Penguat Amplifier Kelas AB
Tahap output penguat amplifier Kelas AB menggabungkan keunggulan penguat Kelas A dan penguat Kelas B yang menghasilkan desain penguat yang lebih baik. Tujuan dari setiap penguat adalah untuk menghasilkan output yang mengikuti karakteristik sinyal input tetapi cukup besar untuk memasok kebutuhan beban yang terhubung dengannya.
Kita telah melihat bahwa output daya dari penguat atau amplifier adalah hasil dari tegangan dan arus, (P = V*I) diterapkan pada beban, sedangkan input daya adalah hasil dari tegangan DC dan arus yang diambil dari catu daya. Meskipun penguatan dari penguat Kelas A, (di mana transistor output berjalan 100% dari waktu) dapat menjadi tinggi, efisiensi konversi dari catu daya DC ke output daya AC umumnya buruk di kurang dari 50%.
Namun jika kita memodifikasi rangkaian penguat Kelas A untuk beroperasi dalam mode Kelas B, (di mana masing-masing transistor hanya melakukan 50% dari waktu) arus collector mengalir di setiap transistor untuk hanya 180° siklus. Keuntungannya di sini adalah bahwa efisiensi konversi DC ke AC jauh lebih tinggi sekitar 75%, tetapi konfigurasi Kelas B ini menghasilkan distorsi sinyal output yang tidak dapat diterima.
Salah satu cara untuk menghasilkan penguat dengan output efisiensi tinggi dari konfigurasi Kelas B bersama dengan distorsi rendah dari konfigurasi Kelas A adalah dengan membuat rangkaian penguat yang merupakan kombinasi dari dua kelas tersebut yang menghasilkan jenis baru rangkaian penguat yang disebut sebuah Penguat Amplifier Kelas AB. Kemudian tahap output penguat Kelas AB menggabungkan keunggulan penguat Kelas A dan penguat Kelas B sambil meminimalkan masalah efisiensi rendah dan distorsi yang terkait dengannya.
Seperti yang kami katakan di atas, Penguat Amplifier Kelas AB adalah kombinasi dari penguat Kelas A dan penguat Kelas B dimana untuk output daya yang kecil penguat beroperasi sebagai penguat kelas A tetapi berubah menjadi penguat kelas B untuk output arus yang lebih besar.
Tindakan ini dicapai dengan pra-biasing dua transistor pada tahap output penguat. Kemudian setiap transistor akan berjalan antara 180° dan 360° dari waktu tergantung pada jumlah arus output dan pra-biasing. Dengan demikian tahap penguat beroperasi sebagai penguat Kelas AB.
Pertama mari kita lihat perbandingan sinyal output untuk berbagai kelas operasi penguat atau amplifier.
Maka kelas penguat atau amplifier akan selalu didefinisikan sebagai berikut:
Penguat Kelas A: - Transistor output tunggal penguat berjalan selama 360° penuh dari siklus gelombang input.
Penguat Kelas B: - Penguat dua transistor output hanya berjalan satu-setengah, yaitu, 180° dari bentuk gelombang input.
Penguat Kelas AB: - Penguat dua transistor output berjalan di suatu tempat antara 180° dan 360° dari bentuk gelombang input.
Untuk operasi penguat Kelas A, titik-alih transistor titik-Q terletak dekat dengan pusat garis beban karakteristik output dari transistor dan di dalam wilayah linier. Hal ini memungkinkan transistor untuk berjalan 360° penuh sehingga sinyal output bervariasi selama siklus penuh sinyal input.
Kelebihan utama dari penguat Kelas A adalah bahwa sinyal output akan selalu menjadi reproduksi yang tepat dari sinyal input yang mengurangi distorsi. Namun itu juga tidak baik dari efisiensi yang buruk, karena untuk bias transistor di tengah garis beban harus selalu ada arus diam DC yang cocok mengalir melalui switching transistor bahkan jika tidak ada sinyal input untuk diperkuat.
Untuk operasi penguat Kelas B, dua transistor switching bebas digunakan dengan titik-Q (yaitu titik pembiasannya) dari masing-masing transistor yang terletak pada titik batasnya. Hal ini memungkinkan satu transistor untuk memperkuat sinyal lebih dari setengah dari bentuk gelombang input, sementara transistor lainnya memperkuat setengah lainnya.
