RSS

Vertical Mosfet Amplifier

Vertical mosfet sedikit berbeda dengan Lateral mosfet akibat struktur material penyusunnya yang berbeda. Ini mengakibatkan Vertical mosfet memiliki RDS-on yang lebih kecil dan transkoduktansi yang lebih tinggi. Umumnya Vertical mosfet digunakan pada aplikasi switching.

Kali ini saya merancang audio amplifier memakai Vertical mosfet (IRFP9240 dan IRFP240). Topologi yang digunakan adalah topologi yang memakai push-pull VAS (dalam hal ini LTP VAS) yang pertama kali dikembangkan oleh Hitachi, lalu terkenal pada amplifier buatan Goldmund yaitu Goldmund Mimesis. Pada dunia DIY (Do It Yourself), M. Bitner kembali mempopulerkan topologi ini dengan Symasim-nya. Kit buatan Indonesia ada juga yang memakai topologi ini yang salah satu versinya saya simulasikan ternyata rancangannya kurang optimal.

Filosofi rancangan ini adalah mengkompromikan antara slew rate, THD, dan kerumitan rancangan. Yaitu bagaimana mendapatkan slew rate setinggi-tingginya dan THD sekil-kecilnya dengan rangkaian yang tidak terlalu rumit.

Schematic-nya bisa dilihat di bawah ini.

 vertical_mosfet_amplifier

Pada bagian input terdiri dari Q1 dan Q2 sebagai penguat diferensial (LTP) dengan sumber arus tetap sebesar 3,5 mA. R1 dan R2 untuk meningkatkan slew rate dengan mengorbankan penguatan loop terbuka.

VAS dibentuk oleh Q5, Q6, Q7, dan Q8. Q5 dan Q8 sebagai buffer (emitter follower) dan Q6 dan Q7 sebagai penguat diferensial. Beban VAS selain outputnya adalah cermin arus Wilson, yaitu Q11, Q12, dan Q13. Cermin arus Wilson lebih baik daripada cermin arus biasa. Di sini yang disebut push-pull VAS adalah Q7 dan Q11 yang bekerja bergantian. Agar disipasi daya Q6 dan Q7 sama atau setidak-tidaknya mendekati, maka dipakai Q10. Pada rancangan yang umum, Q10 diganti dengan resistor yang diparalel dengan kapasitor. Disipasi daya yang sama antara Q6 dan Q7 menyebabkan titik kerjanya lebih stabil terhadap suhu. Arus VAS pada rancangan ini sebesar 6,6 mA, sehingga Q6, Q7, Q10, dan Q11 perlu diberi pendingin kecil.

Vertical mosfet tidak langsung dikendalikan oleh VAS, melainkan memakai driver yang dikonfigurasikan sebagi emitter follower dengan Q16 dan Q17. Kedua driver ini diatur sebagai driver kelas A dengan arus kolektor sebesar 36 mA. Arus sebesar ini diperlukan untuk mengendalikan kapasitansi gate-source mosfet yang cukup tinggi apalagi diparalel 4 buah. Jika arus kolektornya terlalu rendah, slew rate nya akan menjadi rendah juga. D3, D4, D5, dan D6 untuk melindungi agar tegangan gate-source tidak melebihi +-15,6V. Resistor source IRFP240 dan IRFP9240 berbeda nilainya yaitu 0,15 Ohm dan 0,22 Ohm. Ini agar grafik transkonduktansi terhadap arus drain kedua mosfet tipe N dan P tersebut mendekati besarnya. Ini akan mengurangi cacat crossover.

Arus bias mosfet ditentukan oleh Q9 yang dirangkai sebagi VBE multiplier. Pada rancangan ini Q9, Q16, Q17, dan semua mosfet dipasang pada satu pendingin. LED1 untuk mengurangi koefisien suhu VBE multiplier.  LED1 harus memakai LED merah karena LED warna lain memiliki tegangan maju yang berbeda, sehingga akan mengakibatkan koefisien suhu yang berbeda. Arus bias diatur dengan R21, sebesar 100mA untuk setiap mosfet. Pengukuran arus bias ini dengan cara mengukur tegangan resistor source pada mosfet.

