Elka Analog – Pertemuan 6

ELEKTRONIKA ANALOG Pertemuan 6
KARAKTERISTIK PENGUAT UMPAN-BALIK
(lanjutan)
Skema penguat umpan-balik tunggal diperlihatkan pd gambar berikut.
Skema penguat umpan-balik tunggal
Sinyal masuk Xi, sinyal keluar Xo, sinyal umpan-balik Xf, dan perbedaan sinyal Xd
masing-masing menunjukkan tegangan atau arus. A merupakan perbandingan
tegangan (arus) masuk dan tegangan (arus) keluar dari penguat dasar (= Av).
Besaran β merupakan perbandingan tegangan (arus) umpan-balik dan tegangan
(arus) keluaran. Pada gambar di atas, sinyal Xd didefinikan sbg:
Xd = Xs – Xf = Xi
Sinyal Xd merupakan perbedaan sinyal masuk dan sinyal terumpan balik ke
masukan, sehingga juga disebut sinyal selisih, sinyal kesalahan, atau sinyal
perbandingan.
Penguat dasar yang digunakan pada skema di atas dapat berupa penguat
tegangan, penguat transhantaran, penguat arus, maupun penguat
1

transhambatan yg dihubungkan dgn konfigurasi umpan balik. Perhatikan gambar
berikut.
Penguat tegangan dengan umpan balik tegangan seri
Penguat transhantaran dengan umpan balik arus seri
Penguat arus dengan umpan balik arus shunt
2

Penguat transhambatan dengan umpan balik tegangan shunt
Faktor transmisi balik β didefinisikan sbg:
β ≡
X
X
f
o
Faktor transmisi balik β ini dapat berupa bilangan riil positif atau negatif.
Perolehan pindah (transfer gain) A didefinisikan sbg:
X
A ≡
X
o
i
Dan perolehan dengan umpan balik Af didapatkan sbb.
A
f
X
≡
X
o
s
A
=
1 + βA
Jika |Af| < |A|, maka umpan balik dikatakan negatif (degeneratif) dan jika
|Af| > |A|, maka umpan balik dikatakan positif (regeneratif). Dari persamaan di
atas maka perolehan dari penguat dengan umpan balik adalah perolehan
penguat dasar ideal dibagi faktor |1+βA|.
Pada gambar skema penguat umpan-balik tunggal di atas, tampak bahwa sinyal
Xd dilipatgandakn oleh A saat melalui penguat, kemudian dilipatgandakan oleh β
saat melalui umpan balik, dan dikalikan -1 dalam rangkaian pencampur. Hasil
kali −Aβ disebut perolehan lingkar (loop gain) atau perbandingan balik (return
ratio). Juga didefinisikan perbedaan balik D sebagai:
3

D = 1 – (−Aβ) = 1 + Aβ
Besarnya umpan balik yg dimasukkan ke penguat juga dapat dinyatakan dalam
desibel dan didefinisikan sbb:
N
=
20 log
A
f
A
=
1
20 log
1 + Aβ
Sensitivitas dari perolehan pindah didefinisikan sbg:
Sensitivitas
=
1
| 1+
βA
|
Dan desensitivitas didefinisikan sbg
D = 1 + Aβ
Desensitivitas adalah nama lain dari perbedaan balikan. Sehingga perolehan
umpan balik dapat dinyatakan kembali sbg:
A f =
A
D
Jika |Aβ| >> 1 maka
A f
A A 1
= ≈ =
1+
βA
βA
β
Sehingga penguatan dapat dibuat hanya bergantung pada rangkaian umpan
balik saja.
Resistansi Masuk
Umpan Balik Tegangan Seri
Rangkaian ganti Thevenin umpan balik tegangan seri diperlihatkan pada gambar
berikut. Dari rangkaian diperoleh:
Dengan
Vs = Ii Ri + Vf = Ii Ri + β Vo
A
V
R
v i L
V o =
=
R o + R L
A
V
I
i
R
i
4

