Penguat emitor bersama

Kurikulum: Sek II, A-level (Electronics), electronics courses

Buka versi lengkap ↗

Tujuan

Menyusun satu tingkat penguat transistor, menentukan titik kerjanya dan penguatan tegangannya.

Rangkaian

Sumber 9 V mencatu transistor NPN (\(\beta\) = 100): kolektor melalui resistor 2,2 kΩ, basis melalui resistor bias 470 kΩ, emitor melalui resistor 470 Ω ke kabel bersama. Sumber tegangan bolak-balik (gelombang sinus, amplitudo 0,2 V, 1 kHz) memberikan sinyal ke basis melalui kapasitor 10 µF. Osiloskop: CH1 — keluaran sumber tegangan bolak-balik (100 mV/div), CH2 — kolektor (500 mV/div, kopling AC), 0,5 ms/div.

Langkah kerja

1. Setelah praktikum dibuka, tunggu beberapa detik: kapasitor terisi dan titik kerja menjadi stabil. Bandingkan kedua grafik: nilai puncak ke puncak dan fase sinyal pada masukan dan pada kolektor.
2. Tentukan penguatan tegangan: perbandingan nilai puncak ke puncak pada kolektor terhadap nilai puncak ke puncak pada masukan.
3. Pada CH2 pilih kopling DC dan 2 V/div, lalu perkirakan tegangan searah pada kolektor.
4. Naikkan amplitudo sumber tegangan bolak-balik menjadi 1 V dan alihkan CH1 ke 0,5 V/div.
5. Di kartu parameter resistor emitor, ubah 470 Ω menjadi 220 Ω, dan kembalikan amplitudo sumber tegangan bolak-balik ke 0,2 V.

Hasil yang diharapkan

Sinyal pada kolektor lebih besar daripada sinyal masukan dan berlawanan fase dengannya: sekitar 1,8 V puncak ke puncak berbanding 0,4 V, penguatan sekitar 4,5 — mendekati perbandingan hambatan kolektor dan emitor, 2,2 kΩ / 470 Ω. Tegangan searah pada kolektor sekitar 5,4 V. Menurut perhitungan, arus kolektor sekitar 1,6 mA dan emitor berada pada tegangan sekitar 0,77 V — rangkaian ini tidak menampilkan nilai-nilai tersebut. Pada amplitudo 1 V gelombang sinus keluaran terpotong: di bagian atas transistor masuk keadaan cut-off, di bagian bawah, dekat tegangan emitor, transistor masuk keadaan saturasi. Dengan resistor emitor 220 Ω penguatan kira-kira menjadi dua kali lipat, dan titik kerja bergeser. Satu resistor bias menentukan arus basis, dan arus kolektor \(\beta\) kali lebih besar, sehingga titik kerja bergantung pada \(\beta\). Transistor nyata dari tipe yang sama memiliki \(\beta\) yang berbeda-beda, dari 100 sampai 300. Atur Penguatan arus β = 300 di kartu parameter transistor: bias kini meminta arus kolektor sekitar 4 mA, lebih besar daripada yang dapat dilewatkan resistor 2,2 kΩ dan 470 Ω, dan transistor masuk keadaan saturasi pada sekitar 3,3 mA. Tanpa sinyal kolektor berada pada sekitar 1,7 V, hanya 0,2 V di atas emitor; dengan sinyal 0,2 V setengah gelombang bawah sudah terpotong, dan tegangan kolektor rata-rata sekitar 2,7 V. Itulah sebabnya penguat nyata memberi bias pada basis dengan pembagi tegangan dari dua resistor.

Pertanyaan

1. Mengapa sinyal keluaran berlawanan fase dengan sinyal masukan?
2. Mengapa diperlukan kapasitor antara sumber tegangan bolak-balik dan basis?
3. Mengapa penguatan tidak dapat digandakan hanya dengan memakai resistor kolektor dua kali lebih besar, 4,4 kΩ? Di mana titik kerja akan berada?

Jawaban

1. Ketika tegangan masukan naik, arus basis dan arus kolektor bertambah, begitu pula penurunan tegangan pada resistor kolektor 2,2 kΩ. Tegangan kolektor sama dengan 9 V dikurangi penurunan tegangan ini, sehingga tegangan kolektor turun ketika masukan naik.
2. Kapasitor melewatkan sinyal 1 kHz (reaktansinya hanya sekitar 16 Ω) dan menahan arus searah. Terminal lain sumber tegangan bolak-balik berada di kabel bersama, sehingga tanpa kapasitor sumber akan menahan basis di dekat 0 V melalui hambatannya yang kecil: bias dari resistor 470 kΩ akan hilang, dan transistor akan tetap mati, karena sinyal 0,2 V terlalu kecil untuk membukanya.
3. Arus kolektor ditentukan oleh arus basis dan tetap sekitar 1,6 mA, sehingga pada resistor 4,4 kΩ terjadi penurunan tegangan sekitar 1,6 mA · 4,4 kΩ ≈ 7,0 V, dan kolektor akan berada pada sekitar 2 V, hanya sekitar 1,2 V di atas emitor. Titik kerja akan bergeser mendekati saturasi. Sinyal keluaran, yang kini sekitar 3,6 V puncak ke puncak, tidak akan muat dalam ruang yang tersisa di bawahnya, dan setengah gelombang bawahnya sudah terpotong pada masukan 0,2 V.