Kedua belahan yang diperkuat ini kemudian digabungkan bersama pada beban untuk menghasilkan satu siklus bentuk gelombang penuh. Pasangan bebas transistor NPN - PNP ini juga dikenal sebagai konfigurasi push-pull.
Karena cut-off biasing, arus diam adalah nol ketika tidak ada sinyal input, oleh karena itu tidak ada daya yang dihamburkan atau terbuang ketika transistor berada dalam kondisi diam, meningkatkan efisiensi keseluruhan penguat Kelas B sehubungan dengan penguat Kelas A .
Namun, karena penguat Kelas B bias sehingga arus output mengalir melalui masing-masing transistor hanya untuk setengah dari siklus input, maka bentuk gelombang output bukanlah replika yang tepat dari bentuk gelombang input karena sinyal output terdistorsi. Distorsi ini terjadi pada setiap zero-crossing dari sinyal input yang menghasilkan apa yang umumnya disebut distorsi cross-over ketika dua transistor beralih "ON" di antara mereka.
Masalah distorsi ini dapat dengan mudah diatasi dengan menempatkan titik bias transistor sedikit di atas cut-off. Dengan membiasakan transistor sedikit di atas cut-off titik-nya tetapi jauh di bawah pusat titik-Q dari penguat kelas A, kita dapat membuat rangkaian penguat Kelas AB.
Kemudian tujuan dasar dari penguat Kelas AB adalah untuk mempertahankan konfigurasi dasar penguat Kelas B sekaligus meningkatkan linearitasnya dengan membiasakan setiap transistor switching sedikit di atas ambang batas.
Pengaturan biasing kecil ini memastikan bahwa kedua transistor berjalan secara bersamaan selama bagian yang sangat kecil dari gelombang input oleh lebih dari 50 persen dari siklus input, tetapi kurang dari 100 persen.
Pita mati 0.6 hingga 0.7 V (satu drop forward dioda) yang menghasilkan efek distorsi crossover pada penguat Kelas B sangat berkurang dengan penggunaan bias yang sesuai.
Pra-bias dari perangkat transistor dapat dicapai dalam sejumlah cara yang berbeda baik menggunakan tegangan prasetel, jaringan pembagi tegangan, atau dengan menggunakan rangkaian Dioda yang terhubung seri.
Di sini bias dari transistor dicapai dengan menggunakan tegangan bias tetap yang sesuai yang diterapkan base TR1 dan TR2 . Lalu ada daerah di mana kedua transistor sedang brejalam dan arus collector diam kecil mengalir melalui TR1 bergabung dengan arus collector diam kecil mengalir melalui TR2 dan ke dalam beban.
Ketika sinyal input beralih positif, tegangan di dasar TR1 meningkat menghasilkan output yang positif dari jumlah yang sama yang meningkatkan arus collector yang mengalir melalui TR1 sumber arus ke beban, RL.
Namun, karena tegangan antara dua base tetap dan konstan, setiap peningkatan konduksi TR1 akan menyebabkan penurunan yang sama dan berlawanan dalam konduksi TR2 selama setengah siklus positif.
Akibatnya, transistor TR2 akhirnya mati meninggalkan transistor forward bias, TR1 untuk memasok semua kenaikan arus ke beban. Demikian juga, untuk setengah negatif dari tegangan input terjadi kebalikannya. Yaitu, TR2 berjalan tenggelamnya arus beban sementara TR1 mati ketika sinyal input menjadi lebih negatif.
Kemudian kita dapat melihat bahwa ketika tegangan input, VIN adalah nol, kedua transistor sedikit berjalan karena bias tegangan mereka, tetapi karena tegangan input menjadi lebih positif atau negatif, salah satu dari dua transistor berjalan lebih banyak baik tenggelamnya sumber beban arus.
Karena peralihan di antara dua transistor terjadi hampir secara instan dan mulus, distorsi crossover yang memengaruhi konfigurasi Kelas B sangat berkurang. Namun, bias yang salah dapat menyebabkan lonjakan distorsi crossover yang tajam ketika dua transistor beralih.
Penggunaan tegangan bias tetap memungkinkan setiap transistor berjalan lebih dari setengah siklus input, (operasi Kelas AB). Namun, sangat tidak praktis untuk memiliki baterai ekstra dalam desain tahap output amplifier.
