Penguat (Amplifier) Common Emitter (emitor)
Konfigurasi penguat (amplifier) yang paling umum untuk transistor NPN adalah di rangkaian penguat atau amplifier Common Emitter.
Dalam pengantar tutorial penguat sebelumnya (Penguat Daya/Power Amplifier), kami melihat bahwa sekelompok kurva yang umumnya dikenal sebagai Kurva Karakteristik Output, menghubungkan transistor Arus Collector ( Ic ), dengan Tegangan Collector ( Vce ) untuk nilai yang berbeda dari transistor Arus Base ( Ib ).
Semua jenis penguat (amplifier) transistor beroperasi menggunakan input sinyal AC yang berganti-ganti antara nilai positif dan nilai negatif sehingga beberapa cara "mengatur" rangkaian penguat untuk beroperasi di antara dua nilai maksimum atau puncak ini diperlukan.
Ini dicapai dengan menggunakan proses yang dikenal sebagai Biasing. Biasing sangat penting dalam desain penguat (amplifier) karena ia menetapkan titik operasi yang benar dari penguat transistor yang siap menerima sinyal, sehingga mengurangi segala distorsi pada sinyal output.
Kita juga melihat bahwa garis beban statis atau DC dapat ditarik ke kurva karakteristik output ini untuk menunjukkan semua titik operasi yang mungkin dari transistor dari "ON" sepenuhnya ke "OFF", dan ke titik operasi diam atau titik-Q penguat dapat ditemukan.
Tujuan dari setiap penguat (amplifier) sinyal kecil adalah untuk memperkuat semua sinyal input dengan jumlah distorsi minimum yang mungkin untuk sinyal output, dengan kata lain, sinyal output harus merupakan reproduksi yang tepat dari sinyal input tetapi hanya lebih besar (diperkuat).
Untuk mendapatkan distorsi rendah ketika digunakan sebagai penguat (amplifier), titik diam operasi perlu dipilih dengan benar. Ini sebenarnya adalah titik operasi DC dari penguat dan posisinya dapat ditetapkan pada titik mana saja di sepanjang garis beban oleh pengaturan biasing yang sesuai.
Posisi terbaik untuk titik-Q ini adalah sedekat mungkin dengan posisi tengah garis beban, sehingga menghasilkan operasi penguat (amplifier) kelas A, yaitu. Vce = 1/2Vcc . Pertimbangkan rangkaian Penguat Common Emitter yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian penguat (amplifier) common emitter satu tahap yang ditunjukkan di atas menggunakan apa yang biasa disebut "Biasing Pembagi Tegangan".
Jenis pengaturan biasing ini menggunakan dua resistor sebagai jaringan pembagi potensial di seluruh catu dengan titik pusatnya memasok tegangan bias Base yang diperlukan ke transistor. Biasing pembagi tegangan umumnya digunakan dalam desain rangkaian penguat transistor bipolar.
Metode biasing transistor ini sangat mengurangi efek dari berbagai Beta, ( β ) dengan menahan bias Base pada tingkat tegangan tetap yang konstan memungkinkan stabilitas terbaik.
Tegangan Base diam ( Vb ) ditentukan oleh jaringan pembagi potensial yang dibentuk oleh dua resistor, R1 , R2 dan tegangan catu daya Vcc seperti ditunjukkan dengan arus yang mengalir melalui kedua resistor.
Maka resistansi total RT akan sama dengan R1 + R2 memberikan arus sebagai i = Vcc/RT. Level tegangan yang dihasilkan pada junction/persimpangan resistor R1 dan R2 menahan tegangan Base ( Vb ) konstan pada nilai di bawah tegangan supply.
Kemudian jaringan pembagi potensial yang digunakan dalam rangkaian penguat (amplifier) common emitter membagi tegangan supply sesuai dengan resistansi. Tegangan referensi bias ini dapat dengan mudah dihitung menggunakan rumus pembagi tegangan sederhana di bawah ini:
Tegangan supply yang sama, ( Vcc ) juga menentukan arus Collector maksimum, Ic ketika transistor diaktifkan sepenuhnya "ON" (saturasi), Vce = 0. Basis arus Ib untuk transistor ditemukan dari arus Collector, Ic , dan arus DC, Beta, β dari transistor.
Beta kadang-kadang disebut sebagai hFE yang merupakan transistor arus maju gain dalam konfigurasi common emitter. Beta tidak memiliki unit karena ini merupakan rasio tetap dari dua arus, Ic dan Ib sehingga perubahan kecil pada arus Base akan menyebabkan perubahan besar pada arus Collector.
