolektor transistor pertama dihubungkan dengan basis transistor kedua. Agar penguat bekerja dengan baik, yaitu mampu menghasilkan isyarat keluaran yang besar tanpa cacat, titik-q haruslah ditengah garis beban. Penguat dengan tegangan panjar seperti ini disebut penguat kelas-A.

Karena kedua  transistor berhubungan langsung, yaitu tanpa kapasitor penyekat DC, maka tegangan panjar pada satu transistor akan mempengaruhi tegangan panjar transistor yang lain. Agar transistor Q₂ mendapat tegangan panjar kelas A, yaitu dengan titik kerja di tengah garis beban , maka V_CE(q) untuk Q₂ haruslah sama dengan 10 V, sehingga emitor Q₂ mempunyai tegangan 10 V terhadap tanah. Oleh karena R_E3 = 1 KΩ, maka I_E(q)  untuk transistor  Q₂  haruslah sama dengan 10 mA. Informasi ini diperlukan untuk menghitung h_ie2. Oleh karena kolektor Q₁ berbeda satu V_BE diatas emitor Q₂ maka tegangan kolektor Q₁ haruslah kira-kira 10.6 V.  selanjutnya ini berarti

Dan tegangan emitor transistor Q₁ haruslah pada (R_E1+R_E2)I_C1 (q)=0.5 V terhadap tanah.  Kemudian tegangan basis Q₁ haruslah pada tegangan V_B= V_E + V_BE =0.5 +0.^%= 1.15 V. nilai tegangan pada basis Q₁ dapat juga kita hitung dari:

Untuk menganalisa perilaku penguat untuk isyarat kecil, maka dapat dihitung penguat tegangan pada frekuensi tengah.

B.     Tegangan Panjar Balikan

Suatu variasi rangkaian tegangan pancar untuk penguat dengan dua transistor yang digandengakan Pada rangkaian  tersebut, arus panjar Q₁ diambil dari rangkaian pada emitor Q₂. Misalan arus I_C2 pada Q₂ bertambah besar, tegangan DC pada titik a akan naik. Akibatnya, arus basis untuk Q₁ akan bertambah besar, arus kolektor I_C1 pada transistor Q₁ akan bertambah besar dan tegangan DC pada kolektor C₁ akan turun. Akibatnya, V_BE pada transistor Q₂ akan berkurang, mempengaruhi arus kolektor I_C2 pada transistor Q₂, dan tegamgan titik a kan turun. Tampak bahwa dengan tegangan panjar balikan rangkaian akan menekannya bila karena suatu hal tegangan pada titik a bertambah. Akibatnya dengan tegangan panjar seperti inidapat kita peroleh titik kerja yang mantap.

C.     Pelepas Gandengan

Pada gambar dibawah ini, resistor R₃ dan kapasitor C_D dipasang agar pengaruh tegangan isyarat pada transistor Q₂ terhadap V_CC karena hambatan dalam V_CC tidak masuk kedalam rangkaian Q_1. Apabila hal ini terjadi, maka dapat terjadi osilasi, yaitu keadaan dimana tanpa isyarat masukan terjadi isyarat keluaran. Osilasi ini biasa terjadi pada daerah frekuensi amat rendah, sehingga penguat akan menghasilkan isyarat yang mengeluarkan bunyi sseperti perahu motor. Osilasi semacam ini disebut osilasi perahu motor. Kombinasi R₃ dan C_D dipilih agar mempunyai tetapan waktu R₃ C_D yang amat rendah, sehingga tegangan syarat yang kembali melalui V_CC ditekan serendah mungkin. Kapasitor  C_D disebut kapasitor pelepas gandengan, yaitu melepaskan gandengan antara satu tahap dengan tahap berikutnya terhadap pengaruh isyarat pada a`rus dari V_CC.

D.    Pasangan Darlington

      Karena penguatan tergantung pada harga β , maka memproduksi transistor dengan β yang tinggi banyak memberi keuntungan. Tetapi untuk maksud tersebut diperlukan lapisan yang sangat tipis pada daerah basis yang akan mengakibatkan transistor mempunyai tegangan dadal (breakdown voltage) rendah. Untuk mencapai maksud tersebut di atas bisa dilakukan dengan menghubungkan dua transistor yang biasa disebut dengan pasangan Darlington seperti terlihat pada gambar di bawah ini. Pasangan transistor tersebut terdapat di pasaran dalam paket dengan ujung-ujung kaki E’, B’ dan C’.

Jika kita berasumsi arus masukan i seperti diperlihatkan pada gambar 14.10 dan menghitung arus yang mengalir, akan didapat penguatan efektif β=(I_C’I_B’).