Salah satu cara yang sangat sederhana dan mudah untuk menghasilkan dua tegangan bias tetap untuk menetapkan titik-Q yang stabil di dekat cut-off transistor, adalah dengan menggunakan jaringan pembagi tegangan resistif.
Ketika arus melewati Resistor, penurunan tegangan dikembangkan melintasi resistor seperti yang didefinisikan oleh hukum Ohm. Jadi dengan menempatkan dua atau lebih resistor secara seri pada tegangan supply, kita dapat membuat jaringan pembagi tegangan yang menghasilkan satu set tegangan tetap pada nilai yang kita pilih.
Rangkaian dasar mirip dengan rangkaian bias tegangan di atas dalam transistor, TR1 dan TR2 berjalan selama setengah siklus berlawanan dari bentuk gelombang input. Yaitu, ketika VIN dalam positif, TR1 berjalan dan ketika VIN negatif, TR2 berjalan.
Keempat resistansi R1 ke R4 terhubung melintasi tegangan supply Vcc untuk menyediakan bias resistif yang diperlukan. Dua resistor, R1 dan R4 dipilih untuk mengatur titik-Q sedikit di atas cut-off dengan nilai yang benar dari VBE yang diatur pada sekitar 0,6V sehingga tegangan turun di jaringan resistif membawa base TR1 ke sekitar 0,6 V, dan TR2 sekitar –0.6V.
Kemudian penurunan tegangan total melintasi resistor bias R2 dan R3 adalah sekitar 1,2 volt, yang tepat di bawah nilai yang diperlukan untuk mengubah setiap transistor sepenuhnya.
Dengan membiaskan transistor tepat di atas cut-off, nilai arus collector diam, ICQ, harus nol. Juga, karena kedua transistor switching dihubungkan secara efektif secara seri pada supply, tegangan VCEQ di masing-masing transistor akan kira-kira setengah dari Vcc .
Sementara bias resistif dari penguat Kelas AB bekerja secara teori, arus collector transistor sangat sensitif terhadap perubahan tegangan bias basisnya, VBE. Juga, titik potong dari dua transistor pelengkap mungkin tidak sama, sehingga menemukan kombinasi resistor yang benar dalam jaringan pembagi tegangan mungkin menyusahkan.
Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menggunakan Resistor yang dapat disetel untuk mengatur titik-Q yang benar seperti yang ditunjukkan.
Sebuah resistor yang dapat disesuaikan, atau potensiometer dapat digunakan untuk membiaskan kedua transistor ke ambang konduksi. Kemudian transistor TR1 dan TR2 bias melalui RB1 -VR1-RB2 sehingga outputnya seimbang dan nol arus diam mengalir ke beban.
Sinyal input yang diterapkan melalui kapasitor C1 dan C2 ditumpangkan ke tegangan bias dan diterapkan ke base kedua transistor. Perhatikan bahwa kedua sinyal yang diterapkan pada setiap base memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama seperti yang berasal dari VIN.
Kelebihan dari pengaturan bias yang dapat disesuaikan ini adalah bahwa rangkaian penguat dasar tidak memerlukan penggunaan transistor bebas dengan karakteristik listrik yang sangat cocok atau dan rasio resistor yang tepat dalam jaringan pembagi tegangan karena potensiometer dapat disesuaikan untuk mengkompensasi.
Karena resistor adalah perangkat pasif yang mengubah daya listrik menjadi panas karena peringkat dayanya, bias resistif dari penguat Kelas AB, baik yang diperbaiki maupun yang dapat disesuaikan, bisa sangat sensitif terhadap perubahan suhu.
Setiap perubahan kecil dalam suhu operasi dari resistor bias (atau transistor) dapat mempengaruhi nilai mereka menghasilkan perubahan yang tidak diinginkan dalam arus collector diam dari masing-masing transistor. Salah satu cara untuk mengatasi masalah terkait suhu ini adalah mengganti resistor dengan dioda menggunakan bioda dioda.
Sementara penggunaan resistor bias mungkin tidak menyelesaikan masalah suhu, salah satu cara untuk mengkompensasi variasi terkait suhu dalam tegangan base-emitter, ( VBE ) adalah dengan menggunakan sepasang dioda bias forward normal dalam pengaturan bias penguat seperti yang ditunjukkan .
Arus konstan kecil mengalir melalui rangkaian seri R1-D1-D2-R2, menghasilkan penurunan tegangan yang simetris di kedua sisi input. Tanpa tegangan input sinyal diterapkan, titik antara kedua dioda adalah nol volt.