Satu poin terakhir tentang Beta. Transistor dengan tipe dan nomor bagian yang sama akan memiliki variasi besar dalam nilai Beta mereka misalnya, BC107 NPN Transistor bipolar memiliki arus DC gain. Nilai Beta antara 110 dan 450 (nilai lembar data) ini karena Beta merupakan karakteristik dari konstruksi transistor dan bukan operasinya.
Karena persimpangan (junction) Base/Emitter bias maju, tegangan Emitter, Ve akan menjadi satu penurunan tegangan junction yang berbeda dengan tegangan Base.
Jika tegangan melintasi resistor Emitter diketahui maka arus Emitter, yaitu dapat dengan mudah dihitung menggunakan Hukum Ohm. Arus Collector, Ic dapat diperkirakan, karena nilai ini hampir sama dengan arus Emitter.
Juga temukan nilai resistor Emitter, RE jika memiliki drop tegangan 1v di atasnya. Hitung nilai semua resistor rangkaian lainnya dengan asumsi sebuah transistor silikon NPN.
Ini kemudian menetapkan titik "A" pada sumbu vertikal arus Collector dari kurva karakteristik dan terjadi ketika Vce = 0. Ketika transistor diaktifkan sepenuhnya "OFF", tidak ada drop tegangan pada resistor RE atau RL karena tidak ada arus yang mengalir melalui mereka.
Kemudian drop tegangan melintasi transistor, Vce sama dengan tegangan supply, Vcc . Ini menetapkan titik "B" pada sumbu horizontal dari kurva karakteristik.
Secara umum, titik-Q diam dari penguat (amplifier) adalah dengan sinyal input nol diterapkan ke Base, sehingga Collector duduk sekitar setengah jalan sepanjang garis beban antara volt nol dan tegangan supply, ( Vcc / 2 ). Oleh karena itu, arus Collector pada titik-Q penguat (amplifier) akan diberikan sebagai:
Garis beban DC statis ini menghasilkan persamaan garis lurus yang kemiringannya diberikan sebagai: -1/(RL + RE) dan garis itu melintasi sumbu Ic vertikal pada titik yang sama dengan Vcc/(RL + RE). Posisi aktual titik-Q pada garis beban DC ditentukan oleh nilai rata-rata Ib.
Sebagai arus Collector, Ic dari transistor juga sama dengan gain DC dari transistor (Beta), kali arus Base (β*Ib), jika kita mengasumsikan nilai Beta ( β ) untuk transistor katakanlah 100, ( seratus adalah nilai rata-rata yang masuk akal untuk transistor sinyal daya rendah) arus base Ib mengalir ke transistor akan diberikan sebagai:
Alih-alih menggunakan supply Bias Base yang terpisah, biasanya untuk menyediakan Bias Tegangan dari rel catu utama (Vcc) melalui resistor menurun, R1. Resistor, R1 dan R2 sekarang dapat dipilih untuk memberikan arus Base diam yang sesuai dari 45.8μA atau 46μA dibulatkan ke bilangan bulat terdekat.
Arus yang mengalir melalui rangkaian pembagi potensial harus besar dibandingkan dengan arus base aktual, Ib, sehingga jaringan pembagi tegangan tidak dimuat oleh aliran arus basis.
Aturan umum adalah nilai minimal 10 kali Ib mengalir melalui resistor R2. Base Transistor/Tegangan emitter, Vbe diperbaiki pada 0,7V (transistor silikon) maka ini memberikan nilai R2 sebagai:
Jika arus yang mengalir melalui resistor R2 adalah 10 kali nilai arus base, maka arus yang mengalir melalui resistor R1 dalam jaringan pembagi harus 11 kali nilai arus basis. Yaitu: IR2 + Ib.
Dengan demikian tegangan melintasi resistor R1 sama dengan Vcc - 1.7v (VRE + 0.7 untuk transistor silikon) yang sama dengan 10.3V, oleh karena itu R1 dapat dihitung sebagai:
Nilai resistor Emitter, RE dapat dengan mudah dihitung menggunakan Hukum Ohm. Arus yang mengalir melalui RE adalah kombinasi dari arus base, Ib dan arus Collector, Ic dan diberikan sebagai:
Resistor, RE terhubung antara terminal Emitter dan ground transistor, dan kami katakan sebelumnya bahwa ada penurunan tegangan 1 volt di atasnya. Dengan demikian nilai resistor Emitter, RE dihitung sebagai:
Jadi, untuk contoh kita di atas, nilai yang disukai dari resistor yang dipilih untuk memberikan toleransi 5% (E24) adalah:
Kemudian, rangkaian penguat (amplifier) Common Emitter asli kami di atas dapat ditulis ulang untuk memasukkan nilai-nilai komponen yang baru saja kami hitung di atas.
