CHAPTER 12 DAN 13 AKHIR

[menuju akhir]

[KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan bahan

4. Dasar Teori

5. Prinsip Kerja

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Download File

 

1. Pendahuluan (kembali)

          Penguat daya sangat penting dalam aplikasi yang membutuhkan daya keluaran tinggi, seperti sistem audio dan pemancar RF. Bab 12 mencakup berbagai kelas penguat daya (Kelas A, B, AB, C, D) dan karakteristik efisiensi, distorsi, dan pembuangan panasnya. Bab 13 memperkenalkan IC linear-digital, termasuk timer (555 IC), konverter digital-ke-analog (DAC), loop terkunci fase (PLL), dan osilator yang dikendalikan tegangan (VCO), yang menjembatani sistem analog dan digital.

2. Tujuan (kembali)

    

• Memahami klasifikasi penguat daya dan efisiensinya.

• Menganalisis distorsi harmonik dan teknik heat sinking pada penguat daya.

• Mempelajari prinsip kerja IC timer 555 dan aplikasinya.

• Mengevaluasi konverter digital-analog (DAC) dan loop terkunci fase (PLL).

• 
  

3. Alat dan Bahan (kembali)

Alat

Software Proteus

Bahan

1. Voltmeter

Alat ukur untuk mengukur besar Tegangan dalam satuan Volt

2. DC Voltage

Komponen yang menyediakan tegangan tetap antara dua terminal: terminal positif (+) dan terminal negatif (–). Sumber ini digunakan untuk memberikan energi listrik ke rangkaian, dan nilainya bisa berupa tegangan tetap (seperti baterai 5V atau 12V) atau variabel, tergantung konfigurasi rangkaian.

3. Ground

Ground adalah titik kembalinya arus searah atau titik kembalinya sinyal  bolak balik atau titik patokan dari berbagai titik tegangan dan sinyal listrik dalam rangkaian elektronika.

4. Resistor

Fungsi utama dari resistor adalah membatasi aliran arus. Resistor dapat menahan arus dan memperkecil besar arus. Besar resistansi (kemampuan menahan arus) resistor disesuaikan dengan kebutuhan perangkat elektronika. 

                                                        Cara Menghitung Nilai Resistor

5.Op Amp

Op-amp (operational amplifier) adalah komponen elektronik aktif yang berfungsi untuk memperkuat perbedaan tegangan antara dua inputnya (input inverting dan non-inverting). 

6.Transistors.

Transistor adalah komponen elektronik yang berfungsi sebagai saklar atau penguat sinyal. Transistor memiliki tiga kaki: basis (B), kolektor (C), dan emitor (E). Dengan mengatur arus kecil di basis, transistor bisa mengendalikan arus yang lebih besar antara kolektor dan emitor.

7. Baterai

Baterai adalah suatu bahan yang dapat mengubah energi kimia menjadi energi listrik yang dapat digunakan oleh alat-alat elektronika.

                                   

4. Dasar Teori (kembali)

CHAPTER 12: POWER AMPLIFIERS

Chapter 12 membahas penguat daya (power amplifiers) yang dirancang untuk memberikan daya output tinggi ke beban seperti speaker atau motor. Berbeda dengan penguat sinyal kecil (Chapter 10), penguat daya beroperasi dengan sinyal besar dan harus efisien dalam konversi daya. Tantangan utamanya adalah mengurangi disipasi panas dan distorsi sambil memaksimalkan efisiensi.

Bagian awal menjelaskan klasifikasi penguat daya berdasarkan titik operasi transistor:

• Kelas A: Transistor aktif selama seluruh siklus sinyal. Efisiensi teoritis maksimal 25%, cocok untuk aplikasi fidelity tinggi tetapi boros daya.

• Kelas B: Transistor hanya aktif selama setengah siklus (push-pull configuration). Efisiensi mencapai 78.5%, namun menghasilkan crossover distortion.

• Kelas AB: Kompromi antara Kelas A dan B, mengurangi distorsi dengan efisiensi 50-70%. Umum digunakan pada audio amplifier.

• Kelas C: Untuk aplikasi frekuensi radio (RF), efisiensi hingga 90%, tetapi output sangat terdistorsi.

Topik penting lainnya mencakup analisis termal dan heat sink, serta desain sirkuit seperti komplementer simetris (complementary symmetry) untuk mengurangi komponen. Contoh aplikasi meliputi sistem audio, pemancar radio, dan pengendali motor.

