Sistem penguat common emitter merupakan jenis rangkaian penguat transistor yang paling banyak digunakan karena memiliki tingkat penguatan yang sangat besar. Penguat common emitter dibentuk untuk menghasilkan output penguatan tegangan yang besar dari tegangan sinyal input yang cukup kecil, hanya beberapa miliVolt saja. Sehingga jenis rangkaian penguat ini sering disebut sebagai penguat sinyal kecil.
Pada banyak kondisi, sering juga dibutuhkan rangkaian penguat yang mampu menggerakan beban besar seperti speaker lapangan ataupun motor listrik arus besar. Sehingga untuk jenis beban seperti ini diperlukan sebuah penguat daya yang mempunyai kemampuan penguatan arus yang tinggi.
Penguat daya atau biasa juga disebut sebagai penguat sinyal besar berfungsi untuk memberikan daya besar yang pada dasarnya adalah berupa tegangan dan arus listrik kepada beban. Jenis penguat daya (power amplifier) sebenarnya juga merupakan penguat tegangan, namun beban akhir penguat daya ini mempunyai hambatan yang cukup rendah. Misalnya speaker yang mempunyai hambatan 3 sampai 8 Ohm. Dengan hambatan beban yang rendah tersebut dibutuhkan aliran arus pada kolektopr yang cukup besar agar bisa ‘menggerakan’ beban akhir.
Karena aliran arus yang tinggi pada hasil keluaran penguat, maka transistor yang digunakan pada penguat daya harus memiliki peringkat daya dan tegangan yang lebih besar. Contohnya adalah transistor jenis 2N3055 yang biasa diapakai sebagai transistor penguat daya untuk rangkaian audio.
Hal terpenting pada rangkaian penguat adalah kemampuan rangkaian untuk mengkonversi tegangan sumber yang berupa DC menjadi sinyal output AC secara maksimum (efisiensi konversi). Namun salah satu kelemahan yang dimiliki oleh penguat daya kelas A adalah tidak maksimalnya pengkonversian tegangan DC. Sehingga masih terdapat daya yang hilang menjadi panas pada saat pengoperasian penguat.
Penguat Kelas A
Penguat kelas A merupakan salah satu jenis rangkaian penguat yang paling umum digunakan. Kelas penguat A ini merupakan bentuk sederhana dari penguat daya yang menggunakan satu buah transistor dengan konfigurasi common emitter untuk menghasilkan sinyal output dengan fasa terbalik. Transistor dibuat selalu berada dalam kondisi ON sehingga beroperasi selama satu siklus lengkap terhadap gelombang sinyal input. Cara seperti ini menghasilkan sinyal output yang minim distorsi amplitudo.
Dengan demikian bisa dikatakan bahwa penguat kelas A merupakan sistem penguat yang ideal karena tidak terdapat distorsi pada sinyal output bahkan selama setengah siklus negatif dari sinyal input. Tahap akhir penguat kelas A bisa berupa terbentuk dari transistor tunggal maupun transistor berpasangan yang saling berbagi arus tinggi untik beban akhir.
Dibawah ini merupakan contoh bentuk rangkaiann penguat kelas A yang menggunakan transistor tunggal.
Gambar rangkaian diatas merupakan bentuk paling sederhana dari konfigurasi rankaian penguat kelas A.Transistor tunggal digunakan sebagai komponen penguat sinyal yang akan menghasilkan sinyal output yang telah diperkuat melalui terminal kolektor. Ketika transistor berada dalam kondisi ON, arus akan diumpankan melalui terminal kolektor sehingga terjadi penurunan tegangan pada resistor di terminal emitor yang akan membatasi keluaran negatif.
Efisiensi dari rangkaian penguat ini cukup rendah kurang dari 30% dan menghasilkan output daya yang kecil pada pemakaian sumber daya DC yang besar. Jenis penguat kelas A akan selalu melewatkan arus pada beban meskipun tidak terdapat sinyal input yang dimasukan. Kondisi ini mengakibatkan transistor akan selalu beroperasi sepanjang waktu sehingga menyebabkan panas. Karena itu dibutuhkan pendingin yang cukup untuk transistor agar bbisa membuang panas berlebih.