Sinyal AC output kemudian ditumpangkan pada biasing dari tahapan berikut. Juga kapasitor bypass, CE termasuk dalam rangkaian kaki Emitter. Kapasitor ini secara efektif merupakan komponen rangkaian terbuka untuk kondisi biasing DC, yang berarti bahwa arus dan tegangan biasing tidak terpengaruh oleh penambahan kapasitor yang menjaga stabilitas titik-Q yang baik.
Namun, kapasitor bypass yang terhubung paralel ini secara efektif menjadi hubung singkat ke resistor Emitter pada sinyal frekuensi tinggi karena reaktansinya. Jadi hanya RL ditambah resistansi internal yang sangat kecil bertindak sebagai transistor beban meningkatkan gain tegangan secara maksimal.
Umumnya, nilai Kapasitor Bypass, CE dipilih untuk memberikan reaktansi paling banyak, 1/10 nilai RE pada frekuensi sinyal operasi terendah.
Kurva ini dikenal sebagai "Kurva Karakteristik Output" dan digunakan untuk menunjukkan bagaimana transistor akan beroperasi pada rentang dinamisnya. Sebuah garis beban statis atau DC ditarik ke kurva untuk beban resistor RL dari 1.2kΩ untuk menampilkan semua transistor poin mungkin operasi.
Ketika transistor dimatikan "OFF", Vce sama dengan tegangan supply Vcc dan ini adalah titik "B" di telepon. Demikian juga ketika transistor sepenuhnya “ON” dan jenuh arus Collector ditentukan oleh resistor beban, RL dan ini adalah titik “A” pada baris.
Kami menghitung sebelumnya dari gain DC dari transistor bahwa arus Base yang diperlukan untuk posisi rata-rata transistor adalah 45.8μA dan ini ditandai sebagai titik-Q pada garis beban yang mewakili titik diam atau titik Q dari penguat.
Kita bisa dengan mudah membuat pekerjaan mudah bagi diri kita sendiri dan membulatkan nilai ini menjadi 50μA dengan tepat, tanpa mempengaruhi titik operasi.
Titik Q pada garis beban memberi kita titik-T arus base dari Ib = 45.8μA atau 46μA. Kita perlu menemukan ayunan puncak maksimum dan minimum dari arus Base yang akan menghasilkan perubahan proporsional terhadap arus Collector, Ic tanpa distorsi pada sinyal output.
Ketika garis beban memotong nilai arus Base yang berbeda pada kurva karakteristik DC, kita dapat menemukan ayunan puncak arus Base yang sama-sama berjarak di sepanjang garis beban. Nilai-nilai ini ditandai sebagai titik "N" dan "M" pada saluran, yang memberikan arus Base minimum dan maksimum masing-masing 20μA dan 80μA.
Titik-titik ini, "N" dan "M" dapat berada di mana saja di sepanjang garis beban yang kita pilih selama mereka sama-sama berjarak dari Q. Ini kemudian memberi kita sinyal input maksimum teoritis ke terminal Base dari 60μA puncak ke puncak, (30μA puncak) tanpa menghasilkan distorsi pada sinyal output.
Setiap sinyal input yang memberikan arus base lebih besar dari nilai ini akan mendorong transistor untuk melampaui titik "N" dan ke wilayah "cut-off" atau melampaui titik "M" dan ke wilayah Saturasi sehingga menghasilkan distorsi pada sinyal output dalam bentuk "kliping".
Dengan menggunakan titik "N" dan "M" sebagai contoh, nilai sesaat dari arus Collector dan nilai yang sesuai dari tegangan Collector-emitter dapat diproyeksikan dari garis beban. Dapat dilihat bahwa tegangan Collector-emitter berada dalam anti-fase (-180°) dengan arus Collector.
Ketika arus base Ib berubah dalam arah positif dari 50μA ke 80μA, tegangan Collector-Emitter, yang juga merupakan tegangan output menurun dari nilai steady-state-nya dari 5.8 volt menjadi 2.0 volt.
Kemudian Penguat (Amplifier) Common Emitter satu tahap juga merupakan "Penguat Pembalik/Inverting Amplifier" karena peningkatan tegangan Base menyebabkan penurunan Vout dan penurunan tegangan Base menghasilkan peningkatan Vout. Dengan kata lain sinyal output adalah 180° out-of-phase dengan sinyal input.