Pada gambar di bawah ini adalah hasil simulasi arus bias terhadap suhu.

 vertical_mosfet_amplifier_bias_current

Untuk kompensasi dipakai Miller kompensasi C5, lead kompensasi C6, dan C4 yang saya belum tahu namanya. Dengan adanya kompensasi ini maka didapat phase margin dan gain margin yang memadai, sehingga penguatan loop tertutup menjadi stabil. Pengutan loop tertutup sebesar 1 + (R18/R10).

Di bawah ini adalah hasil simulasi dengan transistor 2SC3503/2SA1381 dan C4 = 22pF dibandingkan dengan komponen dalam kurung yang memakai transistor MJE340/MJE350 dan C4 = 47pF.

 

2SC3503/2SA1381

MJE340/MJE350

Phase Margin

81 derajat

76 derajat

Gain Margin

16 dB

14 dB

THD pada 161W/8Ohm, 1kHz

0.000454%

0.005064%

THD pada 161W/8Ohm, 20kHz

0.002921%

0.011066%

Slew rate

216 V/µS

126 V/µS

 

Dikarenakan amplifier ini memiliki slew rate yang sangat tinggi, maka implementasinya menjadi sulit. Usahakan jalur-jalur PCB sependek mungkin. Resistor pada gate tiap-tiap mosfet harus sedekat mungkin dengan gate-nya. Kapasitor decoupling power supply 100nF harus sedekat mungkin dengan drain tiap-tiap mosfetnya. Juga harus diperhatikan cara-cara untuk menghindari cacat (THD) yang disebabkan oleh layout PCB yang sudah dibahas pada artikel sebelumnya.

Tegangan power supply untuk bagian input dan VAS sedikit lebih tinggi (+-77V) dan membutuhkan arus yang cukup kecil, sekitar 100 mA. Q14 dan Q15 adalah capacitance multiplier agar PSRR (Power Supply Ratio Rejection) menjadi tinggi. Q14 dan Q15 tidak memerlukan pendingin karena tegangan VCE-nya sangat kecil (sekitar 3V).

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Agustus 25, 2014 in Audio

 

Tag: , ,

Data String di EEPROM

Untuk menyimpan data string di EEPROM pada platform Arduino, caranya sangat sederhana, yaitu:

#include <EEPROM.h>

#include <avr/pgmspace.h>

//data string yang disimpan pada memori FLASH

prog_char text1[] PROGMEM = “INI DATA STRING YANG DISIMPAN”;

//variable untuk menyimpan string

char text2[64];        

//variable untuk counter

int num;  

//variable untuk jumlah karakter

int length;                                    

 

//copy data string dari memori FLASH ke RAM

strcpy_P(text2,  (char*) text1);

//variable num diisi alamat awal EEPROM, misalnya 6

num = 6;

length = 30;

//tulis banyaknya karakter ke EEPROM

EEPROM.write(num++, length);

//tulis data string

for (int i=num;i < (num + length);i++)

  {

    EEPROM.write(i, (int) text2[i-num]);

  }

Sedangkan untuk membaca kembali data string tersebut dari EEPROM, adalah sebagai berikut:

#include <EEPROM.h>

#include <avr/pgmspace.h>

//variable untuk menyimpan string

char text2[64];        

//variable untuk counter

int num;  

//variable untuk jumlah karakter

int length;                                    

 

//asumsi EEPROM tersebut sudah ditulis dgn program di atas

//variable num diisi alamat awal EEPROM

num = 6;

//baca jumlah karakter dari string

length = EEPROM.read(num);

num++;

//baca data string dari EEPROM ke RAM

 for (int i=num;i<(num+length);i++)

  {

    text2[i-num] = (char) EEPROM.read(i);

  }

 

Semoga trik singkat ini bermanfaat.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Agustus 20, 2014 in Arduino, Uncategorized

 

Tag: ,

Resistor Dan Kapasitor

Untuk mencapai performa yang mendekati hasil simulasi, salah satunya ditentukan dengan pemilihan komponen yang tepat. Resistor dan kapasitor tidaklah ideal hanya murni memiliki resistansi/tahanan atau kapasitansi. Mereka memiliki banyak tipe dengan bahan dan proses pembuatannya yang berbeda-beda sehingga memiliki karakteristik yang berbeda. Di sini akan dibahas karakteristik seperti apa komponen yang dibutuhkan untuk menghasilkan rangkaian audio yang low noise dan low distortion (cacatnya kecil).

