Bati (elektronika)

Di dalam elektronika, bati (bahasa Inggris: gain) adalah satuan kemampuan sebuah rangkaian (sering kali berupa penguat) untuk memperbesar daya atau amplitudo sinyal dari masukan ke keluaran. Bati biasanya didefinisikan sebagai rata-rata hasil bagi antara keluaran sinyal dari suatu sistem dengan masukan sinyal pada sistem yang sama. Bati juga dapat didefinisikan pada skala logaritmik, dalam suku-suku logaritma desimal pada hasil bagi ("bati dB") yang sama. Bati yang lebih besar daripada satu (nol dB), yakni, penguatan/amplifikasi, adalah sifat yang mendefinisikan suatu komponen elektronik aktif atau rangkaian, sedangkan sebuah rangkaian pasif akan memiliki bati yang lebih kecil daripada satu.

Dengan demikian, istilah bati pada dirinya sendiri punya beberapa arti. Misalnya, "bati lima" dapat berarti bahwa tegangan, arus, maupun daya listrik dinaikkan menjadi lima kali lipatnya, meskipun paling sering terjadi bati berarti bati tegangan lima untuk audio dan penguat serbaguna, khususnya penguat operasional, tetapi bati daya untuk penguat RF, dan untuk tujuan pengudaraan akan merujuk pada perubahan daya sinyal berbanding dipol sederhana. Terlebih, istilah bati juga diterapkan pada sistem-sistem seperti sensor di mana masukan dan keluaran memiliki satuan yang berbeda; dalam kasus-kasus seperti ini satuan bati harus ditentukan, seperti dalam "5 mikrovolt per foton" untuk responsivitas sensor cahaya. "Bati" transistor sambungan dwikutub biasanya merujuk pada hasil bagi pengiriman arus terusan, baik itu h_FE ("Beta", hasil bagi statik I_c dibagi oleh I_b pada suatu titik operasi), atau kadang-kadang h_fe (bati arus sinyal kecil, kemiringan grafik I_c terhadap I_b pada suatu titik).

Di dalam fisika laser, bati berarti kenaikan daya sepanjang perambatan sinar dalam sebuah medium laser aktif, dan dimensinya adalah m⁻¹ atau 1/meter.

Desibel dan satuan logaritmik

Bati daya

Bati daya, dalam desibel (dB), didefinisikan oleh kaidah logaritma desimal sebagai berikut:

{\text{Bati}}=10\log \left({\frac {P_{\mathrm {keluar} }}{P_{\mathrm {masuk} }}}\right)\ \mathrm {dB}

di mana P_masuk dan P_keluar masing-masing adalah daya masuk dan daya keluar.

Perhitungan yang sama dapat dilakukan menggunakan logaritma natural sebagai pengganti logaritma desimal, dan tanpa faktor 10, hasilnya dalam satuan neper, bukan desibel:

{\text{Bati}}=\ln \left({\frac {P_{\mathrm {keluar} }}{P_{\mathrm {masuk} }}}\right)\,\mathrm {Np}

Bati tegangan

Ketika bati daya dihitung menggunakan tegangan (pengganti daya), dan menggunakan penyulihan (P=V ²/R), rumus yang dihasilkan adalah:

{\text{Bati}}=10\log {\frac {({\frac {{V_{\mathrm {keluar} }}^{2}}{R_{\mathrm {keluar} }}})}{({\frac {{V_{\mathrm {masuk} }}^{2}}{R_{\mathrm {masuk} }}})}}\ \mathrm {dB}

Di dalam banyak kasus, impedansi masuk dan impedansi keluar adalah sama, sehingga persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

{\text{Bati}}=10\log \left({\frac {V_{\mathrm {keluar} }}{V_{\mathrm {masuk} }}}\right)^{2}\ \mathrm {dB}

dan menggunakan sifat logaritma:

{\text{Bati}}=20\log \left({\frac {V_{\mathrm {keluar} }}{V_{\mathrm {masuk} }}}\right)\ \mathrm {dB}

Rumus yang telah disederhanakan ini digunakan untuk menghitung bati tegangan dalam satuan desibel, dan setara dengan bati daya hanya jika impedansi masuk sama dengan impedansi keluar.

Bati arus

Dengan cara yang sama, ketika perolehan daya gain dihitung menggunakan arus ketimbang menggunakan daya, dengan membuat substitusi (P = I ²R), maka formulanya adalah:

{\text{Gain}}=10\log {\left({\frac {{I_{\mathrm {out} }}^{2}R_{\mathrm {out} }}{{I_{\mathrm {in} }}^{2}R_{\mathrm {in} }}}\right)}\ \mathrm {dB}

Dalam banyak kasus, impedansi input dan output sama, sehingga persamaan di atas dapat disederhanakan menjadi:

{\text{Gain}}=10\log \left({\frac {I_{\mathrm {out} }}{I_{\mathrm {in} }}}\right)^{2}\ \mathrm {dB}

Dan kemudian:

{\text{Gain}}=20\log \left({\frac {I_{\mathrm {out} }}{I_{\mathrm {in} }}}\right)\ \mathrm {dB}

Formula sederhana ini digunakan untuk menghitung current gain dalam desibel, dan setara dengan power gain hanya jika impedances pada input dan output sama.

"current gain" dari sebuah bipolar transistor, h_FE atau h_fe, biasanya diberikan sebagai angka tanpa dimensi, rasio dari I_c ke I_b (atau nilai kemiringan dari I_c-versus-I_b graph, untuk h_fe).

Contoh

Q. An amplifier has an input impedance of 50 ohms and drives a load of 50 ohms. When its input ( $V_{\mathrm {in} }$ ) is 1 volt, its output ( $V_{\mathrm {out} }$ ) is 10 volts. What is its voltage and power gain?

A. Voltage gain is simply:

{\frac {V_{\mathrm {out} }}{V_{\mathrm {in} }}}={\frac {10}{1}}=10\ \mathrm {V/V} .

The units V/V are optional, but make it clear that this figure is a voltage gain and not a power gain. Using the expression for power, P = V²/R, the power gain is:

{\frac {V_{\mathrm {out} }^{2}/50}{V_{\mathrm {in} }^{2}/50}}={\frac {V_{\mathrm {out} }^{2}}{V_{\mathrm {in} }^{2}}}={\frac {10^{2}}{1^{2}}}=100\ \mathrm {W/W} .

Again, the units W/W are optional. Power gain is more usually expressed in decibels, thus:

G_{dB}=10\log G_{W/W}=10\log 100=10\times 2=20\ \mathrm {dB} .

A gain of factor 1 (equivalent to 0 dB) where both input and output are at the same voltage level and impedance is also known as unity gain.

Lihat pula

Artikel ini berisi bahan berstatus domain umum dari General Services Administration dokumen "Federal Standard 1037C".