Klasifikasi Kelas-kelas Amplifier dengan Aplikasi mereka
Pada hari-hari sebelumnya, sebelum penemuan amplifier elektronik, mikrofon karbon yang digabungkan digunakan sebagai amplifier mentah dalam repeater telepon. Perangkat elektronik pertama yang praktis diperkuat adalah tabung vakum Audio, ditemukan oleh Lee De Forest pada tahun 1906. Istilah penguat (amplifier) dan amplifikasi berasal dari kata Latin amplificare untuk memperluas atau memperbesar.
Tabung vakum adalah satu-satunya perangkat penyederhanaan selama 40 tahun dan mendominasi elektronik hingga tahun 1947. Ketika transistor BJT pertama di pasar, ia telah menciptakan revolusi lain dalam elektronik dan itu adalah perangkat elektronik portabel pertama seperti radio transistor yang dikembangkan pada tahun 1954. Artikel ini membahas kelas-kelas dan klasifikasi amplifier.
Penguat memodulasi keluar dari catu daya berdasarkan pada sifat-sifat sinyal input. Penguat sangat berlawanan dengan Atenuasi jika amplifier memberikan penguatan, maka Atenuasi memberikan kelamahan. Penguat juga merupakan bagian diskrit dari rangkaian listrik yang diteruskan dengan perangkat lain.
Penguat digunakan di semua peralatan elektronik. Penguat dapat dikategorikan dalam berbagai jenis. Yang pertama adalah dengan penguat frekuensi sinyal elektronik. Yang berikutnya adalah penguat audio dan memperkuat sinyal dalam kisaran kurang dari 20 kHz dan penguat RF menguatkan rentang frekuensi radio dari 20 kHz hingga 300 KHz. Yang terakhir adalah kualitas arus dan tegangan diperkuat
Ada berbagai jenis penguat (amplifier) termasuk penguat arus, penguat tegangan atau penguat transkonduktansi dan penguat trans-resistansi. Saat ini, sebagian besar penguat yang digunakan di pasaran adalah transistor tetapi, tabung vakum juga digunakan di beberapa aplikasi.
Common Emitor adalah yang paling sering menyediakan penguatan tegangan yang diterapkan antara base dan emitor. Sinyal input berada di antara kolektor dan emitor terbalik itu relatif terhadap input. Rangkaian common kolektor disebut sebagai pengikut emitor, pengikut sumber, dan pengikut katoda.
Penguat yang menggunakan umpan balik untuk menghubungkan bagian dari output kembali ke input disebut sebagai penguat bilateral. Impedansi input dari penguat bilateral tergantung pada beban dan impedansi output dari impedansi sumber. Penguat linear unilateral dan bilateral dilambangkan sebagai dua jaringan port.
Penguat non-inverting melanjutkan fasa dari bentuk gelombang sinyal input dan emitor adalah penguat non-inverting. Pengikut tegangan disebut sebagai penguat non-inverting dan memiliki gain satu.
Penguat ini adalah yang terbaik di tata suara audio dan di sebagian besar tata suara menggunakan penguat kelas A. Penguat kelas A dibentuk oleh perangkat tahap output yang bias untuk operasi kelas A. Dengan membandingkan penguat kelas lainnya dengan penguat kelas A memiliki linearitas tertinggi.
Untuk mendapatkan linieritas tinggi dan gain penguat kelas A, output penguat kelas A harus bias ON untuk semua waktu. Oleh karena itu penguat dikatakan sebagai penguat kelas A. Arus ideal sinyal nol pada tahap output harus sama dengan atau lebih dari arus beban maksimum yang diperlukan untuk menghasilkan lebih banyak sinyal.
Kedua transistor dari setiap setengah bentuk gelombang dengan outputnya dikonfigurasikan dalam pengaturan tipe push-pull. Karenanya setiap penguat hanya setengah dari bentuk gelombang output.
