Resistansi Emitter
Resistansi Emitter yang terhubung ke terminal emitter dari penguat transistor dapat digunakan untuk meningkatkan stabilisasi bias penguat atau amplifier.
Tujuan dari rangkaian penguat sinyal AC adalah untuk menstabilkan tegangan input bias DC ke penguat dan dengan demikian hanya memperkuat sinyal AC yang diperlukan. Stabilisasi ini dicapai dengan menggunakan Resistansi Emitter yang menyediakan jumlah biasing otomatis yang diperlukan untuk penguat common-emitter. Untuk menjelaskan ini sedikit lebih jauh, simak rangkaian penguat dasar berikut di bawah ini.
Rangkaian penguat common emitter yang ditampilkan menggunakan jaringan pembagi tegangan untuk membiasakan base transistor dan konfigurasi common-emitter adalah cara yang sangat populer untuk merancang rangkaian penguat transistor bipolar. Fitur penting dari rangkaian ini adalah jumlah arus yang cukup besar ke dasar transistor.
Tegangan di persimpangan (junction) dua resistor biasing, R1 dan R2, menahan tegangan base transistor, VB pada tegangan konstan dan sebanding dengan tegangan supply, Vcc. Perhatikan bahwa VB adalah tegangan yang diukur dari base ke ground, yang merupakan penurunan tegangan aktual pada R2.
Rangkaian penguat tipe "kelas-A" ini selalu dirancang sedemikian rupa sehingga arus base ( Ib ) kurang dari 10% dari arus yang mengalir melalui resistor bias R2. Jadi misalnya, jika kita memerlukan arus collector diam 1mΑ, arus base, IB akan sekitar seperseratus dari ini, atau 10μΑ. Oleh karena itu arus yang mengalir melalui resistor R2 dari jaringan pembagi potensial atau tegangan harus setidaknya 10 kali jumlah ini, atau 100μΑ .
Keuntungan menggunakan pembagi tegangan terletak pada stabilitasnya. Karena pembagi tegangan yang dibentuk oleh R1 dan R2 dimuat dengan ringan, tegangan base, Vb dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakan rumus pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan.
Namun, dengan jenis pengaturan biasing ini, jaringan pembagi tegangan tidak dimuat oleh arus base karena terlalu kecil, jadi jika ada perubahan tegangan supply Vcc, maka level tegangan pada base juga akan berubah secara proporsional. jumlah. Maka diperlukan beberapa bentuk stabilisasi tegangan bias base transistor atau titik-Q.
Tegangan bias penguat (amplifier) dapat distabilkan dengan menempatkan resistor tunggal dalam rangkaian transistor emitter seperti yang ditunjukkan. Resistansi ini dikenal sebagai Resistansi Emitter, RE.
Penambahan resistor ini emitter berarti bahwa terminal transistor emitter tidak lagi didasarkan atau di potensial nol volt tapi duduk di sebuah potensi kecil di atas itu diberikan oleh persamaan Hukum Ohm dari: VE = IE x RE. Di mana: IE adalah arus emitter yang sebenarnya.
Sekarang jika tegangan supply Vcc meningkat, arus collector transistor Ic juga meningkat untuk resistansi beban yang diberikan. Jika arus collector meningkat, arus emitter yang sesuai juga harus meningkat yang menyebabkan penurunan tegangan pada RE meningkat, menyebabkan peningkatan tegangan base karena VB = VE + VE.
Karena base dijaga konstan oleh resistor pembagi R1 dan R2, tegangan DC pada base relatif terhadap emitter Vbe diturunkan sehingga mengurangi arus base dan menjaga arus collector dari peningkatan. Tindakan serupa terjadi jika tegangan supply dan arus collector mencoba menurun.
Dengan kata lain, penambahan resistansi emitter ini membantu mengontrol bias base transistor menggunakan umpan balik negatif, yang meniadakan setiap upaya perubahan arus collector dengan perubahan yang berlawanan pada tegangan bias base dan sehingga rangkaian cenderung distabilkan pada tingkat yang tetap.
