Penguat Amplifier Common Collector (kolektor-umum)

Penguat Common-Collector menghasilkan tegangan output melintasi beban emitter-nya yang berada dalam fase dengan sinyal input. Penguat Common Collector adalah jenis lain dari transistor bipolar (BJT) konfigurasi di mana sinyal input diterapkan ke terminal base dan sinyal output diambil dari terminal emitter.

Dengan demikian terminal common collector untuk rangkain input dan output. Jenis konfigurasi ini disebut Common Collector, (CC) karena terminal collector secara efektif "grounded" atau "digroundkan" melalui catu daya.

Dalam banyak hal konfigurasi common collector (CC) adalah kebalikan dari common emitter (CE) konfigurasi sebagai beban resistor yang terhubung berubah dari terminal collector untuk R_C ke terminal emitter untuk R_E.

Konfigurasi common collector atau grounded collector umumnya digunakan di mana sumber input impedansi tinggi perlu dihubungkan ke beban output impedansi rendah yang membutuhkan penguatan arus tinggi. Pertimbangkan rangkaian penguat common collector di bawah ini.

Penguat Common Collector menggunakan Transistor NPN

Resistor R₁ dan R₂ membentuk jaringan pembagi tegangan sederhana yang digunakan untuk bias transistor NPN menjadi konduksi. Sejak pembagi tegangan ini ringan beban transistor, tegangan base, V_B dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakan rumus pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan.

Jaringan Pembagi Tegangan

Dengan terminal collector dari transistor terhubung langsung ke V_CC dan tidak ada resistansi collector, (R_C = 0) setiap arus collector akan menghasilkan drop tegangan emitter resistor R_E. Namun, dalam rangkaian penguat common collector , penurunan tegangan yang sama, V_E juga mewakili tegangan output, V_OUT.

Idealnya kita ingin penurunan tegangan DC di R_E sama dengan setengah dari tegangan supply, V_CC untuk membuat tegangan output diam transistor di suatu tempat di tengah kurva karakteristik yang memungkinkan untuk sinyal output maksimum yang belum ditutup. Jadi pilihan R_E sangat tergantung pada I_B dan transistor gain arus Beta, β.

Karena pn-junction base-emitter forward bias, arus base mengalir melalui persimpangan ke emitter mendorong aksi transistor yang menyebabkan arus collector yang jauh lebih besar, I_C mengalir. Sehingga arus emitter adalah kombinasi dari arus base dan arus collector sebagai: I_E = I_B + I_C. Namun, karena arus base sangat kecil dibandingkan dengan arus collector, maka arus emitter kira-kira sama dengan arus collector. Jadi I_E ≈ I_C.

Seperti konfigurasi common emitter (CE), sinyal input diterapkan ke terminal base transistor, dan seperti yang kami katakan sebelumnya, sinyal output amplifier diambil dari terminal emitor emitter. Namun, karena hanya ada satu PN Junction forward bias antara base transistor dan terminal emitter-nya, setiap sinyal input yang diterapkan ke base melewati langsung melalui persimpangan ke emitter. Oleh karena itu, sinyal output yang ada di emitter berada dalam fase dengan sinyal input yang diterapkan di base.

Karena sinyal output penguat (amplifier) diambil dari seluruh beban emitter, konfigurasi transistor jenis ini juga dikenal sebagai rangkain Emitter Follower karena output emitter “mengikuti” atau melacak setiap perubahan tegangan pada sinyal input base, kecuali tetap sekitar 0.7 volt (V_BE ) di bawah tegangan base. Jadi V_IN dan V_OUT dalam fase menghasilkan perbedaan fase nol antara sinyal input dan output.

Karena itu, emitter pn-junction secara efektif bertindak sebagai dioda bias maju dan untuk sinyal input AC kecil persimpangan dioda emitter ini memiliki resistansi yang diberikan oleh: r'_e = 25mV/I_e di mana 25mV adalah tegangan thermal dari persimpangan pada suhu kamar (25°C) dan I_e adalah arus emitter. Sehingga dengan meningkatnya arus emitter, resistansi emitter berkurang dengan jumlah yang proporsional.

Dasar arus yang mengalir melalui perlawanan junction base-emitter internal juga mengalir keluar dan melalui resistor emitter terhubung secara eksternal, R_E. Kedua resistansi ini terhubung seri sehingga bertindak sebagai jaringan pembagi potensial yang menciptakan penurunan tegangan.

Karena nilai r'_e sangat kecil, dan R_E jauh lebih besar, biasanya dalam kisaran kilohms (kΩ), maka besarnya tegangan output penguat lebih kecil daripada tegangan inputnya. Namun, dalam kenyataannya besarnya tegangan output (puncak-ke-puncak) umumnya di nilai 98 hingga 99% dari tegangan input yang dalam banyak kasus cukup dekat untuk dianggap sebagai gain satu.