Kemudian ΔVL adalah Vout dan ΔVB adalah Vin. Tetapi gain tegangan juga sama dengan rasio resistansi sinyal di Collector dengan resistansi sinyal di Emitter dan diberikan sebagai:
Kami sebutkan sebelumnya bahwa ketika frekuensi sinyal meningkatkan kapasitor bypass, CE mulai menyingkat resistor Emitter karena reaktansinya. Kemudian pada frekuensi tinggi RE = 0, membuat gain tidak terbatas.
Namun, transistor bipolar memiliki resistansi internal kecil yang dibangun ke dalam wilayah Emitter mereka yang disebut Re. Bahan semikonduktor transistor menawarkan resistansi internal terhadap aliran arus yang melaluinya dan umumnya diwakili oleh simbol resistor kecil yang ditunjukkan di dalam simbol transistor utama.
Lembar data transistor memberi tahu kami bahwa untuk transistor bipolar sinyal kecil, resistansi internal ini adalah hasil 25mV ÷ Ie (25mV menjadi drop volt internal melintasi lapisan junction/persimpangan Emitter), maka untuk rangkaian penguat Emitter kami yang biasa di atas nilai resistansi ini akan sama untuk:
Resistansi kaki Emitter internal ini akan seri dengan resistor Emitter eksternal, RE, maka persamaan untuk gain aktual transistor akan dimodifikasi untuk memasukkan resistansi internal ini sehingga akan menjadi:
Pada sinyal frekuensi rendah, resistansi total pada kaki Emitter sama dengan RE + Re. Pada frekuensi tinggi, kapasitor bypass mengeluarkan resistor Emitter yang hanya menyisakan resistansi internal Re di kaki Emitter yang menghasilkan gain tinggi.
Kemudian untuk rangkaian penguat emitter bersama di atas, penguatan rangkaian pada frekuensi sinyal rendah dan tinggi diberikan sebagai:
Satu titik terakhir, gain tegangan tergantung hanya pada nilai-nilai resistor Collector, RL dan resistor Emitter, ( RE + Re ) tidak terpengaruh oleh arus gain Beta, β ( hFE) dari transistor.
Jadi, untuk contoh sederhana kami di atas, kami sekarang dapat merangkum semua nilai yang telah kami hitung untuk rangkaian penguat (amplifier) Comon Emitter kami dan ini adalah:
Nilai dari resistor ini dipilih sehingga pada titik operasi diam penguat (amplifier), titik-Q tegangan output ini terletak setengah jalan di sepanjang garis beban transistor.
Base transistor yang digunakan dalam penguat (amplifier) common emitter bias menggunakan dua resistor sebagai jaringan pembagi potensial.
Pengaturan biasing ini biasanya dipakai dalam desain rangkaian penguat transistor bipolar dan bisa sangat mengurangi efek dari berbagai Beta, ( β ) dengan cara menahan bias Base pada tegangan agar tetap konstan. Jenis bias ini dapat menghasilkan stabilitas yang cukup besar.
Sebuah resistor dapat dimasukkan dalam leg Emitter dalam hal gain tegangan menjadi -RL/RE. Jika tidak ada resistansi Emitter eksternal, penguatan (amplifier) tegangan tidak terbatas karena resistansi internal sangat kecil, Re di kaki Emitter. Nilai resistansi internal ini sama dengan 25mV/IE.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat (Amplifier) dengan Transistor kita akan melihat Penguat Efek Persimpangan yang biasa disebut Penguat Amplifier JFET (Junction Field Effect Transistor).
Seperti halnya Transistor umumnya, transistor JFET digunakan dalam rangkaian penguat (amplifier) satu tahap sehingga lebih mudah dipahami.
Ada beberapa jenis transistor efek medan yang bisa kita gunakan, tetapi yang paling mudah dipahami adalah transistor efek medan persimpangan, atau JFET yang memiliki impedansi masukan sangat tinggi sehingga ideal untuk rangkaian penguat (amplifier).
Dalam pengantar tutorial penguat sebelumnya (Penguat Daya/Power Amplifier), kami melihat bahwa sekelompok kurva yang umumnya dikenal sebagai Kurva Karakteristik Output, menghubungkan transistor Arus Collector ( Ic ), dengan Tegangan Collector ( Vce ) untuk nilai yang berbeda dari transistor Arus Base ( Ib ).
Semua jenis penguat (amplifier) transistor beroperasi menggunakan input sinyal AC yang berganti-ganti antara nilai positif dan nilai negatif sehingga beberapa cara "mengatur" rangkaian penguat untuk beroperasi di antara dua nilai maksimum atau puncak ini diperlukan.