Ketika arus mengalir melalui rantai, ada penurunan tegangan forward bias sekitar 0.7 V melintasi dioda yang diterapkan pada sambungan base-emitter dari transistor switching. Oleh karena itu drop tegangan melintasi dioda, bias base transistor TR1 menjadi sekitar 0.7 volt, dan base transistor TR2 menjadi sekitar -0.7 volt. Dengan demikian kedua dioda silikon memberikan penurunan tegangan konstan sekitar 1.4 volt antara dua base yang membiaskannya di atas cut-off.
Ketika suhu rangkaian naik, begitu juga dengan dioda karena mereka berada di sebelah transistor. Tegangan melintasi Persimpangan Dioda PN Junction dengan demikian berkurang mengalihkan beberapa arus base transistor menstabilkan arus collector transistor.
Kita telah melihat bahwa output daya dari penguat atau amplifier adalah hasil dari tegangan dan arus, (P = V*I) diterapkan pada beban, sedangkan input daya adalah hasil dari tegangan DC dan arus yang diambil dari catu daya. Meskipun penguatan dari penguat Kelas A, (di mana transistor output berjalan 100% dari waktu) dapat menjadi tinggi, efisiensi konversi dari catu daya DC ke output daya AC umumnya buruk di kurang dari 50%.
Namun jika kita memodifikasi rangkaian penguat Kelas A untuk beroperasi dalam mode Kelas B, (di mana masing-masing transistor hanya melakukan 50% dari waktu) arus collector mengalir di setiap transistor untuk hanya 180° siklus. Keuntungannya di sini adalah bahwa efisiensi konversi DC ke AC jauh lebih tinggi sekitar 75%, tetapi konfigurasi Kelas B ini menghasilkan distorsi sinyal output yang tidak dapat diterima.
Salah satu cara untuk menghasilkan penguat dengan output efisiensi tinggi dari konfigurasi Kelas B bersama dengan distorsi rendah dari konfigurasi Kelas A adalah dengan membuat rangkaian penguat yang merupakan kombinasi dari dua kelas tersebut yang menghasilkan jenis baru rangkaian penguat yang disebut sebuah Penguat Amplifier Kelas AB. Kemudian tahap output penguat Kelas AB menggabungkan keunggulan penguat Kelas A dan penguat Kelas B sambil meminimalkan masalah efisiensi rendah dan distorsi yang terkait dengannya.
Seperti yang kami katakan di atas, Penguat Amplifier Kelas AB adalah kombinasi dari penguat Kelas A dan penguat Kelas B dimana untuk output daya yang kecil penguat beroperasi sebagai penguat kelas A tetapi berubah menjadi penguat kelas B untuk output arus yang lebih besar.
Tindakan ini dicapai dengan pra-biasing dua transistor pada tahap output penguat. Kemudian setiap transistor akan berjalan antara 180° dan 360° dari waktu tergantung pada jumlah arus output dan pra-biasing. Dengan demikian tahap penguat beroperasi sebagai penguat Kelas AB.
Pertama mari kita lihat perbandingan sinyal output untuk berbagai kelas operasi penguat atau amplifier.
Perbandingan Kelas Penguat yang Berbeda
Maka kelas penguat atau amplifier akan selalu didefinisikan sebagai berikut:
Penguat Kelas A: - Transistor output tunggal penguat berjalan selama 360° penuh dari siklus gelombang input.
Penguat Kelas B: - Penguat dua transistor output hanya berjalan satu-setengah, yaitu, 180° dari bentuk gelombang input.
Penguat Kelas AB: - Penguat dua transistor output berjalan di suatu tempat antara 180° dan 360° dari bentuk gelombang input.
Operasi Penguat Kelas A
Untuk operasi penguat Kelas A, titik-alih transistor titik-Q terletak dekat dengan pusat garis beban karakteristik output dari transistor dan di dalam wilayah linier. Hal ini memungkinkan transistor untuk berjalan 360° penuh sehingga sinyal output bervariasi selama siklus penuh sinyal input.
Kelebihan utama dari penguat Kelas A adalah bahwa sinyal output akan selalu menjadi reproduksi yang tepat dari sinyal input yang mengurangi distorsi. Namun itu juga tidak baik dari efisiensi yang buruk, karena untuk bias transistor di tengah garis beban harus selalu ada arus diam DC yang cocok mengalir melalui switching transistor bahkan jika tidak ada sinyal input untuk diperkuat.
