Penguat Transistor

Gambar 1.1 (a), (b) dan (c). Berbagai macam penguat transistor

Pada prinsipnya terdapat sebuah peraturan dasar (fundamental rule) dibidang fisika yang menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan (created) maupun dimusnahkan (destroyed). Peraturan dasar (fundamental rule) tersebut dinyatakan sebagai hukum kekekalan energi (law of energy conservation) dan telah menjadi konsep berpikir (mind concept) seluruh insinyur. Hukum kekekalan energi (law of energy conservation) tersebut tentunya akan membuat kita sedikit lebih berpikir mengenai sebuah penguat (amplifier). Penguat-penguat yang tersusun di dalam rangkaian elektronika akan memberikan sinyal keluaran (output signal) yang lebih besar dari sinyal masukannya (input signal) dan hal tersebut tentunya sangat berbeda dengan hukum kekekalan energi yang secara matematismenyatakan bahwa besarnya sinyal keluaran (output signal) adalah sama besar dengan sinyal masukannya (input signal) karena tidak ada energi yang diciptakan (created) maupun energi yang dimusnahkan (destroyed).

Pada dasarnya hukum kekekalan energi (law of energy conservation) tersebut tidak bertentangan dengan prinsip kerja sebuah penguat (amplifier). Rangkaianrangkaian penguat (amplifier circuit) tersebut akan mengendalikan sejumlah besar arus listrik dengan hanya menggunakan sejumlah kecil arus listrik. Hal tersebut dapat dipahami dengan melihat kembali prinsip kerja transistor yang terdapat pada bab sebelumnya, yaitu sejumlah kecil arus yang terdapat pada basis mampu untuk mengalirkan arus yang besar dari kolektor menuju beban. 

Pada dasarnya banyak sekali jenis penguat (amplifier) yang dapat kita peroleh di pasaran seperti yang terlihat pada gambar 1.1 di atas ini, namun pada bab ini kita akan membatasi pembahasan kita hanya pada penguat-penguat transistor atau transistor amplifier. Penguat-penguat transistor tersebut menggunakan transistor sebagai kekuatan utama (main power) dalam melakukan pembesaran amplitudo sinyal-sinyal masukan (input signal) sehingga diperoleh sinyal-sinyal keluaran (output signal) yang memiliki nilai amplitudo lebih besar dari sinyal masukannya. Transistor-transistor tersebut disusun dengan berbagai resistor, kapasitor maupun induktor sehingga sesuai dengan aplikasi dari rangkaian penguat yang akan digunakan.

Klarifikasi Penguat

Pada prinsipnya penguat-penguat transistor (transistor amplifier) dapat dikelompokan ke dalam 3 (tiga) bagian berdasarkan susunan basis, kolektor dan emiternya, yaitu:

1. Penguat basis bersama (common-base).

2. Penguat emitter bersama (common-emitter).

3. Penguat kolektor bersama (common-collector).

Karateristik Penguat

Pada prinsipnya sebuah penguat (amplifier) memiliki kemampuan untuk meningkatkan (amplify) besarnya nilai sebuah sinyal masukan (input signal)sehingga nilai sinyal keluaran (output signal) bernilai lebih besar dari sinyal masukan tersebut. Perbandingan antara sinyal keluaran (output signal) dan sinyal masukan (input signal) tersebut dinyatakan sebagai besarnya nilai penguatan (gain) yang dapat diperoleh dari suatu penguat (amplifier) dan disimbolkan dengan A .

Pada dasarnya penguat-penguat elektronik (electronic amplifier) dapat bekerja secara berbeda terhadap sinyal-sinyal masukan (input signal) AC (alternating current) dan DC (direct current). Pada sinyal-sinyal masukan AC (alternating current) tersebut penguat-penguat elektronik akan meningkatkan besaran sinyal masukan (input signal) secara dinamis, yaitu penguatan (amplify) dilakukan sesuai dengan nilai sinyal masukan AC yang berubah-ubah terhadap waktu. Pada sinyal-sinyal masukan DC (direct current) tersebut penguat-penguat elektronik akan meningkatkan besaran sinyal masukan (input signal) secara statis, yaitu nilai penguatan (gain) yang diperoleh akan bernilai konstan. Oleh karena itu diperlukan pengetahuan dasar mengenai sinyal masukan (input signal) yang akan diberikan ke penguat-penguat transistor, yaitu AC (alternating current) atau DC (direct current).