Kita dapat menghitung kenaikan tegangan, V_A dari penguat common collector dengan menggunakan rumus pembagi tegangan seperti yang ditunjukkan dengan asumsi bahwa tegangan base, V_B sebenarnya adalah tegangan input, V_IN.

Gain Tegangan Penguat Common Collector

karena R_E jauh lebih besar dari r'_e (r'_e + R_e) ≡ R_E

Jadi penguat common collector tidak dapat memberikan penguatan tegangan dan ekspresi lain yang digunakan untuk menggambarkan rangkaian penguat common collector adalah sebagai Rangkaian Pengikut Tegangan karena alasan yang jelas.

Dengan demikian, karena sinyal output sangat mengikuti input dan berada dalam fase dengan input, maka rangkaian common collector merupakan gain penguatan tegangan kesatuan yang tidak dapat dibalik.

Contoh: Penguat Common Collector  No.1

Penguat common collector dibangun menggunakan transistor bipolar NPN dan jaringan bias pembagi tegangan. Jika R₁ = 5k6Ω, R₂ = 6k8Ω dan tegangan supply adalah 12 volt.

Hitunglah nilai-nilai: V_B, V_C dan V_E, arus emitter I_E, resistansi emitter internal r'_e dan tegangan penguat mendapatkan A_V ketika resistansi beban 4k7Ω digunakan. Juga menggambar rangkaian terakhir dan kurva karakteristik yang sesuai dengan garis beban.

1. Tegangan bias dasar, V_B

2. Tegangan collector , V_C. Karena tidak ada resistansi beban collector, terminal collector transistor terhubung langsung ke rel supply DC, sehingga V_C = V_CC = 12 volt.

3. Tegangan bias emitter, V_E

V_E = V_B -V_BE = 6.5 - 0.7 = 5.8V

Jadi:

V_CE(OFF) = V_CC - V_E = 12 - 5.8 = 6.2V

4. Arus Emitter, I_E

5. Resistansi Emitter AC, r'_e

6. Gain tegangan, A_V

Rangkaian Penguat Amplifier Common Collector dengan Garis Beban

Impedansi Input Penguat Common Collector

Meskipun penguat common collector tidak terlalu bagus untuk menjadi penguat tegangan, karena seperti yang telah kita lihat, penguatan tegangan sinyal kecilnya kira-kira sama dengan satu (A_V ≅ 1), namun itu membuat rangkaian penyangga tegangan yang sangat baik karena impedansi input tinggi ( Z_IN ) dan output rendah (Z_OUT), menyediakan isolasi antara sumber sinyal input dari beban impedansi beban.

Fitur lain yang berguna dari penguat common collector adalah bahwa ia memberikan penguatan saat ini ( A_i ) selama ia berjalan. Itu bisa melewati arus yang besar dari collector ke emitter, dalam menanggapi perubahan kecil untuk arus base, I_B. Ingat bahwa arus DC ini hanya melihat R_E karena tidak ada R_C. Maka arus DC sederhana: V_CC / R_E yang bisa besar jika R_E kecil.

Pertimbangkan penguat common collector dasar atau konfigurasi pengikut/follower emitter di bawah ini.

Konfigurasi Penguat Common Collector

Untuk analisis AC dari rangkaian, kapasitor disingkat dan V_CC disingkat (impedansi nol). Dengan demikian rangkaian ekuivalen diberikan seperti yang ditunjukkan dengan arus bias dan tegangan yang diberikan sebagai:

R_B = R₁ || R₂
R_e = R_E || R_L
I_E ≈ I_C = βI_B
V_IN = V_B = V_BE + V_E


Impedansi Input, Z_IN dari konfigurasi common collector yang melihat ke base (dasar) diberikan sebagai:

Tetapi sebagai Beta, β umumnya jauh lebih besar dari 1 (biasanya di atas 100), ungkapan: β + 1 dapat direduksi menjadi hanya Beta, β sebagai perkalian dengan 100 hampir sama dengan mengalikan dengan 101. Jadi:

Impedansi Dasar Penguat Common Collector

Z_base = β (R_e + r'_e)

Di mana: β adalah gain arus transistor, R_e adalah resistansi emitter setara, dan r'_e adalah resistansi ac dari dioda base emitter. Perhatikan bahwa karena nilai gabungan dari R_e umumnya jauh lebih besar dari resistansi setara dioda, r'_e (kilo-ohm dibandingkan dengan beberapa ohm) impedansi base transistor dapat diberikan secara sederhana: β*R_e.

Suatu hal yang menarik untuk diperhatikan di sini adalah bahwa impedansi base input transistor, Z_IN(base) dapat dikontrol dengan nilai baik resistor kaki emitter, R_E atau resistor beban R_L karena keduanya terhubung paralel.

