POWER AMPLIFIER

LAPORAN

 POWER AMPLIFIER

Disusun oleh:

DHENOK LARASATI (140534603666)

MUHAMAD RIO ALRIZAL (140534603928)

UNIVERSITAS NEGERI MALANG

FAKULTAS TEKNIK

JURUSAN TEKNIK ELEKTRO

PRODI S1 PENDIDIKAN TEKNIK ELEKTRO

NOVEMBER 2014

A.    TUJUAN

1.      Mengetahui rangkaian power amplifier

2.      Mengetahui fungsi dari komponen - komponen dalam rangkaian power amplifier

3.      Mengetahui prinsip kerja power amplifier

B.     DASAR TEORI

1.      Kapasitor

v  Pengertian kapasitor 

Kapasitor adalah komponen elektronika yang dapat menyimpan muatan arus listrik di dalam medan listrik sampai batas waktu tertentu dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari muatan arus listrik.

.

v  Cara kerja kapasitor dalam sebuah rangkaian elektronika adalah dengan cara mengalirkan arus listrik menuju kapasitor. Apabila kapasitor sudah penuh terisi arus listrik, maka kapasitor akan mengeluarkan muatannya dan kembali mengisi lagi. Begitu seterusnya.

Kapasitor biasanya terbuat dari dua buah lempengan logamyang dipisahkan oleh suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umumnya dikenal misalnya adalah ruang hampa udara, keramik, gelas, dan lain-lain. Jika kedua ujung pelat metal diberi tegangan listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung kutub negatif, dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke kutub positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya.

v  Gambar macam-macam kapasitor

 

v  Elco (Elektrolit Kondensator

Fungsi elco dalam suatu rangkaian elektronika yaitu di pakai untuk mengetahui nilai kapasitas sebuah elco didalam satuan uf (mikro farad). Fungsi elco biasanya sering di sebut sebagai kapasitor polar. Dalam kapasitor polar mempunyai dua kutub yang berlainan pada setiap kakinya, sehingga didalam pemasangan komponen ini tidak bisa terbalik maupun salah didalam pemasangan.

 

Elco atau kondensator / kapasitor elektrolit yaitu komponen yang mempunyai dua kaki, yakni kaki ( – ) dan kaki ( + ). Fungsi elco juga bisa di sebut sebagai penyimpan arus listrik searah dc. Rangkaian elco biasanya di gunakan dalam rangkaian apa saja, misalnya pada power supply regulator dan rangkaian lainnya. Kapasitor elco di bagi jadi 2 type, yakni kapasitor polar dan kapasitor bipolar / non polar. Pembagian ini didasarkan pada polaritas ( kutub positif dan negatif ) dari masing-masing kapasitor.

Kapasitor elektrolit juga biasanya di sebut sebagai mempunyai fungsi elco, dikarenakan kapasitor ini mempunyai dua buah kaki yang di tandai dengan kaki panjang (positif) dan kaki pendek (negative). Nilai kapasitas dari kapasitor ini adalah 47 uf ( mikro farad ) sampai beberapa ribu mikro farad dengan voltase kerja dari beberapa volt sampai beberapa ribu volt.

Kerusakan umum yang sering di temukan didalam fungsi elco terlebih pada kapasitor elektrolit yaitu kering ( kapasitasnya berubah ), konsleting listrik dan meledak yang dikarenakan salah didalam pemasangan tegangan positif dan negatifnya, bila batas maksimum voltase di lampaui juga dapat mengakibatkan ledakan. Setiap elco mempunyai tegangan kerja yang berbeda-beda, umumnya batas maksimal tegangan yang diperbolehkan untuk suatu elco tertulis pada badannya. Tegangan kerja pada elco bisa dinyatakan didalam satuan volt.

v  Kapasitor sebagai kopling

Kapasitor sebagai kopling, dilihat dari sifat dasar kapasitor yaitu dapat dilalui arus ac dan tidak dapat dilalui arus dc dapat dimanfaatkan untuk memisahkan 2 buah rangkaian yang saling tidak berhubungan secara dc tetapi masih berhubungan secara ac(signal), artinya sebuah kapasitor berfungsi sebagai kopling atau penghubung antara 2 rangkaian yang berbeda.

