penguat common-kolektor (transistor sebagai amplifier)

Konfigurasi transistor kali ini akan sedikit lebih sederhana dalam segi perhitungan. Konfigurasi transistor kali ini disebut konfigurasi penguat common-kolektor. Perhatikan gambar skematiknya dibawah ini.

Penguat common-kolektor

konfigurasi rangkaian seperti ini disebut konfigurasi common-kolektor karena (mengabaikan baterai power supply) kedua sumber sinyal dan beban menjadikan kolektor sebagai titik atau terminal koneksi common. perhatikan gambar dibawah ini.

Kolektor sebagai common

gambar diatas menjelaskan kalau beban resistor pada circuit penguat (amplifier) common-kolektor menerima kedua arus, yaitu arus basis dan arus kolektor. Ini berarti beban akan menerima arus emitor, dimana arus emitor itu merupakan penjumlahan arus basis dan arus kolektor. Jadi masuk akal kalau menganggap amplifier common-kolektor ini memiliki keuntungan dalam jumlah arus, yaitu arus yang lebih besar bila dibandingkan dengan konfigurasi penguat transistor yang lainnya.

Sekarang kita coba untuk analisis sirkuit penguat common-kolektor ini, untuk melihat apa yang unik tentang sirkuit penguat (amplifier) ini. perhatikan gambar rangkaian dibawah ini.

menganalisa penguat common-kolektor

common-kolektor : tegangan output sama dengan tegangan input dikurangi 0,7 volt

Berbeda dengan penguat common-emitor yang telah dibahas pada artikel sebelumnya, yang dimana tegangan output berbanding terbalik dengan meningkatnya tegangan input. Pada penguat common-kolektor, tegangan output tersebut berbanding lurus dengan tegangan input. Dengan kata lain, tegangan output akan meningkat saat tegangan input meningkat. Selain itu tegangan output hampir sama dengan tegangan input, hanya berbeda sekitar 0,7 volt.

Inilah uniknya dari penguat common-kolektor, yaitu tegagan output hampir sama dengan tegangan input. Penguat (amplifier) ini memiliki keuntungan tegangan yang hampir persis kesatuan (1), atau 0 dB. Hal ini berlaku untuk transistor dengan semua nilai β dan resistor beban dengan semua nilai resistansi.

Sangat sederhana sekali bila kita ingin memahami mengapa tegangan output hampir sama dengan tegangan input. Perhatikan gambar model transistor dioda-sumber arus dibawah ini. kita tahu kalau arus basis merupakan arus yang melalui sambungan PN basis-emitor, dan untuk mengaktifkan transistor, sambungan PN basis-emitor(dioda) tersebut harus menjadi bias maju, dimana saat bias maju akan terjadi drop tegangan maju sebesar 0,7 volt pada sambungan PN basis-emitor tersebut.

Transistor model Dioda-sumber arus

Melihat polaritas tegangan sambungan PN basis-emitor, dan beban resistor. Kita bisa melihat kalau kedua tegangan ini dijumlahkan akan menjadi tengangan yang sama dengan tengangan input, sesuai dengan hukum tegangan kirchhoff. Dengan kata lain tegangan output tegangan beban akan selalu menjadi kurang 0,7 volt dari tegangan input. Cutoff terjadi pada tegangan input dibawah 0,7 volt dan saturation (kejenuhan) terjadi pada saat tegangan input lebih besar dari tegangan baterai yang ditambah 0,7 volt.

Karena sifat atau perilakunya yang seperti ini, dimana beban tegangan emitor mengikuti tegangan input. sirkuit penguat common-kolektor juga dikenal sebagai tegangan pengikut, atau emitor pengikut penguat.

Menerapkan sirkuit penguat common-kolektor ke amplifikasi sinyal AC membutuhkan input dengan bias yang sama dalam sepanjang siklus, oleh karena itu tegangan DC harus ditambahkan ke sinyal input AC untuk menjaga agar transistor selalu dalam mode aktif selama atau sepanjang siklus. Perhatikan gambar dibawah ini.

penguat common kolektor (tegangan pengikut)

 Gambar dibawah ini menunjukkan hasil simulasi, bahwa tegangan output sirkuit tersebut tergantung atau mengikuti tegangan inputan. Gambar dibawah ini juga menjelaskan kalau tegangan output dan input memiliki amplitudo puncak ke puncak(peak to peak) yang sama.