Ini dicapai dengan menggunakan proses yang dikenal sebagai Biasing. Biasing sangat penting dalam desain penguat (amplifier) karena ia menetapkan titik operasi yang benar dari penguat transistor yang siap menerima sinyal, sehingga mengurangi segala distorsi pada sinyal output.
Kita juga melihat bahwa garis beban statis atau DC dapat ditarik ke kurva karakteristik output ini untuk menunjukkan semua titik operasi yang mungkin dari transistor dari "ON" sepenuhnya ke "OFF", dan ke titik operasi diam atau titik-Q penguat dapat ditemukan.
Tujuan dari setiap penguat (amplifier) sinyal kecil adalah untuk memperkuat semua sinyal input dengan jumlah distorsi minimum yang mungkin untuk sinyal output, dengan kata lain, sinyal output harus merupakan reproduksi yang tepat dari sinyal input tetapi hanya lebih besar (diperkuat).
Untuk mendapatkan distorsi rendah ketika digunakan sebagai penguat (amplifier), titik diam operasi perlu dipilih dengan benar. Ini sebenarnya adalah titik operasi DC dari penguat dan posisinya dapat ditetapkan pada titik mana saja di sepanjang garis beban oleh pengaturan biasing yang sesuai.
Posisi terbaik untuk titik-Q ini adalah sedekat mungkin dengan posisi tengah garis beban, sehingga menghasilkan operasi penguat (amplifier) kelas A, yaitu. Vce = 1/2Vcc . Pertimbangkan rangkaian Penguat Common Emitter yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian Penguat (Amplifier) Common Emitter
Rangkaian penguat (amplifier) common emitter satu tahap yang ditunjukkan di atas menggunakan apa yang biasa disebut "Biasing Pembagi Tegangan".
Jenis pengaturan biasing ini menggunakan dua resistor sebagai jaringan pembagi potensial di seluruh catu dengan titik pusatnya memasok tegangan bias Base yang diperlukan ke transistor. Biasing pembagi tegangan umumnya digunakan dalam desain rangkaian penguat transistor bipolar.
Tegangan Base diam ( Vb ) ditentukan oleh jaringan pembagi potensial yang dibentuk oleh dua resistor, R1 , R2 dan tegangan catu daya Vcc seperti ditunjukkan dengan arus yang mengalir melalui kedua resistor.
Maka resistansi total RT akan sama dengan R1 + R2 memberikan arus sebagai i = Vcc/RT. Level tegangan yang dihasilkan pada junction/persimpangan resistor R1 dan R2 menahan tegangan Base ( Vb ) konstan pada nilai di bawah tegangan supply.
Kemudian jaringan pembagi potensial yang digunakan dalam rangkaian penguat (amplifier) common emitter membagi tegangan supply sesuai dengan resistansi. Tegangan referensi bias ini dapat dengan mudah dihitung menggunakan rumus pembagi tegangan sederhana di bawah ini:
Tegangan Bias Transistor
Tegangan supply yang sama, ( Vcc ) juga menentukan arus Collector maksimum, Ic ketika transistor diaktifkan sepenuhnya "ON" (saturasi), Vce = 0. Basis arus Ib untuk transistor ditemukan dari arus Collector, Ic , dan arus DC, Beta, β dari transistor.
Nilai Beta
Beta kadang-kadang disebut sebagai hFE yang merupakan transistor arus maju gain dalam konfigurasi common emitter. Beta tidak memiliki unit karena ini merupakan rasio tetap dari dua arus, Ic dan Ib sehingga perubahan kecil pada arus Base akan menyebabkan perubahan besar pada arus Collector.
Satu poin terakhir tentang Beta. Transistor dengan tipe dan nomor bagian yang sama akan memiliki variasi besar dalam nilai Beta mereka misalnya, BC107 NPN Transistor bipolar memiliki arus DC gain. Nilai Beta antara 110 dan 450 (nilai lembar data) ini karena Beta merupakan karakteristik dari konstruksi transistor dan bukan operasinya.
Karena persimpangan (junction) Base/Emitter bias maju, tegangan Emitter, Ve akan menjadi satu penurunan tegangan junction yang berbeda dengan tegangan Base.
Jika tegangan melintasi resistor Emitter diketahui maka arus Emitter, yaitu dapat dengan mudah dihitung menggunakan Hukum Ohm. Arus Collector, Ic dapat diperkirakan, karena nilai ini hampir sama dengan arus Emitter.
