Materi Penguat Amplifier [PDF]

Citation preview

Power Amplifier OCL 150 Watt adalah sebuah power amplifier yang sekarang ini sangat digemari dan banyak dipakai untuk audio di rumah-rumah. Selain harganya yang relatif terjangkau, kualitas suaranya pun bisa dibilang lumayan untuk para pecinta audio. Kami akan berbagi sedikit mengenai skema rangkaian dan fungsi dari masing-masing komponen yang ada pada Power Power Amplifier OCL 150 Watt. Berikut ini adalah gambar rangkaiannya :



Rangkaian diatas saya buat untuk mendukung paket audio yang lengkap. Maka dari itu pada input tertulis From Tone Control yang artinya input berasal dari tone control. Outputnya tertulis To Crossover Pasif yang artinya output dihubungka ke crossover pasif dahulu sebelum masuk ke speaker. Akan tetapi, dapat juga langsung input dari sumber audio dan output langsung ke speaker.



Berikut ini adalah fungsi dari masing-masing komponen pada rangkaian Power Amplifier OCL 150 Watt: 1. R1 (100 KΩ), berfungsi meredam “hum” atau suara “jedug” atau sinyal liar yang mungkin timbul terutama pada saat amplifier dihidupkan tanpa rangkaian input. 2. C1 (100 nF), sebagai kopling, menyalurkan sinyal AC saja dan menahan/meredam sinyal DC. 3. R2 (33 KΩ), memberi bias ke basis Q1 (BC559) sekaligus membuat kapasitor resonansi C2 lebih aktif. Gain bias bisa 2 hingga 4 kali lipat (sekitar 6dB) lebih kuat dari amplifier lain. 4. R6 (33 KΩ), resistor gain. Semakin besar nilainya semakin besar pula penguatannya. Penguatan & kejernihan suara berbanding terbalik. 5. R3 (560 Ω), kebalikan dari R6. 6. C2 (47uF), kapasitor resonansi, hanya bekerja pada arus AC. Menjamin R3 supaya hanya meneruskan sinyal audio (di atas 20Hz) & menahan arus AC. 7. Q1 dan Q2 (BC559), Stage input yang bekerja kebalikan. Q1 penguat non-inverting, sedangkan Q2 penguat inverting. Untungnya stage ini menggunakan transistor PNP. Transistor PNP biasanya jauh lebih linier dibanding NPN. 8. D1 (1N4148), D2 (1N4148), R4 (10 KΩ), R7 (560 Ω), Q4 (BC559), membentuk rangkaian regulator arus (Current Boost) untuk mensupply stage input. Dioda ini tidak harus high speed, yang penting kuat membentuk tegangan sekitar 1.3V. 9. R4 (10 KΩ), Bias D1(1N4148) & D2 (1N4148), Semakin kecil semakin panas, semakin panas semakin jernih. Menjamin Q1 & Q2 tidak kekurangan arus. Kejernihan suara salah satunya ditentukan dari sini. Berfungsi juga untuk membuang muatan kapasitor power supply, penting pada saat rangkaian dimatikan dipegang untuk diperbaiki. 10. R10 dan R11 (100 Ω), C5 dan C6 (47 µF), membentuk rangkaian filter dengung & osilasi yang mungkin terjadi dari kaki-kaki Q3 & Q4. Osilasi biasanya berupa sinyal ultra treble halus yang bisa membuat heatsink/transistor power lebih panas. 11. D3, D4 dan D5 (1N4148), membentuk regulator tegangan bias untuk Q5 & Q6 (pengganti regulator 1,8-2,1 Volt) yang nilainya 3 x dioda = 1,8V - 2,1V. Menjaga agar Transistor Final bekerja pada kelas AB. 12. R12 (100 Ω), menjaga supaya nilai tegangan bias tidak lebih dari 2,1V. Tegangan bias ini bernilai tetap, berada di titik CT (kira kira -1V hingga +1V). Tegangan tetap ini terombang-