Operasi Penguat Kelas B
Untuk operasi penguat Kelas B, dua transistor switching bebas digunakan dengan titik-Q (yaitu titik pembiasannya) dari masing-masing transistor yang terletak pada titik batasnya. Hal ini memungkinkan satu transistor untuk memperkuat sinyal lebih dari setengah dari bentuk gelombang input, sementara transistor lainnya memperkuat setengah lainnya.
Kedua belahan yang diperkuat ini kemudian digabungkan bersama pada beban untuk menghasilkan satu siklus bentuk gelombang penuh. Pasangan bebas transistor NPN - PNP ini juga dikenal sebagai konfigurasi push-pull.
Karena cut-off biasing, arus diam adalah nol ketika tidak ada sinyal input, oleh karena itu tidak ada daya yang dihamburkan atau terbuang ketika transistor berada dalam kondisi diam, meningkatkan efisiensi keseluruhan penguat Kelas B sehubungan dengan penguat Kelas A .
Namun, karena penguat Kelas B bias sehingga arus output mengalir melalui masing-masing transistor hanya untuk setengah dari siklus input, maka bentuk gelombang output bukanlah replika yang tepat dari bentuk gelombang input karena sinyal output terdistorsi. Distorsi ini terjadi pada setiap zero-crossing dari sinyal input yang menghasilkan apa yang umumnya disebut distorsi cross-over ketika dua transistor beralih "ON" di antara mereka.
Masalah distorsi ini dapat dengan mudah diatasi dengan menempatkan titik bias transistor sedikit di atas cut-off. Dengan membiasakan transistor sedikit di atas cut-off titik-nya tetapi jauh di bawah pusat titik-Q dari penguat kelas A, kita dapat membuat rangkaian penguat Kelas AB.
Kemudian tujuan dasar dari penguat Kelas AB adalah untuk mempertahankan konfigurasi dasar penguat Kelas B sekaligus meningkatkan linearitasnya dengan membiasakan setiap transistor switching sedikit di atas ambang batas.
Bias Penguat Amplifier Kelas AB
Jadi bagaimana kita melakukan ini. Sebuah penguat Kelas AB dapat dibuat dari tahap push-pull Kelas B standar dengan membiaskan kedua transistor switching menjadi sedikit konduksi, bahkan ketika tidak ada sinyal input.Pengaturan biasing kecil ini memastikan bahwa kedua transistor berjalan secara bersamaan selama bagian yang sangat kecil dari gelombang input oleh lebih dari 50 persen dari siklus input, tetapi kurang dari 100 persen.
Pita mati 0.6 hingga 0.7 V (satu drop forward dioda) yang menghasilkan efek distorsi crossover pada penguat Kelas B sangat berkurang dengan penggunaan bias yang sesuai.
Pra-bias dari perangkat transistor dapat dicapai dalam sejumlah cara yang berbeda baik menggunakan tegangan prasetel, jaringan pembagi tegangan, atau dengan menggunakan rangkaian Dioda yang terhubung seri.
Tegangan Bias Penguat Kelas AB
Di sini bias dari transistor dicapai dengan menggunakan tegangan bias tetap yang sesuai yang diterapkan base TR1 dan TR2 . Lalu ada daerah di mana kedua transistor sedang brejalam dan arus collector diam kecil mengalir melalui TR1 bergabung dengan arus collector diam kecil mengalir melalui TR2 dan ke dalam beban.
Ketika sinyal input beralih positif, tegangan di dasar TR1 meningkat menghasilkan output yang positif dari jumlah yang sama yang meningkatkan arus collector yang mengalir melalui TR1 sumber arus ke beban, RL.
Namun, karena tegangan antara dua base tetap dan konstan, setiap peningkatan konduksi TR1 akan menyebabkan penurunan yang sama dan berlawanan dalam konduksi TR2 selama setengah siklus positif.
Akibatnya, transistor TR2 akhirnya mati meninggalkan transistor forward bias, TR1 untuk memasok semua kenaikan arus ke beban. Demikian juga, untuk setengah negatif dari tegangan input terjadi kebalikannya. Yaitu, TR2 berjalan tenggelamnya arus beban sementara TR1 mati ketika sinyal input menjadi lebih negatif.
