Penguat (Amplifier) Kelas B - Push Pull
Penguat Kelas-B menggunakan dua atau lebih transistor yang bias sedemikian rupa sehingga setiap transistor hanya berjalan selama satu setengah siklus dari gelombang input.
Untuk meningkatkan efisiensi daya penuh dari penguat (amplifier) Kelas A sebelumnya dengan mengurangi daya yang terbuang dalam bentuk panas, dimungkinkan untuk merancang rangkaian power amplifier (penguat daya) dengan dua transistor dalam tahap outputnya yang menghasilkan apa yang biasa disebut sebagai penguat Kelas B yang juga dikenal sebagai konfigurasi Amplifier Push-pull.
Penguat (Amplifier) Push-pull menggunakan dua transistor "komplementer" atau pencocokan, menjadi tipe transistor NPN dan lainnya menjadi tipe transistor PNP dengan kedua transistor daya menerima sinyal input yang sama secara bersamaan yang besarnya sama, tetapi dalam fase berlawanan satu sama lain.
Ini menghasilkan satu transistor yang hanya memperkuat setengah atau 180° dari siklus bentuk gelombang input sedangkan transistor lainnya memperkuat setengah lainnya atau sisa 180° dari siklus bentuk gelombang input dengan hasil “dua bagian” disatukan kembali pada output terminal.
Maka sudut konduksi untuk jenis rangkaian penguat hanya 180° atau 50% dari sinyal input. Efek mendorong dan menarik dari setengah siklus bolak-balik oleh transistor membuat jenis rangkaian ini dinamakan "push-pull" yang lucu, tetapi lebih dikenal sebagai Penguat Kelas B seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Rangkaian di atas menunjukkan Rangkaian Penguat Kelas B standar yang menggunakan Transformator Center-Tap (disadap-tengah) yang seimbang, yang membagi sinyal gelombang yang masuk menjadi dua bagian yang sama dan yang 180° keluar fasa satu sama lain.
Trafo CT lain pada output digunakan untuk menggabungkan kembali kedua sinyal yang memberikan daya yang meningkat untuk beban.
Transistor yang digunakan untuk jenis rangkaian penguat trafo push-pull ini adalah transistor NPN dengan terminal emitter-nya terhubung bersama. Di sini, arus beban dibagi antara dua perangkat transistor daya karena berkurang dalam satu perangkat dan meningkat di perangkat lain sepanjang siklus sinyal mengurangi tegangan output dan arus ke nol.
Hasilnya adalah bahwa kedua bagian gelombang output sekarang berayun dari nol menjadi dua kali arus diam sehingga mengurangi disipasi. Ini memiliki efek hampir dua kali lipat efisiensi penguat menjadi sekitar 70%. Dengan asumsi bahwa tidak ada sinyal input, maka masing-masing transistor membawa arus collector diam normal, nilai yang ditentukan oleh bias base yang berada pada titik cut-off.
Jika trafo tepat center-tapped, maka dua arus collector akan mengalir dalam arah yang berlawanan (kondisi ideal) dan tidak akan ada magnetisasi inti trafo, sehingga meminimalkan kemungkinan distorsi.
Ketika sinyal input hadir di sekunder trafo driver T1, input base transistor berada dalam "anti-fase" satu sama lain seperti yang ditunjukkan, sehingga jika base TR1 berjalan positif mendorong transistor ke konduksi berat, arus collector-nya akan meningkat tetapi pada saat yang sama arus base TR2 akan menjadi negatif lebih lanjut ke cut-off dan arus collector dari transistor ini berkurang dengan jumlah yang sama dan sebaliknya. Oleh karena itu separuh negatif diperkuat oleh satu transistor dan separuh positif oleh transistor lain memberikan efek push-pull ini.
Berbeda dengan kondisi DC, arus bolak-balik ini ADDITIVE menghasilkan dua siklus setengah output yang dikombinasikan untuk membentuk kembali gelombang sinus pada belitan primer trafo output yang kemudian muncul melintasi beban.
