Elektronika Telekomunikasi : Amplifier (Penguat)

Amplifier Linear, Amplifier Kelas C, dan Pengganda Frekuensi

Ada dua tipe dasar amplifiers listrik digunakan dalam pemancar yaitu: Linear dan Kelas C. Linear amplifier memberikan sinyal output yang identik, merupakan replika dari input. Outputnya berbanding lurus dengan masukannya. Oleh karena itu, mereka setia mereproduksi masukan tapi amplifier RF linear harus digunakan untuk meningkatkan tingkat daya yang berbeda-beda amplitudo Sinyal RF seperti tingkat rendah AM atau sinyal SSE. Frekuensi sinyal termodulasi tidak bervariasi dalam amplitude. Karena itu, dapat diperkuat dengan lebih efisien, non-linear kelas C ampliflers.

Amplifier linier beroperasi pada kelas A, AB, atau B. Kelas penguat menunjukkan bagaimana hal itu akan menjadi bias. Penguat kelas A merupakan penguat bias, sehingga itu melakukan terus menerus. Bias diatur sehingga input bervariasi kolektor (atau drain) saat ini lebih dari satu daerah linier karakteristik transistor. Dengan cara ini, outputnya adalah diperkuat reproduksi linear input. Biasanya kita mengatakan bahwa kelas A amplifler melakukan untuk 360˚ dari input gelombang sinus.  

Sebuah penguat kelas B bias di cutoff sehingga tidak ada arus kolektor mengalir dengan nol input. Transistor melakukannya hanya pada satu-setengah dari input gelombang sinus. Dengan kata lain, melakukan untuk 180˚ dari masukan gelombang sinus. Ini berarti bahwa hanya satu-setengah dari gelombang sinus diperkuat. Biasanya, dua amplifier kelas B yang terhubung dalam susunan push-pull sehingga baik pergantian positif dan negatif dari input diperkuat serentak.

Kelas AB amplifier bias dekat cutoff dengan beberapa aliran arus kolektor terus menerus. Ini akan dilakukan lebih dari 180˚ tapi kurang dari 360˚ inputnya. Juga digunakan terutama dalam amplifier push-pull dan menyediakan linearitas yang lebih baik daripada penguat kelas B tapi dengan efisiensi kurang.

Kelas A amplifier adalah linear tetapi tidak sangat efisien. Untuk itu, mereka disebut juga power amplifier yang miskin. Akibatnya, mereka digunakan terutama sebagai penguat tegangan sinyal kecil atau untuk amplifier daya rendah. Amplifier penyangga dijelaskan sebelumnya beroperasi kelas A. Kelas B dan kelas C amplifier lebih efisien karena arus mengalir hanya sebagian dari sinyal input. Mereka membuat power amplifier yang baik, kelas C menjadi yang paling efisien. Karena kedua kelas B dan kelas C amplifier mendistorsi sinyal input, ada teknik-teknik khusus yang digunakan untuk menghilangkan atau mengkompensasi distorsi. Sebagai contoh, amplifier kelas B dioperasikan dalam konfigurasi push-pull, sedangkan kelas C amplifier menggunakan beban LC resonan untuk menghilangkan distorsi.

Sebuah kelas A penguat penyangga sederhana ditunjukkan pada Gambar. 6-6. Sinyal pembawa osilator kapasitif digabungkan ke input. bias berasal dari R1, R2, dan R3. kolektor disetel dengan sirkuit LC resonan di frekuensi operasi, dan induktif digabungkan pada loop kedua untuk ke tahap berikutnya. Buffer seperti ini biasanya beroperasi pada tingkat daya baik kurang dari 1 W.

Contoh Rangkaian Amplifier Kelas A

Contoh Rangkaian Amplifier Kelas B

Rangkaian yang terpenting dalam kebanyakan AM dan FM transmitter adalah kelas C amplifier. Hal ini digunakan untuk daya amplifikasi dalam bentuk driver, pengganda frekuensi, dan amplifier akhir. Kelas C merupakan penguat bias sehingga melakukan kurang dari 180˚ input. Ini biasanya akan memiliki sudut konduksi 90˚-150˚. Ini berarti bahwa arus mengalir melalui itu dalam pulsa pendek. Maka dari itu perlu adanya penguatan sinyal lengkap yaitu dengan cara sirkuit disetel resonan.

Suatu bentuk khusus dari kelas C penguat adalah pengali frekuensi. Setiap kelas C amplifier mampu melakukan perkalian frekuensi jika rangkaian disetel kolektor diatur di beberapa bilangan bulat kelipatan dari frekuensi input. Semua amplifier kelas C memiliki beberapa bentuk disetel. Rangkaian terhubung di kolektor seperti ditunjukkan pada Gambar. 6-12. Tujuan utama dari sirkuit tuned ini adalah untuk membentuk ac output gelombang sinus lengkap. 

