PENGUAT KELAS A, B, AB, C dan D

Di susun oleh,

nama : Gilang Candra Kusuma

kelas : Telkom 1B

NIM : 3.33.08.1.08

PROGRAM STUDI TEKNIK TELEKOMUNIKASI

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI SEMARANG

2009

DAFTAR ISI

Daftar Isi…..…………………………………………………………………. 1

BAB I Pendahuluan…....…………………………………………………...... 2

BAB II

2.1 Penguat Kelas A ………….……………………………………. 3

2.2 Penguat Kelas B ………….……………………………………. 8

2.3 Penguat Kelas AB..……….……………………………………. 16

2.4 Penguat Kelas C ………….……………………………………. 16

2.5 Penguat Kelas D ………….……………………………………. 18

2.6 Kertas semilog ………….……………………………………. 20

Daftar Putaka.................................................................................................... 21

1

BAB I

PENDAHULUAN

Istilah penguatan pada dasarnya berarti membuat menjadi lebih kuat. Dalam bidang

elektronika maka yang diperkuat adalah amplitudo dari sinyal. Untuk mengerti bagaimana

penguat bekerja perlu dimengerti dua tipe penguatan yang utama yaitu :

1. Penguat tegangan yaitu penguat yang menguatkan tegangan dari sinyal masukan.

2. Penguat arus yaitu penguat yang menguatkan arus dari sinyal masukan.

     Sedangkan penguat daya yaitu kombinasi dari dua tipe penguat di atas. Meskipun pada

kenyataannya semua penguat adalah penguat daya karena tegangan tidak akan ada tanpa adanya

daya kecuali jika impedansinya tak terhingga.

Efisiensi dari penguat daya didefinisikan sebagai perbandingan dari daya yang diterima

beban dengan daya yang diberikan oleh catu daya.

Rangkaian penguat daya yang dibahas hanya penguat daya pada bagian akhir dari

rangkaian transmitter pada sistim komunikasi. Daya yang akan dikirimkan ke antena harus

mempunyai level yang cukup tinggi, sehingga informasi yang dipancarkan antena ini, yang

berupa gelombang elektromagnetika, akan bisa merambat sampai ke tempat tujuannya (receiver)

yang terpisah jauh dari transmitter dan masih mempunyai level daya tertentu yang

memungkinkan adanya pendeteksian sinyal tersebut.

Pada rangkaian penguat daya, amplitudo sinyal sudah cukup besar, sehingga pembahasan

dengan menggunakan besaran-besaran linier yang dilakukan pada penguat sinyal lemah tidak

lagi relevan di sini.

Macam -macam Penguat Daya Penguat daya diklasifikasikan menurut titik kerjanya.

Titik kerja (titik Q) yaitu titik pada garis beban yang menggambarkan keadaan transistor saat

tidak ada sinyal masukan.

Dalam makalah ini akan dibahas tentang penguat kelas A, B, AB, C dan D.

2

BAB II

ISI

2.1. Penguat Kelas A 

a. Penguat dengan letak titik Q di tengah-tengah garis beban.

b. Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.  

c. Mempunyai sinyal keluaran yang paling bagus diantara penguat jenis yang lain.

d. Efisiensinya paling rendah, karena banyaknya daya yang terbuang di transistor.

Disipasi daya tertinggi terjadi saat tidak ada sinyal masukan. Besarnya disipasi daya pada

transistor dirumuskan :

Daya keluaran maksimum dapat dicari dari persamaan :

sehingga

Penguat daya kelas A mempunyai titik kerja di titik A, di tengah garis karakteristik yang

linier. Titik kerja ini menghasilkan arus kolektor DC sisa yang besar yang akan menghasilkan

3

daya kerugian DC yang besar, yang mengakibatkan efisiensi maksimal yang bisa dicapai hanya

50% (secara teoretis). Tetapi pada prakteknya hanya akan dicapai 20% - 40%. Pada dasarnya

penguat daya kelas A sama dengan penguat sinyal lemah.

Rangkaian prategangan fixed biased merupakan contoh sederhana penguat yang Beroperasi

pada klas-A.

Analisis prategangan dalam penentuan titik

kerja transistor :

Berdasarkan rangkaian penguat daya klas-A tersebut, dengan Q-point merupakan titik kerja

Optimum dari transistor tersebut, maka :

Daya sinyal masukan yang berasal dari catu daya DC adalah

Pi(dc) = VCCICQ

Sedangkan daya output merupakan daya yang diterima oleh resistor beban RC dapat ditentukan sebagai berikut :

4

Berdasarkan kedua persamaan tersebut, efisiensi penguat daya dapat diperoleh sbb :

Dan daya disipasi pada transistor yang merupakan daya hilang sebesar :

Daya maksimum dan efisiensi :

Maximum VCE(p-p) = VCC

Maximum IC (p-p) =

Sehingga dapat diperoleh Po(ac) maksimum dalam bentuk persamaan sbb :

Yang dicapai saat arus titik kerja sebesar :

Sehingga daya input yang dikirim oleh catu daya adalah :

Dengan demikian, efisiensi penguat daya Klas-A yang diperoleh sebesar :

Penguat Daya Klas-A dapat dinaikkan efisiensinya dengan menambahkan trafo penyesuai impedansi beban.