Tegangan output V3 mengikuti tegangan input V1

Perhatikan juga gambar dibawah ini, yang menganalisa beberapa titik penting pada rangkaian tersebut dengan osiloskop.

common-kolektor bukan pembalik tegangan. keuntungan tegangan = 1

Pada penguat (amplifier) dengan konfigurasi seperti ini tidak akan memperoleh penambahan tegangan, melainkan hanya penguatan arus. Jika pada artikel sebelumnya bagaimana konfigurasi penguat common-emitor memiliki penguatan arus yang sama dengan nilai β transistor, yang dimana β merupakan rasio beberapa kali penguatan dari arus basis (arus pengendali), atau dengan kata lain β merupakan rasio perbandingan antara arus kolektor dan arus basis. Pada konfigurasi penguat common-kolektor, beban terletak seri dengan emitor, sehingga besarnya penguatan arus sama dengan besarnya arus emitor. Dan besarnya arus emitor sama dengan arus kolektor yang ditambah dengan arus basis (β ditambah 1).

Sekali lagi, transistor PNP juga bisa digunakan dalam konfigurasi penguat common-kolektor seperti halnya transistor NPN. Perhitungan keuntungan dari penguatan semua sama, namun yang beda hanya pada polaritas tegangan atau arah aliran arus. Seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah ini.

(amplifier) penguat common-kolektor versi PNP

Aplikasi paling populer dari konfigurasi penguat common-kolektor adalah sebagai pengatur tegangan power supply DC. Dalam hal ini, dimana tegangan sumber yang tidak diatur atau yang berubah-berubah (bervariasi), akan dipotong atau dibatasi sehingga menjadi nilai tegangan yang diinginkan serta stabil untuk dipasok ke beban. Dan fungsi regulator tegangan bisa didapat dari dioda zener, seperti yang ditunjukkan gambar dibawah ini. Bagi yang belum tahu, apa itu dioda zener? Bisa buka artikel sebelumnya yang membahas tentang “Dioda zener sebagai regulator tegangan”.

Dioda zener sebagai regulator tegangan

Namun bila mode ini langsung digunakan, jumlah arus yang mungkin diberikan ke beban akan menjadi sangat terbatas. Karena pada dasarnya sirkuit ini, mengatur tegangan beban dengan menjaga arus yang melalui resistor seri dengan tahanan yang cukup tinggi, agar semua tegangan yang berlebih bisa jatuh diatasnya.

Dan salah satu cara untuk meningkatkan kemampuan penanganan arus dari rangkaian regulator seperti ini adalah dengan menggunakan transistor dengan konfigurasi common-kolektor untuk memperkuat arus ke beban, sehingga rangkaian dioda zener hanya menangani arus yang diperlukan oleh basis transistor. Seperti pada gambar dibawah ini.

Aplikasi common-kolektor : regulator tegangan

Dan perlu diingat, hasil rangkaian tersebut akan menghasilkan tegangan beban yang sama dengan tegangan zener dikurangi 0,7 volt. Pengurangan tegangan zener ini terjadi karena adanya drop tegangan maju basis-emitor, yang sebesar 0,7 volt. Dan perbedaan 0,7 volt ini akan konstan dalam berbagai beban arus, oleh karena itu dalam aplikasi ini pemilihan rating dioda zener bisa dilebihkan 0,7 volt.

Terkadang penguatan arus yang tinggi dari satu atau single-transistor dengan konfigurasi common-kolektor tidak cukup bila digunakan dalam aplikasi tertentu. Jika hal seperti ini terjadi, maka beberapa transistor dapat digunakan secara bersamaan atau saling dihubungkan, dan konfigurasi transistor seperti ini biasa dikenal sebagai konfigurasi pasangan darlington (Darlington pair).  Seperti yang ditunjukkan oleh gambar dibawah ini.

Sepasang darlington NPN

Pasangan darlington pada dasarnya menempatkan satu transistor sebagai beban common-kolektor dari transistor lain. Sehingga mengalikan penguatan arus masing-masing. Arus basis dari transistor kiri-atas, diperkuat oleh emitor transistor yang terhubung langsung dengan basis transistor kanan-bawah yang juga diperkuat, dan hasil penguatan arus keseluruhan adalah sebagai berikut:

Dan tegangan beban pada konfigurasi ini akan sebesar tegangan input yang dikurangi 1,4 volt. Perhatikan gambar dibawah ini.

Darlington pair dengan konfigurasi common-kolektor akan kehilangan tegangan sebesar 2 kali tegangan drop dioda

Pasangan darlington (Darlington pair) dapat dibeli dalam sebuah komponen diskrit (dua transistor dalam satu paket), atau bisa juga dibuat dari sepasang transistor individu. Dan tentu saja, bila diinginkan penguatan arus yang lebih besar lagi, darlington triplet atau quadruplet dapat dibuat seperti halnya contoh diatas.

Sampai disini dulu artikel penguat common-kolektornya. baca juga artikel tentang amplifier yang lainnya dengan konfigurasi yang berbeda, seperti "Penguat common-emitor" dan "Penguat common-basis". semoga artikel-artikelnya bisa bermanfaat. amiin...

Tweet

Subscribe to receive free email updates: