Rangkuman Elektronika Telekomunikasi

Frekuensi Transisi Gain Unity

Frekuensi ini adalah dimana besarnya penguatan sama dengan unity, atau sebesar 0dB.

Berikut persamaan besaran penguatannya

dapat dimasukkan persamaannya untuk memecahkan persamaan diatas

Frekuensi transisinya tidak bergantung kepadakarena nilainya akan berbanding lurus. Maka relatif tetap bagi suatu tipe transistor yg diberikan pada pengoprasian tertentu.

Tidak seperti frekuensi transisi, waktu transit ke depan, relatif tidak tergantung pada kondisi pengoperasian. Untuk menentukan waktu tsb dari persamaan frekuensi transisi, pertama-tama carilah kapasitansi diffusinya dengan rumus

Amplifier Common-Emitter (CE)

Amplifier CE adalah kapasitor pemblokir dc dengan reaktansi yang dapat diabaikan pada frekuensi tinggi. Input amplifier common-emitter berasal dari basis-emitter sedangkan output melewati kolektor ke emitter.

Dari gambar diatas,dapat dilihat Amplifier CE, memiliki rangkaian output dan input yang tertala (a). Rangkaian ekivalen Amplifier CE ditunjukkan pada gambar (b) menggunakan ekivalen hybrid-phi dimanatelah dianggap dapat diabaikan. Resistansi output transistor dan resistansi bebannya berada dalam keadaan parallel dengan rangkaian tertala output.

Dalam gambar (c) komponen pada sisi outputnya dapat dikelompokkan dalam satu bentuk admittans sebagai

Rangkaian gambar (c) dapat dianalisa, Admittans Y1 melambangkan admittans-nya

danyang parallel dengan rangkaian tertala input, dan Y2 adalah admittans output sebagaimana didefinisikan terdahulu, umpan balik admitans-nya adalahpersamaan arus untuk simpul outputnya adalah

Dari ini gain voltagenya adalah

Efek redam resistans output dan resistans beban transistor diperhitungkan dalam penghitungan resistans dinamis efektiffaktor Q efektif rangkaian output adalah

Jadi gain dapat ditulis sebagai

Patut diperhatikan bahwa penguat tegangan mengacu pada terminal input, dan maka input admittans-nya tidak mempengaruhinya.

Sedangkan persamaan simpul inputnya adalah

Oleh karena itu,

Dari contoh diatas, dapat dilihat bahwa pengaruh kapasitans 0,6pF itu berubah menjadi kapasitans input Miller 47pF, dan ini merupakan tambahan bagi kapasitansyang sudah ada.

Dalam banyak situasi sumber sinyal input itu direpresentasikan oleh generator tengangan ekivalen, dan penguatan tegangan yang mengacu kepada sumber emf penting untuk diperhatikan, sehubungan dengan sumber generator arus ekivalen, emf adalahatauoleh sebab itu, dari persamaan simpul masukan,

Penguatan mengacu kepada sumber emf maka

Amplifier Common-base

Efek kapasitor umpan balikdapat di nul-kan sama sekali dengan menghubungkan transistor dalam konfigurasi common-base. Rangkaian ekivalen sinyal kecil ditunjukkan dalam gambar diatas.tampak parallel dengan kapasitans outputdan Karena itu tidak menyumbang kepada kapasitans input. kapasitansi inputnya adalahResistansi output CE dan dapat ditunjukkan diberikan olehKarena nilainya yang sangat tinggi, resistans output dapat diabaikan untuk mempermudah. Rangkaian ekivalen yang disederhanakan ditunjukan pada gambar(b).

suatu rangkaian amplifier CB dapat ditunjukkan pada gambar (a) dibawah ini

Akan terlihat bahwa pada resonansi tidak ada penggeseran fase dengan amplifier CB, yang kontras dengan amplifier CE yang menggeser fase 180^o. besarnya gain itu adalah kurang lebih sama bagi kedua konfigurasi.

Penguatan daya tahap CB yang tersedia lebih rendah dari tahap untuk CE, membatasi kegunaannya sebagai amplifier ujung depan.

Penguatan daya yang tersedia

Penguatan daya tinggi yang tersedia, diperlukan untuk mempertahankan faktor noise rendah dengan amplifier cascade. Perkiraan mengenai penguatan daya amplifier CB dan CE tersedia dapat dibuat sbb.

Dibawah ini diperuntukan untuk rangkaian amplifier dasar. Daya tersedia dari sumber adalah

Daya tersedia pada keluaran

Penguatan daya tersedia

Untuk penguatan daya tersedia, Amplifier CE lebih besar dari pada amplifier CB. Maka dari itu amplifier CE lebih disukai untuk tahap masukan pesawat penerima low-noise.sebab pokok dari penguatan pada amplifier CB rendah adalah Karena rendahnya resistansi input.

Amplifier Cascode

Amplifier common-emitter dan common-base dapat dikombinasikan untuk membentuk sebuah amplifier yang mempunyai penguatan daya tinggi dan stabil. Kombinasi ini dikenal sebagai amplifier cascode

Gambar diatas merupakan sebuah amplifier dasar, dimana komponen biasnya dibuang untuk penyederhanaan. Kedua transistor itu membawa arus kolektor yang sama dan Karena itu akan mempunyai transkonduktansi yang sama pula.

Secara keseluruhan amplifier code itu memiliki ciri-ciri kinerja yang serupa dengan amplifier CE tetapi dengan kestabilan dan penguatan tegangan tersedia yang tinggi.

Rangkaian Ekivalen Hybrida-π untuk FET

FET lebih sederhana dari BJT (bipolar junction transistor) dalam banyak hal Karena sangat tingginya impedansi input yang diberikan oleh gerbang control.

Gambar diatas adalah rangkaian ekivalen hybridnya. Disini, eksternal terminal diberi label G untuk gerbang, S untuk sumber, dan D untuk drain.

Gambar (a) menunjukkan amplifier CS sederhana, rangkaian ekivalennya ditunjukkan dalam gambar (b) dimana akan terlihat bahwa kapasitansi penala input adalah.kapasitansi outputnya adalahlalu rangkaiannya dapat lebih jauh dikurangi lagi sampai seperti gambar (c)

Rangkaian Pencampur (Mixer)

Mixer digunakan untuk mengubah sinyal dari suatu frekuensi ke frekuensi lain. Istilah mixer pada umumnya dicadangkan untuk rangkaian yang mengubah sinyal frekuensi radio ke suatu nilai intermediate frequency dan yang memerlukan masukan dari sebuah osilator local untuk melakukannya.

Beberapa tipe mixer tersedia dalam bentuk unit paket, dengan masukan ports yang berlabel RF, LO dan output port berlabel IF.dalam aplikasi penerima tertentu rangkaian osilatornya merupakan bagian tak terpisahkan dari rangkaian mixer, dan hanya masukan RF dan Output IF sajalah yang siap untuk dikenali.

Sinyal osilatornya direpresentasikan oleh

Dan sinyal RF-nya oleh

\

Perkalian kedua sinyal itu memberikan

Suku yang mengandung frekuensiadalah yang biasa dipilih dengan penyaringan, sebagai sinyal menengah/ intermediate frequency. Akan terlihat bahwa tidak satupun dari kedua frekuensi masukan itu muncul dalam keluaran, yang ada hanya frekuensi penjumlahan dan pengurangan saja.

Penguat Linier, Penguat Kelas C dan frekuensi pengganda

Terdapat 2 tipe dasar penguat amplifier yang digunakan pada transmitter,yaitu linier dan kelas C. penguat linier menghasilkan keluaran sinyal yang identik dengan input tiruan yang sudah diperbesar. Output dari linier dan kelas C akan langsung proporsional dengan inputnya. Maka dari itu, penguat linier dan kelas C akan memproduksi kembali input tetapi dengan tingkat kekuatan yang lebih tinggi. Semua penguat audio adalah linier. Penguat linier RF biasa digunakan untuk meningkatkan tingkat kekuatan dari sinyal amplitudo RF yang bervariasi seperti AM dengan tingkat rendah atau sinyal SSB.

