Penguat Gandengan RC

 

Pada kebanyakan penguat sumber daya dengan masukan melalui sebuah kapasitor penggandeng, agar arus panjar pada basis tidak masuk ke dalam sumber isyarat. jika ini terjadi tegangan panjar transistor akan terganggu. Hal serupa juga dilakukan pada keluaran, yaitu untuk menghubungkan penguat dengan suatu beban. Gandengan yang menggunakan kapasitor disebut gandengan RC. disamping gandengan RC, orang juga menggunakan gandengan langsung atau gandengan dc, dan gandengan transformator. (sutrisno:1987)

Secara umum, suatu rangkaian penguat dapat dilukiskan seperti pada Gambar 1.2. Sinyal masukannya dapat berasal dari suatu ‘sumber,’ yang dapat berupa sinyal dari sensor DVD atau keluaran penguat tahapan sebelumnya dan dinyatakan sebagai suatu sumber tegangan V_s dan impedansi setara Thévenin Z_s. Sinyal masukan itu terdiri atas sinusoida dengan berbagai amplitudo dan frekuensi, sehingga variabel itu dinyatakan sebagai fasor dengan nilai efektif. Penguat satu tahap itu dicirikan oleh impedansi masukan dan keluaran Z_i dan Z_o serta suatu sumber tak bebas yang dikendalikan oleh tegangan atau arus masukan. Penguatan penguat itu adalah seperti yang diberikan oleh Persamaan (1.1), yaitu dengan A merupakan suatu fungsi frekuensi kompleks. Beban penguat itu dapat berupa suatu transduser atau penguat pada tahap berikutnya. Bila komponen-komponen sinyal masukan dan karakteristik sumber dan beban diketahui, dapat diramalkan keluarannya jika diketahui pula tanggapan frekuensi penguat tersebut.

Rangkaian penguat sinyal kecil khas ditunjukkan pada Gambar 1.3. Rangkaian yang ditunjukkan itu menggunakan FET sebagai komponen aktifnya, yang tentu saja – dengan sedikit penyesuaian – dapat dengan mudah menggantikan FET itu dengan BJT atau pentode bila diperlukan. (Zamoni:2004)

Rangkaian tersebut adalah rangkaian penguat gandengan RC karena kapasitor gandengan C_C1 dan C_C2 serta resistornya yang terkait. Selanjutnya rangkaian yang cukup rumit itu digantikan oleh model linear yang akan menanggapi sinyal bolak-balik. Dengan mengandaikan bahwa transistor itu bekerja pada titik kerja yang sesuai, maka tegangan dan prategangan yang ada tidak perlu diperhatikan lagi. Resistor prategangan R_S dan R_E diandaikan telah dipintas (bypass) oleh kapasitor C_S dan C_E sehingga tidak digambarkan dalam model pada Gambar 1.4. Karena baterai merupakan hubung singkat bagi sinyal bolak-balik, kutub atas R_D atau R_C ditanahkan melalui baterai. Dipandang dari sinyal masukan, R₁ dan R₂ merupakan hubungan paralel dan digantikan oleh R_G. Semua baterai dihilangkan.

Model linear itu berlaku cukup baik untuk frekuensi dari beberapa hertz sampai beberapa megahertz (Yohanes:1979) . Memang dimungkinkan untuk melakukan analisis umum bagi rangkaian-rangkaian itu sebagaimana adanya, tetapi lebih memudahkan, dan lebih mendidik untuk meninjau pendekatan dengan

penyederhanaan. Gambar 1.5 menunjukkan bahwa rangkaian seri dan paralel resistansi R dan kapasitansi C adalah

                                                          (1.2)

Tampak bahwa dalam Persamaan (1.2) itu bahwa jika wCR ³ 10, Z_ser @ R dalam 0,5%. Juga jika wCR £ 0,1, Z_par @ R dalam 0,5%. Bila persyaratan itu dipenuhi, impedansinya adalah resistif murni dan tidak bergantung kepada frekuensiKenyataan bahwa penguatan tak tergantung kepada frekuensi sepanjang frekuensi menengah,

         (1.6)

Jadi, keluaran tegangan frekuensi rendah V_L  kedua rangkaian penyaring tersebut bergantung kepada keluaran tegangan menengah V_o, faktor kompleks yang bergantung kepada frekuensi, dan suatu hasil kali RC. Pada saat frekuensi berkurang, lebih besar tegangan V_T yang muncul di antara C_C sehingga V pada keluaran akan berkurang

