ELEKTRONIKA TELEKOMUNIKASILAPORAN PENGUAT

PENGUAT RF

PEMBIMBING :M. Taufik, ST,.MT

PENYUSUN :JTD 2B

No. Nama No. Absen NIM

1 Galuh Lukitasari 07 1441160075

2 M. Firdaus Ali 11 1441160051

3 Romy Hakim 19 1441160064

4 Ria Cahaya N. 17 1441160003

JARINGAN TELEKOMUNIKASI DIGITALTEKNIK ELEKTRO

POLITEKNIK NEGERI MALANG2015

BAB I

1.1 Tujuan

Maksud utama disusunnya makalah ini adalah guna memenuhi nilai tugas mata

kuliah Elektronika Telekomunikasi. Adapun tujuannya adalah:

1. Untuk mengetahui karakteristik penguat RF

2. Untuk mengetahui karakteristik jenis-jenis penguat daya

3. Mengetahui Prinsip kerja penguat daya

4. Menganalisa penguat buffer, driver dan final.

1.2 Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan, adalah sebagai berikut:

1. Laptop

2. Software simulasi (multisim/lifewire)

BAB II

2.1 Pengertian Penguat RF

Penguat RF mempunyai 2 type yaitu RF low level yaitu penguat RF yang ditemukan

pada radio dan pada transmisi sinyal dengan level kecil. Tipe penguat daya RF yang lain

yaitu penguat daya RF yang digunakanpada pemancar atau aplikasi lainnya dimana daya RF

level tinggi diperlukan.

Dalam desain suatu penguat ,kita harus selalu memperhatikan matching

(penyesuaian ) impedansi antara input dan output dari suatu penguat tingkat berikut dan

sebelumnya. Mathing impedansi menjadi sangat penting karena impedansi input suatu

penguat akan mengubah nilai impedansi output pada penguat tingkat sebelumnya. Jika

nilainya jauh lebih kecil dari impedansi output tingkat penguat ini,maka konsdisi matching

diartikan sebagai kondisi dimana input atau output mendapat matching network yang nilai

impedansinya merupakan konjugasi dari impedansi input atau output transistor.

Terdapat banyak tipe matching , tipe yang paling sedehana adalah two reactance

matching. Hasil perhitungan menunjukkan bandwith dari penguat tidak bisa diatur lagi

dengan penyesuai tipe ini, selain itu cara ini tidak flexibel sehingga jarang dipakai. Cara

matching yang banyak digunakan adalah three reactance matching network. Pada dasarnya

cara ini bisa dipandang sebagai penyesuai impedansi tipe L dan komponen untuk

kompensasi. Kompensasi yang dimaksud disini adalah kompensasi bagian reaktansi transistor

pada frekuensi tertentu.

Penguat RF merupakan perangkat yang berfungsi memperkuat sinyalfrekuensi tinggi

yang dihasilkan osilator RF dan diterima oleh antena untuk dipancarkan. Penguat RF yang

ideal harus menunjukkan tingkat perolehan daya yangtinggi, gambaran noise yang rendah,

stabilitas dinamis yang baik, admitansi pindah baliknya rendah sehingga antena akan

terisolasikan dari osilator, dan selektivitas yangcukup untuk mencegah masuknya frekuensi IF,

frekuensi bayangan, dan frekuensi-frekuensi lainnya. Pada penguat RF, rangkaian yang umum

digunakan adalah penguatkelas A dan Kelas C. Secara umum, penguat RF lengkap terdiri

dari tiga buah tingkatan, yaitu buffer, driver, dan final.1.

