Penguat Daya Kelas A

Dalam elektronika banyak sekali dijumpai jenis penguat, pengelompokan dapat berdasarkan:

1. rentang frekuensi operasi,

a. gelombang lebar (seperti: penguat audio, video, rf dll)

b. gelombang sempit (seperti tuned amplifier).

2. metoda pemasangan rangkaian,

a. pemasangan AC : semua komponen frekuensi rendah (termasuk dc) tidak diteruskan ke rangkaian penguat

b. pemasangan DC : salah satu tipenya adalah penguat chopper, sinyal input terbelah menjadi seri pulsa kemudian diperkuat oleh penguat ac sebelum dikembalikan lagi ke level dc.

3. titik bias pada penguat: kelas A, kelas B, kelas AB dan kelas C

4. tegangan

5. arus

6. daya

Berdasarkan dengan tipe pembiasan yang dilakukan oleh penguat, dapat dikelompokkan menjadi:

1. kelas A : Titik kerja diatur agar seluruh fasa sinyal input diatur sedemikian rupa sehingga seluruh fasa arus output selalu mengalir. Penguat ini beroperasi pada daerah linear.

2. kelas B : Titik kerja diatur pada suatu sisi ekstrim saja, sehingga daya quiescent sangat kecil. Untuk sinyal input sinusoida, penguatan hanya terjadi pada setengah perioda sinyal input saja.

3. kelas AB : Titik kerja diatur dua ekstrim dari kelas A dan kelas B. Jadi sinyal output sama dengan nol pada satu bagian namun dengan selang kurang dari setengah siklus sinyal sinus.

4. kelas C : Titik kerja diatur beropersi untuk arus (tegangan) output sama dengan nol dengan selang lebih besar dari setengah siklus sinus. Sehingga penguat bekerja kurang dari setengah perioda sinyal input.

Pada percobaan ini akan dipelajari mengenai prinsip kerja dari rangkaian penguat daya 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_c dihubungkan 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.