                       

v   fungsi kapasitor yang terdapat dalam sebuah rangkaian/sistem elektronika.

§  Sebagai kopling antara rangkaian yang satu dengan rangkaian yang lain (pada power supply).

§  Sebagai filter/penyaring dalam rangkaian power supply.

§  Sebagai frekuensi dalam rangkaian antena.

§  Untuk menghemat daya listrik pada lampu neon.

§  Menghilangkan bouncing (loncatan api) bila dipasang pada saklar

§  Untuk menyimpan arus/tegangan listrik.

§  Untuk arus DC berfungsi sebagai isolator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik.

§  Perata tegangan DC pada pengubah AC to DC. Pembangkit gelombang AC atau oscilator, dan sebagainya.

2.      Resistor

Resistor adalah komponen elektronika yang digunakan untuk membatasi jumlah arus listrik yang mengalir dalam suatu rangkaian. Resistor komposisi karbon terdiri dari sebuah unsur resistif berbentuk tabung dengan kawat atau tutup logam pada kedua ujungnya. Badan resistor dilindungi dengan cat atau plastik. Resistor tersedia dari dalam beberapa seri yang nilai-nilainya merupakan kelipatan 10, dimana jumlah nilai yang diberikan setiap seri ditentukan oleh toleransinya. Pada resistor terdapat hubungan berbanding lurus atau hubungan linear antara voltase dan arus.

Resistor memiliki resistifitas yang juga disebut sebagai tahanan. Besar resistifitas menunjukkan berapa kuat suatu komponen menahan arus. Apabila resistifitas besar, berarti daya untuk menahan arus juga besar sehingga arus menjadi kecil.

Resistor ada dua macam yaitu resistor tetap dan resistor tidak tetap. Resistor tetap (Fixed Resistor) adalah resistor yang sudah di tetapkan nilai resistansinya dari pabrik pembuatnya.

Sedangkan resistor tidak tetap (Variable resistor) adalah resistor yang nilai resistansinya dapat diubah - ubah sesuai kebutuhan. Ex : NTC, LDR, Potensiometer, Trimpot, dll.

 

Gambar dan simbol Resistor

Fungsi Resistor adalah sebagai berikut:

Fungsi resistor dapat diumpamakan dengan sekeping papan yang dipergunakan untuk menahan aliran air yang deras di selokan/parit kecil. Makin besar nilai tahanan, makin kecil arus dan tegangan listrik yang melaluinya. Adapun fungsi lain resistor dalam rangkaian elektronika, yaitu:

a. Menahan arus listrik agar sesuai dengan kebutuhan suatu rangkaian elektronika.
b. Menurunkan tegangan sesuai dengan yang dibutuhkan oleh rangkaianelektronika.
c.Membagit tegangan.
d. Sebagai pembagi arus

Cara menghitung nilai resistor

 

Untuk mengetahui nilai hambatan suatu resistor dapat dilihat atau dibaca dariwarna yang tertera pada bagian luar badan resistor tersebut yang berupa gelang

Warna	Gelang KE
	1 dan 2	3	4
Hitam	0	x 1	1%
Cokelat	1	x 10	2%
Merah	2	x 100	2%
Jingga	3	x 1000	-
Kuning	4	x 10000	-
Hijau	5	x 100000	-
Biru	6	x 1000000	-
Ungu	7	x 10000000	-
Abu-Abu	8	x 100000000	-
Putih	9	x 1000000000	-
Emas	-	x 0.1	5%
Perak	-	x 0.01	10%
Tidak Berwarna	-	-	20%

3. Transistor

Ø  Pengertian

Transistor adalah alat semikonduktor yang dipakai sebagai penguat, pemotong (switching), stabilisasi tegangan, modulasi sinyal atau fungsi lainnya. Transistor dapat berfungsi semacam kran listrik, dimana berdasarkan arus inputnya (BJT) atau tegangan inputnya (FET), memungkinkan pengaliran listrik yang sangat akurat dari sirkuit sumber listriknya.