Kemudian kita dapat melihat bahwa ketika tegangan input, VIN adalah nol, kedua transistor sedikit berjalan karena bias tegangan mereka, tetapi karena tegangan input menjadi lebih positif atau negatif, salah satu dari dua transistor berjalan lebih banyak baik tenggelamnya sumber beban arus.
Karena peralihan di antara dua transistor terjadi hampir secara instan dan mulus, distorsi crossover yang memengaruhi konfigurasi Kelas B sangat berkurang. Namun, bias yang salah dapat menyebabkan lonjakan distorsi crossover yang tajam ketika dua transistor beralih.
Penggunaan tegangan bias tetap memungkinkan setiap transistor berjalan lebih dari setengah siklus input, (operasi Kelas AB). Namun, sangat tidak praktis untuk memiliki baterai ekstra dalam desain tahap output amplifier.
Salah satu cara yang sangat sederhana dan mudah untuk menghasilkan dua tegangan bias tetap untuk menetapkan titik-Q yang stabil di dekat cut-off transistor, adalah dengan menggunakan jaringan pembagi tegangan resistif.
Resistor Bias Penguat Kelas AB
Ketika arus melewati Resistor, penurunan tegangan dikembangkan melintasi resistor seperti yang didefinisikan oleh hukum Ohm. Jadi dengan menempatkan dua atau lebih resistor secara seri pada tegangan supply, kita dapat membuat jaringan pembagi tegangan yang menghasilkan satu set tegangan tetap pada nilai yang kita pilih.
Rangkaian dasar mirip dengan rangkaian bias tegangan di atas dalam transistor, TR1 dan TR2 berjalan selama setengah siklus berlawanan dari bentuk gelombang input. Yaitu, ketika VIN dalam positif, TR1 berjalan dan ketika VIN negatif, TR2 berjalan.
Keempat resistansi R1 ke R4 terhubung melintasi tegangan supply Vcc untuk menyediakan bias resistif yang diperlukan. Dua resistor, R1 dan R4 dipilih untuk mengatur titik-Q sedikit di atas cut-off dengan nilai yang benar dari VBE yang diatur pada sekitar 0,6V sehingga tegangan turun di jaringan resistif membawa base TR1 ke sekitar 0,6 V, dan TR2 sekitar –0.6V.
Kemudian penurunan tegangan total melintasi resistor bias R2 dan R3 adalah sekitar 1,2 volt, yang tepat di bawah nilai yang diperlukan untuk mengubah setiap transistor sepenuhnya.
Dengan membiaskan transistor tepat di atas cut-off, nilai arus collector diam, ICQ, harus nol. Juga, karena kedua transistor switching dihubungkan secara efektif secara seri pada supply, tegangan VCEQ di masing-masing transistor akan kira-kira setengah dari Vcc .
Sementara bias resistif dari penguat Kelas AB bekerja secara teori, arus collector transistor sangat sensitif terhadap perubahan tegangan bias basisnya, VBE. Juga, titik potong dari dua transistor pelengkap mungkin tidak sama, sehingga menemukan kombinasi resistor yang benar dalam jaringan pembagi tegangan mungkin menyusahkan.
Salah satu cara untuk mengatasinya adalah dengan menggunakan Resistor yang dapat disetel untuk mengatur titik-Q yang benar seperti yang ditunjukkan.
Bias Penguat (Amplifier) yang Dapat Disesuaikan
Sebuah resistor yang dapat disesuaikan, atau potensiometer dapat digunakan untuk membiaskan kedua transistor ke ambang konduksi. Kemudian transistor TR1 dan TR2 bias melalui RB1 -VR1-RB2 sehingga outputnya seimbang dan nol arus diam mengalir ke beban.
Sinyal input yang diterapkan melalui kapasitor C1 dan C2 ditumpangkan ke tegangan bias dan diterapkan ke base kedua transistor. Perhatikan bahwa kedua sinyal yang diterapkan pada setiap base memiliki frekuensi dan amplitudo yang sama seperti yang berasal dari VIN.
Kelebihan dari pengaturan bias yang dapat disesuaikan ini adalah bahwa rangkaian penguat dasar tidak memerlukan penggunaan transistor bebas dengan karakteristik listrik yang sangat cocok atau dan rasio resistor yang tepat dalam jaringan pembagi tegangan karena potensiometer dapat disesuaikan untuk mengkompensasi.