Operasi Penguat Kelas B tidak memiliki bias DC karena transistor bias pada cut-off, sehingga setiap transistor hanya melakukan ketika sinyal input lebih besar dari tegangan Base-emitter. Oleh karena itu, pada input nol ada output nol dan tidak ada daya yang dikonsumsi. Ini kemudian berarti bahwa titik-Q sebenarnya dari penguat Kelas B adalah pada bagian Vce dari garis beban seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Penguat Kelas B memiliki kelebihan besar atas penguat Kelas A mereka sepupu penguat bahwa tidak ada arus mengalir melalui transistor ketika mereka berada dalam keadaan diam mereka (yaitu, dengan tidak ada sinyal input).
Karena itu tidak ada daya didisipasikan dalam transistor output atau trafo saat tidak ada sinyal yang ada, tidak seperti tahap penguat Kelas A yang membutuhkan bias base signifikan sehingga menghilangkan banyak panas - bahkan tanpa sinyal input.
Jadi efisiensi konversi keseluruhan ( η ) dari penguat lebih besar daripada Kelas ekuivalen dengan efisiensi mencapai setinggi 70% memungkinkan hampir semua jenis penguat push-pull modern yang dioperasikan dalam mode penguat Kelas B ini.
Namun, ada jenis lain dari penguat Kelas B yang disebut Penguat Kelas B Simetri-Komplementer yang tidak menggunakan transformator dalam desainnya, karena itu, tanpa-transformator menggunakan pasangan transistor daya yang saling melengkapi atau cocok.
Karena transformator tidak diperlukan, ini membuat rangkaian penguat jauh lebih kecil untuk jumlah output yang sama, juga tidak ada efek magnetis yang menyimpang atau distorsi transformator untuk mempengaruhi kualitas sinyal output. Contoh dari rangkaian penguat Kelas B “tanpa-trafo” diberikan di bawah ini.
Rangkaian penguat Kelas B di atas menggunakan transistor bebas untuk setiap setengah dari bentuk gelombang dan sementara penguat Kelas B memiliki gain yang jauh lebih tinggi daripada tipe Kelas A, salah satu kelemahan utama dari penguat push-pull tipe B adalah bahwa mereka menderita Efek yang dikenal sebagai Distorsi Crossover.
Mudah-mudahan kita ingat dari tutorial kami tentang Transistor bahwa dibutuhkan sekitar 0.7 volt (diukur dari base ke emitter) untuk mendapatkan transistor bipolar untuk mulai melakukan. Dalam penguat kelas B murni, transistor output tidak "pra-bias" ke keadaan "ON" operasi.
Ini berarti bahwa bagian dari bentuk gelombang output yang turun di bawah jendela 0.7 volt ini tidak akan direproduksi secara akurat karena transisi antara dua transistor (ketika mereka beralih dari satu transistor ke yang lain), transistor tidak berhenti atau mulai melakukan tepatnya pada titik nol crossover bahkan jika mereka pasangan yang cocok secara khusus.
Transistor output untuk setiap setengah dari bentuk gelombang (positif dan negatif) masing-masing akan memiliki area 0.7 volt di mana mereka tidak melakukan. Hasilnya adalah kedua transistor dimatikan "OFF" pada waktu yang bersamaan.
Cara sederhana untuk menghilangkan distorsi crossover pada penguat Kelas B adalah dengan menambahkan dua sumber tegangan kecil ke rangkaian untuk membiaskan kedua transistor pada titik yang sedikit di atas titik batasnya.
Ini kemudian akan memberi kita apa yang biasa disebut rangkaian Penguat Kelas AB. Namun, tidak praktis untuk menambahkan sumber tegangan tambahan ke rangkaian penguat sehingga PN-junction digunakan untuk memberikan bias tambahan dalam bentuk silikon dioda.
Tegangan bias yang diterapkan pada transistor sekarang akan sama dengan penurunan tegangan maju dari dioda ini. Kedua Dioda ini umumnya disebut Dioda Pembiasan atau Dioda Kompensasi dan dipilih agar sesuai dengan karakteristik transistor yang cocok. Rangkaian di bawah ini menunjukkan bias dioda.
