Google Umpan Balik Negatif | Dark Wizard of Scientist

April 30, 2013

Umpan Balik Negatif

UMPAN BALIK NEGATIF

Sistem umpan balik negatif adalah suatu sistem dimana sinyal keluaran dari penguat dikembalikan lagi ke masukan penguat tersebut, sehingga sinyal keluaran bergabung dengan sinyal masukan. Dan sinyal keluaran yang dikembalikan mempunyai fase yang berlawanan dengan sinyal.
 
Sistem Umpan Balik Negatif
Gambar : Sistem Umpan Balik Negatif
Macam-Macam Umpan Balik Negatif:
  • Seri - Parallel (Voltage Controlled Voltage Source/VCVS)
    Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan. Tipe dari penguat ini adalah penguat tegangan. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan tak berhingga dan impedansi keluaran nol.
  • Parallel - Parallel (Current Controlled Voltage Source/ICVS)
    Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa tegangan yang dikendalikan oleh masukan berupa arus. Tipe dari penguat ini adalah penguat transresistansi. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan nol dan impedansi keluaran nol.
  • Seri - Seri (Voltage Controlled Current Source/VCIS)Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa arus yang dikendalikan oleh masukan berupa tegangan. Tipe dari penguat ini adalah penguat transkonduktansi. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan tak berhingga dan impedansi tak berhingga.
  • Parallel - Seri (Current Controlled Current Source/ICIS)Adalah rangkaian umpan balik negatif yang mempunyai keluaran berupa arus yang dikendalikan oleh masukan berupa arus. Tipe dari penguat ini adalah penguat arus. Penguat ini idealnya mempunyai impedansi masukan nol dan impedansi keluaran tak berhingga.
Pengaruh Umpan Negatif Balik pada Penguatan
Blok umum dari umpan balik negatif digambarkan sbb:
Gambar : Umpan Balik Negatif Secara Umum
Gambar : Umpan Balik Negatif Secara Umum
Besaran Vs merupakan tegangan sinyal sumber dapat berupa tegangan maupun arus, Vo adalah tegangan output sebagian diumpan balikan dengan menggunakan rangkaian β dengan output dari rangkaian β sebesar Vf = βVo. Sinyal tsb digabung dengan sinyal sumber Vs dengan rangkaian M, sehingga output yang keluar dari rangkaian M adalah Vi = Vs - Vf. Jika A adalah penguatan tanpa umpan balik yaitu A=Vo/Vi , maka penguatan dengan umpan balik negatif adalah
clip_image007


atau
clip_image009 
Terlihat bahwa penguatan karena umpan balik masih dipengaruhi oleh A (yaitu pengutan dari penguat), agar penguatan tidak bergantung pada parameter penguat, maka gunakan βA >> 1, sehingga:
clip_image011
Terlihat bahwa penguatan hanya bergantung pada faktor umpan baliknya saja (β).
 
Contoh:
Jika penguat dirancang dengan β = 0,1 dengan penguat yang dipakai adalah Av = 1000, maka faktor penguatan Aβ = 100, maka Afb = 1000/101 ~ 10. Sedangkan jika penguat tsb berubah penguatannya menjadi Av = 500, maka penguatan karena umpan balik menjadi Afb =500/501~ 10. Terlihat disini bahwa walaupun penguat tadi berubah penguatannya (karena faktor ekternal seperti suhu), namun penguatan karena umpan balik praktis tidak berubah, yaitu ~ 10.
 