Karena resistor adalah perangkat pasif yang mengubah daya listrik menjadi panas karena peringkat dayanya, bias resistif dari penguat Kelas AB, baik yang diperbaiki maupun yang dapat disesuaikan, bisa sangat sensitif terhadap perubahan suhu.
Setiap perubahan kecil dalam suhu operasi dari resistor bias (atau transistor) dapat mempengaruhi nilai mereka menghasilkan perubahan yang tidak diinginkan dalam arus collector diam dari masing-masing transistor. Salah satu cara untuk mengatasi masalah terkait suhu ini adalah mengganti resistor dengan dioda menggunakan bioda dioda.
Dioda Bias Penguat Kelas AB
Sementara penggunaan resistor bias mungkin tidak menyelesaikan masalah suhu, salah satu cara untuk mengkompensasi variasi terkait suhu dalam tegangan base-emitter, ( VBE ) adalah dengan menggunakan sepasang dioda bias forward normal dalam pengaturan bias penguat seperti yang ditunjukkan .
Arus konstan kecil mengalir melalui rangkaian seri R1-D1-D2-R2, menghasilkan penurunan tegangan yang simetris di kedua sisi input. Tanpa tegangan input sinyal diterapkan, titik antara kedua dioda adalah nol volt.
Ketika arus mengalir melalui rantai, ada penurunan tegangan forward bias sekitar 0.7 V melintasi dioda yang diterapkan pada sambungan base-emitter dari transistor switching. Oleh karena itu drop tegangan melintasi dioda, bias base transistor TR1 menjadi sekitar 0.7 volt, dan base transistor TR2 menjadi sekitar -0.7 volt. Dengan demikian kedua dioda silikon memberikan penurunan tegangan konstan sekitar 1.4 volt antara dua base yang membiaskannya di atas cut-off.
Ketika suhu rangkaian naik, begitu juga dengan dioda karena mereka berada di sebelah transistor. Tegangan melintasi Persimpangan Dioda PN Junction dengan demikian berkurang mengalihkan beberapa arus base transistor menstabilkan arus collector transistor.
Jika karakteristik kelistrikan dari dioda sangat cocok dengan yang dari persimpangan base-emitter transistor, arus yang mengalir di dioda dan arus dalam transistor akan sama menciptakan apa yang disebut cermin arus. Efek cermin arus mengkompensasi variasi suhu yang menghasilkan operasi Kelas AB yang diperlukan sehingga menghilangkan segala distorsi crossover.
Dalam praktiknya, bias dioda mudah dilakukan dalam rangkaian penguat terintegrasi modern saat ini karena dioda dan switching transistor dibuat pada chip yang sama, seperti pada IC power amplifier audio LM386 yang populer. Ini berarti bahwa keduanya memiliki kurva karakteristik yang identik pada perubahan suhu yang luas yang memberikan stabilisasi panas dari arus diam.
Bias tahap output penguat Kelas AB umumnya disesuaikan agar sesuai dengan aplikasi penguat atau amplifier tertentu. Arus diam penguat disesuaikan ke nol untuk meminimalkan konsumsi daya, seperti dalam operasi penguat Kelas B, atau disesuaikan untuk arus diam sangat kecil untuk mengalir yang meminimalkan distorsi crossover menghasilkan operasi penguat Kelas AB yang sebenarnya.
Dalam contoh bias penguat Kelas AB di atas, sinyal input disambungkan langsung ke base Transistor switching dengan menggunakan Kapasitor. Tetapi kita dapat meningkatkan tingkat output dari penguat Kelas AB sedikit lebih banyak dengan penambahan tahap driver common-emitter sederhana seperti yang ditunjukkan.
Tahap Driver Penguat Kelas AB
Transistor TR3 bertindak sebagai sumber arus yang mengatur arus bias DC yang diperlukan mengalir melalui dioda. Ini menetapkan tegangan output diam sebagai Vcc/2.
Ketika sinyal input menggerakkan basis TR3, ia bertindak sebagai tahap penguat yang menggerakkan base TR1 dan TR2 dengan bagian positif dari siklus input yang menggerakkan TR1 sementara TR2 mati dan separuh negatif dari siklus input yang menggerakkan TR2 sementara TR1 adalah off, sama seperti sebelumnya.