ambing ke atas dan ke bawah seperti getaran daun speaker. Sebenarnya R ini bisa dihilangkan. 13. Q3 (BC549), sebagai penguat sinyal tegangan (unbalanced). Menarik sinyal bias ke rel negatif supply. Sedangkan yang menjaga/menarik sinyal bias ke rel positif supply secara otomatis adalah R8 (2,2 KΩ) & R9 (4,7K). Output antara rel positif dan rel negatif tegangannya mendekati simetris tetapi tidak sama kekuatan arusnya, oleh sebab itu perlu rangkaian penguat arus pertama Q6 (TIP41C) dan Q5 (TIP42A) sebelum diumpan ke transistor final. 14. C3 (100 pF), mengatasi noise & osilasi pada Q3 (BC549) 15. C4 (47 µF), Bootstrap, menyesuaikan getaran tegangan bias tadi. Jalur referensi yang dipakai bukan ground tetapi jalur speaker untuk mengimbangi getaran tegangan bias. Menyesuaikan kekuatan getaran bass pada saat Continues speaker bergerak ke depan. 16. Q5 (TIP42A) & Q6 (TIP41C), sebagai penguat arus pertama. 17. R13 & R14 (330 Ω), memberi supply arus ke Q5 (TIP42A) & Q6 (TIP41C), lewat emitornya masing-masing. Sebaiknya resistor ini menggunakan daya 2 Watt karena terhubung seri terhadap beban/speaker. 18. R15 & R16 (0,47 Ω/5W), memberi supply ke Q7 (TIP2955) & Q8 (TIP3055) lewat kaki emitor. Resitor ini bernilai kecil karena kita menginginkan arus besar, biasanya bernilai tidak lebih dari 0.5 Ohm. 19. Q7 (MJ2955) & Q8 (2N3055), transitor daya sebagai penguat arus terakhir.



Penjelasan dan Fungsi Komponen pada Power OCL 150 Watt



R1 (100K), berfungsi meredam hum / sinyal liar yang mungkin timbul terutama pada saat amplifier dihidupkan tanpa rangkaian input. C1 (100nF), sebagai kopling, menyalurkan sinyal ac (lebih dari 20Hz) dan menahan sinyal dc. R2 (33)K, memberi bias ke basis TR1 sekaligus membuat kapasitor resonansi C2 lebih aktif. Gain bas bisa 2 hingga 4 kali lipat (sekitar 6dB) lebih kuat dari amplifier lain. R6 (33K), resistor gain. Semakin besar nilainya semakin besar pula penguatannya. Penguatan dan kejernihan suara berbanding terbalik. Jika rangkaian amplifier ini harus disupply dengan tegangan rendah, misal 12V ct 12V, maka sebaiknya R6 ini diganti dengan yang lebih kecil, misalnya dari 33K menjadi 10-12K. R3 (560), kebalikan dari R6 C2 (47uF), kapasitor resonansi/kapasitor gain/kapasitor feed back, hanya bekerja pada arus ac. Menjamin R3 supaya hanya meneruskan sinyal audio (di atas 20Hz) & menahan arus dc. TR1, TR2 (A564), Stage input yang bekerja kebalikan. TR1 penguat non-inverting, sedangkan TR2 penguat inverting. Untungnya stage ini menggunakan transistor PNP. Transistor PNP biasanya jauh lebih linier, pemilihan komponen yang cerdas. D1, D2, R4, R7, TR4, membentuk rangkaian regulator arus untuk mensupply stage input. Dioda ini tidak harus high speed, yang penting kuat membentuk tegangan sekitar 1.3V, amplifier lain malah mengganti dua dioda ini dengan satu biji led. R4 (10K), Bias D1 & D2, Semakin kecil semakin panas, semakin panas semakin jernih. Menjamin TR1 & TR2 tidak kekurangan arus. Kejernihan suara salah satunya ditentukan dari sini. Berfungsi juga untuk membuang muatan kapasitor power supply, penting pada saat rangkaian dimatikan dipegang untuk diperbaiki. R10-R11 (100), C5-C6 (47uF), membentuk rangkaian filter dengung & osilasi yang mungkin terjadi dari kaki-kaki TR3 & TR4. Osilasi biasanya berupa sinyal ultra treble halus yang bisa membuat heatsink/transistor power lebih panas. D3 D4, D5, membentuk regulator tegangan bias untuk TR5 & TR6 (pengganti baterai 1,82,1v) yang nilainya 3 x dioda = 1,8V - 2,1V. Pada rangkaian amplifier yang lain biasanya V