Contoh Penguat (Amplifier) Common Emitter No.1
Sebuah rangkaian penguat (amplifier) common emitter memiliki resistansi beban, RL dari 1.2kΩ dan tegangan supply 12v. Hitung arus Collector maksimum ( Ic ) yang mengalir melalui resistor beban ketika transistor diaktifkan sepenuhnya "ON" (saturasi), asumsikan Vce = 0.Juga temukan nilai resistor Emitter, RE jika memiliki drop tegangan 1v di atasnya. Hitung nilai semua resistor rangkaian lainnya dengan asumsi sebuah transistor silikon NPN.
VCE = 0 (saturasi)
Kemudian drop tegangan melintasi transistor, Vce sama dengan tegangan supply, Vcc . Ini menetapkan titik "B" pada sumbu horizontal dari kurva karakteristik.
Secara umum, titik-Q diam dari penguat (amplifier) adalah dengan sinyal input nol diterapkan ke Base, sehingga Collector duduk sekitar setengah jalan sepanjang garis beban antara volt nol dan tegangan supply, ( Vcc / 2 ). Oleh karena itu, arus Collector pada titik-Q penguat (amplifier) akan diberikan sebagai:
Garis beban DC statis ini menghasilkan persamaan garis lurus yang kemiringannya diberikan sebagai: -1/(RL + RE) dan garis itu melintasi sumbu Ic vertikal pada titik yang sama dengan Vcc/(RL + RE). Posisi aktual titik-Q pada garis beban DC ditentukan oleh nilai rata-rata Ib.
Sebagai arus Collector, Ic dari transistor juga sama dengan gain DC dari transistor (Beta), kali arus Base (β*Ib), jika kita mengasumsikan nilai Beta ( β ) untuk transistor katakanlah 100, ( seratus adalah nilai rata-rata yang masuk akal untuk transistor sinyal daya rendah) arus base Ib mengalir ke transistor akan diberikan sebagai:
Alih-alih menggunakan supply Bias Base yang terpisah, biasanya untuk menyediakan Bias Tegangan dari rel catu utama (Vcc) melalui resistor menurun, R1. Resistor, R1 dan R2 sekarang dapat dipilih untuk memberikan arus Base diam yang sesuai dari 45.8μA atau 46μA dibulatkan ke bilangan bulat terdekat.
Arus yang mengalir melalui rangkaian pembagi potensial harus besar dibandingkan dengan arus base aktual, Ib, sehingga jaringan pembagi tegangan tidak dimuat oleh aliran arus basis.
Aturan umum adalah nilai minimal 10 kali Ib mengalir melalui resistor R2. Base Transistor/Tegangan emitter, Vbe diperbaiki pada 0,7V (transistor silikon) maka ini memberikan nilai R2 sebagai:
Jika arus yang mengalir melalui resistor R2 adalah 10 kali nilai arus base, maka arus yang mengalir melalui resistor R1 dalam jaringan pembagi harus 11 kali nilai arus basis. Yaitu: IR2 + Ib.
Dengan demikian tegangan melintasi resistor R1 sama dengan Vcc - 1.7v (VRE + 0.7 untuk transistor silikon) yang sama dengan 10.3V, oleh karena itu R1 dapat dihitung sebagai:
Nilai resistor Emitter, RE dapat dengan mudah dihitung menggunakan Hukum Ohm. Arus yang mengalir melalui RE adalah kombinasi dari arus base, Ib dan arus Collector, Ic dan diberikan sebagai:
IE = IC + IB + = 4.58mA + 45.8µA
Jadi, untuk contoh kita di atas, nilai yang disukai dari resistor yang dipilih untuk memberikan toleransi 5% (E24) adalah:
R1 = 20kΩ, R2 = 3.6kΩ, RL = 1.2kΩ, RE =220Ω
Rangkaian Common Emitter yang Jadi Selesai
Penguat (Amplifier) Kapasitor Kopling
Dalam rangkaian Penguat (Amplifier) Common Emitter, kapasitor C1 dan C2 digunakan sebagai Kapasitor Kopling untuk memisahkan sinyal AC dari tegangan biasing DC. Ini memastikan bahwa kondisi bias yang diatur agar rangkaian beroperasi dengan benar tidak terpengaruh oleh tahap amplifier tambahan, karena kapasitor hanya akan melewati sinyal AC dan memblokir komponen DC apa pun.Sinyal AC output kemudian ditumpangkan pada biasing dari tahapan berikut. Juga kapasitor bypass, CE termasuk dalam rangkaian kaki Emitter. Kapasitor ini secara efektif merupakan komponen rangkaian terbuka untuk kondisi biasing DC, yang berarti bahwa arus dan tegangan biasing tidak terpengaruh oleh penambahan kapasitor yang menjaga stabilitas titik-Q yang baik.
