Penguat FET Common Source



Penguat FET Common Source menggunakan transistor efek medan sebagai perangkat aktif utamanya yang menawarkan karakteristik impedansi masukan tinggi.

Sirkuit penguat transistor seperti penguat emitor biasa dibuat menggunakan Bipolar Transistor, tetapi penguat sinyal kecil juga dapat dibuat menggunakan Field Effect Transistor. Perangkat ini memiliki keunggulan dibandingkan transistor bipolar karena memiliki impedansi input yang sangat tinggi bersama dengan output noise yang rendah membuatnya ideal untuk digunakan dalam rangkaian penguat yang memiliki sinyal input sangat kecil.

Desain sirkuit penguat berbasis di sekitar transistor efek medan persimpangan atau "JFET", (N-channel FET untuk tutorial ini) atau bahkan silikon oksida logam FET atau "MOSFET" adalah prinsip yang persis sama dengan sirkuit transistor bipolar digunakan untuk rangkaian penguat Kelas A yang kita lihat di tutorial sebelumnya.

Pertama, titik diam yang cocok atau "titik-Q" perlu ditemukan untuk biasing yang benar dari rangkaian amplifier JFET dengan konfigurasi amplifier tunggal Common-source (CS), Common-drain (CD) atau Source-follower (SF) dan Common-gate (CG) yang tersedia untuk sebagian besar perangkat FET.

Ketiga konfigurasi penguat JFET ini sesuai dengan konfigurasi common-emitor, emitor-follower, dan common-base menggunakan transistor bipolar. Dalam tutorial tentang penguat FET ini kita akan melihat Penguat JFET Common Source yang populer karena ini adalah desain penguat JFET yang paling banyak digunakan.

Pertimbangkan konfigurasi (susunan) rangkaian Amplifier JFET Common Source di bawah ini.

Rangkaian Penguat JFET Common Source

Gambar 2

Rangkaian amplifier terdiri dari JFET N-channel, tetapi perangkat ini juga bisa menjadi MOSFET mode-deplesi N-channel yang setara karena diagram sirkuit akan sama dengan hanya perubahan pada FET, yang terhubung dalam konfigurasi sumber yang sama. Tegangan gerbang JFET Vg dibiaskan melalui jaringan pembagi potensial yang dibuat oleh resistor R1 dan R2 dan bias beroperasi dalam wilayah jenuhnya yang setara dengan wilayah aktif dari transistor persimpangan bipolar.

Tidak seperti sirkuit transistor bipolar, persimpangan FET tidak membutuhkan arus gerbang input yang memungkinkan gerbang diperlakukan sebagai sirkuit terbuka. Maka tidak diperlukan kurva karakteristik input. Kita dapat membandingkan JFET dengan transistor sambungan bipolar (BJT) dalam tabel berikut.

Perbandingan JFET terhadap BJT


Karena N-Channel JFET adalah perangkat mode deplesi dan biasanya "ON", tegangan gerbang negatif sehubungan dengan sumber diperlukan untuk memodulasi atau mengontrol arus drain. Tegangan negatif ini dapat disediakan dengan pembiasan dari tegangan catu daya yang terpisah atau dengan pengaturan pembiasan sendiri atau self-biasing selama arus yang stabil mengalir melalui JFET bahkan ketika tidak ada sinyal input yang hadir dan Vg mempertahankan bias balik dari sumber gerbang junction (persimpangan jalan) PN.

Dalam contoh sederhana kami, pembiasan disediakan dari jaringan pembagi potensial yang memungkinkan sinyal input untuk menghasilkan jatuh tegangan di gerbang serta kenaikan tegangan di gerbang dengan sinyal sinusoidal. Setiap pasangan nilai resistor yang sesuai dalam proporsi yang benar akan menghasilkan tegangan bias yang benar sehingga tegangan pembiasan gerbang DC VG diberikan sebagai:


Perhatikan bahwa persamaan ini hanya menentukan rasio resistor R1 dan R2, tetapi untuk memanfaatkan impedansi input JFET yang sangat tinggi serta mengurangi disipasi daya dalam rangkaian, kita perlu membuat nilai resistor ini setinggi mungkin, dengan nilai dalam urutan 1M 1 hingga 10MΩ menjadi umum.

Sinyal input, (Vin) dari penguat JFET sumber umum diterapkan antara terminal Gate dan rel volt nol, (0v). Dengan nilai konstan tegangan gerbang VG yang diterapkan, JFET beroperasi dalam "wilayah Ohminya" yang bertindak seperti perangkat resistif linier. Sirkit saluran berisi resistor beban, Rd. Tegangan keluaran, Vout dikembangkan melintasi tahanan beban ini.