Juga, karena bagian dari supply diturunkan melintasi RE, nilainya harus sekecil mungkin sehingga tegangan terbesar yang mungkin dapat dikembangkan melintasi resistansi beban, RL dan karenanya output. Namun, nilainya tidak boleh terlalu kecil atau sekali lagi ketidakstabilan rangkaian akan menderita. Kemudian arus yang mengalir melalui resistor emitter dihitung sebagai:
Sebagai pedoman umum, penurunan tegangan pada resistansi emitter ini umumnya dianggap sebagai: VB - VBE, atau sepersepuluh (1/10) dari nilai tegangan supply, Vcc.
Angka umum untuk tegangan resistor emitter adalah antara 1 hingga 2 volt, mana yang lebih rendah. Nilai resistansi emitter, R E juga dapat ditemukan dari gain karena sekarang gain tegangan AC sama dengan: RL / RE
Penguat arus diam, ICQ diberikan sebagai:
Penurunan tegangan melintasi resistansi emitter umumnya antara 1 dan 2 volt, jadi mari kita asumsikan penurunan tegangan, VE 1,5 volt.
Kemudian nilai Resistansi Emitter yang diperlukan untuk rangkaian penguat diberikan sebagai: 100Ω, dan rangkaian common emitter yang terakhir diberikan sebagai:
Gain dari tahap penguat (amplifier) juga dapat ditemukan jika diperlukan dan diberikan sebagai:
Tetapi karena resistansi emitter adalah resistor umpan balik, ia juga akan mengurangi penguatan amplifier karena fluktuasi arus emitter IE karena sinyal input AC.
Untuk mengatasi masalah ini, sebuah Kapasitor, yang disebut "Bypass Kapasitor Emitter", CE terhubung melintasi resistansi emitter seperti yang ditunjukkan. Kapasitor bypass ini menyebabkan respons frekuensi amplifier putus pada frekuensi cut-off yang ditunjuk, ƒc, by-passing (karena itu namanya) arus sinyal ke ground.
Sebagai Kapasitor, ia tampak sebagai rangkaian terbuka untuk bias DC dan oleh karena itu, arus dan tegangan yang bias tidak terpengaruh oleh penambahan kapasitor bypass. Selama rentang operasi penguat frekuensi, reaktansi kapasitor, XC akan sangat tinggi pada frekuensi rendah menghasilkan efek umpan balik negatif, mengurangi gain amplifier.
Nilai kapasitor bypass CE ini umumnya dipilih untuk memberikan reaktansi kapasitif, paling banyak sepersepuluh (1/10) dari nilai resistor emitter RE pada titik frekuensi cut-off terendah. Maka dengan asumsi bahwa frekuensi sinyal terendah yang akan diamplifikasi adalah 100 Hz. Nilai kapasitor bypass CE dihitung sebagai:
Kemudian untuk penguat common emitter kami yang sederhana di atas nilai kapasitor bypass emitter yang terhubung secara paralel dengan resistansi emitter adalah: 160μF.
Hasilnya adalah bahwa pada frekuensi tinggi reaktansi kapasitor memungkinkan kontrol umpan balik AC sangat sedikit karena RE disingkat yang juga berarti bahwa kenaikan tegangan AC dari transistor sangat meningkat mendorong penguat ke saturasi.
Salah satu cara mudah untuk mengendalikan gain penguat pada seluruh rentang frekuensi operasi adalah dengan membagi resistansi emitter menjadi dua bagian seperti yang ditunjukkan.
Resistor di kaki emitter telah dibagi menjadi dua bagian: RE1 danRE2 membentuk jaringan pembagi tegangan di dalam kaki emitter dengan kapasitor bypass yang terhubung secara paralel di resistor yang lebih rendah.
Resistor atas, RE1 adalah nilai yang sama seperti sebelumnya tetapi tidak dilewati oleh kapasitor sehingga harus dipertimbangkan ketika menghitung parameter sinyal. Resistor RE2 yang lebih rendah dihubungkan secara paralel dengan kapasitor dan dianggap nol ohm ketika menghitung parameter sinyal karena menjadi korsleting pada frekuensi tinggi.
Keuntungannya di sini adalah bahwa kita dapat mengontrol gain dari penguat amplifier AC pada rentang frekuensi input penuh. Di DC nilai total resistansi emitter sama dengan RE1 + RE2 sedangkan pada frekuensi AC yang lebih tinggi resistansi emitter hanya: RE1, sama seperti di rangkaian unbypassed asli di atas. Jadi apa nilainya resistor, RE2. Nah itu akan tergantung pada kenaikan tegangan DC yang diperlukan pada titik cut-off frekuensi yang lebih rendah.
