PENGUAT DAYA

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

     Penguat daya adalah penguat isyaratt tegangan yang kecil diperkuat dan dibuat agar mampu memberikan arus isyarat yang besar, untuk menggetarkan pengeras suara, menggerakkan motor listrik. Pada penguat daya, tegangan isyarat besar dan arus isyarat juga besar. Penguat daya bertujuan untuk meningkatkan daya sinyal output. Pada mata kuliah elektronika analog ini, diterapkan sebagai penguat daya pada speaker. Pada penguat daya ini, tegangan output diatur sama dengan tegangan input dc. Sedangkan nilai arusnya yang diubah-ubah.

            Rangkaian penguat daya adalah merupakan suatu rangkaian yangdigunakan untuk memperbesar atau menguatkan sinyal masukan. Tetapi proses yang terjadi sebenarnya adalah, sinyal input direplika dan kemudian di reka kembali menjadi sinyal yang lebih besar dan lebih kuat.Penguat daya biasa digunakan pada rangkaian elektronika sebagai penguatsinyal informasi sebelum dikirimkan, sehingga Penguat Daya sangat penting sekali agar informasi yang dikirimkan dapat sampai ke tujuan tanpa ada yanghilang di tengah jalan. Dibuat perancangan dan realisasi penguat daya´untuk kelas A, dan AB agar dapat digunakan untuk menguatkan sinyal-sinyal informasi yang akan dikirimkan dapat sampai ke tujuan dengan baik dan dapat digunakan sebagai salah satu media informasi bagi orang yang membacanya.

            Ada dua cara yang lazim digunakan untuk membuat penguat tegangan, yaitu dengan menggunakan transformator keluaran dan menggunakan penyangga dengan impedansi keluaran yang kecil dilihat dari keluaran. Transistor yang digunakan pada keluaran haruslah mampu menerima lesapan daya sesuai dengan daya keluaran. Untuk mengetahui lebih lanjut lagi tentang penguat daya audio, maka di lakukanlah praktikum mengenai penguat daya audio.

1.2   Tujuan

1.      Untuk mengetahui sifat-sifat karakteristik dari IC LM 741

2.      Untuk membandingkan gain secara teori dan praktek

3.      Untuk mengetahui aplikasi penguat kelas A, kelas B, kelas C, dan kelas AB

BAB II

DASAR TEORI

Audio-frekuensi amplifier digunakan dalam penerima radio untuk mengoperasikan pengeras suara. Untuk tujuan ini, transistor yang dibutuhkan biasanya salah satu yang memberikan daya tinggi. Adalah penting bahwa power amplifier harus memiliki nilai beban optimal atau cocok untuk pengiriman daya maksimum dan ini ditentukan oleh produsen. Nilai beban juga memungkinkan untuk distorsi minimum yang ditetapkan dalam output.

Impedansi efektif pengeras suara ketika sedang beroperasi disebut impedansi dinamis nya. Ini lebih besar dari dcresistance dari kumparan pidato, karena mencakup diri-induktansi kumparan sementara berbagai af arus mengalir di dalamnya dan efek induksi akibat getaran di bidang magnet permanen di loudspeaker. Impedansi dinamis bervariasi dengan frekuensi dan nilai pada 1.000 Hz (1 kHz) yang dikutip oleh produsen untuk tujuan referensi.

Impedansi dinamis dari sebuah kumparan loudspeaker sangat kecil, misalnya, kurang dari 10 tenaga ohms.The atau transistor output, bagaimanapun, memiliki ro acresistance dari urutan puluhan hingga ratusan ohm. Untuk pengiriman daya maksimum, oleh karena itu, beban juga harus dari urutan yang sama impedansi sebagai ro. Sekarang dapat ditunjukkan bahwa, bila transformator digunakan, impedansi tercermin dalam utama diberikan oleh Rs/T2, di mana T adalah rasio belitan sekunder ke primer, dan Rs adalah impedansi di sekunder. Jadi jika loudspeaker dari 8-ohm impedansi digunakan dalam sekunder dari sebuah transformator step-down 1:3 rasio ternyata kemudian tercermin dalam impedansi primer = Rs/T2 = 8 / (1/3) 2 = 72Ω. Dengan demikian loadspeaker dapat disesuaikan dengan output transistor atau kekuasaan dengan menggunakan transformator step-down.
Daya Kembangkan Beban