Dalam penguat Kelas B, jika sinyal input positif, maka transistor melakukan bias positif dan transistor negatif dimatikan OFF. Jika sinyal input negatif, maka transistor positif ON dan transistor bias negatif ON. Oleh karena itu, transistor melakukan setengah dari waktu, apa pun itu, seperti setengah atau negatif dari sinyal input.
Tabung vakum adalah satu-satunya perangkat penyederhanaan selama 40 tahun dan mendominasi elektronik hingga tahun 1947. Ketika transistor BJT pertama di pasar, ia telah menciptakan revolusi lain dalam elektronik dan itu adalah perangkat elektronik portabel pertama seperti radio transistor yang dikembangkan pada tahun 1954. Artikel ini membahas kelas-kelas dan klasifikasi amplifier.
Apa itu Amplifier dan Klasifikasi Amplifier?
Secara sederhana Penguat (amplifier) disebut sebagai amp. Penguat atau amplifier adalah perangkat elektronik yang digunakan untuk meningkatkan sinyal arus, tegangan dan daya. Fungsi penguat adalah dengan menggunakan daya dari catu daya dan ketinggian yang lebih lama, ia mengontrol sinyal output dengan bantuan sinyal input.Penguat memodulasi keluar dari catu daya berdasarkan pada sifat-sifat sinyal input. Penguat sangat berlawanan dengan Atenuasi jika amplifier memberikan penguatan, maka Atenuasi memberikan kelamahan. Penguat juga merupakan bagian diskrit dari rangkaian listrik yang diteruskan dengan perangkat lain.
Penguat digunakan di semua peralatan elektronik. Penguat dapat dikategorikan dalam berbagai jenis. Yang pertama adalah dengan penguat frekuensi sinyal elektronik. Yang berikutnya adalah penguat audio dan memperkuat sinyal dalam kisaran kurang dari 20 kHz dan penguat RF menguatkan rentang frekuensi radio dari 20 kHz hingga 300 KHz. Yang terakhir adalah kualitas arus dan tegangan diperkuat
Ada berbagai jenis penguat (amplifier) termasuk penguat arus, penguat tegangan atau penguat transkonduktansi dan penguat trans-resistansi. Saat ini, sebagian besar penguat yang digunakan di pasaran adalah transistor tetapi, tabung vakum juga digunakan di beberapa aplikasi.
Klasifikasi Penguat (Amplifier)
Klasifikasi penguat (amplifier) ditunjukkan berikut ini- Input dan output variabel
- Terminal umum (common terminal)
- Unilateral dan bilateral
- Inverting dan Non-Inverting
- Metode penggabungan interstage
- Rentang frekuensi
- Fungsi
Input dan Output Variabel
Penguat elektronik hanya menggunakan satu variabel yaitu arus atau tegangan. Mungkin arus atau tegangan dapat digunakan di input atau di output. Ada empat jenis penguat dan yang bergantung pada sumber yang digunakan sebagai analisis linier.
Input
|
Output
|
Dependent source
|
Jenis penguat
|
Satuan
|
I
|
I
|
Current Controlled Current Source
CCCS
|
Penguat Arus
|
Tanpa satuan
|
I
|
V
|
Current Controlled Voltage Source
CCVS
|
Penguat trans-resistansi
|
Ohm
|
V
|
I
|
Voltage Controlled Current Source
VCCS
|
Penguat trans-konduktansi
|
Siemens
|
V
|
V
|
Voltage Controlled Voltage Source VCVS
|
Penguat Tegangan
|
Tanpa satuan
|
Terminal Umum (common terminal)
Klasifikasi penguat didasarkan pada terminal perangkat yang umum untuk rangkaian input dan output. Dalam Transistor Bipolar, ada tiga kelas yaitu. common emitor, common basis, dan common kolektor. Dalam kasus Transistor FET, ia memiliki konfigurasi yang sesuai seperti common source, common gate, dan common drain.Common Emitor adalah yang paling sering menyediakan penguatan tegangan yang diterapkan antara base dan emitor. Sinyal input berada di antara kolektor dan emitor terbalik itu relatif terhadap input. Rangkaian common kolektor disebut sebagai pengikut emitor, pengikut sumber, dan pengikut katoda.