Rangkaian Penguat Kelas AB adalah gabungan antara penguat Kelas A dan konfigurasi penguat Kelas B. Tegangan biasing dioda yang sangat kecil ini menyebabkan kedua transistor sedikit berjalan bahkan ketika tidak ada sinyal input. Bentuk gelombang sinyal input akan menyebabkan transistor beroperasi secara normal di daerah aktifnya sehingga menghilangkan distorsi crossover yang ada dalam desain penguat Kelas B murni.
Arus collector kecil akan mengalir ketika tidak ada sinyal input tetapi jauh lebih sedikit dari itu untuk konfigurasi penguat Kelas A. Ini berarti bahwa transistor akan "AKTIF" selama lebih dari setengah siklus bentuk gelombang tetapi jauh lebih kecil dari siklus penuh yang memberikan sudut konduksi antara 180° hingga 360° atau 50% hingga 100% dari sinyal input tergantung pada jumlah biasing tambahan yang digunakan.
Jumlah tegangan bias dioda yang ada di terminal base transistor dapat ditingkatkan dalam beberapa kali dengan menambahkan dioda tambahan secara seri.
Penguat Kelas B lebih disukai daripada desain Kelas A untuk penerapan aplikasi daya tinggi seperti penguat daya audio dan sistem PA.
Seperti rangkaian penguat kelas-A, salah satu cara untuk sangat meningkatkan gain arus ( Ai ) dari penguat push-pull Kelas B adalah dengan menggunakan pasangan transistor Darlington alih-alih transistor tunggal dalam rangkaian outputnya.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat (Amplifier), kita akan melihat lebih dekat pada efek Distorsi Crossover di rangkaian Penguat Kelas B dan cara-cara untuk mengurangi efeknya.
Untuk meningkatkan efisiensi daya penuh dari penguat (amplifier) Kelas A sebelumnya dengan mengurangi daya yang terbuang dalam bentuk panas, dimungkinkan untuk merancang rangkaian power amplifier (penguat daya) dengan dua transistor dalam tahap outputnya yang menghasilkan apa yang biasa disebut sebagai penguat Kelas B yang juga dikenal sebagai konfigurasi Amplifier Push-pull.
Penguat (Amplifier) Push-pull menggunakan dua transistor "komplementer" atau pencocokan, menjadi tipe transistor NPN dan lainnya menjadi tipe transistor PNP dengan kedua transistor daya menerima sinyal input yang sama secara bersamaan yang besarnya sama, tetapi dalam fase berlawanan satu sama lain.
Ini menghasilkan satu transistor yang hanya memperkuat setengah atau 180° dari siklus bentuk gelombang input sedangkan transistor lainnya memperkuat setengah lainnya atau sisa 180° dari siklus bentuk gelombang input dengan hasil “dua bagian” disatukan kembali pada output terminal.
Maka sudut konduksi untuk jenis rangkaian penguat hanya 180° atau 50% dari sinyal input. Efek mendorong dan menarik dari setengah siklus bolak-balik oleh transistor membuat jenis rangkaian ini dinamakan "push-pull" yang lucu, tetapi lebih dikenal sebagai Penguat Kelas B seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Penguat Push-pull Kelas B dengan Trafo
Rangkaian di atas menunjukkan Rangkaian Penguat Kelas B standar yang menggunakan Transformator Center-Tap (disadap-tengah) yang seimbang, yang membagi sinyal gelombang yang masuk menjadi dua bagian yang sama dan yang 180° keluar fasa satu sama lain.
Trafo CT lain pada output digunakan untuk menggabungkan kembali kedua sinyal yang memberikan daya yang meningkat untuk beban.
Transistor yang digunakan untuk jenis rangkaian penguat trafo push-pull ini adalah transistor NPN dengan terminal emitter-nya terhubung bersama. Di sini, arus beban dibagi antara dua perangkat transistor daya karena berkurang dalam satu perangkat dan meningkat di perangkat lain sepanjang siklus sinyal mengurangi tegangan output dan arus ke nol.