bias ini di paralel dengan kapasitor 100nF-2u2 agar lebih stabil saat terkena guncangan sinyal yang berlebihan. R12 (100), menjaga supaya nilai tegangan bias tidak lebih dari 2V. Tegangan bias ini bernilai tetap, berada di titik CT (kira kira -1V hingga +1V). Tegangan tetap ini terombang-ambing ke atas dan ke bawah seperti getaran daun speaker. Sebenarnya R ini bisa dihilangkan. Amplifier model ini bisa bekerja pada rating tegangan naik atau pun turun, tidak seperti amplifier yang menggunakan dioda zener, rewel. TR3 (D438), VAS (Voltage amplifier Stage). sebagai penguat sinyal tegangan secara unbalanced. Menarik sinyal bias ke rel negatif supply. Sedangkan yang menjaga/ menarik sinyal bias ke rel positif supply secara otomatis adalah R8 (2K2) & R9 (4K7). Output antara rel positif dan rel negatif tegangannya mendekati simetris tetapi tidak sama kekuatan arusnya, oleh sebab itu perlu rangkaian penguat arus pertama (D313) sebelum diumpan ke transistor final. Untuk amplifier mosfet biasanya tidak perlu sepasang transistor ini (D313/B507) karena transistor final mosfet sudah cukup aktif diberi arus gate kecil, 0.1mA. C3, mengatasi noise & osilasi pada TR3 C4 (47u), Bootstrap, menyesuaikan getaran tegangan bias tadi, biasanya kapasitor ini bernilai 22uF atau lebih. Jalur referensi yang dipakai bukan ground tetapi jalur speaker untuk mengimbangi getaran tegangan bias. Menyesuaikan kekuatan getaran bass pada saat konus speaker bergerak ke depan. Membantu kerja transistor final supaya tidak panas sebelah. Dan memompa/menampung tenaga untuk Volt-Amp-Stage pada saat sinyal full berada dipuncak. Saya belum mengetahui nilai yang cocok untuk ini. TR5 (B507) & TR6 (D313), sebagai penguat arus tingkat pertama. Seringnya transistor ini diganti dengan TIP41C/tip42C. R13 & R14 (330), memberi supply arus ke TR5 & TR6 lewat emitornya masing-masing. Seringnya dua resistor ini hitam terbakar karena ketidaksesuaian antara getaran yang dikeluarkan kit amplifier dengan respon loudspeaker. Transistor final tidak mampu mempertahankan tegangan yang diberikan transistor driver, beban/speaker dianggap terlalu berat buat transistor power. Sebaiknya selain ganti transistor driver/power dengan kualitas yang lebih baik, resistor 330 juga diganti dengan daya minimal 2 watt karena terhubung seri terhadap beban/speaker. R15 & R16 (0,5/5W), memberi supply ke TR7 & Tr8 lewat kaki emitor. Resitor ini bernilai kecil karena kita menginginkan arus besar, biasanya bernilai tidak lebih dari 0.5 Ohm. TR7 (MJ2955) & TR8 (2N3055), transitor daya sebagai penguat arus terakhir. Sebenarnya transistor buatan ST ini sudah lebih dari cukup bagus, tetapi karena alasan model jadul, tegangan rating maksimum rendah (maksimal 32v ct), susah memasangnya & murah harganya banyak di antara kita memilih tranistor lain yang lebih mahal. Ada banyak keuntungan menggunakan transistor logam dari pada transistor plastik terutama untuk peralatan outdoor.



Tambahan... L, menahan sinyal di atas 20Khz & memutus osilasi ke jalur speaker. Jika sinyal treble



terhambat dengan adanya L maka Ra menyalurkannya ke speaker dengan nilai yang mendekati impedansi speaker, biasanya 8~10 Ohm. Rb & C, membantu kerja L & Ra. sinyal di atas 20KHz akan mengalir ke ground melalui Rb (10). Nilai C biasanya kurang dari 100nF. Sedangkan Rb biasanya mendekati nilai impedansi speaker 8 Ohm dengan daya minimal 2 Watt. Kalau Rb ini gosong berarti sinyal ultra treble/osilasi ada dan kerja . Jadi hati-hati dengan treble yang berlebihan! Ketiga komponen ini (L, Rb, C) adalah suatu cara yang tidak bersifat preventif/mencegah osilasi, dan sebenarnya lebih cocok diaplikasikan pada frekuensi tinggi dan sinyal rendah..Sinyal besar pada output amplifier besar cenderung sukar dikendalikan.