Pada umumnya, transistor memiliki 3 terminal. Tegangan atau arus yang dipasang di satu terminalnya mengatur arus yang lebih besar yang melalui 2 terminal lainnya. Transistor adalah komponen yang sangat penting dalam dunia elektronik modern. Dalam  angkaian analog, transistor digunakan dalam amplifier (penguat). Rangkaian analog melingkupi pengeras suara, sumber listrik stabil, dan penguat sinyal radio. Dalam rangkaian-rangkaian digital, transistor digunakan sebagai saklar berkecepatan tinggi. Beberapa transistor juga dapat dirangkai sedemikian rupa sehingga berfungsi sebagai logic gate, memori, dan komponen-komponen lainnya.

Prinsip yang di pakai didalam transistor sebagai penguat yaitu arus kecil pada basis dipakai untuk mengontrol arus yang lebih besar yang diberikan ke kolektor melalui transistor tersebut. Dari sini bisa kita lihat bahwa fungsi dari transistor adalah hanya sebagai penguat ketika arus basis akan berubah. Perubahan arus kecil pada basis inilah yang dinamakan dengan perubahan besar pada arus yang mengalir dari kolektor ke emitter.

Kelebihan dari transistor penguat bukan sekedar bisa menguatkan sinyal, namun transistor ini juga dapat di pakai sebagai penguat arus, penguat daya dan penguat tegangan. Di bawah ini gambar yang biasa di pakai dalam rangkaian transistor khususnya sebagai penguat yang biasa di pakai dalam rangkaian amplifier sedehana.

Untuk Eksperiment Silakan dibandingkan Input/Output dari rangkaian Penguat Berikut:

Penguat Kelas A                                                         penguat kelas AB

Penguat kelas B

1.      Menentukan Kaki Basis, Sekaligus Menentukan Jenis Transistor

Untuk menentukan kaki basis kita harus tau karakter kaki basis ini, yaitu memiliki hubungan fordward bias pada basis ke kolektor dan basis ke emitor serta refervse bias dari kolektor ke basis dan emitor ke basis pada jenis transistor NPN dan kondis sebaliknya pada jenis PNP. Pada tahap ini kita harus memisalkan kaki-kaki transistor tersebut dengan nama lain, sebagai contoh kaki 1 kaki 2 dan kaki 3. Kemudian set multimeter ke Ohm meter x10 atau x100 kemudian kita cari kaki basis dengan : Hubungkan probe merah ke salah satu kaki, misal kaki 1 kemudian probe hitam dihubungkan ke kedua kaki yang lain, apabila multimeter memberikan nilai ukur resistansi yang rendah (jarum bergerak lebar) pada keduanya maka kaki 1 adalah kaki basis untuk transistor PNP. Dan NPN apabila probe pada posisi kaki 1 adalah probe hitam dengan hasil ukur seperti sebelumnya. Jika hanya pada satu kaki 2 atau 3 saja yang bergerak kemungkinan basis nya 2 atau 3. Ulangi, carilah konfigurasi sampai diketemukan jarum meter bergerak semua. Pastikan basis sudah ketemu dan jenis transistor NPN atau PNP.

a). NPN : Kaki basis probe hitam, kaki emitor dan kolektor probe merah maka jarum bergerak. kemudian bila dibalik kaki basis probe merah, kaki emitor dan kolektor probe hitam jarum tidak bergerak.

b). PNP: Kaki basis probe merah, kaki emitor dan kolektor probe hitam maka jarum bergerak. kemudian bila dibalik kaki basis probe hitam, kaki emitor dan kolektor probe merah jarum tidak bergerak.

2. Menentukan Kaki Kolektor Dan Emitor

Kaki basis sudah ditentukan kemudian kita dapat menetukan kaki kolektor dan emitor dengan konsep transistor sebagai saklar. Untuk menetukan kaki kolektor dan emitor seting multmeter di pindah ke Ohm meter x10KOhm, Kemudian lakukan teknik berikut.

Misalnya transistor NPN.

- Hubungkan probe hitam pada salah satu kaki selain basis dengan cara menempelkan probe bersama jari tangan kita (probe dan kaki transistor dipegang jadi satu)

- Hubungkan probe merah pada kaki yang lain (juga selain basis) dan jangan disentuh dengan jari tangan. Sentuh kaki basis dengan jari tangan. Jika jarum meter tidak bergerak, balik posisinya ke kaki yang lain.

