Pada artikel-artikel
sebelumnya kita telah membahas bagaimana transistor dapat berfungsi sebagai saklar (switching), yang beroperasi pada mode cutoff, dan mode kejenuhan.
Artikel sebelum ini juga membahas bagaimana sifat trasnsistor saat beroperasi dalam mode aktif. Karena transistor dapat mengontrol arus dalam
analog, maka transistor dapat digunakan sebagai penguat (amplifier) sinyal
analog.
Sebelumnya salah
satu contoh rangkaian penguat amplifier di ilustrasikan dengan kemampuan
switcing transistor. Seperti gambar dibawah ini.
 |
| Transistor NPN sebagai saklar sederhana |
Rangkaian ini
disebut juga konfigurasi common-emitor, karena kedua sinyal sumber dan beban
menjadikan emitor sebagai titik atau terminal koneksi common. Seperti yang
ditunjukkan pada gambar dibawah ini.
 |
| Penguat common-emitor. sinyal input dan output terhubung dengan emitor |
Sebelum, transistor
dalam mode jenuh karena arus dari sel surya, pada saat sebelum itu transistor menjadi
“throttle” (mode aktif), sehingga jumlah arus kolektor dapat dikontrol sesuai
dengan jumlah arus basis pada sumber sinyal input. Kita harus tahu bahwa
kecerahan lampu pada sirkuit dikontrol oleh paparan cahaya sel surya. Ketika
hanya ada sedikit cahaya yang jatuh pada sel surya, maka cahaya lampu akan
samar-samar atau redup, begitu juga sebaliknya.
Misalkan kita
tertarik untuk menggunakan sel surya sebagai instrument intensitas cahaya. Kita
ingin mengukur intensitas cahaya yang masuk dengan sel surya dengan cara
menggunakan output arusnya sebagai penggerak
atau pendorong gerakan meter. Hal ini dapat dilakukan dengan menghubungkan
langsung alat ukur/meter ke sel surya (seperti gambar dibawah ini). Bahkan alat
ukur pencahayaan yang biasa atau sederhana yang digunakan untuk pemotretan
dirancang seperti ini.
 |
| Intensitas cahaya yang sangat tinggi menggerakkan alat ukur cahaya secara langsung |
Cara ini mungkin
bekerja untuk pengukuran intensitas cahaya yang cukup banyak, namun untuk
intensitas cahaya yang rendah pengukuran dengan cara seperti ini tidak akan
bekerja dengan baik. Dan untuk mengatasi masalah dalam pengukuran cahaya dengan
intensitas rendah ini, bisa digunakan transistor sebagai penguat arus dari sel
surya (solar cell). Perhatikan gambar dibawah ini.
 |
| Arus dari sel solar harus diperkuat bila dalam intensitas cahaya rendah |
Besarnya arus pada
alat ukur cahaya tersebut merupakan beberapa kali (rasio β) arus dari sel
surya. Jika rasio β transistor adalah 100, maka itu akan menjadi peningkatan
yang sangat besar dalam sensitivitas pengukuran. Ingat, daya tambahan untuk
menggerakkan jarum alat ukur ini berasal dari baterai pada ujung kanan sirkuit,
bukan berasal dari sel surya ataupun transistor.
Karena transistor
adalah perangkat pengatur atau regulator arus, dan karena indikator atau jarum
alat ukur bergerak berdasarkan arus yang mengalir ke coil alat ukur, maka
bergeraknya jarum penunjuk atau indikator alat ukur pada rangkaian ini
tergantung pada arus dari sel surya, bukan pada jumlah tegangan yang diberikan
oleh baterai. Jadi yang diperlukan dari baterai adalah tegangan minimum
tertentu dan arus keluaran untuk menggerakkan alat ukur pada skala penuh.
Konfigurasi lain
dari common – emitor dapat digunakan untuk menghasilkan tegangan output yang dikontrol
dari sinyal input. Sekarang kita coba ganti alat ukur dengan sebuah resistor,
lalu kita ukur tegangan antara kolektor dan emitor. Seperti pada gambar dibawah
ini.
 |
| Penguat common-emitor sebagai penguat tegangan |
Saat sel surya tidak
menerima cahaya atau dalam gelap (tidak ada arus), transistor akan berada dalam
mode cutoff dan transistor (kolektor dan emitor) berlaku seperti saklar
terbuka. Ini akan menghasilkan drop tegangan maksimum antara kolektor dan
emitor, yang sama dengan tegangan penuh baterai.
