12.33 - Op-amp class B amplifier

 [KEMBALI KE MENU SEBELUMNYA]

DAFTAR ISI

1. Pendahuluan

2. Tujuan

3. Alat dan Bahan

4. Dasar Teori

5. Example

6. Problem

7. Soal Latihan

8. Percobaan

9. Link Download

1. Pendahuluan[Kembali]

    Penguat operasional (op-amp) merupakan salah satu komponen penting dalam dunia elektronika, terutama dalam sistem pengolahan sinyal analog. Op-amp dirancang untuk memperkuat perbedaan tegangan antara dua masukan, dan biasanya digunakan dalam konfigurasi linier seperti penguat inverting, non-inverting, integrator, dan diferensiator. Namun, op-amp juga dapat digunakan sebagai bagian dari rangkaian penguat daya, salah satunya dalam konfigurasi Class B amplifier.

Penguat Class B adalah jenis penguat daya yang bekerja dengan membagi sinyal input menjadi dua bagian — separuh siklus positif dan separuh siklus negatif — di mana masing-masing bagian diperkuat oleh satu transistor. Hal ini menghasilkan efisiensi daya yang jauh lebih tinggi dibandingkan penguat kelas A, karena arus hanya mengalir saat dibutuhkan, bukan secara terus-menerus.

Dalam konfigurasi Op-Amp Class B Amplifier, op-amp bertindak sebagai driver atau pengontrol sinyal, sementara tahap output diperkuat oleh sepasang transistor yang disusun secara push–pull. Rangkaian ini memungkinkan penguatan sinyal dengan distorsi yang rendah dan efisiensi yang tinggi, serta sering digunakan pada sistem audio kelas menengah hingga tinggi.

Mempelajari op-amp dalam konfigurasi Class B tidak hanya penting untuk memahami prinsip penguatan sinyal dan efisiensi daya, tetapi juga membuka wawasan tentang bagaimana perangkat low-power seperti op-amp dapat dikombinasikan dengan komponen daya untuk menghasilkan kinerja yang optimal dalam berbagai aplikasi praktis.

2. Tujuan[Kembali]

1. Memahami prinsip kerja Op-Amp Class B Amplifier, khususnya bagaimana op-amp digunakan untuk mengendalikan pasangan transistor push–pull pada tahap output.

2. Menganalisis kelebihan dan kekurangan penguat kelas B, terutama dalam hal efisiensi daya dan kemungkinan distorsi crossover.

3. Mempelajari peran op-amp sebagai driver dalam penguat daya, dan bagaimana integrasi dengan transistor menghasilkan output yang lebih kuat dibanding penguat op-amp murni.

4. Mengamati bentuk gelombang output dari amplifier kelas B dengan menggunakan alat ukur seperti osiloskop atau simulasi untuk melihat efek distorsi dan respon siny

3. Alat dan Bahan[Kembali]

• V1 (Sumber Sinyal)

  • Memberikan sinyal masukan sinusoidal sebesar 1 V, 1 kHz.

  • Digunakan untuk menguji performa penguat dalam memperbesar sinyal AC audio.

  2. U1 (Op-Amp 741)

  • Bertindak sebagai driver yang mengontrol dua transistor output.

  • Bekerja dalam konfigurasi umpan balik negatif, menjaga linearitas sinyal dan kestabilan output.

  3. R1 (RF - Resistor Feedback) dan R2

  • R1 (47 kΩ) dan R2 (18 kΩ) membentuk rangkaian pembagi tegangan umpan balik.

  • Bersama-sama mengatur gain dari op-amp:

    $$A_v = 1 + \frac{R_F}{R_2} = 1 + \frac{47\,\text{kΩ}}{18\,\text{kΩ}} \approx 3.6$$

  4. Q1 dan Q2 (Transistor Output)

  • Q1 (NPN 2N3904) bekerja saat siklus sinyal positif.

  • Q2 (PNP 2N3906) bekerja saat siklus sinyal negatif.

  • Keduanya membentuk pasangan push–pull Class B, yang meningkatkan efisiensi dan menguatkan sinyal dari op-amp ke level daya.

  5. BAT1 dan BAT2 (±22 V)

  • Menyediakan catu daya simetris (+22 V dan −22 V) untuk tahap akhir penguatan sinyal.

  • Memungkinkan penguatan sinyal AC penuh dari positif ke negatif.

  6. RL (Resistor Beban 8 Ω)

  • Mewakili beban akhir seperti speaker.

  • Digunakan untuk melihat seberapa besar daya yang bisa disalurkan ke beban oleh amplifier.

  7. Osiloskop (Probe RL(1))

  • Digunakan untuk memantau bentuk gelombang output.

  • Memastikan bahwa sinyal output mengikuti input dengan penguatan yang benar dan memantau distorsi (jika ada).

5. Example[Kembali]

Example 1

6. Problem[Kembali]

Sebuah rangkaian Op-Amp Class B Amplifier dirancang menggunakan op-amp 741 yang mengendalikan sepasang transistor output 2N3904 (NPN) dan 2N3906 (PNP) dalam konfigurasi push–pull.

Rangkaian diberi:

• Sumber input: sinyal sinusoidal 1 V peak, 1 kHz.

• Catu daya: ±22 V (simetris).

• Beban RL = 8 Ω.

• Penguatan op-amp diatur oleh resistor RF = 47 kΩ dan R2 = 18 kΩ.

Pertanyaan:

1. Hitung tegangan output puncak dari rangkaian jika penguatan (gain) op-amp sesuai konfigurasi umpan balik.

2. Hitung daya output maksimum (P_out) yang disalurkan ke beban RL.

3. Hitung daya input total dari catu daya.

4. Hitung efisiensi amplifier.

Jawab :

Tegangan Output Puncak ):

Gunakan rumus gain op-amp non-inverting:

$$A_v = 1 + \frac{R_F}{R_2} = 1 + \frac{47\,000}{18\,000} \approx 3.61$$
$$V_{\text{out peak}} = A_v \cdot V_{\text{in peak}} = 3.61 \cdot 1\,V = 3.61\,V$$

2. Daya Output ke Beban:

Gunakan rumus daya RMS pada beban:

$$P_{\text{out}} = \frac{(V_{\text{out peak}})^2}{2 \cdot R_L} = \frac{(3.61)^2}{2 \cdot 8} \approx \frac{13.03}{16} = 0.814\,\text{W}$$

3. Daya Input :

Daya input dari catu daya total (untuk sinyal sinusoidal):

$$P_{\text{in}} = \frac{2}{\pi} \cdot V_{CC} \cdot I_{\text{peak}}$$

$$I_{\text{peak}} = \frac{V_{\text{out peak}}}{R_L} = \frac{3.61}{8} = 0.451\,\text{A}$$
$$P_{\text{in}} = \frac{2}{\pi} \cdot 22\,V \cdot 0.451\,A \approx 6.32\,W$$

4. Efisiensi (η):

$$\eta = \frac{P_{\text{out}}}{P_{\text{in}}} \cdot 100\% = \frac{0.814}{6.32} \cdot 100\% \approx 12.9\%$$

8. Percobaan[Kembali]

9. Link Download[Kembali]

Download file rangkaian klik disini

[DISINI]

Download Datasheet Resistor klik disini

Download Datasheet Transistor klik disini