Penguat Gandengan DC

Dalam praktek biasanya untuk memperoleh suatu penguatan yang cukup besar, dapat dilakukan dengan menggandeng beberapa penguat atau biasa dikenal dengan penguat bertingkat. Untuk menjaga agar tegangan panjar (bias) pada suatu tahap tidak terganggu oleh tahap sebelum dan berikutnya, maka antara penguat-penguat tersebut dipisahkan dengan kapasitor. Rangkaian semacam ini lebih dikenal dengan penguat gandengan RC. Penguat gandengan RC hanya bekerja untuk isyarat AC. Bila isyarat berupa arus/tegangan DC atau bolak-balik dengan frekuensi sangat rendah, maka diperlukan rangkaian penguat gandengan DC. Pada penguat ini, antara transistor yang satu dengan yang lainnya dihubungkan secara langsung. Ada beberapa cara untuk memperoleh penguat gandengan DC diantaranya adalah penguat diferensial dan penguat hubungan Darlington.

a. Hubungan npn-pnp dan pnp-npn

Suatu bentuk gandengan langsung antara dua transistor yang sering dijumpai adalah seperti pada gambar 1.

Penguat gandengan npn-pnp

Penguat di atas tidak lain penguat gandengan langsung biasa seperti pada gambar 1. Perbedaannya hanya terletak pada transistor Q₂ yaitu transistor pnp. Dioda D₁ dan D₂ adalah untuk penyedot arus I_CO, agar tak menyebrang sambungan basis kolektor, yang akan menyebabkan titik kerja mudah berubah dengan suhu.

Kombinasi pnp-npn seringkali digunakan sebagai satu transistor ini dilukiskan pada gambar 2 berikut:

a) Kombinasi npn-pnp berfungsi sebagai npn; b) Kombinasi pnp-npn berfungsi sebagai pnp.

Sifat transistor gabungan ditentukan oleh macam transistor pertamanya. Misalkan transistor pertama npn, maka kombinasi akan bersifat sebagai transistor npn pula.

b. Penguat Diferensial

Satu bentuk penguat gandengan langsung yang banyak digunakan dapat dilihat pada gambar 3 yaitu suatu bentuk penguat diferensial.

Penguat ini mempunyai dua masukan dan dua keluaran. Selisih tegangan isyarat antara kedua keluaran ini sebanding dengan selisih kedua isyarat pada masukan, jika penguatan tegangan kedua penguat sama. Ini dapat dijelaskan sebagai berikut:

V₀₁ = A₁V₁ dan V₀₂ = A₂ V_i2. Jika A₁ = A₂ = A

V₀₁ –V₀₂ = A(V_i1-V₁₂)

Atau V_od = A V_id dengan V_od = V₀₁ – V₀₂ dan V_id­ = V_i1-V₁₂

Penguatan A juga disebut penguatan diferensial. Oleh karena itu ada dua masukan dan dua keluaran, penguat diferensial seperti itu dikatakan mempunyai masukan berujung dua dan keluaran berujung dua. Penguat diferensial tersebut dikenal dengan nama penguat diferensial masukan berimbang dan keluaran berimbang.

b. Tegangan pada titik A tak langsung pada isyarat masukan diferensial

a Penguat diferensial

Marilah kita tinjau perilaku penguat di atas untuk isyarat masukan diferensial

V_id­ = V_i1-V_12. Agar lebih mudah dimengerti V_i2 dibuat tetap besarnya, misalnya sama dengan nol. Rangkaian menjadi seperti gambar 4a.

Jika V_id­ diperbesar, arus I_E1 akan diperbesar pula. Akibatnya tegangan titik A akan naik, V_BE(Q2) akan berkurang sehingga I_E2 akan berkurang. Ini berarti

(a) penguat diferensial dengan masukan dan keluaran berimbang; (b) rangkaian setara penguat pada (a)

i_E 1 + 1_E.₂ = l_E tetap besarnya. Oleh karena V_A = i_E R_E - V_EE, tegangan pada titik A tak dipengaruhi oleh isyarat diferensial. Dengan kata lain tegangan pada titik A mempunyai nilai tetap terhadap isyarat diferensiaL Dapatlah diartikan bahwa untuk isyarat diferensial, R_E tak dilalui arus isyarat sehingga tidak muncul pada rangkaian setara isyarat kecil. Untuk isyarat diferen­sial pada suatu penguat diferensial dengan masukan berimbang dap keluaran ber­imbang rangkaian setara adalah seperti pada gambar 5.

Dari gambar 4 tampak bahwa hambatan masukan R_i = 2h_ie dan hambat­an keluaran

Penguatan arus adalah h_fe, sehingga pengaturan tegangan adalah:

Untuk 1/h_oe >> R_c maka

K_V, dif adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.

dengan K_v,di adalah penguatan tegangan untuk isyarat masukan diferensial.

c. Penguat diferensial dengan keluaran tunggal

Seringkali kolektor salah satu transistor dihubungkan langsung padA V_cc sehingga berada pada tanah ac. Penguat diferensial semacam ini mempunyai keluaran tunggal dan disebut pe­nguat diferensial dengan keluaran, tak berimbang. Penguat semacam ini dilukis­kan pada gambar 3.5

Penguat diferensial dengan keluaran tunggal

Marilah kita tinjau perilaku kedua masukan pada penguat di atas. Jika V_i2 kita buat tetap dan V.₁ diperbesar maka arus i_El membesar dan i_E2 me­ngecil maka tegangan pada keluaran akan naik. Jadi isyarat pada masukan akan menghasilkan keluaran sefasa. Masukan a disebut masukan tak mem­balik, dan dinyatakan dengan tanda +. Jika masukan a dibuat tetap dan tegangan pada masukan b diperbesar, maka arus kolektor Q₂ akan bertambah besar yang berakibatkan tegangan pada keluaran akan turun. Tampak jika keluaran b dinaikkan, keluaran turun, atau isyarat pada masukan b akan menghasilkan keluaran dengan fasa berlawanan. Oleh karena itu masukan b disebut masukan membalik, dan diberi tanda -.

Suatu bentuk penguat diferensial dengan masukan diferensial dan keluaran tunggal adalah penguat operasional.

Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang dilukiskan pada gambar berikut

Rangkaian setara penguat diferensial dengan keluaran tak berimbang.