Kekuatan berkembang dalam beban sementara transistor output bekerja dapat ditemukan dari garis acload. Metode menggambar DC garis beban yang dijelaskan pada hal.38, yang pembaca bisa merujuk. Untuk semua tujuan praktis, DC tegangan pada kolektor adalah sama dengan Vcc tegangan suplai, karena kumparan utama antara + Vcc dan kolektor memiliki ketahanan yang relatif rendah. Kemudian titik operasi diam Q adalah di persimpangan Vcc dan I_B = kurva 2 mA.

Untuk menggambar a.c. tersebut memuat garis, titik lain yang diperlukan selain Q. Ini dapat ditemukan sebagai berikut. Ambil peningkatan yang cocok ΔI di Ic dari yang sesuai dengan Q, yaitu Io. Kalikan ΔI oleh resistansi beban optimal dan mengurangi tegangan dari Vcc. Tandai tegangan kolektor baru dan nilai-nilai saat ini pada grafik dan ini memberikan titik kedua untuk menggambar garis beban. Memperpanjang garis beban untuk memotong kurva, seperti yang ditunjukkan pada A dan B.
            Basis puncak arus tidak dapat melebihi 2 mA karena pada setengah siklus negatif arus basis direduksi menjadi nol, nilai terendah. Jadi untuk output daya maksimum, arus basis bervariasi antara nol dan 4 mA, yang membuat Icvary hingga Imax dalam satu arah dan turun ti Imin ke arah lain. Pada saat yang sama Vc bervariasi antara Vmin dan Vmax. Perhatikan bahwa nilai-nilai ini terjadi di persimpangan dari garis beban dengan kurva bias yang ekstrim keluaran saat ini. Untuk menghitung a.c. tersebut daya keluaran, Pac, kita menggunakan formula Pac.

                               

 Pac=(V_max-Vmin)(I_max-Imin)/8…………………………..…………(2.1)

Karena Pac = 1/2VmIm, di mana Vm adalah setengah nilai max-to-min variasi tegangan dan Im adalah setengah max-ke-min variasi arus.

Rangkaian hanya dianggap beroperasi di bawah kondisi kelas A, di sini arus untuk seluruh siklus masukan. Ini tidak seperti kelas B yang kami anggap nanti, di mana arus mengalir hanya selama siklus setengah alternatif.

Arus kolektor, diijinkan diatur oleh dc maksimum daya yang dapat hilang di persimpangan kolektor. Karena kekuasaan = IV, daya disipasi kolektor kurva maksimum, Pc max, dengan garis patah dan titik operasi diam Q harus berbohong di sebelah kiri itu.. Dalam kondisi ini, nilai-nilai diam Vo, Io adalah seperti yang VoIo VccIo <Pc max. Selanjutnya, sejak lutut kurva  Ic _V V_CE terjadi di sebagian kecil dari volt ayunan kolektor puncak maksimum yang diijinkan saat ini dapat diambil sebagai praktis sama dengan Io, di mana Io adalah nilai diam. Demikian juga, tegangan puncak maksimum ayunan adalah sekitar Vo, nilai diam tegangan kolektor, atau Vcc tegangan suplai. Oleh karena itu a.c. maksimum daya output                                                

 =Pac …………………………………….............(2.2)

Dengan kondisi tersebut, maka diperlukan a.c. beban, RL, untuk kolektor diberikan hanya dengan RL = Vo / Io = Vcc / Io, 

hasil praktis yang berguna. Umumnya, para a.c. daya output dan input dcpower diberikan masing-masing oleh:

                                                 

Pac = 1/8 (Imax-Imin) (Vmax-Vmin)…………………………..(2.3)
dan                                                       

Pdc = IoVo IoVcc………………………………………………(2.4)
Efisiensi kolektor, , dari sirkuit yang diberikan oleh

                                                          
 (M.Nelkon,1981)

Penguat tegangan menghasilkan isyarat keluaran berbentuk sama seperti pada isyarat masukan. Penguat ini tidak mempunyai kemampuan untuk menghasilkan arus isyarat yang besar pada keluarannya. Ada dua hal yang membatasi kemampuan untuk menghasilkan arus isyarat yang besar, yaitu transistor yang digunakan mempunyai kemampuan daya disipasi yang kecil, atau penguat mempunyai hambatan keluaran yang besar.