Stabilitas Penguatan

clip_image013
Dari penguatan karena umpan balik dapat dicari stabilitas penguatan yaitu :
clip_image015
artinya perubahan penguatan dA berkurang sebesar 1/(1+βA) bila menggunakan umpan balik negatif.
Contoh:
Jika A = 1000 ± 200 yaitu kesalahan penguatan tsb 20%, dengan menggunakan umpan balik negatif β = 0,01 maka kesalahnnya menjadi 2%, dengan Afb = 100 ± 2.
Pengaruh Umpan Balik Negatif pada Lebar Frekuensi
Karakteristik tanggapan frekuensi dikembangkan untuk
  1. Tanggapan frekuensi rendah, penguatan berkurang dengan berkurangnya frekuensi, sesuai dengan  clip_image017 dengan  f1 adalah frekuensi cut-off (3 dB) untuk tanggapan frekuensi rendah.
  2. Tanggapan frekunesi medium, penguatan praktis tetap untuk daerah ini, yaitu Avo.
  3. Tanggapan frekuensi tinggi, penguatan berkurang dengan bertambahnya frekuensi, sesuai dengan  clip_image019,  dengan f2 adalah frekuensi cut-off (3 dB) untuk tanggapan frekuensi tinggi.
Secara umum dengan pemberian umpan balik negatif penguatannya akan berkurang, sesuai dengan clip_image021demikian juga penguatan untuk setiap tanggapan frekuensi. Pada kasus HF akibat umpan balik negatif adalah :
clip_image023
Penguatan pada HF akibat umpan balik akan berkurang 3 dB komponen real dan komponen imajiner pada persamaan tsb sama besar, sehingga : 2 1 Vo f f = + β A . Berarti f2fb = (1 + β Avo) f2. Dengan cara sama untuk LF diperoleh f1fb = f1/(1 + β Avo). Tanggapan frekuensi akibat umpan balik dapat dilihat pada berikut.

Pengaruh umpan balik negatif pada taggapan frekuensi
Gambar : Pengaruh umpan balik negatif pada taggapan frekuensi

Pengaruh Umpan Balik Negatif pada Noise

Noise akibat umpan balik dapat dinyatakan sebagai : Nf = - β A Nf, dengan N dan Nf masing-masing adalah level noise tanpa umpan balik dan dengan umpan balik. Sehingga diperoleh :
clip_image027
Dari hasil terihat bahwa rasio S/N tidak ada perbaikan, untuk itu perlu menggunakan komponen dengan rasio S/N yang tinggi seperti FET, kabel isolasi, maupun menggunakan sumber daya bebas-noise, dll.

Tipe-tipe umpan balik negatif :

  1. Umpan balik tegangan seri
    Blok diagram Umpan Balik tegangan seri.
    Gambar 3 : Blok diagram Umpan Balik tegangan seri.
    Blok diagram umpan balik tegangan seri diberikan pada Gambar 3 dan contoh rangkaian untuk penguat emiter bersama diberikan pada Gambar 4.
    Umpan balik tegangan seri pada CE
    Gambar 4 : Umpan balik tegangan seri pada CE
    Perhatikan Gambar 3, dapat dihitung:
    Penguatan
    clip_image033
    R input
    Jika tidak ada umpan balik maka hambatan dalam input adalah Ri = Vi/Ii , sedangkan jika ada umpan balik negatif maka hambatan dalam input menjadi :
    clip_image035
    R output
    Dari Gambar 3 penguatan Av adalah penguatan tegangan pada saat hambatan beban RL = ∞ (dalam keadaan terbuka) berarti rangkaian umpan balik seolah tak berhubungan, hal ini berarti Ro adalah hambatan dalam output tanpa umpan balik. Dengan adanya umpan balik maka berlaku:
    clip_image037
    Dari sisi output :  clip_image041 sedangkan dari sisi input clip_image039
    Atau
    clip_image043
    clip_image045
    Sehingga diperoleh:
    Dari rangkaian CE seperti ditunjukkan pada Gambar 4 jika menggunakan transistor dengan parameter hie = 2 kΩ, hfe = 80, hre = 0, hoe = 0 S. Diperoleh sebelumnya bahwa penguatan untuk konfigurasi emiter bersama clip_image047 selanjutnya faktor umpan balik  clip_image049
    Hambatan dalam input Ri = hie = 2 kΩ dan hambatan dalam input akibat umpan balik Rifb = hi1 (1+βAv) = 26 kΩ.  Hambatan dalam output dengan mengabaikan hoe maka Ro =RC // (R1+R2) = 4,5 kΩ sehingga hambatan dalam output karena umpan balik Rofb = 321 Ω.