- Sentuh kembali kaki basis dengan jari tangan. Jika jarum meter bergerak cukup lebar maka bisa dipastikan kaki yang dipegang bersama probe hitam adalah kolektor, kaki yang lain (probe merah) adalah emitor Untuk transistor PNP caranya sama cuma posisi probe merah dan probe hitam dibalik.

Untuk kaki emitor pada kemasan tertentu biasanya ditandai sirip pada kemasan transistor. Kemudian tanda untuk kaki kolektor adalah huruf c, tanda titik bulat, titik kotak atau titik segitiga yang berada di kemasan transistor.

Ø  Penguat Kelas A

Contoh dari penguat kelas A adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva V_CE-I_C dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A. Gambar berikut adalah contoh rangkaian common emitor dengan transistor NPN Q1.

Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor R_c dan R_e dari rumus

V_CC = V_CE + I_cR_c + I_eR_e. Jika I_e = I_c

maka dapat disederhanakan menjadi:

V_CC = V_CE + I_c (R_c+R_e).

Selanjutnya dapat digambarkan garis beban rangkaian ini dari rumus tersebut. Sedangkan resistor Ra dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Sehingga dapat ditentukan sendiri besar resistor-resistor pada rangkaian tersebut dengan menetapkan berapa besar arus I_b yang memotong titik Q.

Besar arus Ib biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan. Besar penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal AC. Analisa rangkaian AC adalah dengan menghubung singkat setiap komponen kapasitor C dan secara imajiner menyambungkan V_CC ke ground. Dengan cara ini rangkaian gambar-1dapat dirangkai menjadi seperti gambar 2. Resistor R_a dan R_cdihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung singkat.

Dengan adanya kapasitor C_e, nilai R_e pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti. Pembaca dapat mencari lebih lanjut literatur yang membahas penguatan transistor untuk mengetahui bagaimana perhitungan nilai penguatan transistor secara detail. Penguatan didefenisikan dengan :

V_out/V_in = r_c / r_e`

Dimana r_c adalah resistansi R_c paralel dengan beban R_L (pada penguat akhir, RL adalah speaker 8 Ohm) dan re` adalah resistansi penguatan transitor. Nilai re` dapat dihitung dari rumus r_e` = h_fe/h_ie yang datanya juga ada di datasheet transistor. Gambar 3.  menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output terhadap garis kurva x-y rumus penguatan v_out = (r_c/r_e) V_in.

Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Dengan syarat sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar.

Ø  Power Amplifier kelas AB

Ini dibuat bertujuan untuk membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distorsi) dari penguat kelas A dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang lebih baik seperti pada amplifier kelas B. Karena amplifier kelas A memiliki efisiensi daya yang rendah (±25%) yang disebaban titik kerja berada di 1/2 VCC tetapi memiliki kualitas sinyal yang terbaik. Sedangkan amplifier kelas B memiliki efisiensi daya yang baik (±85%) karena titik kerja mendekati VCC tetapi kualitas suara yang kurang baik. Sehingga dibuat amplifier kelas AB yang memiliki efisiensi daya penguatan sinyal (±60%) dengan kualitas sinyal audio yang baik. Titik kerja amplifier kelas AB dapat dilihat pada grafik garis beban berikut.

Grafik Titik Kerja Amplifier Kelas AB Dengan menempatkan titik kerja rangkaian power amplifier kelas AB berada diantara titik kerja kelas A dan kelas B seperti terlihat pada grafik titik kerja rangkaian diatas, penguat kelas AB dimaksudkan mendapatkan karakteristik dasar gabungan dari amplifier kelas A dan amplifier kelas B.

Rangkaian Dasar Power Amplifier Kelas AB Power amplifier kelas AB pada umumnya menggunakan sumber tegangan simetris. Fungsi dioda pada rangkaian penguat kelas AB diatas adalah untuk memecah sinyal sisi puncak positif dan sisi sinyal puncak negatif. Q1 dan Q2 masing-masing berfungsi sebagai penguat sinyal sisi puncak positif dan puncak negatif. Pada saat menguatkan sinyal sinus maka pada rangkaian amplifier kelas AB diatas dapat dihitung tegangan output dan daya output dari rangkaian diatas sebagai berikut.

