Penguat: Memanfaatkan Komponen Aktif untuk Meningkatkan Daya

Manfaat Praktis dari Komponen Aktif

Manfaat praktis dari komponen aktif adalah kemampuan menguat mereka. Baik perangkat yang bersangkutan dikontrol tegangan atau arus, jumlah daya yang diperlukan dari sinyal kontrol biasanya jauh lebih kecil dari jumlah daya yang tersedia dalam arus yang dikontrol. Dengan kata lain, komponen aktif tidak hanya membiarkan listrik mengontrol listrik; ia membiarkan jumlah kecil listrik mengontrol jumlah besar listrik.

Karena kesenjangan ini antara daya kontrol dan daya dikontrol, komponen aktif dapat digunakan untuk mengatur jumlah daya besar (dikontrol) dengan aplikasi jumlah daya kecil (kontrol). Perilaku ini dikenal sebagai amplifikasi.

Hukum Konservasi Energi dalam Mesin

Ini adalah aturan fundamental fisika bahwa energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Secara formal, aturan ini dikenal sebagai Hukum Konservasi Energi, dan tidak ada pengecualian yang ditemukan hingga saat ini. Jika Hukum ini benar—dan massa data eksperimental yang luar biasa menunjukkan bahwa demikian—maka tidak mungkin untuk membangun perangkat yang mampu mengambil jumlah energi kecil dan secara ajaib mengubahnya menjadi jumlah energi besar. Semua mesin, sirkuit listrik dan elektronik termasuk, memiliki batas efisiensi atas 100 persen. Terbaiknya, daya keluar sama dengan daya masuk seperti pada gambar di bawah ini.

Daya output mesin dapat mendekati, tetapi tidak pernah melebihi, daya input untuk efisiensi 100 persen sebagai batas atas.

Biasanya, mesin bahkan tidak mencapai batas ini, kehilangan sebagian energi inputnya dalam bentuk panas yang dipancarkan ke ruang sekitar dan oleh karena itu bukan bagian dari aliran energi output. (Gambar di bawah)

Mesin realistis paling sering kehilangan sebagian energi inputnya sebagai panas dalam mengubahnya menjadi aliran energi output.

Mesin Gerak Abadi

Banyak orang telah mencoba, tanpa berhasil, untuk merancang dan membangun mesin yang menghasilkan lebih banyak daya daripada yang diterimanya. Tidak hanya mesin gerak abadi semacam itu akan membuktikan bahwa Hukum Konservasi Energi bukan Hukum setelah tudo, tetapi akan membawa revolusi teknologi seperti yang belum pernah dilihat dunia, karena ia dapat memberdaya diri sendiri dalam lingkaran tertutup dan menghasilkan daya berlebih secara “gratis”. (gambar di bawah)

Mesin “gerak abadi” hipotesis memberdaya diri sendiri?

Meski banyak upaya dan banyak klaim tidak jujur tentang “energi gratis” atau mesin over-unity, tidak satu pun yang pernah lolos tes sederhana memberdaya diri sendiri dengan output energi sendiri dan menghasilkan energi berlebih.

Penguat

Ada, namun, kelas mesin yang dikenal sebagai penguat, yang mampu menerima sinyal daya kecil dan menghasilkan sinyal dengan daya yang jauh lebih besar. Kunci untuk memahami bagaimana penguat dapat ada tanpa melanggar Hukum Konservasi Energi terletak pada perilaku komponen aktif.

Karena komponen aktif memiliki kemampuan untuk mengontrol jumlah daya listrik besar dengan jumlah daya listrik kecil, mereka dapat diatur dalam sirkuit untuk menggandakan bentuk daya sinyal input dari jumlah daya yang lebih besar yang disuplai oleh sumber eksternal. Hasilnya adalah perangkat yang tampaknya ajaib memperbesar daya sinyal listrik kecil (biasanya gelombang tegangan AC) menjadi gelombang dengan bentuk yang sama tetapi magnitude yang lebih besar.

Hukum Konservasi Energi tidak dilanggar karena daya tambahan disuplai oleh sumber eksternal, biasanya baterai DC atau setara. Penguat tidak menciptakan atau memusnahkan energi, melainkan hanya membentuknya menjadi gelombang yang diinginkan seperti pada gambar di bawah ini.

Saat penguat dapat menskalakan sinyal input kecil menjadi output besar, sumber energi adalah suplai daya eksternal.

Dengan kata lain, perilaku kontrol arus dari komponen aktif digunakan untuk membentuk daya DC dari sumber daya eksternal menjadi gelombang yang sama dengan sinyal input, menghasilkan output dengan bentuk yang sama tetapi magnitude daya yang berbeda (lebih besar). Transistor atau komponen aktif lainnya dalam penguat hanya membentuk salinan yang lebih besar dari gelombang sinyal input dari “bahan mentah” daya DC yang disediakan oleh baterai atau sumber daya lainnya.

Keterbatasan Penguat

Penguat, seperti semua mesin, terbatas pada efisiensi maksimum 100 persen. Biasanya, penguat elektronik jauh kurang efisien dari itu, menguras sejumlah besar energi dalam bentuk panas buangan. Karena efisiensi penguat selalu 100 persen atau kurang, tidak ada yang dapat dibuat untuk berfungsi sebagai mesin “gerak abadi”.

Persyaratan akan sumber daya eksternal adalah hal yang umum pada semua jenis penguat, listrik dan non-listrik. Contoh umum dari sistem amplifikasi non-listrik adalah power steering dalam mobil, yang memperkuat daya lengan pengemudi dalam memutar stir untuk menggerakkan roda depan mobil. Sumber daya yang diperlukan untuk amplifikasi berasal dari mesin. Komponen aktif yang mengontrol “sinyal input” pengemudi adalah klep hidrolik yang menggerakkan daya fluida dari pompa yang terhubung ke mesin untuk membantu gerakan roda. Jika mesin berhenti berjalan, sistem amplifikasi gagal memperkuat daya lengan pengemudi dan mobil menjadi sangat sulit diputar.

RELATED WORKSHEETS:

• Lembar Kerja Teori Penguat Dasar