2.2 Jenis desain penguat RF

Jenis Penguat

Class A

1. Arus kolektor mengalir sampai 360 degree

2. Transistor sebagai penguat yang bekerja di daerah aktif

3. Titik kerja Q terletak mendekati titik tengah garis beban

4. Sinyal dapat berayun sampai pada range maksimum tanpa mengalami saturasi atau cut

off

Class B

1. Arus kolektor mengalir hanya setengah putaran 180 degree

2. Titik kerja Q terletak pada daerah cut off

3. Hanya setengah sinyal positip tegangan basis yang dapat menghasilkan arus kolektor

à mengurangi panas transistor

Class C

1. Arus Kolektor kurang dari 180 degree

2. Hanya sebagian dari setengah putaran positip tegangan basis yang menghasilkan arus

kolektor

Tingkatan penguat RF

1. Buffer

Buffer merupakan blok rangkaian yang berfungsi sebagai penyangga atau penyaring sinyal

masukan (input) agar sesuai dengan karakteristik kerja penguat. Buffer merupakan penguat tingkat satu

dengan daya output yang kecil. Buffer merupakan suatu rangkaian penguat yang mempunyai

impedansi input tinggi dan impedansi output rendah. Impedansi input tinggi berarti

pembebanan yang rendah dari tingkat sebelumnya. Jika buffer tidak digunakan, maka transfer

daya dari tingkat sebelumnya ke tingkat selanjutnya tidak akan maksimum. Penguat

buffer umumnya mempunyai daya output maksimum 0,5 watt.

2. Driver

Driver merupakan penguat tingkat dua yang juga merupakan rangkaian kendali dari

penguat RF. Rangkaian penguat pada driver akan menentukan daya pada rangkaian final.

Rangkaian penguat driver ini mempunyai daya output yanglebih besar dari rangkaian buffer. Penguat

driver umumnya mempunyai dayaoutput maksimum 5 watt, rangkaian penguatnya dikatakan

rangkaian penguatsinyal menengah atau daya sedang.3.

3. Final

Final merupakan penguat tingkat akhir. Rangkaian penguat finalmenentukan daya output

secara keseluruhan dari penguat RF. Penguat akhir terdiri dari :

- Penguat arus, berupa rangkaian penguat daya dengan penguatan yang tidak terlalu

besar, bahkan penguatannya mendekati satu. Agar mencapai effisiensi kerja yang

besar, maka pengaturan kerjanya pada klasifikasi kelas AB mendekati kelas B.

Rangkaian penguat daya dibuat kelas AB agar mencegah terjadinya cacat sileng

(Cross Over Distortion).

- Penguat tegangan, berupa rangkaian penguat tegangan dengan penguatan yang besar.

Pengaturan titik kerja penguat pada klasifikasi kelas A.

Jenis Jenis Frekuensi Radio

Adapun jenis jenis frekuensi tersebut diantaranya :

1. Band HF (High Frequency)

2. Band VHF (Very High Frequency)

Demikian, bukan berarti seluruh frekuensi di kedua band tersebut dapat dipergunakan

begitu saja, melainkan dibatasi sesuai dengan kewenangan pemerintah. Alokasi frekuensi

band HF (High Frequency) untuk organisasi RAPI di Indonesia diberikan keleluasaan dari

Frek 26.960 Mhz hingga 27.410 Mhz. Sedangkan Band VH (Very High Frequency) mulai

142.0375 Mhz sampai 143.5375 Mhz. RAPI meyakini bahwa pengguna alat komunikasi,

khusunya anggota RAPI, mayoritas hanya mengenal 2 band saja, yaitu HF dan VHF. Itupun

hanya sebatas nama band. Akan tetapi mengenai nama Band lain, Panjang Gelombang,

Batasan Frekuensi dan Nama Gelombangnya kemungkinan besar tidak banyak anggota

RAPI.

Namun Secara umum, jenis frekuensi yang digunakan oleh radio komunikasi adalah

VHF (Very High Frequency) dan HF (High Frequency). Sebelum mengetahui nama Band,

Panjang Gelombang, Batasan Frekuensi dan nama gelombang radio, alangkah baiknya kita

mengenal lebih dulu kedua jenis band yang biasa kita pergunakan selama ini. VHF (Very

High Frquency) istilah radio komunikasi yag dipergunakan anggota RAPI adalah 2 meter

band, biasanya dipergunakan untuk radio komunikasi jarak dekat. Sebenarnya band ini

memancar pada frekuensi 100 Mhz hingga 300 Mhz.