5

Dengan penambahan komponen trafo penyesuai beban ini efisiensi penguat daya bisa mencapai 50%.

Percobaan Penguat klas A

Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui letak titik kerja penguat klas A dan

efeknya bila titik kerjanya tidak pada tengah garis beban.

Langkah pertama yaitu mengukur besarnya Ic dan Vce masing masing transistor saat tidak ada

sinyal masukan.

Setelah itu lepas amperemeter dan beri sinyal masukan rangkaian penguat. Lihat gambar sinyal

masukan dan keluaran di osiloskop.

6

Dari gambar terlihat kalau sinyal keluaran sefasa dengan sinyal masukan dan terpotong.

Terpotongnya linyal disebabkan oleh letak titik kerja penguat tingkat kedua yang tidak

berada di tengah garis beban, terlihat dari hasil pengukuran Vce dan Ic sebelumnya.

Untuk membetulkan titik kerja maka digunakan resistor variabel sebagai pengganti salah

satu resistor bias pembagi tegangan pada penguat tingkat kedua.

Resistor variabel diset sampai memperoleh tegangan keluaran yang tidak terpotong.

Kemudian alat dimatikan dan diukur berapa nilai resistor variabel tersebut.

Kemudian hasil pengukuran dibandingkan dengan hitungan secara teori.

2.2 Penguat kelas B

7

Penguat dengan letak titik Q di titik cut off garis beban. Kelemahannya yaitu adanya

cacat penyeberangan (crossover distortion) yang terjadi karena adanya tegangan bias pada dioda

basis emitor. Sehingga saat sinyal masukan belum bernilai sebesar tegangan on dari dioda basis

emitor maka tidak akan ada sinyal keluaran. Karena letak titik Q penguat kelas B di titik cut-off

maka untuk satu transistor hanya bisa menguatkan setengah siklus dari sinyal masukan. Sehingga

untuk penguat kelas B digunakan konfigurasi Push-pull dimana dua transistor akan bergantian

bekerja menguatkan masing-masing setengah siklus sinyal masukan.

Rangkaian dasar penguat klas B menggunakan dua transistor, yang satu transistor jenis

NPN dan yang satunya lagi transistor jenis PNP. Emitor kedua transistor tersebut berhubungan

dengan tahanan beban, RL. Sedangkan sinyal input dimasukkan pada basis dari kedua transistor

tersebut. Gambar dari rangkaian dasar penguat klas B ditunjukkan pada gambar di bawah ini :

Gambar 3. Penguat Daya Klas B

Jika diberi sinyal input positif, maka transistor NPN (Q1) akan aktif dan transistor PNP

(Q2) cutoff. Begitu juga sebaliknya, jika diberi sinyal input negatif, maka transistor NPN (Q1)

cut-off dan transistor PNP (Q2) aktif. Jadi transistor NPN (Q1) meneruskan sinyal input positif

dan transistor PNP (Q2) akan meneruskan sinyal input negatif, sehingga akan dihasilkan sinyal

output yang lengkap. Perhitungan daya penguat kelas B adalah sebagai berikut ini : Tegangan

rms diketahui sebagai berikut :

Sedangkan arus rms adalah :

8

Sehingga dari sini diketahui bahwa daya yang keluar ke speaker (Prms) atau daya beban adalah

sebagai berikut :

Bila penguat menerapkan dual power supply maka tegangan dihitung dari –Vcc sampai +Vcc

Sehingga daya beban pada penguat dual power supply adalah :

Diketahui daya disipasi transistor (PD) dirumuskan sebagai berikut :

Tegangan DC:

Arus DC :

Daya power supply yang mengalir adalah :

Karena menggunakan double supply maka daya total dari power supply adalah :

9

Oleh karena itu efisiensi daya maksimum dari penguat klas B adalah :

Pada dasarnya adalah penguat kelas B :

1. Beroperasi pada prategangan dc yang menyebabkan transistor di biased off.

2. Sinyal input AC menyebabkan transistor transisi ke daerah ON.

3. Sehingga dapat dikatakan bahwa penguat daya Klas-B beroperasi pada kondisi tanpa

“bias” dan hanya konduksi pada setengah siklus sinyal masukan AC.