Tegangan output RMS :

Daya Output :

Dimana Vd adalah tegangan dioda antara basis dan Vin Rangkaian diatas merupakan rangkaian dasar power amplifier kelas AB yang sering diaplikasikan pada power amplifier OCL, OTL maupun BTL. Power amplifier kelas AB ini cocok digunakan sebagai penguat sinyal audio karena memiliki efisiensi daya yang baik dan sinyal output yang dihasilkan tidak mengalamidistorsi.

4. DIODA

Dioda adalah semikonduktor yang terdiri dari persambungan (junction) P-N.Sifat dioda yaitu dapat menghantarkan arus pada tegangan maju dan menghambat arus pada tegangan balik. Dalam elektronika, dioda adalah komponen aktif bersaluran dua (dioda termionik mungkin memiliki saluran ketiga sebagai pemanas).

Sifat kesearahan yang dimiliki sebagian besar jenis dioda seringkali disebut karakteristik menyearahkan. Fungsi paling umum dari dioda adalah untuk memperbolehkan arus listrik mengalir dalam suatu arah (disebut kondisi panjar maju) dan untuk menahan arus dari arah sebaliknya (disebut kondisi panjar mundur). Ketika dioda diberi tegangan positif maka potensial positif yang ada pada plate akan menarik elektron yang baru saja terlepas dari katoda oleh karena emisi thermionic, pada situasi inilah arus listrik baru akan terjadi.

                                     

 Seberapa besar arus listrik yang akan mengalir tergantung daripada besarnya tegangan positif yang dikenakan pada plate. Semakin besar tegangan plate akan semakin besar pula arus listrik yang akan mengalir. Oleh karena sifat dioda yang seperti ini yaitu hanya dapat mengalirkan arus listrik pada situasi tegangan tertentu saja, maka dioda dapat digunakan sebagai penyearah arus listrik (rectifier). Pada kenyataannya memang dioda banyak digunakan sebagai penyearah tegangan AC menjadi tegangan DC pada rangkaian Elektronik. Dioda sebagai salah satu komponen aktif sangat popular digunakan dalam rangkaian Elektronika, karena bentuknya sederhana dan penggunaannya sangat luas. Ada beberapa macam rangkaian dioda, diantaranya : penyearah setengah gelombang (Half-Wave Rectifier), penyearah gelombang penuh (Full-Wave Rectifier), rangkaian pemotong (Clipper), rangkaian penjepit (Clamper) maupun pengganda tegangan (Voltage Multiplier)

Simbol-simbol Dioda : 

Fungsi Dioda :

1.      Penyearah, contoh : dioda bridge

2.      Penstabil tegangan (voltage regulator), yaitu dioda zener

3.      Pengaman /sekering

4.      Sebagai rangkaian clipper, yaitu untuk memangkas/membuang level sinyal yang ada di atas atau di bawah level tegangan tertentu.

5.      Sebagai rangkaian clamper, yaitu untuk menambahkan komponen dc kepada suatu sinyal ac

6.      Pengganda tegangan.

7.      Sebagai indikator, yaitu LED (Light Emitting Diode)

8.      Sebagai sensor panas, contoh aplikasi pada rangkaian power amplifier

9.      Sebagai sensor cahaya, yaitu dioda photo

10.  Sebagai rangkaian VCO (voltage controlled oscilator), yaitu dioda varactor

C.    ALAT DAN BAHAN

1.      Alat

·      Setrika ......................................................................     1 buah

·      Ferry chloride.......................................................... ..    1 ons (1 hg)

·      Bor PCB (0,8 mm dan 3 mm)...................................     1 buah

·      Solder .......................................................................     1 buah

·      Tang Potong .............................................................     1 buah

·      Obeng plus (+) ..........................................................     1 buah

·      Multimeter ................................................................     1 buah

·      Cutter/Gunting..........................................................     1 buah

·      Penggaris...................................................................     1 buah

·      Selotip.......................................................................     secukupnya

·      Air.............................................................................     secukupnya