Pada daya penuh
(intensitas cahaya maksimum), sel surya akan mengontrol transistor ke mode
jenuh, sehingga transistor akan berprilaku atau berfungsi seperti saklar
tertutup, dan drop tegangan antara kolektor-emitor akan minimum, atau akan
menjadi nol atau hampir sama dengan nol. Pada kenyataannya, transistor saat
mode jenuh, antara kolektor-emitor tidak pernah dapat tegangan drop sampai
mencapai nol, karena arus kolektor saat mengalir harus melewati 2 sambungan PN
dari transistor. Namun itu akan cukup rendah, tergantung dari type transistor.
Untuk tingkat paparan
cahaya dimana output sel surya berada diantara nol dan maksimum, transistor
akan berada pada mode aktif, dan tegangan output akan berada diantara nol volt
dan tegangan penuh. Yang terpenting untuk diingat dalam konfigurasi common –
emitor kali ini adalah bahwa tegangan output berbanding terbalik dengan
kekuatan sinyal input. Artinya, tegangan output akan menurun saat sinyal input
meningkat, dan karena alasan ini, konfigurasi penguat common-emitor disebut
penguat pembalik.
Perhatikan rangkaian
penguat(amplifier) dibawah ini.
 |
| sirkuit amplifier common-emitor |
 |
| common-emitor, hubungan tegangan output kolektor dengan arus input basis |
Pada awal simulasi
(seperti gambar diatas), dimana sumber arus (sel surya) dengan output nol.
Transistor akan berada pada mode cutoff, dan tegangan penuh baterai sebesar 15
volt ditunjukkan pada output penguat (tegangan antara kolektor-emitor atau node
2 dan 0). Saat arus sel surya mulai meningkat, tegangan output secara
proporsional menurun sampai transistor mencapai mode jenuh(saturation) pada
arus basis 30 µA (3 mA arus kolektor). Coba perhatikan gambar grafik jejak
tegangan output yang turun secara linier dengan sempurna sampai pada titik
jenuh (dari 15 volt sampai 1 volt), dimana tegangan output tidak akan pernah
turun hingga mencapai 0 volt. Ini adalah efek yang saya sebutkan sebelumnya,
yaitu dimana transistor yang berada dalam mode jenuh tidak akan menghasilkan drop
tegangan yang persis dengan nol , karena adanya efek internal dari transistor (adanya
persimpangan atau sambungan PN).
Sejauh ini kita sudah
mengetahui kalau transistor digunakan sebagai penguat sinyal DC dan
menghasilkan tegangan output DC yang dikontrol dari sinyal input. Namun tidak
hanya itu, masih banyak cara-cara lain untuk menggunakan transistor sebagai
penguat (amplifier). Sebuah penguat AC merupakan penguat yang digunakan untuk
memperkuat sinyal tegangan dan arus bolak-balik(AC). Salah satu contoh aplikasi
yang umum pada hal ini adalah pada audio elektronik (radio, televisi, dan alat
pengumuman). Sebelumnya, kita sudah melihat contoh output audio garpu tala yang
mengaktifkan saklar transistor. Coba lihat rangkaian dibawah ini, apa bisa kita
memodifasinya, sehingga daya listrik dapat dikirim ke speaker bukannya ke
lampu.
 |
| Saklar transistor diaktifkan oleh suara |
Dalam rangkaian yang
asli (gambar diatas), penyearah jembatan gelombang penuh digunakan untuk mengkonversi
sinyal AC dari output mikrofon menjadi tegangan DC untuk pengendali inputan
transistor. Tapi sekarang kita ingin menghasilkan sinyal AC dan mengontrol
speaker. Ini berarti kita tidak perlu menyearahkan tegangan keluaran dari
mikrofon itu lagi, karena yang kita butuhkan adalah sinyal AC terdistorsi untuk
mengaktifkan transistor. Berarti kita harus menghapus penyearah gelombang penuh
tersebut dari rangkaian dan mengganti lampu dengan speaker, serta menambahkan
sebuah resistor secara seri dengan mikrofon. Seperti pada gambar dibawah ini.