3.3 Simulasi Penguat RF

Q1

2N3904Q3

NF5102

C10.1µF

R110kΩ

R23.9kΩ

R34.7kΩ

R41.8kΩ

R5270Ω

R6

50Ω

R750Ω

R8

500ΩKey=A

50%

VCC12V

Q52N3906

XFG1XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _C610µF

C7

10µF

C810µF

C9

10µF

Q1

BF517

V212 V

XBP1

IN OUT

XSC2

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

C1

1µF

R150kΩ

R210kΩ

R3500Ω

C21µF

R410Ω

L1125µH

C380pF

V1

1mVpk 1.5MHz 0°

Output

Input

3.4 Hasil Penguatan

Gain Amplifier

Pengenalan amplifier di atas adalah untuk menunjukkan hubungan antara sinyal yang

diukur pada output dan sinyal yang diukur pada input. Ada tiga jenis gain amplifier yang

dapat diukur, yaitu : Gain Tegangan (Av), Gain Arus (Ai) dan Gain Daya (Ap) tergantung

pada kuantitas yang diukur dengan contoh-contoh dari berbagai jenis gain yang diberikan

dibawah ini.

Gain Penguat Sinyal Input

Gain Penguat Tegangan

Gain Penguat Arus

Gain Penguat Daya

Untuk Gain Daya juga dapat dihitung dengan membagi daya output dengan daya input.

Gain daya atau level daya dapat dinyatakan ke dalam satuan Desibel (dB). Bel adalah

unit satuan logaritma berbasis 10 untuk ukuran yang tidak memiliki unit satuan. Karena

satuan Bel terlalu besar sebagai satuan ukur, maka yang umum digunakan adalah satuan 1/10-

nya atau yang lebih disebut sebagai Desibel. Untuk menghitung gain amplifier dalam desibel

atau dB, kita dapat menggunakan persamaan berikut.

Gain Tegangan dalam dB: av = 20 log Av

Gain Arus dalam dB: ai = 20 log Ai

Gain Daya dalam dB: ap = 10 log Ap

Perlu diketahui bahwa Gain Daya arus DC sebuah amplifier adalah sama dengan

sepuluh kali hasil logaritma basis 10 dari perbandingan output dan input, sedangkan gain

tegangan dan arus adalah 20 kali hasil log perbandingan output dan input penguat. Namun

penting untuk diketahui bahwa daya 20 dB bukanlah 2 kali dari daya 10 dB karena berada

dalam skala logaritma. Selain itu, nilai positif pada dB menyatakan sebuah Gain dan nilai

negatif pada satuan dB menyatakan sebuah Loss dalam amplifier. Misalnya, gain amplifier

+3dB menyatakan bahwa sinyal output menjadi dua kali lipat dari sinyal input (x2) sementara

gain amplifier -3dB menyatakan bahwa sinyal output telah dikurangi setengahnya dari sinyal

output (x0,5) dengan kata lain merupakan sebuah Loss.

Contoh

Tentukanlah gain tegangan, arus dan daya amplifier yang memiliki sinyal input 1mA

dan tegangan 10mV dan sinyal output 10mA dan tegangan 1V. Lalu nyatakan ketiga gain ke

dalam desibel (dB).

Gain Amplifier.

dalam desibel.

Jadi amplifier memiliki gain tegangan 100, gain arus 10 dan gain daya 1000

Pada umumnya, amplifier dapat di kelompokkan lagi ke dalam dua bagian berdasarkan gain

tegangan atau gain arus. Salah satunya disebut Amplifier Sinyal Lemah atau Small Signal

Amplifier (SSA) yang termasuk diantaranya pre-amplifier, amplifier instrumentasi dan lain-

lain. Amplifier sinyal lemah dibuat untuk menguatkan level tegangan yang sangat kecil yang

berkisar pada satuan microvolt (μV) dari sensor atau sinyal audio.

Jenis yang lain disebut Amplifier Sinyal Kuat atau Large Signal Amplifier (LSA)

seperti penguat daya audio atau penguat switch daya, Amplifier sinyal kuat didesain untuk

menguatkan sinyal input besar atau sebagai switch untuk arus beban berat seperti pada

loudspeaker.