            Kita juga telah mengenal pengikut emitor, yang mempunyai penguatan tegangan keluaran yang lebih dari satu. Tegangan isyarat keluaran lebih kecil dari tegangan isyarat masukan. Penguat ini mempunyai impedansi keluaran yang kecil sehingga dapat diberi beban dengan hambatan yang kecil. Jika tegangan keluaran besar dapat dihasilkan arus isyarat yang besar. Kemampuan ini dibatasi oleh kemampuan daya lesapan transistor yang digunakan. Dalam bab ini kita akan membahas penguat daya. Pada penguat daya isyarat tegangan yang kecil diperkuat dan dibuat agar mampu memberikan arus isyarat yang besar, untuk menggetarkan pengeras suara, menggerakkan motor listrik atau beban lain yang memerlukannya. Jadi pada penguat daya, tegangan isyarat besar dan arus juga besar. Ada dua cara yang lazim digunakan untuk membuat penguat tegangan, yaitu dengan menggunakan transformator keluaran dan menggunakan penyangga dengan impedansi keluaran yang kecil dilihat dari keluaran. Transistor yang digunakan pada keluaran haruslah mampu menerima lesapan daya sesuai dengan daya keluaran.Transformator dapat digunakan untuyk transformasi impedansi. Impedansi masukan tidaklah sama dengan impedansi keluaran jika jumlah lilitan primer berbeda dengan jumlah lilitan sekunder.

            Hubungan antara V₁ danV₂ dapat diperoleh dengan menggunakan hukum imbas Faraday, yaitu bahwa perubahan fluks magnetik terhadap waktu akan menimbulkan tegangan gerak listrik. Secara matematik diperoleh V=N  jika ada N lilitan yang ditembus fluks magnetik.

V₁ = n₁          ,            

V₂ = n₂ ………………………………………..(2.6)   

dengan fluks dalam primer  sama dengan fluks dalam lilitan sekunder. Dari persamaan diatas kita peroleh:                                   

 atau V₂ = …………………………………………………(2.7)

Misalkan n₁> n₂ dan n =  maka V₂= .

Tegangan pada sekunder lebih kecil daripada tegangan pada primer.

Selanjutnya, transformator adalah komponen pasif yang dapat bekerja tanpa memerlukan daya listrik dari luar. Ini berarti daya keluaran tak akan lebih besar daripada daya masukan. Jika daya yang hilang pada transformator kita abaikan, daya pada keluaran akan sama daya masukan.

Oleh karena daya listrik P=I V maka:

I₁V₁=I₂V₂  atau I₂=I₁ ................................................................................(2.8)

Persamaan diatas bahwa jika tegangan sekunder n kali lebih rendah daripada tegangan primer, arus yang mengalir pada sekunder akan n kali lebih besar daripada arus yang menglair di dalam lilitan primer. Bagaimana halnya dengan impedansi dilihat dari masukan, yaitu Z₁ =  dan impedansi dilihat dari keluarannya yaitu:  Z₂ =  . Jika impedansi lilitan transformator diabaikan kita peroleh dari persamaan:
                                        Z₂ =   =       atau Z₁ = n²Z₂…………………………...………(2.9)

Persamaan diatas berarti bahwa dilihat dari keluaran, impedansi Z₁ yang ada primer tampak mempunyai nilai  . Dari persamaan berarti impedansi Z₂ yang ada pada sekunder jika dilihat dari primer mempunyai nilai n²Z₂.  Dengan menggunakan transformator kita dapat menggandengkan suatu penguat dengan beban. Pada penguat daya tegangan isyarat besar, sehingga tak dapat kita bahas dengan menggunakan rangkaian serta isyarat kecil. Kita dapat menggunakan ciri keluaran transistor dan menentukan bentuk isyarat keluaran secara grafik.