Resistor

Resistor yang umum dipakai pada rangkaian audio umumnya dari bahan karbon, thick film, thin film atau metal film, metal foil, dan wire wound (gulungan kawat/resistor daya besar atau oleh orang awam disebut resistor kapur).

Ada dua karakteristik utama yang membedakan resistor-resitor tersebut, yaitu koefisien tegangan dan koefisien suhu. Koefisien tegangan (VCR) adalah besarnya perubahan nilai tahanan yang disebabkan oleh perubahan tegangan pada resistor tersebut. Satuannya adalah ppm/V. Sedangkan koefisien suhu (TCR) adalah besarnya perubahan nilai tahanan yang disebabkan oleh perubahan suhu pada resistor tersebut. Satuannya adalah ppm/ᵒC. (ppm = parts per million = bagian persejuta).

Adanya tegangan pada resistor mengakibatkan suhu resistor tersebut akan naik.

Resistor karbon memiliki toleransi dari 5% – 20%, TCR dari 150 – 1000 ppm/ᵒC, makin kecil nilai tahanannya makin besar TCR –nya. Resistor ini memiliki modulation noise dan VCR yang lebih tinggi daripada resistor tipe lain. Sangat tidak disarankan untuk rangkaian audio, kecuali untuk amplifier gitar yang memang diinginkan cacat harmonik yang tinggi.

Resistor thick film popular digunakan di semua rangkaian elektronik. Resistor ini memiliki toleransi yang baik, yaitu dari 0,1% – 2%. TCR –nya dari 100 – 250 ppm/ᵒC dan VCR –nya biasa saja sekitar 10 ppm/V (berbeda-beda tiap pabrik). Modulation noise –nya pun tidak terlalu tinggi.

Resistor thin film atau metal film memiliki performa yang lebih tinggi dibandingkan dengan resistor thick film, namun harganya lebih mahal. Resistor ini memiliki toleransi yang sangat rendah dari 0,02% – 1%. TCR –nya umumnya berkisar dari 5 – 25 ppm/ᵒC, tapi ada yang mencapai 2 ppm/ᵒC. VCR –nya dari 0,1 – 1 ppm/V dan modulation noise sangat kecil.

Resistor metal foil sangat bagus digunakan untuk aplikasi yang hanya ada tegangan DC. Dan harganya paling mahal. Toleransinya sangat kecil mencapai 0,001% dan TCR –nya juga sangat kecil mencapai 0,05 ppm/ᵒC. VCR –nya luar biasa kecil mencapai kurang dari 0,1 ppm/V dan modulation noise sangat kecil. Namun ada kekurangan pada resistor ini, yaitu pada frekuensi rendah cacat yang dihasilkan cukup tinggi.

Resistor wire wound boleh dikatakan tidak memiliki VCR. Resistor ini memiliki induktansi internal yang tinggi sehingga harus hati-hati memakainya dalam rangkaian audio.

VCR resistor ini akan menghasilkan cacat harmonic dengan harmonic ke-3 yang dominan. Sedangkan TCR yang dipengaruhi juga oleh daya yang di-disipasi-kan/dibuang ole resistor akan meningkatkan cacat harmonik pada frekuensi sekitar 5 – 200 Hz. Untuk mengurangi efek VCR bisa dengan cara menseri resistor-resistor. Dan untuk mengurangi efek TCR bisa memakai resistor dengan rating daya yang besar.

Untuk rangkaian audio sebaiknya hindarkan pemakaian resistor metal foil karena performa pada sinyal AC tidak baik. Sedangkan untuk resistor chip atau SMD gunakan ukuran 1206. Gunakan resistor thin metal atau metal film jika tegangan DC cukup besar pada resistor tersebut.

Kapasitor

Kapasitor yang umum digunakan pada rangkaian audio di jalur sinyal memiliki bahan dielektrik bermacam-macam, yaitu polymer film (PET, PEN, PPS, PP, PS, dan PTFE), keramik (Z5U, X7R, NP0, dan Hi-K), (silver) mica, dan glass.

Polystyrene (PS) memiliki TCR yang kecil sekitar 100 ppm/ᵒC dan dapat meleleh pada suhu 85 ᵒC sehingga mudah rusak akibat penyolderan yang terlalu lama. Polypropylene (PP) memiliki TCR yang kecil sekitar 250 ppm/ᵒC dan dapat meleleh pada suhu 105 ᵒC.

polypropelene

Polypropylene.

