Penguat Diferensial - Pengertian, Prinsip Kerja dan Contoh Soal Penguat Diferensial

Penguat Diferensial

Penguat Diferensial merupakan salah satu jenis penguat dengan menggunakan kopel langsung. Gambar dibawah ini memperlihatkan salah satu bentuk ragkaian dasar dari sebuah penguat diferensial.

Rangkaian Dasar Penguat Diferensial

Dari gambar di atas dapat kita lihat bahwa penguat diferensial mempunyai dua buah input dan sebuah tegangan output di antara kedua kolektor transisitornya. Idealnya penguat diferensial ini mempunyai rangkaian secara simetris di mana setengah rangkaian identik dengan setengah rangkaian berikutnya. Oleh karena itu, dari gambar diatas tadi yang disebut simetris adalah :

R_C1  =  R_C2

R_S1  =  R_S2

v₁     =  v₂

Tipe transistor Q₁ sama dengan transistor Q₂

Bagaimana banyaknya arus emitor arus searah di dalam penguat diferensial tersebut ? Setelah dihubung pendek sumber arus bolak-balik seperti diperlihatkan pada gambar dibawah

Rangkaian Pengganti Arus Searah

Kita dapat mengganti tahanan R_E dengan dua buah tahanan yng dibuat terpisah sebesar tahanan 2 R_E. Hal ini tidak dapat mengubah besarnya arus emitor arus searah pada masing-masing transistor karena kedua tahanan paralel akan sama dengan tahanan R_E, seperti pada gambar diatas.

Jika kedua transistor itu identik maka arus tidak dapat mengalir pada kawat penghubung yang horizontal di antara kedua emitor transistor itu. Oleh karena itu, andaikata kawat penghubung horizontal di antara kedua penghubung tadi diputuskan, hal itu tidak mempengaruhi besarnya arus searah untuk arus emitor pada transistor-transistor diferensial itu.

Oleh sebab itu, dari gambar diatas (rangakaian pengganti arus searah) dapat digambarkan rangkaian alternatif arus searahnya seperti berikut.

Rangkaian Arus Alternatif Searah (DC)

Sekarang nyata bahwa rangkaian pengganti arus searah dari sebuah penguat diferensial sama dengan dua buah transistor emitor bias yang terpisah sehingga berlaku rumus sebagai berikut:

Sebab  :

V_EE  =  2R_E . I_E + V_BE + I_B . R_S

dan


IC  =  α I_E

Karena α mendekati satu, maka dapat ditulis bahwa  I_C = I_E sehingga rumus 2 dapat dijabarkan menjadi 

V_EE - V_BE  =  2I_ER_E  +  R_S (I_C : β_DC)
                     =  2I_ER_E  +  R_S (I_E : β_DC)
                     =  I_E (2R_E  +  R_S/β_DC)

Jadi didapat :

Seperti rumus 1 di atas dimana V_BE = 0,7 volt untuk transistor yang terbuat dari bahan silikon dan V_BE = 0,3 volt untuk transistor yang terbuat dari bahan germanium. Harga I_E (arus emitor untuk arus searah) dari persamaan rumus 1 di atas berlaku pada masing-masing transistor. Kerap kali V_BE dan R_S/β_DC dalam perhitungan diabaikan sehingga rumus diatas menjadi

Cara lain untuk memberi gambaran tentang rangkaian emitor bias ini dapat dijelaskan sebagia berikut:

Sewaktu masing-masing emitor bias, tegangan arus searah dari masing-masing emitor ke ground mendekati nol. Oleh karena itu, hampir semua tegangan V_EE jatuh pada R_E. Sewaktu arus emitor arus searah kedua-duanya mengalir dan bersatu melalui R_E, maka sekarang dapat diketahui bahwa:

2I_E  =  V_EE / R_E

atau

 Contoh 1

Diketahui seperti gambar dibawah ini dimana :

R_C  =  10 kΩ
R_S  =  1 kΩ
R_E  =  10 kΩ
β_{DC  = 100}
V_CC   =  V_EE  = 20 V

Hitunglah arus emitor searah pada masing-masing transistor

 

Penyelesaian :
Dengan menggunakan rumus berikut, maka arus mengalir melalui masing-masing transistor adalah sebesar :
 

 
Apabila kita gunakan rumus penguat diferensial sama dengan dengan dua buah transistor emitor bias (transistor terbuat dari silikon), maka arus emitor yang mengalir melalui transistor adalah sebesar:



 
Jadi, jelas bahwa arus emitor yang mengalir melalui masing-masing transistor mendekati 1 mA. Oleh karena itu, untuk mempermudah dalah perhitungan nantinya cukup digunakan kelima saja.

Contoh 2

Diketahui seperti gambar dibawah ini dimana :

R_C  =  10 kΩ
R_S  =  1 kΩ
V_CC   =  V_EE  = 20 V

dan arus yang melalui tahana emitor sebesar 2 mA

Hitunglah tegangan terhadap ground untuk DC dan tegangan output antara kedua kolektor transistor.

 

Penyelesaian :
Seperti pada gambar diatas, masing-masing transistor mempunyai tegangan kolektor ke ground sebesar :

V_C  =  V_CC - I_C . R_C
         =  20 V - (0,001 A X 1000Ω)
         =  20 V - 10 V
         =  10 V

Karena tegangan kolektor masing-masing transistor terhadap ground sam besarnya, maka tegangan output antara kedua kolektor adalah:

Vout  =  V_C - V_C
           =  10 V - 10 V
           =  0 V