Amplifier Daya

Amplifier sinyal lemah pada umumnya disebut sebagai penguat "tegangan" karena

penguat ini biasanya mengonversi sebuah tegangan input kecil menjadi tegangan output yang

jauh lebih besar. Kadang-kadang rangkaian amplifier dibutuhkan untuk menjalankan sebuah

motor atau loudspeaker dan pada aplikasi seperti ini yang membutuhkan arus switching yang

tinggi, maka Amplifier Daya diperlukan.

Sesuai namanya, pekerjaan utama dari "Amplifier Daya" (atau Amplifier Sinyal Kuat)

adalah menyalurkan daya ke beban seperti pada pernyataan sebelumya yakni hasil

pengaplikasian arus dan tegangan ke beban dengan sinyal output menjadi lebih besar

daripada daya sinyal input. Dengan kata lain, sebuah amplifier daya menguatkan daya input

sinyal sehingga rangkaian amplifier jenis ini digunakan dalam penguat sinyal output audio

untuk membunyikan loudspeaker.

Penguat daya bekerja sesuai prinsip dasar konversi daya DC yang diperolah dari

power supply menjadi sinyal tegangan AC yang disalurkan ke beban. Meskipun nilai

penguatannya sangat tinggi, efisiensi dari proses konversi dari pembangkit daya DC menjadi

sinyal output AC biasanya sangat buruk.

Amplifier ideal yang sempurna akan menghasilkan tingkat efisiensi 100% atau

setidaknya daya masukan adalah sama dengan daya keluaran. Namun pada kenyataannya hal

ini tidak dapat terjadi karena sebagian daya selalu menghilang karena diubah menjadi energi

kalor dan amplifier itu sendiri memerlukan daya selama proses penguatan input. Maka

persamaan efisiensi amplifier menjadi :

Efisiensi Ampilifer

Amplifier Ideal

Kita bisa mengetahui karakteristik dari amplifier yang ideal dari paragraf sebelumnya yakni

dengan mengacu pada gainnya, atau gain tegangannya :

Gain amplifier (A) harus bernilai konstan untuk berbagai nilai sinyal input

Gain tidak dipengaruhi oleh frekuensi. Sinyal dari setiap frekuensi hasur dikuatkan

dengan nilai yang sama persis.

Gain amplifier harusnya tidak menambahkan noise ke dalam sinyal output. Maka

amplifier tersebut harus menghilangkan semua noise yang telah ada pada sinyal

input.

Gain amplifier harus tidak terpengaruh oleh perubahan suhu atau memiliki stabilitas

temperatur yang baik.

Gain amplifier harus tetap stabil dalam waktu yang lama.

Kelas A B C AB

Sudut

Konduksi360o 180o

kurang dari

90o180 hingga 360o

Posisi titik QTitik tengah garis

beban

Tepat di

sumbu X

Di bawah

sumbu x

Di antara sumbu x dan

garis tengah beban

Efisiensi

KeseluruhanBuruk, 25 to 30%

Baik, 70 to

80%

Lebih dari

80%

Lebih baik dari A tapi

lebih sedikit dari B, 50

to 70%

Distorsi Sinyal

Tidak ada jika

tegangan di"bias"kan

dengan tepat

Pada titik

silang

sumbu X

Berjumlah

besarBerjumlah Kecil

Amplifier yang tidak didesain dengan baik khususnya pada jenis kelas A

membutuhkan transistor dengan daya yang lebih besar, penyerap panas yang lebih mahal,

bahkan penambahan ukuran pembangkit daya untuk menyalurkan daya extra yag diperlukan

amplifier. Daya yang dikonversi menjadi panas dari transistor, resistor atau komponen

lainnya untuk hal yang seperti itu membuat rangkaian elektronik menjadi tidak efisien dan

akan menghasilkan kerusakan pada awal pemakaian perangkat.

Jadi mengapa menggunakan amplifier kelas A jika efisiensinya kurang dari 40%

dibandingkan dengan amplifier kelas B yang memiliki tingkat efisiensi yang tinggi di

atas 70%. Pada dasarnya, amplifer kelas A memberikan output yang jauh lebuh ideal, bahkan

linearitas pada frekuensi yang lebih tinggi meskipun memakan daya DC dalam jumlah yang

besar.