Namun, kapasitor bypass yang terhubung paralel ini secara efektif menjadi hubung singkat ke resistor Emitter pada sinyal frekuensi tinggi karena reaktansinya. Jadi hanya RL ditambah resistansi internal yang sangat kecil bertindak sebagai transistor beban meningkatkan gain tegangan secara maksimal.
Umumnya, nilai Kapasitor Bypass, CE dipilih untuk memberikan reaktansi paling banyak, 1/10 nilai RE pada frekuensi sinyal operasi terendah.
Kurva Karakteristik Output
Ok, sejauh ini bagus. Kita sekarang dapat membangun serangkaian kurva yang menunjukkan arus Collector, Ic terhadap tegangan Collector/Emitter, Vce dengan nilai arus Base yang berbeda, Ib untuk rangkaian penguat emitter sederhana yang umum.Kurva ini dikenal sebagai "Kurva Karakteristik Output" dan digunakan untuk menunjukkan bagaimana transistor akan beroperasi pada rentang dinamisnya. Sebuah garis beban statis atau DC ditarik ke kurva untuk beban resistor RL dari 1.2kΩ untuk menampilkan semua transistor poin mungkin operasi.
Ketika transistor dimatikan "OFF", Vce sama dengan tegangan supply Vcc dan ini adalah titik "B" di telepon. Demikian juga ketika transistor sepenuhnya “ON” dan jenuh arus Collector ditentukan oleh resistor beban, RL dan ini adalah titik “A” pada baris.
Kami menghitung sebelumnya dari gain DC dari transistor bahwa arus Base yang diperlukan untuk posisi rata-rata transistor adalah 45.8μA dan ini ditandai sebagai titik-Q pada garis beban yang mewakili titik diam atau titik Q dari penguat.
Kita bisa dengan mudah membuat pekerjaan mudah bagi diri kita sendiri dan membulatkan nilai ini menjadi 50μA dengan tepat, tanpa mempengaruhi titik operasi.
Rangkaian Kurva Karakteristik Output
Titik Q pada garis beban memberi kita titik-T arus base dari Ib = 45.8μA atau 46μA. Kita perlu menemukan ayunan puncak maksimum dan minimum dari arus Base yang akan menghasilkan perubahan proporsional terhadap arus Collector, Ic tanpa distorsi pada sinyal output.
Ketika garis beban memotong nilai arus Base yang berbeda pada kurva karakteristik DC, kita dapat menemukan ayunan puncak arus Base yang sama-sama berjarak di sepanjang garis beban. Nilai-nilai ini ditandai sebagai titik "N" dan "M" pada saluran, yang memberikan arus Base minimum dan maksimum masing-masing 20μA dan 80μA.
Titik-titik ini, "N" dan "M" dapat berada di mana saja di sepanjang garis beban yang kita pilih selama mereka sama-sama berjarak dari Q. Ini kemudian memberi kita sinyal input maksimum teoritis ke terminal Base dari 60μA puncak ke puncak, (30μA puncak) tanpa menghasilkan distorsi pada sinyal output.
Setiap sinyal input yang memberikan arus base lebih besar dari nilai ini akan mendorong transistor untuk melampaui titik "N" dan ke wilayah "cut-off" atau melampaui titik "M" dan ke wilayah Saturasi sehingga menghasilkan distorsi pada sinyal output dalam bentuk "kliping".
Dengan menggunakan titik "N" dan "M" sebagai contoh, nilai sesaat dari arus Collector dan nilai yang sesuai dari tegangan Collector-emitter dapat diproyeksikan dari garis beban. Dapat dilihat bahwa tegangan Collector-emitter berada dalam anti-fase (-180°) dengan arus Collector.
Ketika arus base Ib berubah dalam arah positif dari 50μA ke 80μA, tegangan Collector-Emitter, yang juga merupakan tegangan output menurun dari nilai steady-state-nya dari 5.8 volt menjadi 2.0 volt.
Kemudian Penguat (Amplifier) Common Emitter satu tahap juga merupakan "Penguat Pembalik/Inverting Amplifier" karena peningkatan tegangan Base menyebabkan penurunan Vout dan penurunan tegangan Base menghasilkan peningkatan Vout. Dengan kata lain sinyal output adalah 180° out-of-phase dengan sinyal input.