Polymer film ada 2 jenis yaitu metal film dan foil film. Foil film memiliki ESR (Equivalent Series Resistance) yang lebih kecil dan mampu menahan arus kejut (surge) yang lebih tinggi. Sedapat mungkin gunakan kapasitor foil film (misalnya aluminium foil) pada jalur sinyal audio.

MKP

MKP (Polypropylene dengan konstruksi metal film)

MKP copper foil

MKP (Polypropylene dengan konstruksi copper foil)

Kapasitor keramik sebaiknya dihindarkan karena memiliki VCR yang tinggi, kecuali tipe NP0 atau COG yang memiliki TCR yang sangat kecil yaitu dari 15 – 30 ppm/ᵒC. Kapasitor jenis ini sering digunakan pada kompensasi di amplifier (kompensasi Miller, TPC, TMC, lead, lag, dll).

Kapasitor mica atau silver mica pada jaman dulu banyak dipakai di rangkaian audio karena TCR yang sangat kecil, namun adanya keramik NP0 atau COG yang lebih murah, maka kapasitor mica jarang dipakai. Sayangnya toko komponen elektronik di Indonesia yang saya tanya belum ada yang tahu apa itu keramik NP0 atau COG, sehingga saya masih memakai kapasitor silver mica ini.

silver mica

Silver mica.

Kapasitor glass memiliki VCR yang hampir nol. Tidak memiliki efek penuaan (nilainya berubah dengan bertambahnya usia kapasitor). TCR –nya lebih tinggi daripada kapasitor keramik NP0.

Rangkaian audio dengan performa tinggi bisa dicapai salah satunya dengan memilih komponen yang tepat untuk tiap-tiap fungsi pada rangkaian tersebut. Karena tiap fungsi membutuhkan karakteristik yang berbeda-beda. Perhatian atas detail ini yang memungkinkan dicapainya rangkaian audio yang memiliki low noise dan low distortion.

 

Bacaan lebih lanjut:

Capacitor 1

Capacitor 2

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Agustus 19, 2014 in Audio, Uncategorized

 

Tag: ,

Kestabilan Arus Bias Pada Amplifier Kelas AB

Saat amplifier bekerja pada kelas AB maka saat tidak ada sinyal input, transistor final mengalirkan sedikit arus pada kolektor jika memakai transistor bipolar atau pada drain jika memakai transistor mosfet. Ini sudah dijelaskan pada artikel sebelumnya. Namun arus kolektor dan arus drain (kecuali lateral mosfet) ini terpengaruh suhu karena VBE (tegangan basis – emitor) dan VGS (tegangan gate – source) memiliki koefisien suhu. Koefisien suhu VBE ini sebesar -2,2 mV/ᵒC dan VGS pada vertical mosfet sebesar -4 mV/ᵒC sampai -6 mV/ᵒC. Makin tinggi suhunya, makin kecil VBE dan VGS sehingga arus kolektor ataupun arus drain juga makin besar.

Makin bertambah besar arus bias ini terhadap suhu, bisa membahayakan transistor dan mengakibatkan cacat harmonic meningkat pada transistor bipolar. Untuk itu digunakan bias servo yang juga berguna untuk mengatur tegangan bias. Bias servo ini sering disebut VBE multiplier yang dipasang pada pendingin transistor yang distabilkan arus biasnya.

Pada amplifier untuk public address (PA), seringkali transistor final bekerja pada kelas B yang arus biasnya nol atau kecil sekali. Untuk amplifier kelas B tidak diperlukan bias servo.

 

Bias Servo Pada Konfigurasi Output CFP (Complementary Feedback Pair)

Contoh bias servo pada CFP atau Sziklai adalah sebagai berikut.

 CFP

Q3 adalah VBE multipler atau rangkaian pengkali tegangan VBE. Tegangan kolektor – emitor Q3 besarnya adalah VBE x (R4/R3 + 1). Agar Q1 dan Q4 mengalirkan arus pada kolektornya sehingga Q2 dan Q5 juga akan mengalirkan arus pada kolektornya, diperlukan tegangan sekitar 2x VBE. Sehingga VBE multiplier ini memiliki koefisien suhu 2 x -2,2 mV/ᵒC yang besarnya sama dengan koefisien suhu Q1 ditambah koefisien suhu Q4. Arus kolektor Q1 dan Q4 akan stabil terhadap suhu jika suhu Q3, Q1, dan Q4 sama. Oleh karena itu Q3, Q1, dan Q4 ditempelkan pada satu pendingin yang terpisah dengan pendingin transistor final Q2 dan Q5.