Efisiensi dari penguat JFET Common Source dapat ditingkatkan dengan penambahan resistor, Rs termasuk dalam sumber memimpin dengan arus drain yang sama mengalir melalui resistor ini. Resistor, Rs juga digunakan untuk mengatur "Q-point" penguat JFET.

Ketika JFET diaktifkan sepenuhnya "ON", jatuh tegangan yang sama dengan Rs * Id dikembangkan di resistor ini meningkatkan potensi terminal sumber di atas 0v atau permukaan tanah. Penurunan tegangan melintasi Rs karena arus drain menyediakan kondisi pembalikan balik yang diperlukan melintasi resistor gerbang, R2 secara efektif menghasilkan umpan balik negatif.

Jadi untuk menjaga bias tetap Gerbang-Source, tegangan sumber, VS harus lebih tinggi dari tegangan gerbang, VG. Tegangan sumber ini karena itu diberikan sebagai:


Kemudian arus Drain, ID juga sama dengan Sumber arus, Apakah sebagai "Tidak Ada" memasuki terminal Gerbang dan ini dapat diberikan sebagai:


Sirkuit pembiasan pembagi potensial ini meningkatkan stabilitas rangkaian penguat JFET Common Source ketika diumpankan dari catu DC tunggal dibandingkan dengan rangkaian pembias tegangan tetap. Baik resistor, RS dan sumber kapasitor by-pass, CS pada dasarnya melayani fungsi yang sama dengan resistor emitor dan kapasitor dalam rangkaian penguat transistor bipolar common emitter, yaitu untuk memberikan stabilitas yang baik dan mencegah pengurangan hilangnya gain tegangan. Namun, harga yang dibayarkan untuk tegangan gerbang diam stabil adalah bahwa lebih banyak tegangan suplai jatuh melintasi RS.

Nilai dalam farad sumber kapasitor by-pass umumnya cukup tinggi di atas 100 uF dan akan terpolarisasi. Ini memberikan kapasitor nilai impedansi jauh lebih kecil, kurang dari 10% dari transkonduktansi, nilai gm (koefisien transfer mewakili penguatan) perangkat. Pada frekuensi tinggi kapasitor by-pass pada dasarnya bertindak sebagai hubungan pendek dan sumber akan dihubungkan secara efektif langsung ke ground.

Rangkaian dasar dan karakteristik Penguat JFET Common Source sangat mirip dengan amplifier emitor biasa. Saluran beban DC dibangun dengan menggabungkan dua titik yang berkaitan dengan arus drain, Id dan tegangan suplai, Vdd mengingat bahwa ketika Id = 0: (Vdd = Vds) dan ketika Vds = 0: (Id = Vdd / RL). Karena itu, garis beban adalah persimpangan kurva pada titik-Q sebagai berikut.

Grafik Karakteristik Penguat JFET Common Source


Gambar 3 : Grafik Karakteristik Penguat FET Common Source

Seperti halnya rangkaian bipolar common emitter, garis beban DC untuk penguat JFET Common Source menghasilkan persamaan garis lurus yang gradiennya diberikan sebagai: -1 / (Rd + Rs) dan melintasi garis sumbu Id vertikal pada titik A sama dengan Vdd / (Rd + Rs). Ujung lain dari garis beban melintasi sumbu horizontal pada titik B yang sama dengan tegangan suplai, Vdd.

Posisi aktual titik-Q pada garis beban DC umumnya diposisikan pada titik tengah garis beban (untuk operasi kelas-A) dan ditentukan oleh nilai rata-rata Vg yang dibias negatif karena JFET adalah perangkat mode penipisan. Seperti penguat common emitter bipolar, output dari Penguat JFET Common Source adalah 180o dari fase dengan sinyal input.

Salah satu kelemahan utama menggunakan JFET Depletion-mode adalah mereka harus dibias secara negatif. Jika bias ini gagal karena alasan apa pun tegangan sumber gerbang dapat naik dan menjadi positif yang menyebabkan peningkatan arus Drain yang mengakibatkan kegagalan tegangan drain, Vd.

Juga resistansi saluran yang tinggi, Rds (on) dari junction FET, ditambah dengan arus Drain kondisi stasioner yang tinggi membuat perangkat ini menjadi panas sehingga diperlukan heatsink tambahan. Namun, sebagian besar masalah yang terkait dengan penggunaan JFET dapat sangat dikurangi dengan menggunakan perangkat MOSFET mode tambahan.

MOSFET atau Metal Oxide Semiconductor FET memiliki impedansi masukan yang jauh lebih tinggi dan resistensi saluran output yang rendah dibandingkan dengan JFET yang setara. Juga pengaturan pembiasan untuk MOSFET berbeda dan kecuali kita bias secara positif untuk perangkat N-channel dan negatif untuk perangkat P-channel tidak ada aliran drain yang mengalir, maka kita memiliki transistor gagal aman.