  2. Umpan balik arus seriSesuai dengan namanya tegangan diumpan balik secara seri ke tegangan input yang akan diperoleh arus output. Blok diagram umpan balik arus seri ditunjukkan pada Gambar 6 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 5. Dari Gambar 5 tegangan umpan balik Vf diumpan secara oposisi terhadap Vs sehingga Vbe = Vs - Vf, dengan menggunakan rangkaian ekivalen seperti pada
    Contoh rangkaian NFB arus seri pada CE
    Gambar 5 : Contoh rangkaian NFB arus seri pada CE
    Blok diagram umpan balik arus seri
    Gambar 6 : Blok diagram umpan balik arus seri

    Rangkaian ekivalen CE.
    Gambar 7 : Rangkaian ekivalen CE.
    Dari rangkaian tsb (Gambar 7) dapat dihitung : Vs = hie b + (1 +hfe) IbRe, sehingga Rifb = Vs/Ib = hie + (1 + hfe) Re. Selanjutnya jika Rc ~ hie maka Rifb ~ hfe Re.
    Pengatan arus karena umpan balik Aifb = Ic/Ib = hfe, sedangkan penguatan tegangan
    clip_image057
    atau dengan pendekatan
    clip_image059
    Perhitungan hambatan dalam output dilakukan dengan menghubungsingkatkan sinyal input dan melepas sinyal output sehingga rangkaiannya seperti dtunjukkan pada Gambar 8a. Perhatikan bahwa konduktansi output hoe tidak diabaikan. Dari gambar tsb dibuat rangkaian ekivalennya seperti ditunjukkan pada Gambar 8b.
    (a) Rangkaian ekivalen untuk menghitung Rofb dan (b) rangkain ekivalennya
    Gambar 8 :  (a) Rangkaian ekivalen untuk menghitung Rofb dan (b) rangkain ekivalennya

    Dari Gambar 8b, maka hambatan dalam output adalah
    clip_image063

    Perhatikan hie dan Re dalam hubungan paralel, maka:
    clip_image065
    dan tegangan output V adalah:
    clip_image067
    dengan menggunakan hasil Ib sebelumnya maka
    clip_image069
    Sehingga hambatan dalam output Rofb=V/I diperoleh sebesar:
    clip_image071
  3. Umpan Balik Tegangan Shunt
    Sesuai dengan namanya arus diumpan balik secara paralel ketegangan input yang akan diperoleh tegangan output. Blok diagram umpan balik arus seri ditunjukkan pada Gambar 9 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 10.
    clip_image073
    Gambar 9 : Blok diagram NFB tipe tegangan shunt

    clip_image075
    Gambar 10 : Contoh NFB tegangan shunt pada CE
    Dari Gambar 10 arus yang masuk ke terminal basis adalah Ib = Is-If dan ada umpan balik tegangan shunt. Pada hambatan Rf akan terjadi efek Miller (yaitu seolah-olah nilai hambatan Rf menjadi lebih kecil) seperti ditunjukkan pada Gambar 11.
    Rangkaian CE setelah Rf diganti dengan hambatan Miller
    Gambar 11 : Rangkaian CE setelah Rf diganti dengan hambatan Miller
    Dari Gambar 11 diperoleh Ib = Vs/hie dan dengan menggunakan pendekatan Avfb = Av maka
    clip_image079
    sehingga arus umpan balik didapat
    clip_image081
    Jika input diberi sinyal tak ideal berarti ada hambatan sumber sebesar Rs, namun penguatan tegangan praktis tidak berubah yaitu Av = Vo/Vbe. Contoh rangkaian dengan hambatan sumber diberikan pada Gambar 12.
    Contoh dengan hambatan sumber
    Gambar 12 : Contoh dengan hambatan sumber.
    Dengan menyadari bahwa Av >> 1, maka berarti juga If > Ib dengan demikian If = Vs/Rs yaitu dengan mengabaikan Vbe. Selanjutnya tegangan output Vo = - If Rf = - Vs/Rs Rf. Dengan demikian diperoleh :
    clip_image085
    Hasil ini menunjukkan bahwa ada pembalikan fasa, dan dipergunakan sebagai prinsip dari penguat inverting.
    Hambatan dalam output
    Untuk menghitung hambatan dalam output rangkaian ekivalen tsb dibah menjadi rangkaian yang ditunjukkan pada Gambar 13 yaitu dengan meng-hubung-singkatkan sinyal sumber Vs dan membuka output.
    Rangkaian ekivalen untuk mencari hambatan dalam output
    Gambar 13 : Rangkaian ekivalen untuk mencari hambatan dalam output
    Dari gambar tsb maka V = (I - hfe Ib) Rf + hie Ib. Terlihat juga bahwa antara hie dan Rs pada Gambar 13. Terhubung secara paralel, maka tegangan pada Rs sama dengan tegangan pada hie atau hie Ib = [I-(1- hfe) Ib] Rs , karena arus yang mengalir di Rs adalah Irs = I -(1 - hfe) Ib seperti yang ditunjukkan pada Gambar 13. Sehingga arus yang mengalir ke kaki basis adalah
    clip_image089
    Hambatan dalam output dihitung dari Rofb = V/I sehingga :
    clip_image091
    Dengan menggunakan hasil Ib di atas maka
    clip_image093
    dan dengan pendekatan hfe > 1 diperoleh :
    clip_image095
    Perhatikan bahwa untuk menghitung hambatan output Ro = Rofb // Rc, yaitu seolah menghubungkan Rc dengan ground. Dari Gambar 12 jika menggunakan transistor dengan hfe = 80 dan hie = 1,5 kΩ, maka didapat:
    clip_image097
    Hambatan output Rc // Rofb = 362 Ω