Ketika sinyal input menggerakkan basis TR3, ia bertindak sebagai tahap penguat yang menggerakkan base TR1 dan TR2 dengan bagian positif dari siklus input yang menggerakkan TR1 sementara TR2 mati dan separuh negatif dari siklus input yang menggerakkan TR2 sementara TR1 adalah off, sama seperti sebelumnya.
Seperti kebanyakan rangkaian elektronik, ada banyak cara berbeda untuk mendesain tahap output power amplifier karena banyak variasi dan modifikasi dapat dilakukan pada rangkaian output amplifier dasar.
Tugas penguat daya (power amplifier) adalah memberikan tingkat daya output yang cukup besar (baik arus maupun tegangan) ke beban yang terhubung dengan tingkat efisiensi yang wajar. Ini dapat dicapai dengan mengoperasikan transistor di salah satu dari dua mode operasi dasar, penguat Kelas A atau penguat Kelas B.
Tugas penguat daya (power amplifier) adalah memberikan tingkat daya output yang cukup besar (baik arus maupun tegangan) ke beban yang terhubung dengan tingkat efisiensi yang wajar. Ini dapat dicapai dengan mengoperasikan transistor di salah satu dari dua mode operasi dasar, penguat Kelas A atau penguat Kelas B.
Salah satu cara mengoperasikan penguat (amplifier) dengan tingkat efisiensi yang wajar adalah dengan menggunakan tahap output penguat Kelas B simetris berdasarkan pada transistor NPN dan transistor PNP komplementer.
Dengan tingkat penyimpangan maju yang sesuai, kemungkinan untuk mengurangi distorsi crossover sebagai akibat dari kedua transistor terputus untuk periode singkat setiap siklus, dan seperti yang telah kita lihat di atas, rangkaian seperti itu dikenal sebagai Penguat Kelas AB.
Dengan tingkat penyimpangan maju yang sesuai, kemungkinan untuk mengurangi distorsi crossover sebagai akibat dari kedua transistor terputus untuk periode singkat setiap siklus, dan seperti yang telah kita lihat di atas, rangkaian seperti itu dikenal sebagai Penguat Kelas AB.
Kemudian menyatukan semuanya, kita sekarang dapat merancang rangkaian power amplifier Kelas AB sederhana seperti yang ditunjukkan, menghasilkan sekitar satu watt menjadi 16 ohm dengan respons frekuensi sekitar 20Hz hingga 20kHz.
Rangkaian Power Amplifier Penguat Kelas AB
Ringkasan Penguat Kelas AB
Kita telah melihat di sini bahwa penguat Kelas AB bias sehingga arus output mengalir kurang dari satu siklus penuh dari gelombang input tetapi lebih dari setengah siklus.
Implementasi penguat Kelas AB sangat mirip dengan konfigurasi penguat Kelas B standar karena menggunakan dua transistor switching sebagai bagian dari tahap output komplementer dengan masing-masing transistor berjalan setengah siklus berlawanan dari bentuk gelombang input sebelum digabungkan pada beban.
Implementasi penguat Kelas AB sangat mirip dengan konfigurasi penguat Kelas B standar karena menggunakan dua transistor switching sebagai bagian dari tahap output komplementer dengan masing-masing transistor berjalan setengah siklus berlawanan dari bentuk gelombang input sebelum digabungkan pada beban.
Jadi dengan memungkinkan kedua transistor switching untuk berjalan arus pada waktu yang sama untuk periode yang sangat singkat, bentuk gelombang output selama periode crossover nol dapat secara substansial dihaluskan mengurangi distorsi crossover yang terkait dengan desain penguat Kelas B. Maka sudut konduksi lebih besar dari 180° tetapi jauh lebih kecil dari 360°.
Kita juga telah melihat bahwa konfigurasi penguat Kelas AB lebih efisien daripada penguat Kelas A tetapi sedikit kurang efisien daripada penguat Kelas B karena arus diam kecil yang diperlukan untuk membiaskan transistor tepat di atas cut-off. Namun, penggunaan bias yang salah dapat menyebabkan lonjakan distorsi crossover menghasilkan kondisi yang lebih buruk.
Karena itu, penguat Kelas AB adalah salah satu desain penguat daya (power amplifier) audio yang paling disukai karena kombinasi efisiensi yang cukup baik dan output berkualitas tinggi karena mereka memiliki distorsi crossover yang rendah dan linearitas yang tinggi mirip dengan desain penguat Kelas A.