PENGUAT KELAS AB

Pembahasan pada tulisan ini menjelaskan tentang penguat daya pushpull kelas AB. Power Amplifier class AB ini dibuat bertujuan untuk membentuk penguat sinyal yang tidak cacat (distortion) dari penguat kelas A dan untuk mendapatkan efisiensi daya yang lebih baik seperti pada amplifier kelas B. Karena amplifier kelas A memiliki efisiensi daya yang rendah (±25%) yang disebaban titik kerja berada di 1/2 VCC tetapi memiliki kualitas sinyal yang terbaik. Sedangkan amplifier kelas B memiliki efisiensi daya yang baik (±85%) karena titik kerja mendekati VCC tetapi kualitas suara yang kurang baik. Sehingga dibuat amplifier kelas AB yang memiliki efisiensi daya penguatan sinyal (±60%) dengan kualitas sinyal audio yang baik.

Penguat audio yang banyak ada di pasaran pada umumnya adalah penguat kelas AB. Untuk memberi prategangan pada basis emitor tidak harus dengan dioda bisa juga dengan resistor atau transistor asalkan bisa memberi tegangan untuk mengaktifkan dioda di basis emitor. Dioda digunakan untuk menghindari kenaikan temperature dan membuat tegangan bias pada dioda emitor. Untuk itu, dibutuhkan dioda dengan kurva VBE-nya mirip dengan kurva VBE transistor. Dengan menggunakan diode juga akan mengurangi crossover distortion.

Ciri-ciri penguat kelas AB diantaranya :

·         Phuspull / Transistor bekerja bergantian antara Q1 (NPN) dan Q2 (PNP).

·         Panas yang dihasilkan tidak terlalu besar

·         Efisiensi lebih besar (50% s/d 75%)

·         Tidak terjadi cacat silang(crossover)

·         Fidelitas Tinggi

·         Terjadi penggemukan sinyal pada kedua transistornya aktifnya pada saat transisi (gumming).

Tegangan Power supply +, _ dan Ground

Gambar 1: Rangkaian Penguat Push pull kelas AB

Gambar rangkaian ekivalen DC untuk menganalisa rangkaian penguat pushpull kelas AB adalah sebagai berikut.

Gambar 2: Rangkaian Ekivalen DC Penguat kelas AB
Penurunan Rumus bagian 1:

Gambar 3: Bagian 1 rangkaian penguat kelas AB

Dari gambar 3 di atas kedua transistor dipasang secara seri, dengan demikian arus yang mengalir (Ic) besarnya sama. Karena transistor NPN dan PNP yang digunakan memiliki sifat yang sama pula sehingga tegangan VCE transistor juga sama dimana besarnya nilai tegangan VCE adalah setengah dari tegangan sumber. Penjabarannya sebagai berikut.

2 VCE = VCC

VCE = VCC/2

VCEQ = VCC/2

Penurunan Rumus bagian 2:

Gambar 4 : Bagian 2 Rangkaian Penguat Kelas AB

Dari rangkaian di atas arus I1 mengalir melewati R1 dan terbagi menjadi ID1 dan IB1. ID1 mengalir melalui dioda dan IB1 mengalir ke dalam basis transistor. Ingat bahwa kurva transkonduktansi transistor adalah sebuah grafik dari Ic terhadap VBE, jika kurva arus-tegangan dari dioda identik dengan kurva transkonduktansi, maka arus dioda sama dengan arus kolektor (ID1=Ic). Ini benar karena VBE pada diode seperti VBE pada diode emitor transistor (VD = VB). Dengan menggunakan hukum Kirchoff untuk arus terhadap titik simpul X kita dapatkan I1 = ID1+IB1 atau I1 = Ic+IB1, namun karena arus basis lebih kecil daripada arus kolektor maka I1  Ic. Dengan demikian dapat dijabarkan :

2VCE – VR – VD – VD - VR = 0

2VCE – 2VR - 2VD = 0

Karena 2VCE = VCC maka :

VCC – 2VR – 2VD = 0

VCC – 2Ic.R – 2VBE = 0

VCC – 2VBE = 2Ic.R

(VCC-2VBE)/2R = Ic

IcQ = (VCC-2VBE)/2R

Sedangkan Gambar rangkaian ekivalen AC untuk menganalisa rangkaian penguat pushpull kelas AB adalah sebagai berikut.