CHAPTER 13: LINEAR-DIGITAL ICS

Chapter 13 memperkenalkan sirkuit terintegrasi (IC) yang menggabungkan fungsi analog dan digital. Fokus utama pada komparator, konverter analog-ke-digital (ADC), konverter digital-ke-analog (DAC), dan aplikasi IC linier seperti zero-crossing detector.

Komparator dijelaskan sebagai Op-Amp yang bekerja tanpa feedback, menghasilkan output digital (HIGH/LOW) berdasarkan perbandingan dua tegangan input. Aplikasinya mencakup deteksi level tegangan dan zero-crossing detector (seperti pada diskusi awal tentang IC 311).

Bagian konverter data membahas prinsip kerja:

• DAC: Mengubah sinyal digital (biner) ke analog menggunakan jaringan resistor berbobot atau *R-2R ladder*. Parameter kunci meliputi resolusi (bit) dan settling time.

• ADC: Proses sebaliknya, dengan teknik seperti successive approximation dan flash conversion. Faktor akurasi dan kecepatan sampel menjadi pertimbangan utama.

Chapter ini juga menyentuh IC timer (555) dan aplikasinya sebagai multivibrator (astabil/monostabil), serta PLL (Phase-Locked Loop) untuk sinkronisasi frekuensi. Contoh penerapan mencakup sistem akuisisi data, komunikasi digital, dan kontrol presisi.

5. Prinsip Kerja [kembali]

Power amplifier bekerja dengan menggunakan komponen aktif seperti transistor BJT atau MOSFET. Arus atau tegangan kecil pada input dikontrol oleh transistor untuk menghasilkan arus atau tegangan lebih besar pada output, tanpa mengubah bentuk gelombang (sinyal) secara signifikan.

Prinsip Kerja Quasi-Complementary Push–Pull Amplifier

Quasi-Complementary Push–Pull Amplifier bekerja dengan prinsip dasar penguatan sinyal secara simetris, menggunakan dua jalur penguatan—satu untuk sinyal positif dan satu untuk sinyal negatif—tetapi tidak menggunakan transistor komplementer secara penuh. Konfigurasi ini merupakan variasi dari push–pull amplifier kelas AB, namun hanya menggunakan satu jenis transistor daya (biasanya NPN), dibantu oleh transistor kecil atau dioda untuk meniru kinerja PNP.

1. Penguatan Tegangan (Voltage Gain, $A_v$)

Untuk tahap driver atau awal:

$$A_v=\frac{V_{\text{out}}}{V_{\text{in}}}$$

​​Namun untuk tahap akhir push–pull, gain biasanya mendekati 1 karena digunakan sebagai buffer atau emitter follower. Penguatan daya utamanya terletak pada kemampuan menangani arus besar.

2. Daya Output (Output Power, Pout​)

Untuk beban resistif $R_L$:

$$P_{\text{out}}=\frac{V_{\text{rms}}^2}{R_{\mathrm{L<span\; class="vlist-s"></span>}}}$$

Jika sinyal sinus, dan diketahui tegangan puncaknya:

$$V_{\text{rms}}=\frac{V_{\text{peak}}}{\sqrt{2}}\Rightarrow P_{\text{out}}=\frac{(V_{\text{peak}}\mathrm{/}\sqrt{2}{)}^2}{R_L}=\frac{V_{\text{peak}}^2}{2R_L}$$

3. Daya Masukan (Input Power, Pin​)

$$P_{\text{in}}=V_{\text{supply}}\times I_{\text{total}}$$

4. Efisiensi (Efficiency, η)

Efisiensi menunjukkan seberapa besar daya input dikonversi menjadi daya output:

$$\eta =\frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}}\times 100\mathrm{\%}$$

Untuk power amplifier kelas AB:

• Teoritis maksimum efisiensi ≈ 78.5%

• Praktis umumnya 50–70%, tergantung desain.

5. Cross-over Distortion

Bukan berupa rumus, tetapi terjadi saat tegangan input berada di sekitar 0V dan tidak cukup untuk mengaktifkan transistor. Untuk menghindarinya, digunakan biasing dioda atau VBE multiplier agar transistor aktif sedikit sebelum sinyal masuk.Jika sinyal sinus, dan diketahui tegangan puncaknya:

6. Problem [kembali]

Problem 1: Timer IC 555 dalam Mode Monostable (Delay)

Soal:
Sebuah rangkaian timer IC 555 bekerja dalam mode monostable. Resistor yang digunakan adalah R = 100 kΩ, dan kapasitor yang dipilih adalah C = 220 µF.

Pertanyaan:
Berapa lama output IC 555 akan tetap HIGH setelah tombol ditekan?
Jika waktu minimum yang dibutuhkan adalah 5 detik, apakah komponen tersebut sesuai?

