elektronika 12.25

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

6. Problem

1. Pendahuluan [Kembali]

Dalam dunia elektronika, penguat daya (power amplifier) merupakan komponen penting yang digunakan untuk memperkuat sinyal sebelum disalurkan ke beban seperti speaker atau antena. Dari berbagai kelas penguat yang ada, penguat kelas C dan kelas D memiliki karakteristik unik yang menjadikannya efisien untuk aplikasi tertentu. Penguat kelas C banyak digunakan dalam sirkuit yang disetel (tuned circuits) seperti pada komunikasi radio, karena kemampuannya dalam memperkuat sinyal pada frekuensi tertentu dengan efisiensi tinggi. Sementara itu, penguat kelas D, yang beroperasi dengan sinyal tipe pulsa digital, sangat efisien dalam penggunaan daya dan sering digunakan dalam sistem audio modern dan perangkat portabel.

2. Tujuan [Kembali]

1. Menjelaskan prinsip kerja penguat kelas C dan kelas D.

2. Memahami kelebihan dan keterbatasan dari masing-masing jenis penguat.

3. Mempelajari konversi sinyal analog menjadi sinyal digital dalam penguat kelas D.

4. Mengidentifikasi aplikasi umum dari penguat kelas C dan D dalam sistem elektronik.

5. Menganalisis blok diagram dan bentuk gelombang yang terlibat dalam pengoperasian penguat kelas D.

3. Alat dan Bahan [Kembali]

Transistor

Transistor adalah komponen elektronika yang ditemukan di berbagai rangkaian dan digunakan sebagai saklar, penguat sinyal, osilator, modulator dan sebagainya.

Hampir semua barang elektronik menggunakan sebuah perangkat transistor untuk digunakan di berbagai rangkaian, misalnya untuk televisi, computer, dan audio.

Bahan pembuat transistor terdiri dari bahan semi konduktor seperti galium arsenide, silikon, atau germanium yang merupakan elektroda aktif.

Transistor memiliki 3 pin terminal yaitu emitor, basis, dan kolektor. Arus kecil pada satu terminal digunakan untuk membangkitkan arus besar pada terminal yang tersisa.

Transistor memiliki dua sambungan PN yaitu sambungan kolektor-basis untuk bias mundur dan sambungan basis emitor untuk bias maju.

Capasitor

Kapasitor (Kondensator) yang dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C" adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi/muatan listrik di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan listrik. Kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan tersebut. Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki (elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang nonkonduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas, phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatanmuatan positif dan negatif di awan.

Inductor

Induktor adalah komponen pasif dalam elektronik yang terdiri dari kawat penghantar yang dililit (kumparan). Ketika arus listrik mengalir melalui induktor, medan magnet terbentuk di sekitarnya. Induktor menyimpan energi dalam bentuk medan magnet dan memiliki kemampuan untuk menahan perubahan arus yang melaluinya.

Satuan induktansi adalah Henry (H). Berfungsi sebagai penyimpan energi, menyaring sinyal, dan mencegah perubahan arus mendadak

4. Dasar Teori [Kembali]

Meskipun penguat kelas A, kelas AB, dan kelas B paling banyak digunakan sebagai penguat daya, penguat kelas D populer karena efisiensinya yang sangat tinggi. Penguat kelas C, meskipun tidak digunakan sebagai penguat audio, dapat digunakan dalam rangkaian yang disetel seperti dalam komunikasi.

Class C Amplifier

Penguat kelas C, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 12.25, dibias untuk beroperasi kurang dari 180° V dari siklus sinyal masukan. Namun, rangkaian yang disetel pada keluaran akan menyediakan siklus penuh sinyal keluaran untuk frekuensi dasar atau frekuensi resonansi dari rangkaian yang disetel (rangkaian tangki L dan C) dari keluaran. Oleh karena itu, jenis operasi ini terbatas untuk digunakan pada satu frekuensi tetap, seperti yang terjadi pada rangkaian komunikasi, misalnya. Pengoperasian rangkaian kelas C tidak ditujukan terutama untuk penguat sinyal besar atau penguat daya.