·      Amplas......................................................................     secukupnya

2.      Bahan

·         Kapasitor 47µF 25v...................................................     1 buah

·         Kapasitor 200µF 25v.................................................     1 buah

·         Transistor TIP 31.......................................................     1 buah

·         Transistor TIP 32.......................................................     1 buah

·         TR D438....................................................................     1 buah

·         Resistor 22 kΩ...........................................................     1 buah

·         Resistor 2.2kΩ...........................................................     1 buah

·         Resistor 47 Ω.............................................................     1 buah

·         Resistor 5.6 kΩ..........................................................     1 buah

·         Dioda 1N4148...........................................................     2 buah

·         PCB...........................................................................     1 buah

·         Timah.........................................................................     Secukupnya

·         Kabel …....................................................................     Secukupnya

·         Spicer.........................................................................     4 buah

·         Mur dan Baut............................................................     4 buah

·         Terminal kabel 4 slot.................................................     1 buah

D.FLOWCHART

 

E. GAMBAR RANGKAIAN

a). Skema Rangkaian

b.) Tata Letak Komponen

c). Lay Out

F. PRINSIP KERJA

            Sinyal input suara pada rangkaian ini berupa gelombang sinyal AC atau biasa disebut dengan gelombang sinyal sinus. Sinyal input ini dapat berasal dari pre-amplifier, handphone, laptop, maupun media lain. Sinyal input akan masuk melalui kapasitor 4,7 uF, dimana kapasitor ini berfungsi sebagai filter atau sebagai pengeblok gelombang sinyal DC sehingga hanya mengalirkan gelombang AC atau sinus saja.

Kemudian sinyal sinus yang telah melewati kapasitor 4.7 uF akan mengalami penguatan melalui transistor D438 dimana transistor tersebut berfungsi sebagai penguat kelas A. dimana pada penguatan kelas ini sinyal sinus yang mengalami penguatan namun sinyal keluarannya berbalik fasa 180^o.

Sinyal keluaran dari transistor D438 akan mengalami penguatan kembali dengan masukpada transistor TIP 31 dan TIP 32. Dimana kedua transistor ini berfungsi sebagai penguat tipe kelas AB. Pada penguatan tipe kelas AB ini yang mengalami penguatan adalah arusnya. Maka penguat tipe kelas AB ini untuk menguatkan daya terutama pada arusnya.

Setelah diperkuat oleh transistor TIP 31 dan TIP 32, sinyal kembali di filter dengan kapasitor elektrolit 200 uF, dimana kapasitor tersebut fungsinya sama dengan kapasitor 4.7 uF sebagai filter sinyal DC. Sehingga sinyal outputnya murni sinyal AC.

Sinyal keluaran dari kapasitor bias langsung ke output beban yang berupa speaker.

G. ANALISA RANGKAIAN

Sinyal input suara pada rangkaian ini berupa gelombang sinyal AC atau biasa disebut dengan gelombang sinyal sinus. Sinyal input ini dapat berasal dari pre-amplifier, handphone, laptop, maupun media lain. Sinyal input akan masuk melalui kapasitor 4,7 uF, dimana kapasitor ini berfungsi sebagai filter atau sebagai pengeblok gelombang sinyal DC sehingga hanya mengalirkan gelombang AC atau sinus saja.

Kemudian sinyal sinus yang telah melewati kapasitor 4.7 uF akan mengalami penguatan melalui transistor D438 dimana transistor tersebut berfungsi sebagai penguat kelas A. dimana pada penguatan kelas ini sinyal sinus yang mengalami penguatan namun sinyal keluarannya berbalik fasa 180^o.

Transistor D438 sebagai Penguat kelas A adalah rangkaian dasar common emiter (CE) transistor. Penguat tipe kelas A dibuat dengan mengatur arus bias yang sesuai di titik tertentu yang ada pada garis bebannya. Sedemikian rupa sehingga titik Q ini berada tepat di tengah garis beban kurva V_CE-I_C dari rangkaian penguat tersebut dan sebut saja titik ini titik A.