  

Pasangan Darlington sering juga digunakan dengan arus emitor yang relative tinggi sehingga β₂ relatif kecil; jika tidak Q₁ mempunyai berarus rendah sehingga β₁ bisa berharga kecil. Namun demikian dengan mudah kita mendapatkan

Kita mungkin berangan-angan dapat menghitung r_e dari arus emitor dari Q₂. Namun demikian Q₂ dikendalikan dari sumber (Q1) yang memiliki arus yang sangat rendah, karenanya memiliki hambatan keluaran yang tinggi. Oleh sebab itu harga r_e efektif pasangan Darlington diberikan oleh

Namun I_E1=I_E2/β₂ dan juga r_e1=β₂r_e2, dengan demikian harga r_e efektif diberikan oleh

Transistor pasangan Darlington banyak dimanfaatkan pada rangkaian pengikut emitor tenaga-tinggi, utamanya pada penguat daya audio.

E.     Hubungan npn-pnp dan pnp-npn

 Suatu bentuk gandengan langsung antara dua transistor tidak lain penguat gandengan langsung biasa. Perbedaannya hanya terletak pada transistor Q₂ yaitu transistor pnp. Dioda D₁ dan D₂ adalah untuk penyedot arus I_CO, agar tak menyebrang sambungan basis kolektor, yang akan menyebabkan titik kerja mudah berubah dengan suhu. Kombinasi pnp-npn seringkali digunakan sebagai satu transistor, Sifat transistor gabungan ditentukan oleh macam transistor pertamanya. Misalkan transistor pertama npn, maka kombinasi akan bersifat sebagai transistor npn pula. 

F.      Penguat Differensial

 Satu bentuk penguat gandengan langsung yang banyak digunakan dapat dilihat pada gambar 3 yaitu suatu bentuk penguat diferensial.

Penguat ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran. Selisih tegangan isyarat antara kedua keluaran ini sebanding dengan selisih kedua isyarat pada masukan, jika penguatan tegangan kedua penguat sama. Ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

V₀₁             = A₁V₁ dan V₀₂ = A₂ V_i2. Jika A₁ = A₂ = AV₀₁ –V₀₂    = A(V_i1-V₁₂)

Atau V_od           = A V_id dengan V_od = V₀₁ – V₀₂  dan V_id­ = V_i1-V₁₂

Penguatan A juga disebut penguatan diferensial. Oleh karena itu ada dua masukan dan dua keluaran, penguat diferensial seperti itu dikatakan mempunyai masukan berujung dua dan keluaran berujung dua. Penguat diferensial tersebut dikenal dengan nama penguat diferensial masukan berimbang dan keluaran berimbang.

Marilah kita tinjau perilaku penguat di atas untuk isyarat masukan diferensial

V_id­ = V_i1-V_12. Agar lebih mudah dimengerti V_i2 dibuat tetap besarnya, misalnya sama dengan nol. Rangkaian menjadi seperti gambar 4a.

Jika V_id­ diperbesar, arus I_E1 akan diperbesar pula. Akibatnya tegangan titik A akan naik, V_BE(Q2) akan berkurang sehingga I_E2 akan berkurang. Ini berarti i_E 1 + 1_E.₂ = l_E tetap besarnya. Oleh karena V_A = i_E R_E - V_EE, tegangan pada titik A tak dipengaruhi oleh isyarat diferensial. Dengan kata lain tegangan pada titik A mempunyai nilai tetap terhadap isyarat diferensiaL Dapatlah diartikan bahwa untuk isyarat diferensial, R_E tak dilalui arus isyarat sehingga tidak muncul pada rangkaian setara isyarat kecil. Untuk isyarat diferen­sial pada suatu penguat diferensial dengan masukan berimbang dap keluaran ber­imbang rangkaian setara 

Dari gambar 4 tampak bahwa hambatan masukan R_i = 2h_ie dan hambat­an keluaran 

Penguatan arus adalah h_fe, sehingga pengaturan tegangan adalah:

Untuk 1/h_oe >> R_c maka

K_V, dif  adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.

dengan K_v,di adalah penguatan tegangan untuk  isyarat masukan diferensial.

1.      Penguat diferensial dengan keluaran tunggal.

Seringkali kolektor salah satu transistor dihubungkan langsung padA V_cc sehingga berada pada tanah ac. Penguat diferensial semacam ini mempunyai keluaran tunggal dan disebut pe­nguat diferensial dengan keluaran, tak berimbang.

Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang

2.       Nisbah Penolakan Modus Bersama.

Misalkan kedua masukan penguat diferensial dengan masukan berimbang dan keluaran tak berimbang (keluaran tunggal) kita hubungkan satu dengan yang lainnya, dan dihubungkan dengan suatu cumber isyarat-isyarat yang bersama dihubungkan dengan kedua masukan penguat diferensial disebut isyarat modus bersama (common mode). Berapa besar tegangan isyarat keluaran untuk masukan modus bersama seperti itu? Jika penguatan tegangan Q₂ sama dengan penguatan Q₁ yaitu A, maka tegangan isyarat keluaran ialah

V₀ = A (V₁-V₂)

Penguatan tegangan untuk isyarat modus bersama disebut penguatan modus  bersama (A_CM). Secara ideal jelaslah penguatan modus bersama harus sama dengan nol (A_c,_yr = 0). Dalam praktek A_CM ≠ 0, tetapi bernilai lebih kecil dari penguatan diferensial.

Sehubungan dengan perilaku penguat diferensial terhadap isyarat modus ber­sama, prang mendefinisikan suatu besaran yang disebut nisbah penolakan modus bersama (Common Mode Rejection Ratio-CMRR), yang menyatakan bagaima­na penguat menolak isyarat modus bersama. CMRR didefinisikan sebagai nisbah penguatan diferensial terhadap penguat modus bersama atau CMRR.

Nisbah modus bersama (CMRR) seringkali dinyatakan dalam dB, yaitu

CMRR (dB) = 20 log A d if - 20 log A cm

CMRR (dB) = A_dif (dB) -A_CM (dB).

Nilai CMRR = 100 dB termasuk tinggi. Tak mullah dibuat penguat diferensial dengan CMRR sebesar ini. CMRR = 120 dB hanya dapat dicapai pads penguat diferensial hibrid, dimana komponen-komponen untuk penguat diferensial dibu­at agar mempunyai nilai yang sedekat mungkin. CMRR setinggi ini Bering diper­lukan pada panguat instrumentasi.

Agar lebih jelas, misalkan kita mempunyai penguat diferensial dengan CMRR = -100 dB, dan A_dif = 100 = 40 dB, kits peroleh A_CM = -60 dB = 10^-3. Jadi andai­kan ada isyarat modus bersama dengan tegangan 10 V, misalnya oleh sebab dengung dari listrik PLN, maka pada keluarannya, akan ada tegangan isyarat (10 V) (10^-3) = 10 mV.

Untuk membahas penguatan modus bersama digunakan penguat diferensial dengan isyarat modus bersama. Perlu kita perhatikan bahwa untuk isyarat modus bersama, titik pertemuan emitor kedua transistor tidak lagi berperilaku sebagai tanah ac.

Rangkaian setara untuk isyarat modus bersama ditunjukkan pada gambar 10.20

Gambar 3.7. (a) penguat diferensial dengan isyarat modus bersama; (b) Rangkaian setara penguat (a)

3.Penguat Gandengan Emitor.

Suatu modifikasi terhadap penguat di­ferensial adalah seperti dilukiskan pada gambar 10.22. Penguat semacam ini disebut penguat gandengan emitor (Emitter Coupled Amplifier). Penguat ini juga dikenal sebagai penguat diferensial dengan masukan tak berimbang dan keluaran tak berimbang. Penguat gandengan Or emitor ini mempunyai tanggapan frekuensi amplitudo yang lebar. Ini disebabkan karena penguat ini dapat dipandang sebagai suatu pengikut emitor Q₁ yang dihubungkan dengan penguat basis ditampilkan Q_z.

Penguat pengikut enutor Q₁ mempunyai penguatan tegangan sebesar 0,5 bila ke­dua transistor yang digunakan identik, tak berpengaruh terhadap kapasitansi ^Cil^. Selanjutnya penguat Q₂ membentuk penguat basis ditanahkan dengan frekuensi potong atas yang tinggi. Berdasarkan sifat inilah, penguat gandengan emitor digunakan-untuk penguat daerah frekuensi radio

G.    Penguat kaskoda

Suatu bentuk penguat gandengan langsung yang dikenal sebagai penguat kaskoda Penguat kaskoda sering digunakan sebagai penguat RF (radio frequency) untuk memperkuat isyarat yang diterima oleh pesawat radio, televisi, ataupun aiat komunikasi radio yang lain. Penguat kaskoda memiliki tanggapan amplituda yang amat lebar. Ini dapat dicapai karena penguat kaskoda tak lain adalah suatu penguat emitor ditanahkan dengan penguatan tegangan satu, dihubungkan dengan penguat basis ditanahkan.

01eh karena Q_r mempunyai penguatan rendah maka efek Miller tak terlalu berpengaruh terhadap kapasitansi ma­sukan Q_l . Selanjutnya penguat Q₂ adalah penguat basis ditanahkan yang mempunyai hambatan masukan rendah, sehingga frekuensi potong atas mem­punyai nilai tinggi Pada penguat frekuensi radio orang banyak menggunakan kaskoda FLY, seperti pada gambar 3.1010.26.

Persarnaan (10.3) adalah persamaan garis beban yang memberikan nilai

V_{os( Q} ~ untuk transistor Q_l dan Q₂.