Class D Amplifier

Penguat kelas D dirancang untuk beroperasi dengan sinyal digital atau pulsa. Efisiensi lebih dari 90% dicapai dengan menggunakan jenis rangkaian ini, sehingga sangat diinginkan dalam hal daya. Penguat. Akan tetapi, sinyal masukan apa pun perlu diubah menjadi bentuk gelombang tipe pulsa sebelum menggunakannya untuk menggerakkan beban daya besar dan mengubah sinyal kembali menjadi sinyal tipe sinusoidal untuk memulihkan sinyal asli. Gambar 12.26 menunjukkan bagaimana sinyal sinusoidal dapat diubah menjadi sinyal tipe pulsa menggunakan beberapa bentuk gelombang gigi gergaji atau gelombang potong yang akan diaplikasikan dengan masukan ke dalam rangkaian penguat operasional tipe pembanding sehingga sinyal tipe pulsa representatif dihasilkan. Meskipun huruf D digunakan untuk menggambarkan jenis operasi hias berikutnya setelah kelas C, huruf D juga dapat dianggap sebagai singkatan dari "Digital," karena itulah sifat sinyal yang diberikan ke penguat kelas D.

5. Prinsip Kerja [Kembali]

1. Penguat Kelas C (Class C Amplifier)

Prinsip kerja penguat kelas C didasarkan pada pengoperasian transistor hanya selama sebagian kecil dari siklus sinyal input (kurang dari 180°). Karena transistor hanya aktif dalam waktu singkat, sinyal output akan terdistorsi dan tidak menyerupai bentuk sinusoidal asli. Untuk mengatasi distorsi ini, digunakan rangkaian resonansi LC (induktor dan kapasitor) pada bagian output. Rangkaian ini akan menyaring dan membentuk kembali sinyal menjadi gelombang sinusoidal pada frekuensi resonansinya.

Langkah-langkah kerjanya:

-Sinyal input diberikan ke basis transistor dengan bias negatif.

-Transistor hanya konduksi saat sinyal input cukup kuat untuk melewati tegangan bias.

-Output yang dihasilkan berupa pulsa-pulsa pendek.

-Rangkaian LC pada output menyaring pulsa tersebut dan mengubahnya menjadi gelombang sinusoidal penuh pada frekuensi tertentu.

-Penguat kelas C cocok untuk frekuensi tetap dan tinggi seperti pada pemancar radio karena efisiensinya yang tinggi namun tidak cocok untuk sinyal audio.

2. Penguat Kelas D (Class D Amplifier)

Penguat kelas D bekerja dengan prinsip mengubah sinyal input analog menjadi sinyal pulsa (digital) yang mewakili amplitudo input pada waktu tertentu. Konversi ini dilakukan dengan menggunakan sinyal pembawa seperti gelombang gigi gergaji (sawtooth) atau segitiga yang kemudian dibandingkan dengan sinyal input menggunakan pembanding (comparator). Hasilnya adalah sinyal PWM (Pulse Width Modulation), yang kemudian diperkuat oleh transistor saklar dan akhirnya difilter kembali menjadi sinyal analog.

Langkah-langkah kerjanya:

-Sinyal input analog dibandingkan dengan gelombang pembawa (sawtooth) dalam komparator untuk menghasilkan sinyal pulsa digital.

-Sinyal digital ini diperkuat oleh amplifier saklar (transistor ON/OFF).

-Sinyal digital keluaran difilter oleh low-pass filter untuk mendapatkan kembali sinyal analog.

-Sinyal analog hasil akhirnya dikirim ke beban (misalnya speaker).

Karena transistor dalam kelas D hanya beroperasi dalam kondisi ON atau OFF, daya yang hilang sangat kecil sehingga efisiensi penguat sangat tinggi, cocok untuk aplikasi audio dan perangkat hemat daya.

6. Problem [Kembali]

Contoh 1