Penguat Kelas A Dengan Transistor Darlington
Cara lain untuk mendapatkan peningkatan penguatan arus yang lebih besar pada jenis penguat ini adalah dengan cara mengganti transistor tunggal dengan transistor darlington. Jenis komponen ini sebenarnya adalah satu paket komponen yang berisi dua buah transistor yang dikemas menjadi satu bentuk transistor. Dimana satu transistor kecil berfungsi sebagai pengendali, sementara satu transistor lainnya bbertugas sebagai transistor penguat akhir. Kelebihan dari jenis transistor ini adalah impedansi inputnya yang cukup besar, sedangkan impedansi outputnya rendah sehingga bisa mengurangi kehilangan daya.
Nilai penguatan hFE dari transistor darlington merupakan perkalian dari nilai beta (faktor penguatan) kedua transistor. Sehingga bisa dihasilkan arus kolektor yang lebih besar bila dibandingkan dengan hanya menggunakan transistor tunggal.
Penguat Kelas A Dengan Trafo Matching
Pada jenis konfigurasi penguat kelas A lainnya sering digunakan trafo matching untuk meningkatkan efisiensi daya yang dihasilkan. Trafo matching ini terhubung langsung dengan terminal kolektor transistor untuk mencocokan impedansi output transistor dengan beban akhir (speaker).
Pada rangkaian diatas, arus kolektor Ic akan ditekan hingga mencapai dibawah titik Q dengan pengaturan pada biasa basis transistor. Karena terdapat variasi besar arus pada basis maka akan menyebabkan aliran fluks magnet pada trafo yang menghasilkan tegangan ggl induksi pada kumparan primer. Munculnya tegangan ggl induksi ini menyebabkan tegangan pada kolektor naik dua kali lipat dari tegangan supplai. Sehingga meningkatkan arus kolektor Ic dua kali lipat ketika tegangan kolektor minimum. Nilai efisiensi dari jenis penguat ini dapat dihitung dengan rumus dibawah ini :
Tegangan (V) kolektor rms : VCE = VC(max) – VC(min) / 2√2 = 2Vcc – 0 / 2√2
Arus (I) kolektor rms : ICE = IC(max) – IC(min) / 2√2 = 2IC – 0 / 2√2
Besar daya rms : PAC = VCE x ICE = (2Vcc / 2√2) x 2IC / 2√2 = 2Vcc. 2IC / 8
Supplai daya (P) rata rata : PDC = Vcc x IC
Efisiensi daya (η) kelas A : η(max) = PAC / PDC = (2Vcc.2IC / 8Vcc.IC) x 100%
Trafo matching meningkatkan efisiensi penguat dengan cara mencocokan impedansi beban dengan output penguat. Dengan mengunakan trafo matching ini didapatkan sinyal keluaran penguatan dengan efisiensi mencapai 40%.
Trafo merupakan komponen yang terbentuk dari kumparan kawat konduktor yang akan menghasilkan tegangan induksi. Tegangan induksi ggl yang dihasilkan trafo ini dapat merusak transistor jika tidak diberikan pengamanan yang baik pada sistem rangkaiannya. Selain itu biaya pembuatan dan ukuran trafo yang besar kurang menguntungkan bagi produsen perangakat audio. Karena itu saat ini penggunaan trafo matching sudah jarang digunakan pada perangkat penguat audio.
Kesimpulan
Jenis atau kelas pada penguat sebenarnya tergantung pada sudut konduksi penguatan. Pembagian 360° dari siklus bentuk sinyal gelombang input ketika transistor beroperasi. Pada jenis penguat kelas A, besar sudut konduksinya adalah full 360° dari sinyal input. Sedangkan pada jenis kelas penguat lain sudut konduksinya lebih rndah lagi.
Untuk mendapatkan tingkat penguatan yang lebih besar lagi pada kelas penguat jenis ini bisa dilakukan dengan menggunakan dua buah transistor komplementer sebagai penguat akhir dengan type yang berlainan. Yang satu transistor jenis NPN dan yang lainnya jenis PNP yang terhubung dalam konfigurasi rangkaian pushpull.