A
V
≡
V
V
o
i
=
A v R L
R + R
Dan resistansi masuk dapat diperoleh
v
V s
R if = = R i ( 1 + βAV
)
I
i
o
L
A adl perolehan tegangan rangkaian terbuka tanpa umpan balik, dan A adl
perolehan tegangan tanpa umpan balik dgn memperhitungkan beban RL,
atau
dapat dinyatakan sbb
Umpan Balik Arus Seri
A
v
lim
=
R → ∞
L
Rangkaian ganti Thevenin umpan balik tegangan seri
Dengan memperhatikan gambar penguat transhantaran dengan umpan balik
arus seri di atas, dapat diperoleh:
Dan
G
M
Rif = Ri
( 1 + βG
M )
≡
I
V
o
i
=
G m R o
R + R
o
L
A
V
V
5

Dengan Gm adl transhantaran hubung singkat dan GM adl transhantaran tanpa
umpan balik dengan memperhitungkan beban.
Umpan Balik Arus Shunt
Rangkaian ganti Norton umpan balik arus shunt diperlihatkan pada gambar
berikut.
Dari rangkaian diperoleh:
Dan
Sehingga
Dengan
Rangkaian ganti Norton umpan balik arus shunt
Is = Ii + If = Ii + βIo
A
R
i o i
I o =
=
R o + R L
I
I s = I i ( 1 + βA
I )
A
I
≡
I
I
o
i
=
o
A
A i R o
R + R
I
L
I
i
Dalam hal ini Ai adl perolehan arus hubung singkat dengan memperhitungkan Rs.
adl perolehan arus hubung singkat dan adl perolehan arus tanpa umpan
A
Ai I
balik dgn memperhitungkan beban RL,
atau dapat dinyatakan sbb
6

lim
Ai
=
R → 0
Dan resistansi masuk dapat diperoleh
R
if
V
=
I
s
i
=
Ingat bahwa definisi
V
R i =
I
i
i
Umpan Balik Tegangan Shunt
i
I
L
A
Vi
Ri
=
I ( 1 + β A ) 1 + βA
Dengan memperhatikan gambar penguat transhambatan dengan umpan balik
teggangan shunt di atas, dapat diperoleh:
Dengan
R
R
if
Ri
=
1+
βR
M
≡
V
I
o
i
M
=
R m R L
R + R
o
L
Rm adl transhambatan rangkaian terbuka, sedangkan RM adl transhambatan
tanpa umpan balik dengan memperhitungkan beban, atau dapat dinyatakan
Resistansi Keluar
Umpan Balik Tegangan Seri
R
m
lim
=
R → ∞
Resistansi keluar dengan umpan balik tegangan seri dinyatakan sbg
R
of
Ro
=
1+
βA
v
L
I
I
R
(perhatikan bukan ) A
M
Av V
7

Resistansi keluar dengan umpan balik yang memasukkan RL dinyatakan sbg
R
'
of
=
R
R
of
of
R
L
+ R
RoRL
/( Ro
+ RL
)
=
1+
βA
R /( R + R
v
L
L
o
L
)
Resistansi keluar dengan umpan balik yang memasukkan RL juga dapat diperoleh
dengan cara:
R
'
of
'
Ro
=
1+
A
V
Dengan R R || R adl resistansi keluar tanpa umpan balik dengan R
'
o = o L
L
dipandang sebagai bagian dari penguat.
Umpan Balik Arus Seri
Resistansi keluar dengan umpan balik arus seri dinyatakan sbg
Dan
Rof = Ro
( 1+
βGm
)
R
'
of
' ( 1 + βGm
)
= Ro
( 1 + βG
)
Umpan Balik Arus Shunt
M
Resistansi keluar dengan umpan balik arus shunt dinyatakan sbg
Dan
Atau
Rof = Ro
( 1 + βAi
)
R
'
of
=
R
R
of
of
R
L
+ R
L
RoRL
=
R + R
o
L
1+
βAi
1+
βA
R /( R
i
o
o
+ R
L
)
8

R
'
of
=
R
'
o
( 1 + βAi
)
( 1 + βA
)
'
Jika RL = ∞, AI = 0, dan R = R maka
R = R ( 1 + βA
) =
'
of
Umpan Balik Tegangan Shunt
o
i
I
o
R
o
of
Resistansi keluar dengan umpan balik tegangan shunt dinyatakan sbg
Dan
R
R
of
'
of
Ro
=
1+
βR
m
'
Ro
=
1+
βR
M
9