Unilateral dan Bilateral
Penguat/Amplifier yang outputnya tidak menampilkan umpan balik ke sisi input disebut unilateral. Penguat unilateral dari impedansi input tidak tergantung pada beban dan impedansi output adalah impedansi sumber sinyal independen.Penguat yang menggunakan umpan balik untuk menghubungkan bagian dari output kembali ke input disebut sebagai penguat bilateral. Impedansi input dari penguat bilateral tergantung pada beban dan impedansi output dari impedansi sumber. Penguat linear unilateral dan bilateral dilambangkan sebagai dua jaringan port.
Inverting dan Non-Inverting
Dalam hal ini, klasifikasi penguat menggunakan hubungan fasa dari sinyal input ke sinyal output. Penguat inverting menghasilkan output 180 derajat keluar fasa dengan sinyal input.Penguat non-inverting melanjutkan fasa dari bentuk gelombang sinyal input dan emitor adalah penguat non-inverting. Pengikut tegangan disebut sebagai penguat non-inverting dan memiliki gain satu.
Metode Kopling antar jalan (interstage)
Jenis penguat ini diklasifikasikan dengan menggunakan metode kopling sinyal pada input, output dan antara tahap. Ada berbagai jenis metode dalam penguat kopling interstage.- Penguat kopling kapasitif resistif
- Penguat kopling induktif-kapasitif
- Penguat kopling bertransformasi
- Penguat kopling langsung
Kelas-kelas Penguat (Amplifier)
Ada beberapa jenis kelas penguat (amplifier) yang disebutkan di bawah ini- Penguat (Amplifier) Kelas A
- Penguat (Amplifier) Kelas B
- Penguat (Amplifier) Kelas AB
- Penguat (Amplifier) Kelas C
- Penguat (Amplifier) Kelas D
- Penguat (Amplifier) Kelas F
- Penguat (Amplifier) Kelas G
- Penguat (Amplifier) Kelas S
- Penguat (Amplifier) Kelas R
Penguat (Amplifier) Kelas A
Penguat (Amplifier) Kelas A adalah penguat yang didesain sederhana dan penguat ini sebagian besar merupakan penguat yang umum digunakan. Pada dasarnya, penguat kelas A adalah penguat kelas terbaik karena tingkat distorsi yang rendah.Penguat ini adalah yang terbaik di tata suara audio dan di sebagian besar tata suara menggunakan penguat kelas A. Penguat kelas A dibentuk oleh perangkat tahap output yang bias untuk operasi kelas A. Dengan membandingkan penguat kelas lainnya dengan penguat kelas A memiliki linearitas tertinggi.
Untuk mendapatkan linieritas tinggi dan gain penguat kelas A, output penguat kelas A harus bias ON untuk semua waktu. Oleh karena itu penguat dikatakan sebagai penguat kelas A. Arus ideal sinyal nol pada tahap output harus sama dengan atau lebih dari arus beban maksimum yang diperlukan untuk menghasilkan lebih banyak sinyal.
Kelebihan Penguat (Amplifier) Kelas A
- Ini menghilangkan distorsi non-linear
- Ini memiliki tegangan riak rendah
- Itu tidak memerlukan kompensasi frekuensi
- Tidak ada distorsi cross dan switching
- Ada distorsi harmonik yang rendah pada tegangan dan penguat arus
Kekurangan Penguat (Amplifier) Kelas A
- Trafo yang digunakan dalam penguat ini besar dan harganya mahal
- Ini membutuhkan dua Transistor identik
Penguat (Amplifier) Kelas B
Penguat kelas B adalah bagian positif dan negatif dari sinyal, yang dialokasikan ke berbagai bagian rangkaian dan perangkat output dinyalakan dan dimatikan secara terus menerus. Penguat kelas B dasar digunakan dalam dua transistor komplementer yaitu transistor FET dan transistor Bipolar.Kedua transistor dari setiap setengah bentuk gelombang dengan outputnya dikonfigurasikan dalam pengaturan tipe push-pull. Karenanya setiap penguat hanya setengah dari bentuk gelombang output.