 |
| Penguat common-emitor mengontrol speaker dengan frekuensi sinyal audio |
Kita coba
simulasikan rangkaian diatas dengan spesifikasi komponen seperti gambar dibawah
ini :
 |
| Penguat audio common-emitor |
 |
| sinyal terpotong di kolektor karena kurangnya bias basis DC |
Gambar diatas
menjelaskan, kalau tegangan input ( AC 1,5 volt dan frekuensi 2000 Hz ) merupakan
gelombang sinus AC penuh dalam positif dan negatif. Dan gambar tersebut juga
menjelaskan bahwa arus dari baterai dengan tegangan 15 volt, yang mengalir atau
melalui transistor untuk mengaktifkan speaker, merupakan setengah gelombang
arus keluaran yang hanya satu arah. Jika kita benar-benar mengaktifkan speaker
dengan gelombang ini, suara yang dihasilkan akan terdistorsi mengerikan.
Apa yang salah
dengan sirkuit diatas? Mengapa transistor tidak bisa mereproduksi seluruh
gelombang AC dari mikrofon? Jawaban atas pertanyaan ini dapat ditemukan dengan
memeriksa transistor dengan model dioda-sumber arus. Seperti gambar dibawah
ini.
 |
| Model transistor menjelaskan arus basis mengalir dalam satu arah |
Arus kolektor
ditetapkan atau diatur melalui mekanisme arus konstan yang sesuai dengan yang
ditetapkan oleh arus basis (arus yang melalui basis-emitor). Meskipun kita
berkeinginan untuk menggunakan transistor sebagai penguat AC, namun pada
dasarnya transistor adalah perangkat DC yang hanya mampu menangani arus dalam
satu arah. Karena kita memberlakukan sinyal tegangan AC antara basis dan
emitor, maka elektron tidak akan bisa mengalir saat setengah siklus, yang
dimana setengah siklus itu akan menjadikan dioda reverse bias. Oleh karena itu
pada setengah siklus ini dioda akan menjadi cutoff, tapi pada setengah siklus
berikutnya, dimana aliran elektron benar, atau dalam bias maju, transistor akan
berada pada mode aktif, dengan catatan tegangan yang dihasilkan harus cukup
tinggi untuk mengatasi drop tegangan maju dari sambungan PN basis-emitor
(dioda). Ingat bahwa transistor bipolar merupakan perangkat atau device
pengontrol arus, transistor mengatur arus kolektor berdasarkan arus
basis-emitor (arus basis), bukannya tegangan basis-emitor.
Salah satunya cara
agar transistor dapat mengalirkan arus utama, sehingga dapat mengaktifkan
speaker dengan lancar, adalah dengan menjaga agar transistor selalu berada
dalam mode aktif. Ini berarti kita harus menjaga agar arus basis selalu ada
pada semua siklus gelombang yang masuk, sehingga sambungan PN basis-emitor akan
selalu dalam bias maju. Dan hal itu dapat dicapai dengan cara menambahkan
tegangan DC pada sinyal masukan. Dengan menambahkan tegangan DC yang
dihubungkan secara seri dengan sumber sinyal AC, maka bias maju sambungan PN
basis-emitor (dioda) dapat dipertahankan disepanjang siklus gelombang.
Perhatikan gambar dibawah ini.
 |
| Vbias membuat transistor selalu dalam mode aktif |
 |
| arus output tidak terdistorsi karena Vbias |
Dengan menambahkan
sumber tegangan tersebut, transistor akan selalu dalam mode aktif dan tetap
mengalirkan gelombang ke speaker dalam sepanjang siklus. Perhatikan gambar
diatas, tegangan input akan berfluktuasi antara sekitar 0,8 volt dan 3,8
volt, dan tegangan puncak ke puncak 3
volt seperti yang diharapkan (sumber tegangan = 1,5 volt). Arus output
bervariasi antara 0 sampai 300 mA.
Perhatikan gambar
ilustrasi dari rangkaian dengan menampilkan semua sinyal yang bersangkutan.
 |
| Osiloskop menampilkan beberapa sinyal dalam bentuk gelombang dibeberapa titik |
Baca juga selengkapnya tentang konfigurasi transistor sebagai penguat (amplifier), seperti "konfigurasi penguat common kolektor" dan "konfigurasi penguat common basis".
#semoga bermanfaat#
sumber referensinya
ReplyDelete