  4. Umpan Balik Arus ShuntTegangan diumpan balik secara paralel ke tegangan input berasalarus seri yang diperoleh dari arus output. Blok diagram umpan balik arus seri ditunjukkan pada Gambar 14 dan contoh rangkaian diberikan pada Gambar 15.
    Blok diagram NFB arus shunt
    Gambar 14 : Blok diagram NFB arus shunt

    Contoh rangkaian NFB arus shunt
    Gambar 15 : Contoh rangkaian NFB arus shunt
    Penguatan arus Ai = Io/Ii, karena ada umpan balik negatif Ii = Is - If dengan If = β Io. Contoh dari rangkaian NFB tipe arus shunt ditunjukkan pada Gambar 15. Perhatikan pada Gambar 15 komponen bias tidak ditunjukkan hal ini maksudnya untuk mempermudah.
    Parameter transistor tsb adalah : hfe = 80, hie = 2 kΩ. Sedangkan hambatan Rs, Rc1, Rc2, dan Rc1 masing-masing adalah 1 kΩ, 10 kΩ, 470 Ω dan 100 Ω. Sedangkan Rf = 1,5 kΩ. Dengan menggunakan pendekatan Ve2 >>, maka faktor umpan balik β dilakukan dengan cara:
    Rangkaian ekivalen dari rangkaian pada Gambar 15
    Gambar 16 : Rangkaian ekivalen dari rangkaian pada Gambar 15.

    clip_image105 selanjutnya clip_image111clip_image109
    dan clip_image107
    dengan  clip_image113 dan Is = β Ib1 + Ib1 = ( 1+ β) Ib1 = 205 Ib1,
    dengan demikian
    clip_image002
    Sedangkan hambatan dalam input
    clip_image002
    Penguatan tegangan
    clip_image004[11]
    sedangkan
    clip_image006
    Dengan demikian didapat penguatan tegangan
    clip_image008


Judul : Umpan Balik Negatif
Disusun Oleh :
Ferdinand A.K Zendrato | Ryanto C. Simamora | Siti Maisyaroh | Wanry Lumbanraja | Tumpak Winmark Hutabarat |
Share this post

0 comments

Comment & suggestion....

:) :-) :)) =)) :( :-( :(( :d :-d @-) :p :o :>) (o) [-( :-? (p) :-s (m) 8-) :-t :-b b-( :-# =p~ :-$ (b) (f) x-) (k) (h) (c) cheer

 
© 2013 Dark Wizard of Scientist
Original Designed by BlogThietKe Cooperated with Duy Pham
Released under Creative Commons 3.0 CC BY-NC 3.0
Posts RSS Comments RSS
Back to top