Amplifier linier mengoperasikan kelas A,AB, atau B. kelas-kelas amplifier ini menunjukkan bagaimana akan terbias. Amplifier kelas A terbias secara terus menerus. Karena biasnya sudah ditentukan maka inputnya akan lebih memvariasikan arus kolekturnya daripada daerah linear dari karakteristik transistornya

Amplifier kelas B terbias pada daerah cutoff jadi tidak akan ada input kosong pada arus kolektor yang mengalir. Transistornya hanya bekerja pada satu setengah gelombang sinus input. Yang artinya hanya ada satu setengah gelombang sinus input yang dikuatkan. Biasanya, 2 penguat kelas B terhubung satu sama lain di pengaturan Push-pull agar input push-pullnya akan bergantian nilai penguatannya secara positif dan negatif secara simultan

Amplifier kelas AB terbias disekitar daerah cutoff dengan beberapa arus kolektor yang mengalir. Amplifier kelas AB sering dipakai pada penguat push-pull dan memiliki tingkat linearitas yang lebih bagus daripada kelas B tetapi kurang efisien.

Amplifier kelas A, Linier akan tetapi tidak terlalu efisien. Maka dari itu, kelas A merupakan amplifier penguat yang rendah. Kelas A kebanyakan digunakan untuk penguat dengan power yang rendah atau penguat tegangan sinyal rendah.

Penguat Kelas B dan Kelas C lebih efisien karena arus yang mengalir hanya sebagian dari sinyal inputnya. kelas C menjadi yang paling efisien dari kelas-kelas lain.

Kebanyakan transistor penguat RF memiliki ratusan watt di batas penguat atas. Untuk menghasilkan lebih penguat, 2 atau lebih perangkat bisa dihubung paralel. Gambar dibawah menunjukkan bahwa penguat linear kelas B, menggunakan push-pull.

Gambar diatas adalah sebuah sirkuit broadband yang belum diatur. Sirkuit ini akan menguatkan sinyal lebih dari jangkauan frekuensinya. Sinyal SSB atau AM berpenguatan rendah akan dihasilkan pada frekuensi yang diinginkan, dan di aplikasikan ke amplifier penguat sebelum di kirim ke antena. Dengan sirkuit push-pull, memungkinkan untuk menaikkan tingkat penguat ke lebih dari ratusan watt.

Gambar diatas menunjukkan penguat RF push-pull lain. Menggunakan MOSFET penguat dan dapat menghasilkan keluaran lebih dari 1 kilowatt dan jangkauan lebih dari 10-90 MHz. penguat diatas memiliki 12dB gain power. Input penguat berjalan RF harus memiliki 63W untuk menghasilkan output 1kW penuh. Transformer toroidal digunakan pada input dan output untuk mencocokkan impedansi

Semua penguat kelas C memiliki beberapa bentuk sirkuit yang sudah disesuaikan, untuk membentuk gelombang output ac sinus. Sirkuit paralel yang sudah di sesuaikan akan berdering atau berosilasi di frekuensi resonannya ketika mendapat sebuah pulsa dc. Kapasitor akan diisi oleh pulsa dan nanti akan dikeluarkan di induktor. Medan magnet yang berada di inductor akan bertambah dan akan jatuh menyebabkan tegangan yang akan diinduksikan. Tegangan yang terinduksi lalu akan mengisi kembali kapasitor dengan arah yang berbeda. Pertukaran energi antara induktor dan kapasitor ini disebut flywheel effect dan menghasilkan gelombang sinus yang teredam di frekuensi resonan. Jika sirkuit resonansi menerima arus pulsa setiap setengah siklus, tegangan disekitar sirkuit akan menjadi gelombang amplitudo sinus yang konstan. Meski begitu, arus mengalir ke transistor dalam pulsa-pulsa pendek, output amplifier kelas C akan menjadi gelombang sinus yang berlanjut.