            Dilihat dari pengeluaran penguat, hambatan beban R_L untuk isyarat ac mempunyai nilai n²R_L. Sedangkan hambatan dc dari kolektor ke Vcc kecil yaitu hambatan kawat lilitan primer. Bentuk ciri keluaran beserta garis beban ac dan dc. Tegangan isyarat pada basis menyebabkan arus isyarat pada basis yang berubah-ubah di sekitar I_B(q).

Jika kemiringan garis beban ac dipilih sedemikian rupa sehingga memotong sumbu V_CE  pada  nilai V_CE = 2 V_{CC ,} maka jika atus basis berubah dari I_B=0 sehingga I_B(penjenuhan) maka tegangan isyarat pada kolektor akan berubah dari dekat 0 sehingga 2 V_CC dengan V_CE(q) = V_cc. Berapa nilai n yang diperlukan agar garis beban ac memotong sumbu V_CE pada nilai 2 V_CC.  Kemiringan garis beban adalah  yang harus sama dengan  Jadi,  atau n² = . Jika dipilih nilai n yang memenuhi, isyarat keluaran dapatlah dibuat simetrik. Biasanya nisbah jumlah lilitan sekunder dan lilitan primer n adalah tertentu (bergantung pada transformator keluaran yang kita punyai). Dalam hal ini kita atur  melalui arus basis   agar garis beban ac memotong sumbu V_CC pada nilai 2 V_CC.

            Marilah kita hitung daya isyarat keluaran maksimum yang dapat disampaikan kepada beban. Dipandang dari kolektor hambatan beban R_L tampak mempunyai nilai  Oleh karena isyarat keluaran paling besar mempunyai amplitudo V_CC maka daya keluaran rata-rata

P_o = ……………………………………………………..(2.10)

P_o = ½ ( ……………………………………….(2.11)

V_2p =  adalah isyarat puncak (amplitudo) pada ujung sekunder transformator. Selanjutnya marilah kita hitung daya masukan yang diambil dari catu daya jika isyarat keluaran maksimum. Tegangan V_CC haruslah tetap karena V_CC adalah sumber tegangan tetap. Tampak arus I_C berubahdari 0 hingga sama dengan I_A =  secara sinusoida, sehingga arus kolektor rata-rata adalah I_C(q) =   == . Arus ini diambil dari sumber tegangan tetap V_CC , sehingga daya masukan haruslah P_i = I_C(q) V_CC = =  . Dari persamaan dapatlah disimpulkan bahwa jika titik q ada ditengah garis beban (ac), maka daya guna tau efisiensi maksimum adalah = . Penguat dengan titik kerja (q) di tengah garis beban disebut penguat kelas A. Secara umum dapatlah disimpulkan bahwa untuk penguat kelas A daya guna maksimum adalah 50%.                                                                                                                           (Sutrisno,1987)

Rangkaian untuk sistem dorong tarik kelas B sama dengan rangkaian untuk sistem kelas A kecuali bahwa alat-alat tersebut diberi prategangan di sekitar titik pancung (cut-off). Rangkaian transistor bekerja sebagai kelas B, apabila R₂  = 0 oleh karena transistor silikon terpancung apabila basis dihubung-pendekkan ke emiter. Keuntungan dari operasi dalam kelas B dibandingkan dalam kelas A adalah sebagai berikut: Dalam operasi kelas B dimungkinkan untuk mencapai daya keluaran yang lebih tinggi dan efisiensi yang lebih tinggi dan karenanya kehilangan daya pada waktu tak ada sinyal dapat diabaikan.
            Oleh karena itu dalam sistem-sistem dimana catu daya terbatas, seperti halnya dengan sel surya dan baterai daya keluaran biasanya dihasilkan melalui rangkaian transistor dorong-tarik kelas B. Kerugian dari penguat kelas B adalah distorsi harmoniknya lebih tinggi, prategangan-diri (self-bias) tak dapat dipergunakan dan tegangan catu daya harus diratakan dengan baik.