Ciri Khas Rangkaian Receiver

Bagian paling penting dari penerima komunikasi adalah ujung depan. Ujung depan biasanya terdiri dari amplifler RF, mixer, dan disetel dalam suatu sirkuit. Ini adalah bagian dari penerima yang memproses sinyal input sangat lemah. Sangat penting bahwa komponen suara rendah digunakan untuk memastikan rasio S/N yang cukup tinggi. Selanjutnya, selektivitas harus sedemikian rupa sehingga efektif menghilangkan gambar.

Dalam banyak komunikasi pada receiver, penguat RF tidak digunakan. Hal ini terutama berlaku di penerima dirancang untuk frekuensi rendah dari sekitar 30 MHz. Keuntungan tambahan tidak diperlukan, dan hanya kontribusinya akan lebih banyak suara. Oleh karena itu, amplifler RF biasanya dihilangkan, dan antena terhubung langsung ke input mixer melalui satu atau lebih sirkuit. Sirkuit disetel harus memberikan masukan selektivitas yang diperlukan untuk penolakan gambar. Dalam penerima semacam ini, mixer juga harus dari berbagai suara rendah. Saat ini, kebanyakan mixer adalah MOSFET, yang menyediakan kontribusi suara terendah.

Penerima/Receiver digunakan pada frekuensi di atas sekitar 100 MHz, bagaimanapun, biasanya menggunakan amplifier RF. Demikian juga amplifier RF ditemukan di beberapa sistem komunikasi frekuensi rendah. Tujuan utama dari penguat ini adalah untuk meningkatkan amplitudo sinyal lemah sebelum pencampuran. RF amplifier juga menyediakan beberapa selektivitas untuk penolakan gambar.

Dalam kebanyakan receiver, tahap RF tunggal digunakan, biasanya memberikan gain tegangan di rentan 10 sampai 30-dB. Hal ini mudah didapat dengan transistor tunggal. Transistor bipolar digunakan pada frekuensi yang lebih rendah, sedangkan FET adalah disukai di VHF, UHF. dan frekuensi gelombang mikro. Biasanya, FET memiliki noise lebih rendah dari transistor bipolar dan, karena itu, memberikan kinerja yang lebih baik.

Sebagian besar penerima memiliki sirkuit Automatic Gain Control (AGC) sehingga dynamic range yang lebar dari masukan amplitudo sinyal pemindaian menjadi ditampung tanpa distorsi. Rangkaian AGC meluruskan IF atau output demodulator ke dc untuk mengontrol IF amplifier gain. Keuntungan dari transistor bipolar dapat bervariasi dengan mengubah kolektor saat ini. Pada AGC kondisi mundur (reverse), peningkatan tegangan AGC mengurangi arus kolektor. Pada AGC kondisi maju (forward), peningkatan tegangan AGC meningkatkan arus kolektor. Keuntungan dari dual-gate MOSFET dalam penguat IF dikendalikan dengan memvariasikan tegangan dc pada kedua gerbang. 

Otomatis Kontrol Frekuensi (AFC) adalah sistem umpan balik yang mirip dengan AGC yang digunakan untuk mengoreksi drift frekuensi dan ketidakstabilan di LO dari VHF, UHF, dan frekuensi microwave penerima. Sebuah rangkaian memadamkan digunakan untuk memotong output audio untuk mencegah suara mengganggu sampai sinyal diterima. Entah sinyal audio atau kebisingan latar belakang dapat digunakan untuk mengoperasikan sirkuit memadamkan. Terus menerus tone control memadamkan (CTC) sirkuit mengizinkan sinyal selektif dengan hanya mengizinkan frekuensi rendah nada untuk memicu memadamkan nada tersebut.  

Sebuah Osilator Beat Frekuensi (BFO) digunakan dalam SSB dan CW penerima untuk memberikan pembawa yang akan bercampur dengan sinyal input demodulator untuk menghasilkan output audio. 

Sebuah transceiver adalah sebuah peralatan komunikasi yang menggabungkan penerima dan pemancar dalam Paket umum di mana mereka berbagi perumahan umum dan power supply. transceiver Single-sideband memungkinkan berbagi filter, tahap LO, dan sirkuit lainnya. Banyak transceiver baru mengandung synthesizer frekuensi yang menghilangkan beberapa osilator kristal dan osilator tuned LC di pemancar dan penerima. Sebuah synthesizer frekuensi generator sinyal biasanya diimplementasikan dengan PLL yang menghasilkan LO dan sinyal pembawa pemancar di sebuah transceiver. Sebuah synthesizer frekuensi memiliki stabilitas osilator kristal, tetapi frekuensi dapat bervariasi dalam kecil, kenaikan yang sama atas berbagai. Kelipatannya frekuensi synthesizer diatur oleh frekuensi input referensi untuk fase detektor. Frekuensi synthesizer diubah dengan memvariasikan rasio membagi pembagi frekuensi antara output VCO dan masukan detektor fasa. Tahap-terkunci synthesizer lingkaran sering menggabungkan mixer dan pengganda untuk mengizinkan lebih dari satu frekuensi yang akan dihasilkan.