Pada prinsipnya ada 3 (tiga) nilai penguatan umum yang sebaiknya diketahui dari sebuah penguat transistor, yaitu:

1. Penguatan tegangan (voltage gain).

2. Penguatan arus (current gain).

3. Penguatan daya (power gain).

Masing-masing nilai penguatan tersebut memiliki formula yang berbeda antara satu dan lainnya serta antara penguat-penguat transistor yang bekerja untuk sinyal-sinyal AC (alternating current) atau DC (direct current). Berikut ini adalah tabel formula-formula tersebut:

Tabel 1.1 Formula untuk penguatan AC (alternating current) dan DC (direct current).

Pada saat diimplementasikan penguat-penguat transistor tersebut dapat beroperasi secara tunggal (single amplifier) atau bertingkat (multiple amplifier). Penguat-penguat transistor yang beroperasi secara tunggal tersebut beroperasi secara sendiri sehingga nilai penguatannya (gain) adalah nilai penguatan yang terdapat pada penguat transistor itu sendiri, sedangkan penguat-penguat transistor bertingkat (multiple amplifier) adalah penguat-penguat transistor yang disusun secara bertingkat antara satu penguat dengan penguat lainnya sehingga nilai penguatan yang terdapat pada penguat bertingkat tersebut adalah sebuah nilai penguatan menyeluruh (overall gains) yang terdiri atas perkalian antara nilai masing-masing penguat transistor itu sendiri (individual gains). Penguat-penguat transistor tersebut, baik penguat tunggal (single amplifier) maupun penguat bertingkat (multiple amplifier), banyak diaplikasi pada berbagai peralatan elektronika, yaitu salah satunya adalah aplikasi penguat audio (audio amplifier).

Pada aplikasi penguat audio tersebut penguat-penguat transistor akan melakukan penguatan (amplify) terhadap sinyal-sinyal suara yang merupakan sebuah sinyal yang tersusun atas kombinasi kompleks dari gelombang-gelombang sinus (sine wave) pada rentang frekuensi 20Hz hingga 20.000Hz . Gelombang-gelombang suara tersebut diubah menjadi sinyal-sinyal elektrik oleh sebuah transduser yang disebut dengan mikrofon dan untuk mengubah kembali sinyal-sinyal elektrik tersebut menjadi gelombang suara maka diperlukan sebuah loudspeaker. Sinyalsinyal elektrik yang telah diubah mikrofon tersebut umumnya memiliki nilai yang tidak terlalu besar sehingga tidak dapat mengoperasikan loudspeaker pada hubungan langsung (direct connection) dengan loudspeaker dan fungsi dari penguat-penguat transistor pada aplikasi penguat audio adalah untuk meningkatkan besaran sinyal-sinyal elektrik sehingga dapat mengoperasikan loudspeaker.

Gambar 1.2 (a) dan (b). Berbagai penguat audio

Pada prinsipnya bila kita ingin merancang sebuah rangkaian penguat transistor untuk kebutuhan aplikasi tertentu maka ada suatu hal yang harus kita tentukan terlebih dahulu, yaitu garis beban (load line) seperti terlihat pada gambar 1.3 di bawah ini. Garis beban pada transistor tersebut merupakan sebuah kurva karakteristik kolektor (collector characteristic curves) yang disusun atas hubungan antara keadan putus (cutoff point) pada transistor dan keadaan jenuhnya (saturation point). Secara grafis garis beban (load line) tersebut menerangkan kepada kita bahwa di bawah garis beban adalah daerah yang ideal untuk keadaan transistor terputus (cutoff), yaitu di saat, sedangkan di atas garis beban adalah daerah yang ideal untuk transistor menjadi jenuh (saturation), yaitu saat , di antara daerah putus (cutoff region) dan daerah jenuh (saturation region) tersebut merupakan daerah aktif (active region) untuk pengoperasian transistor. Garis beban (load line) pada transistor tersebut akan memberitahu kepada kita mengenai berbagai hal yang harus dipertimbangkan saat melakukan perancangan, yaitu seperti nilai tahanan beban (load resistance) yang tepat, nilai-nilai prategangan (bias value) dan masih banyak lainnya.

Gambar 1.3 Kurva garis beban (load line) pada suatu transistor

Rangkaian Penguat Transistor

Pada bagian berikut akan dibahas rangkaian dasar penguat transistor, yaitu:

1. Penguat basis bersama (common-base).

2. Penguat emiter bersama (common-emitter).

3. Penguat kolektor bersama (common-collector).

Untuk materi silahkan download disini. Penguat transistor

Lanjut ke materi Penguat Transistor Bertingkat ---->