Garis beban pada penguat ini ditentukan oleh resistor R_c dan R_e dari rumus

V_CC = V_CE + I_cR_c + I_eR_e. Jika I_e = I_c

maka dapat disederhanakan menjadi:

V_CC = V_CE + I_c (R_c+R_e).

Selanjutnya dapat digambarkan garis beban rangkaian ini dari rumus tersebut. Sedangkan resistor Ra dan Rb dipasang untuk menentukan arus bias. Sehingga dapat ditentukan sendiri besar resistor-resistor pada rangkaian tersebut dengan menetapkan berapa besar arus I_b yang memotong titik Q.

Besar arus Ib biasanya tercantum pada datasheet transistor yang digunakan. Besar penguatan sinyal AC dapat dihitung dengan teori analisa rangkaian sinyal AC. Analisa rangkaian AC adalah dengan menghubung singkat setiap komponen kapasitor C dan secara imajiner menyambungkan V_CC ke ground. Resistor R_a dan R_cdihubungkan ke ground dan semua kapasitor dihubung singkat.

Dengan adanya kapasitor C_e, nilai R_e pada analisa sinyal AC menjadi tidak berarti. Pembaca dapat mencari lebih lanjut literatur yang membahas penguatan transistor untuk mengetahui bagaimana perhitungan nilai penguatan transistor secara detail. Penguatan didefenisikan dengan :

V_out/V_in = r_c / r_e`

Dimana r_c adalah resistansi R_c paralel dengan beban R_L dan re` adalah resistansi penguatan transitor. Nilai re` dapat dihitung dari rumus r_e` = h_fe/h_ie yang datanya juga ada di datasheet transistor. Gambar 3.  menunjukkan ilustrasi penguatan sinyal input serta proyeksinya menjadi sinyal output terhadap garis kurva x-y rumus penguatan v_out = (r_c/r_e) V_in.

Ciri khas dari penguat kelas A, seluruh sinyal keluarannya bekerja pada daerah aktif. Penguat tipe class A disebut sebagai penguat yang memiliki tingkat fidelitas yang tinggi. Dengan syarat sinyal masih bekerja di daerah aktif, bentuk sinyal keluarannya akan sama persis dengan sinyal input. Namun penguat kelas A ini memiliki efisiensi yang rendah kira-kira hanya 25% - 50%. Ini tidak lain karena titik Q yang ada pada titik A, sehingga walaupun tidak ada sinyal input (atau ketika sinyal input = 0 Vac) transistor tetap bekerja pada daerah aktif dengan arus bias konstan. Transistor selalu aktif (ON) sehingga sebagian besar dari sumber catu daya terbuang menjadi panas. Karena ini juga transistor penguat kelas A perlu ditambah dengan pendingin ekstra seperti heatsink yang lebih besar.

            Transistor TIP 31C dan TIP 32C sebagai Power Amplifier kelas ABdibuat bertujuan untuk membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distorsi) dari penguat kelas A dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang lebih baik seperti pada amplifier kelas B. Karena amplifier kelas A memiliki efisiensi daya yang rendah (±25%) yang disebaban titik kerja berada di 1/2 VCC tetapi memiliki kualitas sinyal yang terbaik. Sedangkan amplifier kelas B memiliki efisiensi daya yang baik (±85%) karena titik kerja mendekati VCC tetapi kualitas suara yang kurang baik. Sehingga dibuat amplifier kelas AB yang memiliki efisiensi daya penguatan sinyal (±60%) dengan kualitas sinyal audio yang baik. Titik kerja amplifier kelas AB dapat dilihat pada grafik garis beban berikut.

Grafik Titik Kerja Amplifier Kelas AB Dengan menempatkan titik kerja rangkaian power amplifier kelas AB berada diantara titik kerja kelas A dan kelas B seperti terlihat pada grafik titik kerja rangkaian diatas, penguat kelas AB dimaksudkan mendapatkan karakteristik dasar gabungan dari amplifier kelas A dan amplifier kelas B.

Rangkaian Dasar Power Amplifier Kelas AB Power pada umumnya menggunakan sumber tegangan simetris. Fungsi dioda pada rangkaian penguat kelas AB diatas adalah untuk memecah sinyal sisi puncak positif dan sisi sinyal puncak negatif. Q1 dan Q2 masing-masing berfungsi sebagai penguat sinyal sisi puncak positif dan puncak negatif. Pada saat menguatkan sinyal sinus maka pada rangkaian amplifier kelas AB  dapat dihitung tegangan output dan daya output dari rangkaian power sebagai berikut.