Pada bab ini, kita telah melihat bahwa ada perbedaan jenis rangkaian amplifier serta

kelebihan dan kekurangannya. Dalam bab selanjutnya, kita akan melihat jenis rangkaian

transistor penguat yang paling sering digunakan, yakni Amplifier Common Emitter. Hampir

seluruh transistor penguat adalah merupakan jenis Common Emitter karena gain tegangan,

arus, dan dayanya yang besar serta karakteristik output/input yang baik.

BAB III

3.1 Perencanaan

3.1.1 Data Sheet

Berdasarkan data yang ada pada teori dasar 2.2, untuk menentukan nilai

komponen penunjang penguat kelas A kita harus melihat data sheet transistor

yang kita gunakan pada penguat kelas A. Dan kami mengambil data sheet

transistor NPN 2N6715 dan diperoleh data:

Vce =6 v Ic = 2 mA Hfe = 150 Vbe = 0,6 v

3.1.2 Perencanaan Nilai Rangkaian

Ib= Icβ

=10 mA250

=0,04 mA

Ie = Ib + Ic

= 0,04 mA + 10 mA = 10,04 mA

Ve= 0.1 x Vcc

= 0.1 x 10

= 1 volt

Ic ≈ Ie

ℜ=VeIe

= 1 v10.04 mA

=99.6 Ω

RC = 4 x Re

= 4 x 99.6 Ω

= 398.4 Ω

Vc = Ic x Rc

Vc = 10 mA x 398.4 Ω

Vc = 3.984 v

Vb = VR2 = Vbe + Ve

= 0.6 + 1

= 1,6 v

Itotal = Vcc x Ib

Itotal = 10 v x 0,04 mA = 4 x 10-4 A

R 1+R 2= VccItotal

R 1+R 2= 10 v0,0004 A

R 1+R 2=25000 Ω

R 2= VbItotal

= 1,6 v0,0004 A

=4000 Ω

R1 = 25000 – 4000 = 21000 Ω

VR1 = Itotal x R1

VR1 = 0,0004 A x 21000 Ω = 8,4 v

3.1.2 Perencanaan Nilai AV

hie = Rb + (1+ hfe) Re

hie = 25.000 + (1 +250) 99.6

hie = 25.000 + 24999.6 = 49999.6

AV = VoVin

= (hfe ) .Rc

hie

= (250 ) 398.4

49999.6

= 99600

49999.6

= 1,992 kali ≈ 2 kali

3.1.3 Perencanaan Nilai C1, C2, dan Ce

Rtot = R 1 x R 2R 1+R 2

= 21000 x 400021000+4000

= 3360 Ω

C1 = 10

2 π fmax Rtot =

10

6,28 x25 x106 x3360 = 1.895 x10−11F = 1.89 pF

C2 = 10

2 π fmin Rc =

10

6,28 x100 x106 x398.4 = 3.997 x10−11F = 39.9 pF

Ce = 10

2 π fmin ℜ = 10

6,28 x25 x106 x 99.6 = 6.39 x10−10F = 0,63 nF

3.1.3 Perencanaan Nilai pada resonator

C1= 2 pF

C2= 200 pF

Ct = C 1x C 2C 1+C 2

= 2 x10−12 .200 x10−12

2 x 10−12+200 x10−12 = 1,98 x10−12F

Xc = 1

2 π f c =

1

2 x 3,14 x50 x106+1,98 x 10−12 = 1608.4 Ω

Xc = XL

L = XL

2 π f =

1608.4

2 x 3,14 x50 x106 = 5.12 µH

3.1.4 Perencanaan Nilai L pada Osilator Colpitts

f = 1

2 π √ 1

L Ct=

12 x 3,14

√ 15.12 x10−6 x 1,98 x10−12

f = 1

6,28 √ 1

10.14 x 10−18

f = 0,16 x 314.037.146,3

f= 50.245.943,44≈ 50 MHz

BAB IV

4.1 Hasil Simulasi Multisim

Gambar Simulasi Rangkaian Osilator Colpitts

4.1.1 Nilai Resistor

R1 = 25 kΩ

R2 = 4 kΩ

Rc = 398.4 Ω

Re = 99.6 Ω

RL = 1 k Ω

4.1.2 Frekuensi Osilasi

f = 50 MHz