Kami katakan sebelumnya bahwa gain dari rangkaian di atas sama dengan: RL / RE yang untuk rangkaian common emitter kami di atas dihitung pada 10 (1kΩ / 100Ω). Tapi sekarang di gain DC akan sama dengan: RL / (RE1 + RE2) Karena itu jika kita memilih gain DC katakanlah 1 (satu) nilai resistor emitter, RE2 diberikan sebagai:
Kemudian untuk gain DC 1 (satu), RE1 = 100Ω dan RE2 = 900Ω . Perhatikan bahwa penguatan AC akan sama dengan 10.
Kemudian penguat membagi-emitter memiliki nilai gain tegangan dan impedansi input di suatu tempat antara penguat emitter yang sepenuhnya bypass dan penguat emitter yang tidak dilewati tergantung pada frekuensi operasi.
Maka untuk rangkaian common emittter penguat kelas-A, perlu untuk menggunakan rangkaian biasing yang akan menstabilkan titik-Q operasi yang membuat arus collector DC, IC terlepas dari beta.
Pengaruh β pada nilai arus emitter dapat dikurangi dengan penambahan Resistansi Emitter, RE di leg emitter untuk memberikan stabilisasi.
Penurunan tegangan pada resistansi emitter ini biasanya diberikan antara 1 hingga 2 volt. Resistor emitter dapat sepenuhnya dilewati oleh kapasitor bypass yang sesuai, CE yang dihubungkan secara paralel dengan resistor emitter untuk mencapai penguatan AC yang lebih tinggi atau sebagian dilewati, menggunakan jaringan pembagi tegangan emitter-split yang mengurangi penguatan dan distorsi DC.
Nilai kapasitor ini ditentukan dari reaktansi kapasitif (XC) nilai pada frekuensi sinyal terendah.
Tujuan dari rangkaian penguat sinyal AC adalah untuk menstabilkan tegangan input bias DC ke penguat dan dengan demikian hanya memperkuat sinyal AC yang diperlukan. Stabilisasi ini dicapai dengan menggunakan Resistansi Emitter yang menyediakan jumlah biasing otomatis yang diperlukan untuk penguat common-emitter. Untuk menjelaskan ini sedikit lebih jauh, simak rangkaian penguat dasar berikut di bawah ini.
Rangkaian Dasar Penguat (Amplifier) Common Emitter
Tegangan di persimpangan (junction) dua resistor biasing, R1 dan R2, menahan tegangan base transistor, VB pada tegangan konstan dan sebanding dengan tegangan supply, Vcc. Perhatikan bahwa VB adalah tegangan yang diukur dari base ke ground, yang merupakan penurunan tegangan aktual pada R2.
Rangkaian penguat tipe "kelas-A" ini selalu dirancang sedemikian rupa sehingga arus base ( Ib ) kurang dari 10% dari arus yang mengalir melalui resistor bias R2. Jadi misalnya, jika kita memerlukan arus collector diam 1mΑ, arus base, IB akan sekitar seperseratus dari ini, atau 10μΑ. Oleh karena itu arus yang mengalir melalui resistor R2 dari jaringan pembagi potensial atau tegangan harus setidaknya 10 kali jumlah ini, atau 100μΑ .
Keuntungan menggunakan pembagi tegangan terletak pada stabilitasnya. Karena pembagi tegangan yang dibentuk oleh R1 dan R2 dimuat dengan ringan, tegangan base, Vb dapat dengan mudah dihitung dengan menggunakan rumus pembagi tegangan sederhana seperti yang ditunjukkan.
Persamaan Pembagi Tegangan
Namun, dengan jenis pengaturan biasing ini, jaringan pembagi tegangan tidak dimuat oleh arus base karena terlalu kecil, jadi jika ada perubahan tegangan supply Vcc, maka level tegangan pada base juga akan berubah secara proporsional. jumlah. Maka diperlukan beberapa bentuk stabilisasi tegangan bias base transistor atau titik-Q.