4. Untuk menghasilkan siklus keluaran penuh digunakan sepasang transistor yang konduksi

secara bergantian, konfigurasi ini yang dikenal sebagai penguat daya push-pull.

Rangkaian penguat daya Kelas B Terdiri atas pasangan komplemen transistor yang

terhubung sedemikian rupa. Sehingga kedua transistor tidak pernah konduksi dalam waktu yang

sama.

Linieritas penguat daya Klas-B adalah 50%

10

Siklus sinyal keluaran penguat daya Klas-B 180o

Untuk menentukan efisiensi konversi penguat daya klas-B, diasumsikan keluaran Penguat

adalah ideal (tanpa distorsi crossover). Dengan amplitudo maksimum tegangan keluaran sebesar

Vo, maka daya rata-rata yang terukur pada beban adalah

Sehingga diperoleh daya rata-rata dari setiap catu daya penguat sebesar :

Dan daya rata-rata total dari catu daya penguat sebesar :

Dengan demikian efisiensi penguat klas-B diperoleh sebagai bentuk :

11

Efisiensi penguat akan diperoleh pada saat Vo pada kondisi maksimum. Kondisi maksimum ini

dibatasi oleh kondisi saturasi dari QN dan QP. Saat kondisi saturasi terjadi, VCC – VCEsat ≈

VCC. Pada kondisi ini, efisiensi konversi penguat akan mencapai nilai :

Pada saat daya pada beban :

Besaran lainnya yang harus diperhatikan pada analisis kinerja penguat daya adalah menyangkut

disipasi daya pada komponen transistor daya. Hal ini dirumuskan sbg :

Dengan PD = Daya disipasi total

PS = Daya catuan DC

PL = Daya keluaran pada beban

Dengan mensubstitusikan PL dalam bentuk :

Akan diperoleh bentuk persamaan menjadi :

Jika diketahui pada kondisi PDmax :

Sehingga diperoleh :

12

Atau pada masing-masing transistor daya :

Permasalahan Distorsi Crossover Pada Penguat KelasB terjadi saat transisi konduksi antara QN

dan QP pada penguat daya Klas-B, terdapat kondisi dimana kedua transistor sama-sama Cut-off.

Hal ini terjadi saat suatu transistor menuju kondisi cut-off, sedangkan transistor komplemennya

belum mendapat sinyal AC yang cukup besar untuk konduksi, sehingga saat itulah terjadi yang

disebut distorsi crossover. Bentuk sinyal keluaran yang dihasilkan akibat terjadinya distorsi ini

menjadi tidak sama periodenya dengan sinyal masukan AC. Terdapat delay transisi siklus sinyal

dimana amplitudo output = 0. Dalam gambaran sinyal keluaran hal ini dapat ditunjukkan

sebagai berikut :

Vo

Salah satu solusi untuk mengurasi distorsi crossover :

Menambahkan komponen OP-AMP pada penguat daya klas-B

13

Penguat klas B dan AB

      Tujuan dari percobaan ini adalah untuk mengetahui kelemahan dari penguat klas B murni

dan cara mengatasinya.

Penguat klas B yang dipraktekkan disini menggunakan konfigurasi push pull dengan catu

tunggal. Namun untuk penguat sinyal kecilnya digunakan penguat dengan konfigurasi

Common Emitor.

Langkah pertama percobaan yaitu mengeset tegangan bias untuk masing masing transistor. Hal

ini dilakukan dengan mengeset resistor variabel yang akan meletakkan tegangan di output

penguat adalah ½ Vcc. Dan jangan lupa untuk mengukur arus yang ditarik dari catu daya

sebelum penguat diberi sinyal masukan.

Kemudian beri masukan sinyal segitiga dan terlihat pada output kalau sinyal keluaran terdapat

cacat penyeberangan (crossover distortion).

14

Untuk mengatasi cacat penyeberangan ini digunakan dua dioda untuk membias transistor push

pull. Maka sinyal keluaran akan tidak lagi terdistorsi.

Dalam keadaan tanpa sinyal masukan ukurlah arus dari catu, maka akan terlihat bahwa

rangkaian menarik arus lebih banyak.

15

2.3. Penguat Kelas AB

Penguat daya klas AB sebenarnya hampir sama dengan penguat klas B. Perbedaannya

hanya terletak pada pemasangan dioda pada masingmasing basis dari kedua transistor untuk klas

AB. Pemasangan dioda ini akan menghilangkan cacat yang terjadi pada penguat daya klas B.