Dalam penguat Kelas B, jika sinyal input positif, maka transistor melakukan bias positif dan transistor negatif dimatikan OFF. Jika sinyal input negatif, maka transistor positif ON dan transistor bias negatif ON. Oleh karena itu, transistor melakukan setengah dari waktu, apa pun itu, seperti setengah atau negatif dari sinyal input.
Kelebihan Penguat (Amplifier) Kelas B
- Sejumlah distorsi dalam rangkaian memberikan lebih banyak output per perangkat karena tidak ada harmonik yang rata
- Penggunaan sistem push-pull pada penguat kelas B menghilangkan harmonik genap
Kekurangan Penguat (Amplifier) kelas B
- Di penguat kelas B, ada distorsi harmonik yang tinggi
- Dalam penguat ini, tidak perlu bias diri
Aplikasi Penguat (Amplifier) kelas B
- Penguat kelas B digunakan dalam desain berbiaya rendah
- Penguat ini lebih berarti daripada penguat kelas A.
- Penguat kelas B menderita distorsi buruk jika level sinyal rendah
Penguat (Amplifier) Kelas AB
Penguat (Amplifier) Kelas AB adalah kombinasi penguat kelas A dan kelas B. Penguat kelas AB biasanya menggunakan penguat daya audio. Dari diagram dua transistor memiliki jumlah tegangan yang kecil yaitu 5 hingga 10% dari arus diam dan bias transistor tepat di atas titik cutoff.
Kemudian perangkat mungkin transistor FET atau transistor bipolar akan ON selama lebih dari setengah siklus, tetapi kurang dari satu siklus penuh sinyal input. Oleh karena itu, dalam desain penguat kelas AB masing-masing transistor push-pull melakukan sedikit lebih dari setengah siklus konduksi di kelas B, tetapi jauh lebih sedikit daripada siklus penuh konduksi kelas A.
Kemudian perangkat mungkin transistor FET atau transistor bipolar akan ON selama lebih dari setengah siklus, tetapi kurang dari satu siklus penuh sinyal input. Oleh karena itu, dalam desain penguat kelas AB masing-masing transistor push-pull melakukan sedikit lebih dari setengah siklus konduksi di kelas B, tetapi jauh lebih sedikit daripada siklus penuh konduksi kelas A.
Sudut konduksi penguat Kelas AB berada di antara 1800 hingga 3600 yang tergantung pada titik bias. Kelebihan dari tegangan bias kecil adalah untuk memberikan resistansi dan dioda di seri.
Kelebihan Penguat (Amplifier) Kelas AB
- Penguat Kelas AB memiliki perilaku linier
- Desain penguat ini sangat sederhana
- Distorsi penguat ini kurang dari 0.1%
- Kualitas suara dari suara ini sangat tinggi
Kekurangan Penguat (Amplifier) Kelas AB
- Disipasi daya dari penguat ini menghasilkan panas dan membutuhkan banyak heat sink
- Penguat ini memiliki efisiensi daya rendah dan efisiensi rata-rata kurang dari 50%
Aplikasi Penguat (Amplifier) Kelas AB
Penguat kelas AB digunakan dalam sistem hi-fi.
Penguat (Amplifier) Kelas C
Desain penguat kelas C memiliki efisiensi yang besar dan linearitas miskin. Pada penguat sebelumnya, kita telah membahas penguat kelas A, B dan AB adalah penguat linier. Penguat kelas C sangat bias sehingga arus output adalah nol untuk lebih dari setengah sinyal input dan transistor idling pada titik potong. Karena distorsi audio yang serius, Penguat kelas C adalah osilasi gelombang sinus frekuensi tinggi.