Stabilisasi Resistansi Emitter
Penambahan resistor ini emitter berarti bahwa terminal transistor emitter tidak lagi didasarkan atau di potensial nol volt tapi duduk di sebuah potensi kecil di atas itu diberikan oleh persamaan Hukum Ohm dari: VE = IE x RE. Di mana: IE adalah arus emitter yang sebenarnya.
Sekarang jika tegangan supply Vcc meningkat, arus collector transistor Ic juga meningkat untuk resistansi beban yang diberikan. Jika arus collector meningkat, arus emitter yang sesuai juga harus meningkat yang menyebabkan penurunan tegangan pada RE meningkat, menyebabkan peningkatan tegangan base karena VB = VE + VE.
Karena base dijaga konstan oleh resistor pembagi R1 dan R2, tegangan DC pada base relatif terhadap emitter Vbe diturunkan sehingga mengurangi arus base dan menjaga arus collector dari peningkatan. Tindakan serupa terjadi jika tegangan supply dan arus collector mencoba menurun.
Dengan kata lain, penambahan resistansi emitter ini membantu mengontrol bias base transistor menggunakan umpan balik negatif, yang meniadakan setiap upaya perubahan arus collector dengan perubahan yang berlawanan pada tegangan bias base dan sehingga rangkaian cenderung distabilkan pada tingkat yang tetap.
Juga, karena bagian dari supply diturunkan melintasi RE, nilainya harus sekecil mungkin sehingga tegangan terbesar yang mungkin dapat dikembangkan melintasi resistansi beban, RL dan karenanya output. Namun, nilainya tidak boleh terlalu kecil atau sekali lagi ketidakstabilan rangkaian akan menderita. Kemudian arus yang mengalir melalui resistor emitter dihitung sebagai:
Arus Resistor Emitter
Sebagai pedoman umum, penurunan tegangan pada resistansi emitter ini umumnya dianggap sebagai: VB - VBE, atau sepersepuluh (1/10) dari nilai tegangan supply, Vcc.
Angka umum untuk tegangan resistor emitter adalah antara 1 hingga 2 volt, mana yang lebih rendah. Nilai resistansi emitter, R E juga dapat ditemukan dari gain karena sekarang gain tegangan AC sama dengan: RL / RE
Contoh: Resistansi Emitter No.1
Penguat emitter yang umum memiliki karakteristik berikut, β = 100, Vcc = 30V dan RL = 1kΩ. Jika rangkaian penguat menggunakan resistansi emitter untuk meningkatkan stabilitasnya, hitung resistannya.Penguat arus diam, ICQ diberikan sebagai:
Penurunan tegangan melintasi resistansi emitter umumnya antara 1 dan 2 volt, jadi mari kita asumsikan penurunan tegangan, VE 1,5 volt.
Kemudian nilai Resistansi Emitter yang diperlukan untuk rangkaian penguat diberikan sebagai: 100Ω, dan rangkaian common emitter yang terakhir diberikan sebagai:
Rangkaian Akhir Penguat (amplifier) Common Emitter
Gain dari tahap penguat (amplifier) juga dapat ditemukan jika diperlukan dan diberikan sebagai:
Kapasitor Bypass Emitter
Dalam rangkaian umpan balik seri dasar di atas, resistor emitter, RE melakukan dua fungsi: umpan balik negatif DC untuk biasing stabil dan umpan balik negatif AC untuk spesifikasi transkonduktansi sinyal dan penguatan tegangan.Tetapi karena resistansi emitter adalah resistor umpan balik, ia juga akan mengurangi penguatan amplifier karena fluktuasi arus emitter IE karena sinyal input AC.
Sebagai Kapasitor, ia tampak sebagai rangkaian terbuka untuk bias DC dan oleh karena itu, arus dan tegangan yang bias tidak terpengaruh oleh penambahan kapasitor bypass. Selama rentang operasi penguat frekuensi, reaktansi kapasitor, XC akan sangat tinggi pada frekuensi rendah menghasilkan efek umpan balik negatif, mengurangi gain amplifier.
Nilai kapasitor bypass CE ini umumnya dipilih untuk memberikan reaktansi kapasitif, paling banyak sepersepuluh (1/10) dari nilai resistor emitter RE pada titik frekuensi cut-off terendah. Maka dengan asumsi bahwa frekuensi sinyal terendah yang akan diamplifikasi adalah 100 Hz. Nilai kapasitor bypass CE dihitung sebagai:
Kapasitor Bypass Emitter
Kemudian untuk penguat common emitter kami yang sederhana di atas nilai kapasitor bypass emitter yang terhubung secara paralel dengan resistansi emitter adalah: 160μF.