Pengertian Power Amplifier (Penguat Daya) dan Kelas-kelasnya – Power Amplifier atau dalam bahasa Indonesia disebut dengan Penguat Daya adalah sebuah rangkaian elektronika yang berfungsi untuk memperkuat atau memperbesar sinyal masukan. Di dalam bidang Audio, Power Amplifier akan menguatkan sinyal suara yang berbentuk analog dari sumber suara (Input) menjadi sinyal suara yang lebih besar (Output). Sumber sinyal suara yang dimaksud tersebut dapat berasal dari alat-alat Tranduser seperti Mikrofon yang dapat mengkonversikan energi suara menjadi sinyal listrik ataupun Optical Pickup CD yang mengkonversikan getaran mekanik menjadi sinyal listrik. Sinyal listrik yang berbentuk sinyal AC tersebut kemudian diperkuat arus (I) dan tegangannya (V) sehingga menjadi Output yang lebih besar. Besaran penguatannya ini sering disebut dengan istilah gain. Gain yang biasanya dilambangkan dengan G dengan satuan decibel (dB) ini merupakan hasil bagi dari daya di bagian Output (Pout) dengan daya di bagian inputnya (Pin) dalam bentukbentuk frekuensi listrik AC. Bentuk Rumusnya adalah sebagai berikut : G = 10log (Pout/Pin) Dimana : G = Gain dalam satuan dB Pout = Power atau daya pada bagian Output Pin = Power atau daya pada bagian Input Untuk lebih jelas mengenai Gain yang dalam bentuk satuan Desibel, anda dapat membaca di artikel : Pengertian Desibel (Decibel) dan cara menghitungnya. Sinyal listrik yang dihasilkan oleh tranduser input umumnya sangat kecil yaitu sekitar beberapa milivolt atau bahkan hanya beberapa microvolt. Oleh karena itu, sinyal listrik tersebut harus diperkuat agar dapat menggerakan atau mengoperasikan perangkat tranduser Output seperti Speaker (atau perangkat-perangkat Output lainnya). Pada penguat sinyal kecil (Small Signal Amplifier), faktor utama adalah penguatan linearitas dan memperbesar gain. Karena Tegangan sinyal dan Arus yang kecil, jumlah kapasitas penanganan daya efisiensi daya menjadi penting untuk diperhatikan. Sedangkan Penguat Daya (Power Amplifier) atau Penguat Sinyal Besar adalah jenis penguat yang memberikan daya yang cukup untuk dapat menggerakan Speaker atau perangkat listrik lainnya. Umumnya, daya yang dihasilkan adalah beberapa watt hingga puluhan watt dan bahkan hingga ratusan watt.



Selain faktor penguatan yang disebut dengan Gain ini, Suatu istilah yang sering kita temukan pada Power amplifier adalah tingkat fidelitas (Fidelity). Sebuah Amplifier atau Penguat Daya dikatakan memiliki fidelitas tinggi (High Fidelity) apabila menghasilkan sinyal keluaran (output) yang bentuknya persis sama dengan sinyal masukan (input). Perbedaannya hanya pada tingkat penguatan pada amplitudo atau tegangannya saja. Jadi dengan kata lain, yang dimaksud dengan fidelitas adalah kemiripan bentuk keluaran hasil replika terhadap sinyak masukan. Ada Satu lagi faktor penting dalam penguat daya yang harus diperhatikan, yaitu faktor efisiensi. Yang dimaksud dengan Efisiensi pada penguat daya adalah efisiensi daya dari sebuah penguat yang dinyatakan dengan besaran rasio atau persentasi dari Output Daya dengan Input Daya. Sebuah Power Amplifier atau Penguat Daya dikatakan memiliki efisiensi tinggi atau 100% efisiensinya apabila tidak terjadi kehilangan daya pada proses penguatannya.



Jenis atau Kelas-kelas Power Amplifier (Penguat Daya) Salah satu cara untuk mengklasifikasikan jenis-jenis Power Amplifier atau Penguat Daya adalah dengan cara pembagian “KELAS” pada Power Amplifier. Pada umumnya, Kelas Amplifier yang sering digunakan dapat dibagi menjadi Kelas A, Kelas AB, Kelas B, Kelas C dan Kelas D. Berikut ini adalah penjelasan singkat dengan Kelas-kelas Penguat Daya tersebut.