Tujuan dari sirkuit yang diatur adalah untuk menjadi filter selektif yang akan menghilangkan tingginya pesanan harmonis. Jika Q dari sirkuit telah cukup tinggi, harmonis tadi akan ditekan ke angka cukup. Q sirkuit tuned di amplifier kelas C harus di gunakan supaya dapat mengatur atenuasi yang cukup dari harmonis dan juga mencukupi bandwidth agar dapat melewati pita samping (sideband) yang telah diproduksi di proses modulasi.jika Q nya terlalu tinggi, maka bandwidthnya akan sangat sempit dan beberapa sideband berfrekuensi tinggi akan tereliminasi. Ini akan mengakibatkan distorsi frekuensi yang disebut sideband clipping.

Kelas C memiliki efisiensi yang tinggi adalah salah satu alasan utama kenapa amplifier kelas C lebih diutamakan dibanding dengan kelas lain untuk penguatan power RF. Karena arus mengalir di kurang dari 180^o siklus input ac,rataan arus di transistor cukup rendah yang berarti penguatan disipasi pada perangkatnya rendah.

Pengganda frekuensi merupakan bentuk spesial dari penguat kelas C. segala jenis penguat kelas C mampu untuk melakukan penggandaan frekuensi jika sirkuit tertune di kolektor berresonansi di frekuensi input.

Jaringan penyesuaian Impedansi

Salah satu bagian yang terpenting dari transmiter adalah jaringan penyesuaian yang terhubung dari satu tahap ke tahap lain. Biasanya kerja transmitter, osilator menghasilkan dasar sinyal pembawa yang nanti akan di kuatkan dalam beberapa tahapan sebelum mencapai antena. Apabila ide dari awal untuk meningkatkan kekuatan sinyal, sirkuit kopling interstage harus memastikan ke efisienan kekuatan transfer dari satu tahap ke tahap selanjutnya.

Sirkuit ini juga digunakan untuk menghubungkan satu tahap ke tahap lain yang dikenal sebagai Impedance-Matching Networks.

Sirkuit Khas Receiver

bagian yang paling vital dari sebuah komunikasi receiver ada pada diawal. Di awal biasanya terdiri dari RF amplifier, Mixer, dan sirkuit tuned yang berkaitan. Ini merupakan bagian dari receiver yang memproses sinyal input paling lemah. Pemakaian Komponen rendah noise merupakan kewajiban yang dapat memastikan tercukupinya tingginya rasio S/N.

di banyak receiver komunikasi, sebuah RF Amplifier tidak terpakai. ini sebagian benar diperuntukkan receiver yang didesain untuk frekuensi lebih rendah dari 30MHz. penguatan ekstra tidak terlalu penting, dan itu hanya menimbulkan lebih banyak noise. Maka dari itu, RF amplifier biasanya dihilangkan dan antena terhubung langsung dengan input mixer ke satu atau lebih sirkuit tuned.

Frekuensi yang terpakai di receiver diatas sekitar 100MHz, bagaimanapun biasanya digunakan RF amplifier pada receivernya. Dan RF amplifier ditemukan di beberapa sistem komunikasi frekuensi rendah juga. Tujuan utama dari amplifier ini adalah untuk meningkatkan amplitudo sinyal rendah guna tahapan penggabungan.

Bagian penting lainnya dari superheterodyne receiver ialah IF Amplifier. Disini dimana kebanyakan penguat dan selektifitas ditemukan. Pemilihan dari IF sangat penting untuk mendesign sebuah receiver. Ini sebuah kompromi antara bagusnya selektifitas dan stabilitas, yang mana dapat ditemukan di frekuensi rendah, dan penolakan gambar baik, dimana dapat ditemukan di frekuensi tinggi

Seperti RF amplifier, IF amplifier mengatur amplifier kelas A demi tercapainya penguatan dari 10-30 dB jauhnya. Biasanya  2 atau lebih IF amplifier digunakan untuk mengatur keseluruhan penguatan receiver yang memadai.

Trafo inti ferit dipakai untuk coupling antar tahap. Kebanyakan IF amplifier memakai transistor bipolar,meskipun FET digunakan untuk beberapa rancangan. Di kebanyakan rancangan baru, IC amplifier diferensiasi biasa digunakan untuk pengimplementasian IF amplifier.