Gambar 5 : Rangkaian Ekivalen AC Penguat Kelas AB

Penurunan rumusnya adalah :

Vce = VCEQ = VCC/2

ic = iL dan VRL = VCEQ maka :

ic = VCEQ/RL

ic (sat) = VCEQ/RL

Cara Kerja Penguat Kelas AB Push Pull 

Pada rangkaian ekivalen AC berikut ini selama setengah perioda positif dari tegangan sumber, dioda emitor dinyalakan (turn on) dan titik operasi berayun dari Q yang bernilai VCC/2 ke VCC, jadi sinyal tegangan puncak positif sama dengan VCEQ. Selama setengah perioda negatif dari sumber tegangan, dioda emitor dibias balik dan tidak ada arus yang mengalir. Inilah sebabnya tegangan pada RL adalah sinyal setengah gelombang.

Gambar 6 : sinyal output saat transistor NPN bekerja

Kemudian pada rangkaian dibawah ini kita misalkan dioda emitor dibias dekat titik sumbat (cut off). Selama setengah siklus positif dari tegangan sumber AC, dioda emitor dibias balik dan tidak ada arus kolektor yang mengalir. Tetapi pada setengah siklus negatif dari tegangan sumber dioda emitor dibias maju. Karenanya titik operasi berayun dari Q ke penjenuhan. Karena arus IL mengalir melalui RL dan tegangan RL adalah negatif terhadap tanah  (ground). Inilah sebabnya tegangan output pada gambar tersebut hanya terdiri dari setengah – setengah siklus negatif saja.

Gambar 7 : Sinyal Output Saat Transistor PNP Bekerja

Untuk mendapatkan rangkaian balance, kita gabungkan dua pengikut emitor, transistor NPN memelihara setengah siklus positif dari tegangan sumber sedangkan transistor PNP menangani setengah siklus negatif. Pada cara ini tegangan output berupa gelombang sinus lengkap. Penyusunan balance (push pull) ini satu transistor konduksi selama setengah siklus positif dan transistor lainnya selama setengah siklus negatif. Jika digabungkan maka kerja rangkaian adalah melengkapi tiap setengah siklus yaitu arus dan tegangan dari setengah siklus sama dan berlawanan dengan setengah siklus lainnya. Hal ini menyederhanakan analisa rangkaian AC dari rangkaian pushpull ini maka kita hanya perlu menganalisa kerja dari setengah siklus saja.

Untuk mengatasi cross-over pada penguat adalah dengan menggeser sedikit titik Q pada garis beban dari titik B ke titik AB. Ini tujuannya tidak lain adalah agar pada saat transisi sinyal dari fase positif ke fase negatif dan sebaliknya, terjadi overlap diantara transistor Q1 dan Q2. Pada saat itu, transistor Q1 masih aktif sementara transistor Q2 mulai aktif dan demikian juga pada fasa baliknya. Penguat kelas AB merupakan kompromi antara efesiensi (sekitar 50% - 75%) dengan mempertahankan fidelitas sinyal keluaran.

Ada beberapa teknik yang sering dipakai untuk menggeser titik Q sedikit di atas daerah cut-off.  Salah satu contohnya adalah memberi tegangan jepit antara basis transistor Q1 dan Q2 dengan resistor namun cara ini menyebabkan penggemukan sinyal (gumming). Untuk menghindari masalah gumming maka dibuatlah teknik yang hanya mengaktifkan salah satu transistor saja pada saat transisi. Caranya adalah dengan membuat salah satu transistornya bekerja pada kelas AB dan satu lainnya bekerja pada kelas B. Teknik ini bisa dengan memberi bias konstan pada salah satu transistornya yang bekerja pada kelas AB (biasanya selalu yang PNP). Caranya dengan mengganjal basis transistor tersebut menggunakan deretan dioda atau susunan satu transistor aktif.

Maka kadang penguat seperti ini disebut juga dengan penguat kelas AB plus B atau bisa saja diklaim sebagai kelas AB saja atau kelas B karena dasarnya adalah Power Amplifier kelas B. Penyebutan ini tergantung dari bagaimana produk amplifier anda mau diiklankan. Karena penguat kelas AB terlanjur memiliki konotasi lebih baik dari kelas A dan B. Namun yang penting adalah dengan teknik-teknik ini tujuan untuk mendapatkan efisiensi dan fidelitas yang lebih baik dapat terpenuhi.