Jawaban:

Langkah 1: Hitung waktu output HIGH (t)
Gunakan rumus monostable mode:

$$t=\mathrm{1,1}\times R\times C$$
$$t=\mathrm{1,1}\times 100000\times 220\times {10}^{-6}=\mathrm{24,2}\text{detik}$$

1. Jawaban:
Output IC 555 akan tetap HIGH selama 24,2 detik setelah tombol ditekan.

2. Evaluasi:
Durasi lebih dari 5 detik, jadi komponen sudah sesuai

Problem 2: Timer IC 555 dalam Mode Astable (Gelombang Kotak)

Soal:
Timer IC 555 digunakan dalam mode astable dengan resistor R1 = 1 kΩ, R2 = 10 kΩ, dan kapasitor C = 100 µF.
Pertanyaan:

1. Hitung frekuensi output yang dihasilkan oleh IC 555.

2. Tentukan periode output sinyal.

jawab :

Gunakan rumus untuk mode astable:

$$f=\frac{\mathrm{1,44}}{(R1+2R2)\times C}$$ $$f=\frac{\mathrm{1,44}}{(1000+2\times 10000)\times 100\times {10}^{-6}}=\frac{\mathrm{1,44}}{(21000)\times {10}^{-4}}=\frac{\mathrm{1,44}}{\mathrm{2,1}}\approx \mathrm{0,6857}\text{Hz}$$

Periode adalah kebalikan dari frekuensi:

$$T=\frac{1}{f}=\frac{1}{\mathrm{0,6857}}\approx \mathrm{1,46}\text{detik}$$

Problem 3: Pengaturan PWM untuk LED (PWM Mode)

Soal:
IC 555 digunakan untuk menghasilkan sinyal PWM untuk mengatur kecerahan LED. Resistor R1 = 1 kΩ, R2 = 5 kΩ, dan kapasitor C = 10 µF dipilih.
Pertanyaan:

1. Berapa nilai duty cycle dari sinyal PWM yang dihasilkan oleh IC 555?

2. Apakah LED akan menyala lebih lama atau lebih singkat dibandingkan dengan periode penuh?

Jawaban:

Hitung Duty Cycle PWM
Duty cycle untuk mode astable dapat dihitung dengan rumus:

$$\text{Duty Cycle}=\frac{R2}{R1+2R2}\times 100\mathrm{\%}$$
$$\text{Duty Cycle}=\frac{5000}{1000+2\times 5000}\times 100\mathrm{\%}=\frac{5000}{11000}\times 100\mathrm{\%}\approx \mathrm{45,45}\mathrm{\%}\mathrm{<br>}\mathrm{<br>}$$

Karena duty cycle kurang dari 50%, LED akan menyala lebih singkat dibandingkan dengan periode penuh.

7. Soal Latihan [kembali]

Soal 1: Mode Monostable

Timer IC 555 bekerja dalam mode monostable dengan R = 100 kΩ dan C = 100 µF. Berapa lama output akan tetap HIGH setelah tombol ditekan?

A. 1,1 detik
B. 5,5 detik
C. 11 detik
D. 110 detik

🟩 Jawaban: C. 11 detik

🧮 Penjelasan:

$$t=\mathrm{1,1}\times R\times C=\mathrm{1,1}\times 100000\times \mathrm{0,0001}=11\text{detik}$$

Soal 2: Mode Astable

IC 555 dikonfigurasi dalam mode astable. Fungsi utama dari mode ini adalah...

A. Menghasilkan satu pulsa saja saat dipicu
B. Mengubah arus AC menjadi DC
C. Menghasilkan pulsa berulang secara terus-menerus
D. Mengatur tegangan referensi pada pin output

🟩 Jawaban: C. Menghasilkan pulsa berulang secara terus-menerus

Soal 3: Mode PWM

Dalam aplikasi PWM dengan IC 555, yang memengaruhi duty cycle dari sinyal adalah...

A. Kapasitor pengisi daya
B. Nilai resistor R1 dan R2
C. Frekuensi sumber tegangan
D. Level tegangan input

🟩 Jawaban: B. Nilai resistor R1 dan R2

8. Percobaan [kembali]

13.5

13.6

13.7

9. Download File [kembali]

download fig 13.5

download fig 13.6

download fig 13.7

Datasheet Resistor [Klik Disini]

Datasheet Dioda [Klik Disini]

Datasheet Transistor [Klik Disini]

Datasheet Kapasitor [Klik Disini]

[menuju awal]