Gain Tegangan Common Emitter
Tegangan Gain dari penguat (amplifier) common-emitter adalah sama dengan rasio dari perubahan tegangan input dengan perubahan tegangan output penguat.Kemudian ΔVL adalah Vout dan ΔVB adalah Vin. Tetapi gain tegangan juga sama dengan rasio resistansi sinyal di Collector dengan resistansi sinyal di Emitter dan diberikan sebagai:
Kami sebutkan sebelumnya bahwa ketika frekuensi sinyal meningkatkan kapasitor bypass, CE mulai menyingkat resistor Emitter karena reaktansinya. Kemudian pada frekuensi tinggi RE = 0, membuat gain tidak terbatas.
Lembar data transistor memberi tahu kami bahwa untuk transistor bipolar sinyal kecil, resistansi internal ini adalah hasil 25mV ÷ Ie (25mV menjadi drop volt internal melintasi lapisan junction/persimpangan Emitter), maka untuk rangkaian penguat Emitter kami yang biasa di atas nilai resistansi ini akan sama untuk:
Resistansi kaki Emitter internal ini akan seri dengan resistor Emitter eksternal, RE, maka persamaan untuk gain aktual transistor akan dimodifikasi untuk memasukkan resistansi internal ini sehingga akan menjadi:
Pada sinyal frekuensi rendah, resistansi total pada kaki Emitter sama dengan RE + Re. Pada frekuensi tinggi, kapasitor bypass mengeluarkan resistor Emitter yang hanya menyisakan resistansi internal Re di kaki Emitter yang menghasilkan gain tinggi.
Kemudian untuk rangkaian penguat emitter bersama di atas, penguatan rangkaian pada frekuensi sinyal rendah dan tinggi diberikan sebagai:
Gain pada Frekuensi Rendah
Gain pada Frekuensi Tinggi
Satu titik terakhir, gain tegangan tergantung hanya pada nilai-nilai resistor Collector, RL dan resistor Emitter, ( RE + Re ) tidak terpengaruh oleh arus gain Beta, β ( hFE) dari transistor.
Jadi, untuk contoh sederhana kami di atas, kami sekarang dapat merangkum semua nilai yang telah kami hitung untuk rangkaian penguat (amplifier) Comon Emitter kami dan ini adalah:
Minimum
|
Rata-rata
|
Maksimum
| |
Arus Base
|
20μA
|
50μA
|
80μA
|
Arus Collector
|
2.0mA
|
4.8mA
|
7.7mA
|
Tegangan Output
|
2.0V
|
5.8V
|
9.3V
|
Penguat Gain
|
-5.32
|
-218
|
Ringkasan Penguat (Amplifier) Common Emitter
Kemudian untuk meringkas. Rangkaian (Penguat) Amplifier Common Emitter memiliki Resistor dalam rangkaian Collector-nya. Arus yang mengalir melalui resistor ini menghasilkan output tegangan dari penguat.Nilai dari resistor ini dipilih sehingga pada titik operasi diam penguat (amplifier), titik-Q tegangan output ini terletak setengah jalan di sepanjang garis beban transistor.
Base transistor yang digunakan dalam penguat (amplifier) common emitter bias menggunakan dua resistor sebagai jaringan pembagi potensial.
Pengaturan biasing ini biasanya dipakai dalam desain rangkaian penguat transistor bipolar dan bisa sangat mengurangi efek dari berbagai Beta, ( β ) dengan cara menahan bias Base pada tegangan agar tetap konstan. Jenis bias ini dapat menghasilkan stabilitas yang cukup besar.
Sebuah resistor dapat dimasukkan dalam leg Emitter dalam hal gain tegangan menjadi -RL/RE. Jika tidak ada resistansi Emitter eksternal, penguatan (amplifier) tegangan tidak terbatas karena resistansi internal sangat kecil, Re di kaki Emitter. Nilai resistansi internal ini sama dengan 25mV/IE.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat (Amplifier) dengan Transistor kita akan melihat Penguat Efek Persimpangan yang biasa disebut Penguat Amplifier JFET (Junction Field Effect Transistor).
Seperti halnya Transistor umumnya, transistor JFET digunakan dalam rangkaian penguat (amplifier) satu tahap sehingga lebih mudah dipahami.
Ada beberapa jenis transistor efek medan yang bisa kita gunakan, tetapi yang paling mudah dipahami adalah transistor efek medan persimpangan, atau JFET yang memiliki impedansi masukan sangat tinggi sehingga ideal untuk rangkaian penguat (amplifier).