Jika bandwidth IF terlalu sempit, akan mengakibatkan sideband cutting. Yang berarti semakin besarnya memodulasi frekuensi akan sangat mengurangi amplitudo, dengan demikian itu akan menggangu sinyal yang diterima.

Menaikkan jumlah coupling lebih jauh akan mengakibatkan sebuah efek yang dikenal sebagai overcoupling. Overcoupling menghasilkan output dua puncak response dengan bandwidth yang lebar. Dengan mengatur jumlah coupling antara gulungan pada transformer coupling IF, jumlah bandwidth yang diinginkan.

Pada receiver FM, satu atau lebih IF amplifier dipakai sebagai limiter. Limiter yang akan menghapus segala variasi amplitudo pada sinyal FM yang akan diaplikasikan ke demodulator.

Ketika sinyal negatif yang sangat besar berjalan dan diaplikasikan ke basis, transistor bisa di dorong ke daerah cutoff. Arus collector jatuh ke nol, dan tegangan yang terlihat di kolektor merupakan tegangan penyuplai.dari gambar diatas ditunjukkan arus dan tegangan kolektor berada pada titik ekstrim.

Penguatan dari amplifier transistor bipolar akan proporsional dengan jumlah arus kolektor yang mengalir. Menaikkan arus kolektor dari yang paling rendah akan mengakibatkan penguatan agar naik secara proporsional.

Gambar dibawah ini penguat bisa disesuaikan dengan 2 langkah. Pertama, gain dapat di kurangi dengan cara mengurangi arus pada kolektor. Sebuah sirkuit AGC yang dapat mengurangi arus mengalir dalam amplifier dengan tujuan untuk mengurangi gain disebut dengan reverse AGC. Kedua, gain dari IF amplifier dapat juga di kurangi dengan menaikkan arus kolektor. Sejalan dengan sinyal yang semakin kuat, tegangan AGC bertambah,yang mana akan menambahkan juga arus basisnya.

AGC lebih umum di dalam komunikasi receiver. Namun, AGC forward lebih dipakai di TV dan membutuhkan transistor spesial guna operasi yang optimum.

Automatic frequency control (AFC) merupakan sirkuit feedback-control yang hampir sama dengan AGC namun AFC dipakai pada receiver berfrekuensi tinggi. Tujuan dari AFC ialah untuk menjaga LO pada frekuensi. LO didalam receiver superheterodyne harus dapat di atur agar setiap frekunsi stasiun bisa dipilih.

Didalam AFC, beberapa sinyal dari keluaran demodulator difilter menjadi sebuah tegangan dc dan terpakai untuk mengontrol sebuah varaktor, dengan maksud untuk mengontrol frekuensi LO.

Kebanyakan radio FM dan TV terdapat AFC didalamnya. Kita mungkin memperhatikan bahwa kebanyakan receiver FM biasanya menyediakan sebuah switch yang dapat digunakan untuk meng on dan off kan AFC. Ini memungkinkan kita untuk menyetel sinyal tepat pada frekuensinya.sirkuit AFC memperbaiki untuk setiap penyetelan eror.

Gambar dibawah ini memperlihatkan konsep dasar dari squelch. Kehadiran sinyal dari input terdeteksi dengan mengamati garis tegangan AGC. Tegangan AGC di kuatkan oleh penguat dc dan diterapkan ke basis transistor Q1. Sirkuit ini, pada gilirannya, mendorong switch output Q2. Switch terhubung dengan kolektor dari satu tahap input amplifier audio.

Tanpa sinyal input, tegangan AGC akan berada pada tingkat terendahnya hingga mendekati 0. Output amplifier dc juga akan rendah dan Q1 Tidak akan mengalirkan. Sebagai hasilnya, Q2 menyala oleh arus basis melewati R1.

Kebanyakan sirkuit squelch sudah termasuk tingkat kontrol yang mengizinkan ambang sirkuit untuk disesuaikan kepada sinyal yang cukup lemah dan melewati hanya sinyal kuat untuk mengaktifkan suara.