Kelebihan Penguat (Amplifier) Kelas C
- Efisiensi penguat Kelas C tinggi
- Dalam penguat kelas C ukuran fisik rendah untuk daya output daya yang diberikan
Kekurangan Penguat (Amplifier) Kelas C
- Linearitas penguat Kelas C rendah
- Penguat kelas C tidak digunakan dalam amplifier audio
- Rentang dinamis penguat kelas C berkurang
- Penguat kelas C akan menghasilkan lebih banyak antarmuka RF
Aplikasi Penguat (Amplifier) Kelas C
Penguat ini digunakan pada amplifier RF
Penguat (Amplifier) Kelas D
Penguat kelas D adalah penguat switching non-linear atau penguat Modulasi Lebar Pulsa (PWM). Penguat ini dapat mencapai efisiensi 100% secara teoritis dan tidak ada periode selama siklus. Tegangan dan bentuk gelombang arus tumpang tindih arus diambil hanya dengan bantuan transistor yang dalam keadaan ON. Penguat ini juga disebut sebagai penguat digital.
Kelebihan Penguat (Amplifier) Kelas D
- Penguat kelas D memiliki efisiensi lebih dari 90%.
- Di penguat kelas D, ada disipasi daya rendah
Kekurangan Penguat (Amplifier) Kelas D
- Desain penguat kelas D lebih kompleks daripada penguat kelas AB.
Aplikasi Penguat (Amplifier) Kelas D
- Penguat ini digunakan dalam kartu suara perangkat seluler dan komputer pribadi
- Penguat ini digunakan pada mobil amplifier audio subwoofer.
- Saat ini, di sebagian besar aplikasi, penguat ini digunakan.
Penguat (Amplifier) Kelas F
Penguat F digunakan untuk meningkatkan efisiensi dan output oleh resonator harmonik dalam bentuk jaringan output dan untuk membentuk bentuk gelombang output dalam gelombang persegi. Penguat kelas F memiliki efisiensi lebih dari 90% jika tuning harmonik tak terbatas digunakan.
Penguat (Amplifier) Kelas G
Peningkatan penguat Kelas G adalah dasar dari Penguat Kelas AB. Penguat kelas G digunakan pada rel catu daya ganda dengan tegangan berbeda. Secara otomatis beralih di antara rel supply saat sinyal input berubah. Pergantian kontak mengurangi konsumsi daya rata-rata karenanya, kehilangan daya dihasilkan oleh panas yang terbuang. Diagram rangkaian di bawah ini menunjukkan penguat kelas G.
Penguat (Amplifier) Kelas S
Penguat kelas S adalah operasi yang serupa dengan penguat kelas D. Penguat ini adalah penguat mode switching non-linear. Ini mengubah sinyal input analog ke pulsa gelombang persegi digital dengan menggunakan modulasi delta-sigma. Ini memperkuat mereka untuk meningkatkan daya output dengan bantuan band pass filter. Sinyal digital penguat switching sepenuhnya dalam keadaan ON atau OFF dan efisiensinya dapat mencapai 100%.
Penguat (Amplifier) Kelas T
Penguat kelas T dirancang dengan jenis penguat switching digital. Saat ini penguat ini menjadi lebih populer sebagai desain penguat audio karena perpanjangan chip DSP dan penguat suara multi-channel.
Penguat ini mengubah sinyal dari sinyal analog ke sinyal Modulasi Lebar Pulsa (PWM) digital dan amplifikasi meningkatkan efisiensi penguat. Penguat kelas T adalah kombinasi sinyal distorsi rendah dari penguat kelas AB dan yang lainnya adalah efisiensi penguat kelas D.
Penguat ini mengubah sinyal dari sinyal analog ke sinyal Modulasi Lebar Pulsa (PWM) digital dan amplifikasi meningkatkan efisiensi penguat. Penguat kelas T adalah kombinasi sinyal distorsi rendah dari penguat kelas AB dan yang lainnya adalah efisiensi penguat kelas D.