Hasilnya adalah bahwa kedua bagian gelombang output sekarang berayun dari nol menjadi dua kali arus diam sehingga mengurangi disipasi. Ini memiliki efek hampir dua kali lipat efisiensi penguat menjadi sekitar 70%. Dengan asumsi bahwa tidak ada sinyal input, maka masing-masing transistor membawa arus collector diam normal, nilai yang ditentukan oleh bias base yang berada pada titik cut-off.
Jika trafo tepat center-tapped, maka dua arus collector akan mengalir dalam arah yang berlawanan (kondisi ideal) dan tidak akan ada magnetisasi inti trafo, sehingga meminimalkan kemungkinan distorsi.
Ketika sinyal input hadir di sekunder trafo driver T1, input base transistor berada dalam "anti-fase" satu sama lain seperti yang ditunjukkan, sehingga jika base TR1 berjalan positif mendorong transistor ke konduksi berat, arus collector-nya akan meningkat tetapi pada saat yang sama arus base TR2 akan menjadi negatif lebih lanjut ke cut-off dan arus collector dari transistor ini berkurang dengan jumlah yang sama dan sebaliknya. Oleh karena itu separuh negatif diperkuat oleh satu transistor dan separuh positif oleh transistor lain memberikan efek push-pull ini.
Berbeda dengan kondisi DC, arus bolak-balik ini ADDITIVE menghasilkan dua siklus setengah output yang dikombinasikan untuk membentuk kembali gelombang sinus pada belitan primer trafo output yang kemudian muncul melintasi beban.
Operasi Penguat Kelas B tidak memiliki bias DC karena transistor bias pada cut-off, sehingga setiap transistor hanya melakukan ketika sinyal input lebih besar dari tegangan Base-emitter. Oleh karena itu, pada input nol ada output nol dan tidak ada daya yang dikonsumsi. Ini kemudian berarti bahwa titik-Q sebenarnya dari penguat Kelas B adalah pada bagian Vce dari garis beban seperti yang ditunjukkan di bawah ini.
Kurva Karakteristik Output Penguat Kelas B
Penguat Kelas B memiliki kelebihan besar atas penguat Kelas A mereka sepupu penguat bahwa tidak ada arus mengalir melalui transistor ketika mereka berada dalam keadaan diam mereka (yaitu, dengan tidak ada sinyal input).
Karena itu tidak ada daya didisipasikan dalam transistor output atau trafo saat tidak ada sinyal yang ada, tidak seperti tahap penguat Kelas A yang membutuhkan bias base signifikan sehingga menghilangkan banyak panas - bahkan tanpa sinyal input.
Jadi efisiensi konversi keseluruhan ( η ) dari penguat lebih besar daripada Kelas ekuivalen dengan efisiensi mencapai setinggi 70% memungkinkan hampir semua jenis penguat push-pull modern yang dioperasikan dalam mode penguat Kelas B ini.
Penguat Amplifier Push-Pull Kelas B Tanpa Trafo
Salah satu kelemahan utama dari rangkaian penguat Kelas B di atas adalah bahwa ia menggunakan transformator type CT seimbang dalam desainnya, membuatnya mahal untuk dibangun.Namun, ada jenis lain dari penguat Kelas B yang disebut Penguat Kelas B Simetri-Komplementer yang tidak menggunakan transformator dalam desainnya, karena itu, tanpa-transformator menggunakan pasangan transistor daya yang saling melengkapi atau cocok.
Karena transformator tidak diperlukan, ini membuat rangkaian penguat jauh lebih kecil untuk jumlah output yang sama, juga tidak ada efek magnetis yang menyimpang atau distorsi transformator untuk mempengaruhi kualitas sinyal output. Contoh dari rangkaian penguat Kelas B “tanpa-trafo” diberikan di bawah ini.
Rangkaian Tahap Output Tanpa-Trafo Penguat Kelas B
Rangkaian penguat Kelas B di atas menggunakan transistor bebas untuk setiap setengah dari bentuk gelombang dan sementara penguat Kelas B memiliki gain yang jauh lebih tinggi daripada tipe Kelas A, salah satu kelemahan utama dari penguat push-pull tipe B adalah bahwa mereka menderita Efek yang dikenal sebagai Distorsi Crossover.