Membagi Penguat Emitter
Sementara penambahan kapasitor bypass, CE membantu untuk mengendalikan gain amplifier dengan menangkal efek dari ketidakpastian beta, ( β ), salah satu kelemahan utamanya adalah bahwa pada frekuensi tinggi reaktansi kapasitor menjadi sangat rendah sehingga secara efektif memendek keluar resistansi emitter, RE dengan meningkatnya frekuensi.Hasilnya adalah bahwa pada frekuensi tinggi reaktansi kapasitor memungkinkan kontrol umpan balik AC sangat sedikit karena RE disingkat yang juga berarti bahwa kenaikan tegangan AC dari transistor sangat meningkat mendorong penguat ke saturasi.
Salah satu cara mudah untuk mengendalikan gain penguat pada seluruh rentang frekuensi operasi adalah dengan membagi resistansi emitter menjadi dua bagian seperti yang ditunjukkan.
Membagi Resistor Emitter
Resistor atas, RE1 adalah nilai yang sama seperti sebelumnya tetapi tidak dilewati oleh kapasitor sehingga harus dipertimbangkan ketika menghitung parameter sinyal. Resistor RE2 yang lebih rendah dihubungkan secara paralel dengan kapasitor dan dianggap nol ohm ketika menghitung parameter sinyal karena menjadi korsleting pada frekuensi tinggi.
Keuntungannya di sini adalah bahwa kita dapat mengontrol gain dari penguat amplifier AC pada rentang frekuensi input penuh. Di DC nilai total resistansi emitter sama dengan RE1 + RE2 sedangkan pada frekuensi AC yang lebih tinggi resistansi emitter hanya: RE1, sama seperti di rangkaian unbypassed asli di atas. Jadi apa nilainya resistor, RE2. Nah itu akan tergantung pada kenaikan tegangan DC yang diperlukan pada titik cut-off frekuensi yang lebih rendah.
Kami katakan sebelumnya bahwa gain dari rangkaian di atas sama dengan: RL / RE yang untuk rangkaian common emitter kami di atas dihitung pada 10 (1kΩ / 100Ω). Tapi sekarang di gain DC akan sama dengan: RL / (RE1 + RE2) Karena itu jika kita memilih gain DC katakanlah 1 (satu) nilai resistor emitter, RE2 diberikan sebagai:
Membagi Resistor Emitter, RE2
Kemudian untuk gain DC 1 (satu), RE1 = 100Ω dan RE2 = 900Ω . Perhatikan bahwa penguatan AC akan sama dengan 10.
Kemudian penguat membagi-emitter memiliki nilai gain tegangan dan impedansi input di suatu tempat antara penguat emitter yang sepenuhnya bypass dan penguat emitter yang tidak dilewati tergantung pada frekuensi operasi.
Ringkasan Resistansi Emitter
Kemudian untuk meringkas, parameter amplifikasi arus, β dari sebuah transistor dapat sangat bervariasi dari satu perangkat ke perangkat lain dengan tipe dan nomor bagian yang sama karena toleransi pabrikan, dan juga karena variasi tegangan supply dan suhu operasi.Maka untuk rangkaian common emittter penguat kelas-A, perlu untuk menggunakan rangkaian biasing yang akan menstabilkan titik-Q operasi yang membuat arus collector DC, IC terlepas dari beta.
Pengaruh β pada nilai arus emitter dapat dikurangi dengan penambahan Resistansi Emitter, RE di leg emitter untuk memberikan stabilisasi.
Penurunan tegangan pada resistansi emitter ini biasanya diberikan antara 1 hingga 2 volt. Resistor emitter dapat sepenuhnya dilewati oleh kapasitor bypass yang sesuai, CE yang dihubungkan secara paralel dengan resistor emitter untuk mencapai penguatan AC yang lebih tinggi atau sebagian dilewati, menggunakan jaringan pembagi tegangan emitter-split yang mengurangi penguatan dan distorsi DC.
Nilai kapasitor ini ditentukan dari reaktansi kapasitif (XC) nilai pada frekuensi sinyal terendah.