Tegangan output RMS :

Daya Output :

Dimana Vd adalah tegangan dioda antara basis dan Vin.

Kapasitor elektrolit 200uF menerima sinyal keluaran dari penguat AB. Kapasitor ini berfungsi untuk memfilter atau memblok tegangan DC yang ada. Sehingga tegangan yang keluaran rangkaian atau tegangan yang masuk pada speaker murni AC atau tidak ada sinyal DC yang masuk pada speaker tersebut.

H. PROSEDUR PENGGUNAAN ALAT

ü  Pastikan rangkaian power dalam kondisi yang baik.

ü  Setting sumber tegangan yang berasal dari power supply sebesar 12v (tegangan antara positif dan nol).

ü  Hubungkan sumber tegangan dari power supply ke rangkaian power amplifier (positif dengan positif dan negatif dengan negative).

ü  Pasangkan output rangkaian power amplifier ke beban (speaker).

ü  Pasangkan input sinyal (handphone, laptop dsb) pada input rangkaian power amplifier.

ü  Power amplifier siap digunakan.

I. KESIMPULAN

Rangkaian penguat audio atau amplifier sering digunakan dalam peralatan elektronik yang kita jumpai sehari – hari, misalnya radio, tape, televisi, home theater, speaker aktif dan pengeras suara di masjid. Kita sering memakai speaker aktif dimana rangkaian didalamnya adalah penguat amplifier yang dijadikan satu dengan box speaker yang membutuhkan listrik sebagai sumber arus atau PSU (power supply).

Dalam kesempatan kali ini kami mencoba membuat sebuah rangkaian amplifier yang sangat sederhana menggunakan dua buah transistor final yaitu TIP 31 dan TIP 32 , dan sebuah transistor driver  yaitu D 438 jenis NPN. Hanya dengan beberapa komponen tambahan 4 buah resistor, 2 dioda, 2 capasitor menjadi sebuah amplifier dengan suara cukup nyaring, dengan biaya pembuatan kira kira 20 ribu-an cukup murah dan terjangkau. Transistor dapat digantikan dengan seri yang lain yang sejenis , sedangkan komponen lainnya dapat dipakai yang nilainya mendekati.

Tegangan untuk rangkaian ini mempunyai range yang cukup lebar antara 6 s/d 12volt dimana kutub negatif sebagai ground , input amplifier ini dapat dihubungkan langsung dengan soundcard komputer atau laptop. Sumber arus dapat diambilkan dari psu komputer karena tegangan output psu besarnya bervareasi dan ditandai warna kabel :

Untuk penggunaan di luar rumah dapat juga memakai aki motor atau mobil sebagai power supply, besarnya tegangan aki yang dapat dipakai bisa 6 V, 12 V.

Kelebihan :

·         Rangkaian cukup sederhana, sehingga memudahkan bagi pemula untuk menganalisa rangkaian ini.

·         Biaya yang dikeluarkan relatif rendah, karena komponen yang digunakan tidak terlalu banyak dan memiliki harga yang terjangkau.

·         Selain menggunakan catu daya power supply, rangkaian ini juga dapat menggunakan catu daya lain berupa batterai maupum accumulator (aki).

Kekurangan :

§  Rangkaian terlalu sederhana dan komponen yang digunakan memiliki kapasitas yang relatif rendah, sehingga penguatan yang dihasilkan power amplifier ini kurang  begitu bagus.

§  Daya maksimal yang dihasilkan juga relatif rendah.

DAFTAR PUSTAKA

www.futurlec.com › Transistors › Power › TIP Series

www.unisonic.com.tw/datasheet/TIP32C

www.redrok.com/Diode_Silicon_1N4148_100V_0.3A_DO-35.

http://elektronika-dasar.web.id/tutorial/menentukan-kaki-transistor/

http://uswah23.blogspot.com/2011/03/penguat-daya-kelas.html

Penguat Transistor _ Abi Sabrina.htm