Mudah-mudahan kita ingat dari tutorial kami tentang Transistor bahwa dibutuhkan sekitar 0.7 volt (diukur dari base ke emitter) untuk mendapatkan transistor bipolar untuk mulai melakukan. Dalam penguat kelas B murni, transistor output tidak "pra-bias" ke keadaan "ON" operasi.
Ini berarti bahwa bagian dari bentuk gelombang output yang turun di bawah jendela 0.7 volt ini tidak akan direproduksi secara akurat karena transisi antara dua transistor (ketika mereka beralih dari satu transistor ke yang lain), transistor tidak berhenti atau mulai melakukan tepatnya pada titik nol crossover bahkan jika mereka pasangan yang cocok secara khusus.
Transistor output untuk setiap setengah dari bentuk gelombang (positif dan negatif) masing-masing akan memiliki area 0.7 volt di mana mereka tidak melakukan. Hasilnya adalah kedua transistor dimatikan "OFF" pada waktu yang bersamaan.
Cara sederhana untuk menghilangkan distorsi crossover pada penguat Kelas B adalah dengan menambahkan dua sumber tegangan kecil ke rangkaian untuk membiaskan kedua transistor pada titik yang sedikit di atas titik batasnya.
Ini kemudian akan memberi kita apa yang biasa disebut rangkaian Penguat Kelas AB. Namun, tidak praktis untuk menambahkan sumber tegangan tambahan ke rangkaian penguat sehingga PN-junction digunakan untuk memberikan bias tambahan dalam bentuk silikon dioda.
Penguat Amplifier Kelas AB
Penguat Kelas AB. Kita tahu bahwa kita perlu tegangan basis-emitter lebih besar dari 0,7 v untuk transistor silikon bipolar untuk mulai melakukan, jadi jika kita mengganti dua resistor pembagi tegangan biasing yang terhubung ke terminal basis transistor dengan dua silikon Dioda.Tegangan bias yang diterapkan pada transistor sekarang akan sama dengan penurunan tegangan maju dari dioda ini. Kedua Dioda ini umumnya disebut Dioda Pembiasan atau Dioda Kompensasi dan dipilih agar sesuai dengan karakteristik transistor yang cocok. Rangkaian di bawah ini menunjukkan bias dioda.
Rangkaian Penguat Amplifier Kelas AB
Rangkaian Penguat Kelas AB adalah gabungan antara penguat Kelas A dan konfigurasi penguat Kelas B. Tegangan biasing dioda yang sangat kecil ini menyebabkan kedua transistor sedikit berjalan bahkan ketika tidak ada sinyal input. Bentuk gelombang sinyal input akan menyebabkan transistor beroperasi secara normal di daerah aktifnya sehingga menghilangkan distorsi crossover yang ada dalam desain penguat Kelas B murni.
Arus collector kecil akan mengalir ketika tidak ada sinyal input tetapi jauh lebih sedikit dari itu untuk konfigurasi penguat Kelas A. Ini berarti bahwa transistor akan "AKTIF" selama lebih dari setengah siklus bentuk gelombang tetapi jauh lebih kecil dari siklus penuh yang memberikan sudut konduksi antara 180° hingga 360° atau 50% hingga 100% dari sinyal input tergantung pada jumlah biasing tambahan yang digunakan.
Jumlah tegangan bias dioda yang ada di terminal base transistor dapat ditingkatkan dalam beberapa kali dengan menambahkan dioda tambahan secara seri.
Penguat Kelas B lebih disukai daripada desain Kelas A untuk penerapan aplikasi daya tinggi seperti penguat daya audio dan sistem PA.
Seperti rangkaian penguat kelas-A, salah satu cara untuk sangat meningkatkan gain arus ( Ai ) dari penguat push-pull Kelas B adalah dengan menggunakan pasangan transistor Darlington alih-alih transistor tunggal dalam rangkaian outputnya.
Dalam tutorial berikutnya tentang Penguat (Amplifier), kita akan melihat lebih dekat pada efek Distorsi Crossover di rangkaian Penguat Kelas B dan cara-cara untuk mengurangi efeknya.