Frekuensi potong atau frekuensi setengah daya yaitu pada saat

                                        

didefinisikan oleh

                                                                                         (1.7)

Dengan mengacu kepada Gambar 1.7. pada suatu frekuensi yang didefinisikan oleh

                                                                                         (1.8)

Tegangan masukan V_gs akan turun sebesar 70% bila dibandingkan dengan V_o dan penguatan penguat itu akan berkurang. Pada suatu frekuensi yang didefinisikan oleh

                                                                                        (1.9)

Tegangan keluaran V_os akan turun sebesar 70% bila dibandingkan dengan g_mV_gsR dan penguatannya akan berkurang. Penguatan tegangan frekuensi rendah keseluruhan untuk penguat FET dapat dinyatakan sebagai

                                             (1.10)

atau, penguatan relatif pada frekuensi rendah dapat dituliskan sebagai

                                                                                  (1.11)

Analisis tanggapan frekuensi rendah yang telah dibahas sebelumnya mengandaikan bahwa C_S telah disimpangi (bypass) oleh R_S pada frekuensi yang terendah. Dalam praktik ternyata C_S lebih besar ketimbang C_C1 atau C_C2 dan C_S merupkan unsur yang penting dalam menentukan frekuensi potong bawah. Pendekatan praktis dalam hal ini adalah dengan mengandaikan bahwa kapasitor-kapasitor gandengan itu masih efektif pada frekuensi yang membuat C_S harus diperhitungkan(wahyu:1998). Dengan pengandaian itu, model penguat FET frekuensi rendah diberikan pada Gambar 1.9.

Pada frekuensi rendah, penguatan tegangan berkurang karena arus g_mV_gs mengalir melalui Z_s (yang merupakan kombinasi paralel antara R_S dan C_S) menimbulkan suatu tegangan yang mengurangi tegangan sinyal V_s. Pada rangkaian tertutup masukan,

                        V_gs = V_s – g_mV_gsZ_S

atau    

                                                                                                (1.12)

dan penguatan tegangannya, , berkurang dengan faktor (1 + g_mZ_S). Frekuensi potong bawah diperoleh bila (1 + g_mZ_S) besarnya sama dengan . Karena Z_S adalah besaran kompleks, tidak terlalu sederhana untuk menetapkan nilai C_S. Oleh karena itu diperlukan kiat khusus untuk menentukan suatu pendekatan.

Dengan R_S tidak disimpangi, penguatannya akan rendah (tetapi tidak sama dengan nol, karena nilai maksimum Z_S adalah sama dengan nilai R_S). Dengan R_S disimpangi, penguatannya adalah A_V = g_mR_o. Oleh karena itu andaikan C_S cukup besar sehingga pada f₁ reaktansi  sama dengan resistansi efektif yang disimpanginya. Resistansi efektif itu didefinisikan sebagai resistansi setara Thévenin  dilihat dari kutub-kutub R_S tempat C_S terhubung. Dengan membuat Z_S = R_S dalam Persamaan 1.12.

                                              (1.13)

Karena I_SC = g_mV_s dengan R_S dihubung singkat, resistansi setara Théveninnya adalah

                                                                    (1.14)

atau resistansi efektif itu merupakan kombinasi paralel antara R_S dan . Oleh karena itu kriteria rancangan untuk frekuensinya adalah

                                                                             (1.15)

Daftar Pustaka

Anonim.2011.PenguatGandengRC(http://lontar.ui.ac.id/file?file=digital/20285733-S...pdf diakses pada tanggal 20 November 2016)

Anonim.2011.emiter ditanahkan(http://fmipa.unmul.ac.id/gjm/pedoman_akademik_fmipa.pdf  diakses pada tanggal 20 November 2016)

Sutrisno. 1987. Elektronika Teori dan penerapannya. Jilid 2. Bandung: Penerbit ITB.

Unsri ,Zamroni, dkk, 2004, Acuan pelajaran Fisika. Jakarta: yudistira

Wahyunggoro, Oyas. 1998. Pengukuran Besaran Listrik. Yogyakarta: Diktat bahan kuliah Jurusan Teknik Elektro Universitas Gadjah Mada.

Yohannes, H.C. 1979. Dasar-dasar Elektronika. Jakarta: Ghalia Indonesia.