            Pertimbangan-pertimbangan daya. Untuk menelaah efisiensi konversi dari sistem, dianggap bahwa karakteristik keluaran sama lebarnya untuk masukan yang sama besarnya, sehingga garis lengkung transfernya merupakjan sebuah garis lurus. Juga dianggap bahwa arus minimumnya nol. Lukisan secara grafik untuk menentukan bentuk-bentuk gelombang arus dan tegangan keluaran untuki satu transistor yang bekerja sebagai tahapan kelas B. Perhatikan, bahwa untuk pembangkit sinusoidal, keluarannya sinusoidal selama setengah perioda yang pertama dan nol dalam setengah perioda yang kedua. Tahanan beban efektif adalah R^’_L = (N₁/N₂)²R_L. Pernyataan untuk R^’_L ini sama dengan persamaan sebelumnya, dimana N₁ disini menyatakan banyak lilitan primer sampai sadapan ditengah.

            Bentuk-bentuk gelombang yang dilukiskan hanya untuk satu transistor Q₁. Keluaran Q₂ , tentu saja suatu deret dari pulsa-pulsa sinus yang berbeda fasa 180º dari keluaran Q₁. Dengan demikian arus beban, yang berbanding lurus dengan perbedaan arus dua kolektor, merupakan suatu gelombang sinus dalam kondisi ideal yang dimisalkan di atas. Daya keluaran adalah arus searah kolektor yang bersangkuatn dalam masing-masing transistor yang dibebani adalah harga rata-rata dari setengah gelombang sinus. Oleh karena I_dc = I_m/  untuk bentuk gelombang ini, maka masukan daya searah dari catu daya adalah P_i = 2  . Faktor dua dalam pernyataan ini muncul, oleh karena dua buah transistor digunakan dalam sistem tarik-dorong.

            Dengan mempergunakan perbandingan persamaan diatas, kiata peroleh efisiensi rangkaian kolektornya:                 

Persamaan ini menunjukkan, bahwa maksimum dari efisiensi konversi yang mungkin adalah 25  = 78,5 %untuk sistem kelas B dibandingkan dengan 50 % untuk operasi kelas B. Batas atas efisiensi ini dapat dicapai oleh rangkaian transsitor dengan V_min << V_CC. Harga yang besar dari  ini disebabkan oleh karena dalam sistem kelas B  tak adaapabila tak ada  arus apabila tak ada pembangkitan, sedangkan dalam sistem kelas A mencapai suatu maksimum pada waktu masukan nol dan menurun bila sinyal dalam penguat kelas B, maka catu daya harus mempunyai pengaturan yang baik.    

Kehilangan daya kolektor P_C (dalam kedua transistor) adalah perbedaan anatara daya masukan ke rangkaian kolektor dan daya yang diberikan pada beban. Oleh karena I_m=V_m/ R^’_L , maka P_C = P_i –P =  . Persamaan ini menunjukkan bahwa kehilangan daya kolektor nol bila tak ada sinyal (V_m=0), naik bila V_m = 2 V_CC / .

Puncak kehilangan daya diperoleh pada P_c.maks = . Maksimum daya dapat dihasilkan untuk V_m = V_CC (bila V_min =0) atau P_maks=   . Oleh karena itu P_c.maks = . Misalnya, bila kiat ingin menghasilkan daya 10 W dari sebuah penguat dorong-tarik kelas B, maka P_{C, maks} = 4 W, atau kita harus memilih transistor-transistor yang mempunyai kehilangan daya (disipasi) kira-kira masing-masing 2 W. Dengan kata lain kita dapat memperoleh keluaran dorong tarik lima kali ketentuan disipasi daya dan masing-masing trasnsistor. Pernyatan ini berasal dari Pi=Po/ 20 W.       (Jacob Millman, 1985)

BAB III

METODOLOGI PERCOBAAN

3.1  Peralatan dan Komponen

3.1.1   Peralatan dan Fungsi

1.      Signal Generator ( 1 buah)

Fungsi :Sebagai sumber sinyal atau pembangkit sinyal.

2.      Multimeter analog dan digital

Fungsi :Untuk mengukur tegangan dan hambatan pada rangkaian.

3.      PSA Simetri ( 1 buah )

Fungsi :Sebagai sumber tegangan DC 12 Volt.

4.      Osiloskop  ( 1 buah )

Fungsi :Untuk menampilkan tegangan output dan timer dalam bentuk gelombang.