Karena pada saat tegangan input, vi = 0, maka tegangan basis, vB = 0,7V. Maka dari itu pada

penguat klas AB tidak terdapat cacat pada sinyal outputnya seperti pada klas B. Gambar dari

penguat klas AB diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Penguat Kelas AB

2.4. Penguat Kelas C

Penguat kelas B perlu 2 transistor untuk bekerja dengan baik, maka ada penguat yang

disebut kelas C yang hanya perlu 1 transistor. Ada beberapa aplikasi yang memang hanya

memerlukan 1 phase positif saja. Contohnya adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot,

rangkaian penguat tuner RF dan sebagainya. Transistor penguat kelas C bekerja aktif hanya pada

16

phase positif saja, bahkan jika perlu cukup sempit hanya pada puncak-puncaknya saja dikuatkan.

Sisa sinyalnya bisa direplika oleh rangkaian resonansi L dan C. Tipikal dari rangkaian penguat

kelas C adalah seperti pada rangkaian berikut ini.

Rangkaian Dasar Penguat Kelas C

Rangkaian ini juga tidak perlu dibuatkan bias, karena transistor memang sengaja dibuat

bekerja pada daerah saturasi. Rangkaian L C pada rangkaian tersebut akan ber-resonansi dan ikut

berperan penting dalam me-replika kembali sinyal input menjadi sinyal output dengan frekuensi

yang sama. Rangkaian ini jika diberi umpanbalik dapat menjadi rangkaian osilator RF yang

sering digunakan pada pemancar. Penguat kelas C memiliki efisiensi yang tinggi bahkan sampai

100%, namun tingkat fidelitasnya memang lebih rendah. Tetapi sebenarnya fidelitas yang tinggi

bukan menjadi tujuan dari penguat jenis ini.

Karena posisi dari titik kerja di C yang berada di bawah kaki dari karakteristik transistor,

maka arus kolektor ada pada interval yang lebih kecil dari setengah perioda. Efisiensi yang

dicapai >85%. Untuk mendapatkan sinyal sinus (dengan band untuk sinyal informasinya) pada

output penguat daya kelas C ini dipasangkan rangkaian resonansi.

Penggunaan tegangan DC yang dipasangkan secara serial dengan tegangan RF yang akan

diperkuat memungkinkan dipilihnya titik-titik kerja di atas, yang akan mengklasifikasikan

masing-masing penguat daya itu sesuai dengan namanya.

17

  Di bab ini kita hanya akan membahas penguat daya kelas C, yang juga merupakan

penguat yang dipakai pada perangkat keras transmitter.

Mula-mula kita bahas dasar dari terjadinya pembentukan sinyal yang tidak linier akibat

pemilihan titik kerja di bawah kaki karakteristik transistor, yang dilanjutkan dengan penurunan

dari koefisien deret Fourier, yang menggambarkan harmonis-harmonis yang muncul.

2.5. Penguat Kelas D

Penguat kelas D menggunakan teknik PWM (pulse width modulation), dimana lebar dari

pulsa ini proporsioal terhadap amplituda sinyal input. Pada tingkat akhir, sinyal PWM men-drive

transistor switching ON dan OFF sesuai dengan lebar pulsanya. Transistor switching yang

digunakan biasanya adalah transistor jenis FET. Konsep penguat kelas D ditunjukkan pada

gambar-11. Teknik sampling pada sistem penguat kelas D memerlukan sebuah generator

gelombang segitiga dan komparator untuk menghasilkan sinyal PWM yang proporsional

terhadap amplituda sinyal input. Pola sinyal PWM hasil dari teknik sampling ini seperti

digambarkan pada gambar-12. Paling akhir diperlukan filter untuk meningkatkan fidelitas.

gambar 11 : konsep penguat kelas D

  

gambar 12 : ilustrasi modulasi PWM penguat kelas D

18

Beberapa produsen pembuat PA meng-klaim penguat kelas D produksinya sebagai

penguat digital. Secara kebetulan notasi D dapat diartikan menjadi Digital. Sebenarnya bukanlah

persis demikian, sebab proses digital mestinya mengandung proses manipulasi sederetan bit-bit

yang pada akhirnya ada proses konversi digital ke analog (DAC) atau ke PWM. Kalaupun mau

disebut digital, penguat kelas D adalah penguat digital 1 bit (on atau off saja).

19

Kertas semilog

20

Daftar Pustaka

http://yunus07elektro.wordpress.com/2008/09/29/penguat-tegangan-dan-penguat-daya/

http://elka.brawijaya.ac.id/praktikum/analog/analog.php?page=5

www.stttelkom.ac.id/staf/MRM/.../Bab%2014%20Penguat%20Daya.pdf

http://www.sap.or.id/Menghitung_Konsumsi_Daya_Penguat_Kelas_B_AB.html

http://id.wikipedia.org/wiki/Penguat_kelas-D

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Penguat_kelas-A&action=edit&redlink=1

http://www.electroniclab.com/index.php?

view=article&catid=10%3Alabaudiovideo&id=25%3Aklasifikasi-penguat-audio-bag-

3&format=pdf&option=com_content&Itemid=10

21