Jawaban Soal

Self-Test (Chapter 6)

1. oscillator

2. continuous-wave, CW

3. crystal oscillator

4. buffer

5. drivers

6. final

7. speech-processing

8. frequency multipliers

9. mixer

10. linear

11. class C

12. AM, SSB

13. class C

14. A, B, AB

15. 27

16. 360

17. true

18. push-pull

19. 90, 150

20. pulses

21. tuned or resonant circuit

22. 60, 85

23. harmonics

24. frequency multipliers

25. 2.3.4.5 = 120 ; 120 (1,5) = 180 MHz

26. 28 (1,8) = 50,4 W

Self-Test (Chapter 7)

42. 1,36

43. shot, transit-time

44. false

45. true

46. noise figure

47. microwave

48. 48,464

49. 49. distortion

50. 50. high

51. RF amplifier, mixer

52. true

53. gain, selectivity, noise

54. MESFET or GASFET, gallium arsenide

55. IF

56. tuned circuits

57. mutual inductance

58. under, over, optimum, critical

59. limiter

60. cutoff, saturation

61. collector current

62. 100

63. automatic gain control

64. IF

65. rectifier, IF amplifier or detector

66. decrease

67. increase

68. constant-current source

69. control gate

70. automatic volume control

71. diode detector

72. reduced

73. local oscillator

74. demodulator

75. voltage-variable capacitor

76. squelch

77. audio, noise

78. tone, squelch

79. SSB, CW 

Frekuensi Transisi Gain Unity adalah frekucnsi di mana besarnya penguatan sama dengan unity, atau 0 dB.

Dengan persamaanya yaitu:

Amplifier Common-Emitter (CE) terdiri dari C3 dan C4 adalah kapasitor pemblokir dc dengan reaktans yang dapat diabaikan pada frekuensi tinggi. Resistor bias Rbias memasok arus bias ke base, dan ini dapat juga dianggap mempunyai pengaruh yang dapat diabaikan terhadap kinerja pada frekuensi tinggi. Rangkaian ekivalennya yaitu menggunakan rangkaian ekivalen hybrid-π untuk transistor.

Amplifier Common-Base (CB) merupakan Efek kapasitor umpan balik Ccb’ dapat dinul-kan sama sekali dengan menghubungkan transi dalam konfigurasi, rangkaian ekivalen sinyal kecil ditunjukkan dalam Gambar.5. Dengan ragam pengoperasian ini, Ccb’ tampak paralel dengan kapasitans output Cc dan karena tidak menyumbang kepada kapasitans input. Input resistans-nya α₀/gm di mana α_{0 =} β₀ / ( β₀ + 1). Oleh karena itu maka resistans input untuk rangkaian CB jauh lebih kecil daripada yang rangkaian CE yang diberikan oleh β₀/gm. Kapasitans inputnya adalah Ceb’ = Cb’e. Resistans output untuk rangkaian CE timbul antara kollektor dan emitter. Ini lebih tinggi daripada resistans output CE dan dapat ditunjukkan diberikan oleh rc_CB ≡ βrc_CE. Karena nilainya yang sangat tinggi resistans output dapat diabaikan bagi kebanyakan maksud praktis. 

Amplifier common-emitter dan common-base dapat dikombinasikan untuk membentuk sebuah amplifier yang mempunyai penguatan daya tinggi dan stabil. Unit kombinasi ini dikenal sebagai Amplifier Cascode (kata ini merupakan pustaka dari teknologi tabung vakum, dirnana rangkaian aslinya menggunakan tahap cascade common-cathode dan cornrnon-grid). Secara keseluruhan amplifier cascode itu merniliki ciri kinerja yang serupa dengan yang dimiiiki oleh amplifier CE tetapi dengan kestabilan (dan diartikan, tidak ada perubahan fase l80˚), dan karena itu penguatan tegangan tersedia tinggi. 

Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari satu frekuensi ke frekuensi lain. Ada sejumlah alasan mengapa pengubahan frekuensi itu diperlukan, dan kenyatannya sejumlah proses mixing dipergunakan dalam penerapan khusus, yang tampil dengan nama berbeda. Istilah mixer pada umunya dicadangkan untuk rangkaian yang mengubah sinyal frekuensi radio ke suatu nilai madya (yang dikenal Intermediate Frequency / IF) dan yang memerlukan masukan dari sebuah isolator local (LO = Local Oscillator) untuk melakukannya. Semua rangkaian mixer memanfaatkan kenyataan bahwa apabila dua sinya sinusoidal dikalikan bersama, hasilnya terdiri atas komponen frekuensi yng dijumlahkan dan yang dikurangkan atau selisihnya. Sehinnga dapat dinyatakan sebagai berikut: 

Suku yang mengandung frekuensi ωosc – ωsig adalah yang biasa dipilih dengan penyaringan sebagai sinyal intermediate frequency (IF). Akan terlihat bahwa tidak satupun dari kedua frekuensi masukan itu hadir dalam keluaran, yang ada hanya frekuensi penjumlahan dan pengurangan.