Sementara persamaan di atas memberi kita impedansi input yang melihat ke base transistor, itu tidak memberi kita impedansi input yang benar bahwa sinyal sumber akan melihat melihat ke dalam rangkaian penguat lengkap. Untuk itu kita perlu mempertimbangkan dua resistor yang membentuk jaringan bias pembagi tegangan. Demikian:

Impedansi Input Penguat Common Collector

Z_IN = R_BIAS ||Z_base

Dimana: R_BIAS = R_B = R₁ || R₂

∴ Z_IN = R_B || β (R_e + r'_e)

Contoh: Penguat Common Collector No.2

Dengan menggunakan seperti sebelumnya rangkaian penguat common collector di atas, menghitung impedansi input dari base transistor dan tahap penguat jika resistansi beban, R_L adalah 10kΩ dan transistor NPN gain arus adalah 100.

1. Resistansi Emitter AC, r'_e

2. Resistansi Beban Ekuivalen, R_e

3. Impedansi Base Transistor, Z_base

2. Penguat Input Impedansi, Z_IN(STAGE)

Sebagai base transistor impedansi 322kΩ jauh lebih tinggi daripada impedansi penguat input hanya 2.8kΩ, sehingga impedansi input dari penguat common collector ditentukan oleh rasio dari dua resistor biasing, R₁ dan R₂.

Impedansi Output Common Collector

Untuk menentukan impedansi output penguat Common Collector, Z_OUT, melihat dari beban kembali ke terminal emitter amplifier, pertama-tama kita harus menghapus beban karena kita ingin melihat resistansi efektif dari penguat yang menggerakkan beban. Dengan demikian rangkaian ekuivalen AC yang melihat output penguat diberikan sebagai:

Dari atas, impedansi input dari rangkaian base diberikan sebagai: R_B = R₁ || R₂. Arus gain transistor diberikan sebagai: β. Dengan demikian persamaan output diberikan sebagai:

Impedansi Output Penguat Common Collector

Kita dapat melihat kemudian bahwa resistor emitter, R_E secara efektif paralel dengan seluruh impedansi transistor yang melihat kembali ke terminal emitter-nya.

Jika kita menghitung impedansi output dari rangkaian penguat common collector menggunakan nilai komponen dari atas, itu akan memberikan impedansi output Z_OUT kurang dari 50Ω (49,5Ω) yang jauh lebih kecil daripada impedansi input yang lebih tinggi, Z_IN (BASE) dihitung sebelumnya.

Dengan demikian kita dapat melihat bahwa konfigurasi Penguat Common Collector memiliki, dari perhitungan, impedansi input yang sangat tinggi dan impedansi output yang sangat rendah memungkinkannya untuk menggerakkan beban impedansi rendah. Bahkan karena penguat common collector impedansi input yang relatif tinggi dan impedansi output yang sangat rendah itu biasanya digunakan sebagai penguat buffer gain.

Setelah menentukan bahwa impedansi output, Z_OUT dari contoh penguat kami di atas kira-kira 50Ω dengan perhitungan, jika kita sekarang menghubungkan resistor beban 10kΩ kembali ke rangkaian, impedansi output yang dihasilkan adalah:

Meskipun resistansi beban 10kΩ, resistansi output ekuivalen/setara masih rendah di 49,3Ω. Ini karena R_L besar dibandingkan dengan Z_OUT, sehingga untuk transfer daya maksimum, R_L harus sama dengan Z_OUT.

Karena penguatan tegangan dari penguat common collector dianggap sebagai kesatuan (1), penguatan daya penguat (amplifier) harus sama dengan arus gain, seperti P = V*I.

Karena gain arus common collector didefinisikan sebagai rasio dari arus emitter terhadap arus base, γ = I_E/ I_B = β + 1, oleh karena itu, arus gain penguatan penguat (amplifier) kira-kira sama dengan Beta (β) sebagai β + 1 hampir sama dengan Beta.

Ringkasan Penguat Common Collector

Kita telah melihat dalam tutorial ini tentang Penguat Common Collector bahwa itu mendapatkan namanya karena terminal collector dari tansistor BJT adalah sama untuk kedua input dan rangkaian output tidak ada resistansi collector, R_C.

Gain tegangan penguat common collector kira-kira sama dengan unity (A_v ≅ 1) dan arus gainnya, A_i kira-kira sama dengan Beta, (A_i ≅ β) yang tergantung pada nilai transistor tertentu. Nilai Beta bisa tenang tinggi.

Kami juga telah melihat melalui perhitungan, bahwa impedansi input, Z_IN tinggi sedangkan impedansi outputnya, Z_OUT rendah sehingga berguna untuk keperluan pencocokan impedansi (atau pencocokan resistansi) atau sebagai rangkaian penyangga antara sumber tegangan dan rendah beban impedansi.

Karena penguat common collector (CC) menerima sinyal inputnya ke base dengan tegangan output yang diambil dari seluruh beban emitter, tegangan input dan output adalah "in-phase" ( perbedaan 0° fase) sehingga konfigurasi common collector berjalan dengan nama sekunder Emitter Follower karena tegangan output (tegangan emitter) mengikuti tegangan base input.°

Berbagi :