Penguatan Arus dan Penguatan Daya JFET

Kami mengatakan sebelumnya bahwa arus input, Ig dari penguat JFET Common Source sangat kecil karena impedansi gerbang yang sangat tinggi, Rg. Oleh karena itu penguat JFET Common Source memiliki rasio yang sangat baik antara impedansi input dan output dan untuk setiap jumlah arus keluaran, IOUT penguat JFET akan memiliki Ai gain dengan arus sangat tinggi.

Karena penguat JFET Common Source ini sangat berharga sebagai rangkaian pencocokan impedansi atau digunakan sebagai penguat tegangan. Demikian juga, karena: Daya = Tegangan x Arus, (P = V * I) dan tegangan keluaran biasanya beberapa milivolt atau bahkan volt, kenaikan daya, AP juga sangat tinggi.

Dalam tutorial berikutnya kita akan melihat bagaimana bias yang salah dari penguat transistor dapat menyebabkan Distorsi pada sinyal output dalam bentuk distorsi amplitudo karena kliping dan juga efek dari distorsi fase dan frekuensi.

Sumber tulisan dan gambar:

https://www.electronics-tutorials.ws/amplifier/amp_3.html

Comments

Post a Comment

Popular posts from this blog

Rangkaian Pengendali Lampu menggunakan Sensor LDR

Image
Rangkaian kendali lampu menggunakan sebuah sensor LDR sebagai transduser input, dan menggunakan komponen LED sebagai transduser output. Sebagai transduser input, LDR atau Light Dependent Resistor, adalah komponen resistor yang nilai resistansinya berubah-ubah tergantung cahaya yang mengenainya. Kita misalkan, di saat kena sinar terang nilai resistansinya 1k Ohm, dan di saat gelap, nilai resistansinya 1 Mega Ohm. Cara kerja:  Transistor diberi bias Base dari R1 sebagai bias maju atau forward bias , dan dari LDR sebagai bias mundur atau reverse bias . Arus dari +Vcc turun ke bawah melalui R1. Arus ini sebagian memasuki Base transistor untuk membuat transistor itu konduksi atau menghantar. Sebagian arus dari R1 ini juga turun ke bawah melewati LDR. Jika nilai resistansi LDR tinggi (1 M Ohm kondisi gelap), maka LDR hanya dilewati arus kecil. Maka sebagian besar arus dari R1 akan masuk ke Base Transistor, dan membuatnya konduksi, dan mengalirlah arus Kolektor, membuat LE...
Read more

Inverter DC to DC Simetris

Image
Gambar 1 Terkadang kita memerlukan Catu Daya ganda dan simetris, yang harus menghasilkan tegangan positif dan negatif yang tinggi tegangannya sama, misalnya +12 Volt dan -12 Volt, padahal kita hanya mempunyai sumber tegangan  12V DC , misalnya untuk memenuhi kebutuhan amplifier OCL di sebuah kendaraan (mobil). Untuk itu kita memerlukan rangkaian Inverter DC to DC simetris . Di bagian awal, kita akan membahas rangkaian DC to DC Inverter, dan sebagai dasarnya adalah inverter dari  12V DC  menjadi +12V dan -12V seperti gambar rangkaian berikut ini. Gambar 2: Inverter  12V DC  to +/-  12V DC Seperti rangkaian Inverter DC to AC di artikel sebelumnya, rangkaian ini terdiri dari sebuah Astable Multivibrator yang dalam hal ini digunakan IC CMos type CD4047BCM yang akan menghasilkan pulsa atau sinyal bentuk persegi dengan frekuensi 50Hz. Dan untuk menghasilkan frekuensi sebesar itu, nilai resistor R1 dan C1 harus disesuaikan. Untuk cara men...
Read more

Penguat Common Emitter

Image
Konfigurasi penguat yang paling umum untuk transistor NPN adalah rangkaian penguat Common Emitter (Common Emitter Circuit). Dalam pengantar penguat sebelumnya, kami melihat bahwa sekelompok kurva yang umumnya dikenal sebagai Kurva Karakteristik Output, menghubungkan arus Kolektor transistor (Ic), dengan  tegangan Collector - Emitter (Vce) untuk nilai yang berbeda dari arus Base transistor (Ib ). Semua jenis penguat transistor beroperasi menggunakan input sinyal AC yang berganti-ganti antara nilai positif dan nilai negatif sehingga beberapa cara "mengatur" rangkaian penguat untuk beroperasi di antara dua nilai maksimum atau puncak ini diperlukan. Ini dicapai dengan menggunakan proses yang dikenal sebagai pembiasan (biasing). Pembiasan ini sangat penting dalam desain penguat karena ia menetapkan titik operasi yang benar dari penguat transistor yang siap menerima sinyal, sehingga mengurangi segala distorsi pada sinyal keluaran. Kita juga melihat bahwa garis beba...
Read more