Penguat Daya Kelas A (Class A Power Amplifier) Penguat Kelas A merupakan Kelas Penguat yang desainnya paling sederhana dan paling umum digunakan. Seperti namanya yaitu Kelas A yang artinya adalah Kelas terbaik, penguat Kelas A ini memiliki tingkat distorsi sinyal yang rendah dan memiliki liniearitas yang tertinggi dari semua kelas penguat lainnya. Umumnya, Penguat Kelas A menggunakan transistor single (transistor bipolar, FET, IGBT) yang terhubung secara konfigurasi Common Emitter (Emitor Bersama). Letak titik kerja (titik Q) berada di pusat kurva karakteristik atau berada pada setengah Vcc (Vcc/2) dengan tujuan



untuk mengurangi distori pada saat penguatan sinyal. Penguat Kelas A ini menguat sinyal Input satu gelombang penuh atau 360°. Untuk mencapai Linearitas dan Gain yang tinggi, Amplifier Kelas A ini mengharuskan Transistor dalam keadaan aktif selama siklus AC. Hal ini menyebabkan pemborosan dan pemanasan yang berlebihan sehingga menyebabkan ketidakefisienan. Efisiensi Penguat/Amplifier kelas A ini hanya berkisar sekitar 25% hingga 50%.



Penguat Daya Kelas B (Class B Power Amplifier) Penguat Kelas B ini diciptakan untuk mengatasi masalah efisiensi dan pemanasan yang berlebihan pada Penguat Kelas A. Letak titik kerja (Q-point) berada di ujung kurva karakteristik sehingga hanya menguatkan setengah input gelombang atau 180° gelombang. Karena hanya melakukan penguatan setengah gelombang dan menonaktifkan setengah gelombang lainnya, Penguat Kelas B ini memiliki efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan penguat kelas A. Secara teoritis, Penguatan atau Amplifier kelas B ini memiliki efisiensi sebesar 78,5%. Kelemahan pada Penguat Kelas B ini adalah terjadinya distorsi cross-over.



Penguat Daya Kelas AB (Class AB Power Amplifier) Seperti namanya, Penguat kelas AB adalah gabungan dari penguat kelas A dan penguat kelas B. Penguat kelas AB ini merupakan kelas penguat yang paling umum digunakan pada desain Audio Power Amplifier. Titik kerja penguat kelas AB berada diantara titik kerja penguat kelas A dan titik kerja penguat kelas B, sehingga Penguat kelas AB dapat menghasilkan penguat sinyal yang tidak distorsi seperti pada penguat kelas A dan mendapatkan efisiensi daya yang lebih tinggi seperti pada penguat kelas B. Penguat Kelas AB menguatkan sinyal dari 180° hingga 360° dengan efisiensi daya dari 25% hingga 78,5%.



Penguat Daya Kelas C (Class C Power Amplifier) Amplifier atau Penguat Kelas C ini menguatkan sinyal input kurang dari setengah gelombang (kurang dari 180°) sehingga distorsi pada Outputnya menjadi sangat tinggi. Namun Efisiensi daya pada penguat kelas C ini sangat baik yaitu dapat mencapai efisiensi daya hingga 90%. Penguat Kelas C ini sering digunakan pada aplikasi khusus seperti Penguat pada pemancar Frekuensi Radio dan alat-alat komunikasi lainnya.



Penguat Daya Kelas D (Class D Power Amplifier) Penguat daya kelas D ini menggunakan penguatan dalam bentuk pulsa atau biasanya disebut dengan teknik Pulse Width Modulation (PWM), dimana lebar pulsa ini proposional terhadap amplitudo sinyal input yang pada tingkat akhirnya sinyal PWM akan menggerakan transistor switching ON dan OFF sesuai dengan lebar pulsanya. Secara teoritis, Penguat kelas D dapat mencapai efisiensi daya hingga 90% hingga 100% karena transistor yang menangani penguatan daya tersebut bekerja sebagai Switch Binary yang sempurna sehingga tidak terjadi pemborosan waktu saat transisi sinyal dan juga tidak ada daya yang diboroskan saat tidak ada sinyal input. Transistor yang digunakan untuk Amplifier kelas D ini umumnya adalah transistor jenis MOSFET. Suatu Penguat Kelas D umumnya terdiri dari sebuah generator gelombang gigi gergaji, Komparator, Rangkaian Switch dan sebuah Low Pass Filter.



Meskipun dapat menghasilkan efisiensi daya yang tinggi, Penguat Kelas D ini memerlukan sumber catu daya yang stabil dan respon frekuensi tingginya sangat tergantung pada impedansi Speaker (Pengeras Suara).



Kelas-kelas Power Amplifier (Penguat Daya) Lainnya Selain Kelas A, Kelas AB, Kelas C dan Kelas D yang dibahas diatas, terdapat pula kelaskelas Penguat Daya lainnya seperti Kelas F, Kelas G, Kelas I, Kelas S dan Kelas T yang juga menggunakan teknik Pulse Width Modulation (PWM) dalam penguatan sinyal inputnya.   



Desibel Power Amplifier Waveform