5.      Protoboard ( 1 buah )

Fungsi :Sebagai tempat untuk merangkai komponen untuk sementara.

6.      Penjepit buaya

Fungsi :Untuk menghubungkan rangkaian dengan peralatan.

7.      Jumper

Fungsi : Uintuk menghubungkan ground rangkaian dengan peralatan.

3.1.2        Komponen dan Fungsi

1.      Resistor

Fungsi :Sebagai hambatan.

2.    Kapasitor 

Fungsi :Untuk menyimpan muatan yang mengalir pada rangkaian dalam bentuk medan listrik.

3.      IC LM 741

Fungsi : sebagai penguat frekuensi dan penguat daya.

3.2    Prosedur percobaan

1.    Dipersiapkan semua peralatan dan komponen yang akan digunakan

2.    Diranhgkai komponen pada papan protoboard seperti pada gambar dibawah ini untuk sementara

3.    Diukur tegangan Vcc dari PSA Simetri

4.    Distel Signal Generator dengan keluaran 100 Hz

5.    Dihubungkan PSA Simetri dan Signal Generator ke rangkaian menggunakan penjepit buaya

6.    Diukur outputnya

7.    Dicatat hasil datanya dengan mengganti resistor variabelnya

  

  

BAB IV

ANALISA DATA

4.1. Gambar Percobaan

4.2. Data Percobaan

Vin = 12 Volt

R1	Rf	Vout(Volt)
10 k	1 k	5
10 k	300	5,5
10 k	20 k	3
10 k	30 k	4

                                                                                                Medan, 25 Maret 2013

                   Asisten                                                                                           Praktikan

          (Wiharja Ginting)                                                                           (RINTO PANGRIB)

4.3 Analisa Data

1.      Hitung gain secara teori

2.      Mencari gain secara praktik

3.      Mencari persen ralat (% ralat)

      

     

     

      

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

1. Sifat-sifat karakteristik dari IC LM 741 adalah

Karakteristik: 
Tegangan suplai : +22 V  

Borosan daya: 500m  

Tegangan input: +30 V 

Solder suhu: 10 detik

2.    Gain secara teori dan praktek adalah

    Gain secara teori:

Gain secara praktek:

3.  Aplikasi penguat kelas A, kelas B, kelas C, kelas AB adalah

     - Aplikasi penguat kelas A adalah untuk signal kecil atau power RF amplifier single ended.

- Aplikasi penguat kelas B adalah dipakai pada penguat akhir sinyal audio karena bekerja pada level tegangan yang relatif tinggi (diatas 1 Volt), dan dipakai pada RF amplifier push­pull.

- Aplikasi penguat kelas C adalah pendeteksi dan penguat frekuensi pilot, rangkaian penguat tuner RF, banyak digunakan di pemancar frekuensi tinggi terutama jika digunakan modulasi FM dan sebagainya.

- Aplikasi penguat kelas AB adalah banyak menjadi pilihan sebagai penguat audio, dan dipakai pada RF amplifier push­pull.

5.2 Saran

1. Sebaiknya praktikan mengetahui cara merangkai komponen pada protoboard

2. Sebaiknya praktikan mengetahui cara pembacaan warna cincin resistor sehingga mempermudah
     pencarian resistor yang dibutuhkan ketika praktikum

3. Sebaiknya praktikan mengetahui kaki-kaki dari IC LM 741

       4. Sebaiknya praktikan teliti saat mengukur tegangan keluarannya 

DAFTAR REFERENSI

Millman, Jacob.1985.ELEKTRONIKA TERPADU. Jilid 2. Jakarta:Penerbit Erlangga.

           Halaman : 325-328.

Nelcon, M.1981.ELECTRONICS AND RADIO PRINCIPLES.London:Heinemann Educational Books.

           Halaman : 58-61.

Sutrisno.1987.ELEKTRONIKA TEORI DASAR DAN PENERAPANNYA.Bandung:Penerbit ITB.

         Halaman : 55-59.  

                                                                                                                          Medan, 25 Maret 2013

Asisten                                                                                                              Praktikan

     ( Wiharja Ginting )                                                                                         (RINTO PANGRIB)