 

Bias Servo Pada Konfigurasi Output Double EF (Emitter Follower)

Contoh bias servo pada Double EF adalah sebagai berikut.

 2EF

Agar Q2 dan Q5 mengalirkan arus bias, maka diperlukan tegangan VBE multiplier sekitar 4x VBE, sehingga koefisien suhu tegangan kolektor – emitor Q3 sebesar 4x -2,2 mV/ᵒC. Koefisien suhu tersebut sama dengan jumlah koefisien suhu Q1, Q2, Q4, dan Q5. Sehingga Q3, Q1, Q2, Q4, dan Q5 harus dipasang pada pendingin yang sama agar suhunya selalu sama.

 

Bias Servo Pada Mosfet

Untuk lateral mosfet tidak diperlukan bias servo karena koefisien suhu lateral mosfet nol pada arus drain sekitar 150 mA. Sedangkan pada vertical mosfet diperlukan. Contoh bias servo pada vertical mosfet adalah sebagai berikut.

 Vertical_mosfet

Umumnya vertical mosfet mulai bekerja jika tegangan gate – source (VGS) nya sekitar 4V (ada yang 0,8V tapi jarang). Pada rangkaian VBE multiplier sengaja disisipkan transistor Q1 yang difungsikan sebagai dioda agar koefisien suhunya turun. Jika tidak ada Q1 maka koefiesien suhu tegangan kolektor – emitor Q3 sebesar 8 / VBE x -2,2 mV/ᵒC. Jika VBE sebesar 0,65V maka koefisien suhunya sebesar -27mV/ᵒC. Sedangkan koefisien suhu VGS IRFP240 adalah -6 mV/ᵒC pada arus drain 150 mA, jadi total koefisien suhu kedua mosfet tersebut adalah -12 mV/ᵒC.

Koefisien suhu tegangan VAS+ dan VAS- sebesar 8 / (VBE + VBE) x -2,2 mV/ᵒC. Koefisien suhunya hanya dikalikan -2,2 mV/ᵒC, karena hanya Q1 yang dipasang pada pendingin M1 dan M2. Jika VBE sebesar 0,65V maka koefisien suhunya sebesar -13,5 mV/ᵒC.

 

Untuk konfigurasi output yang lain diperlukan bias servo yang berbeda. Pada prinsipnya koefisien suhu rangkaian bias servo, harus sama atau sedikit lebih kecil daripada rangkaian yang dibiasnya. Ini akan menjamin arus bias stabil terhadap suhu atau setidaknya jika suhu naik arus bias hanya akan sedikit turun.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Agustus 17, 2014 in Uncategorized

 

DC Offset

Speaker tidak boleh diberi tegangan DC karena akan menggeser coil/spul-nya. Ini menyebabkan spul tidak bisa bergerak secara maksimal dan menghasilkan suara yang cacat. Tegangan DC yang cukup tinggi bisa membakar spul. Oleh karena ini harus dihindari tegangan DC pada speaker.

Kebanyakan amplifier memakai tegangan ganda (positif-ground-negatif) dan menghubungkan keluaran amplifier langsung ke speaker tanpa kapasitor. Pada keluaran amplifier bisa mengandung tegangan DC walaupun cukup kecil dan tidak berbahaya bagi speaker. Tegangan DC pada keluaran amplifier ini disebut DC offset.

Bagaimana meminimalkan DC offset pada sebuah rancangan amplifier? Pada artikel ini akan dibahas caranya, khususnya pada amplifier yang memakai topologi Lin.

 LTP_input

Pada gambar diatas adalah input amplifier yang memakai penguat diferensial atau LTP. Penguat diferensial tersebut dibentuk oleh Q1 dan Q2. Oleh cermin arus Q3 dan Q4, arus kolektor Q1 dan Q2 dipaksa agar sama besarnya. Jika hFE Q1 dan Q2 sama, maka arus basis Q1 dan Q2 juga sama. Arus basis Q1 mengalir melalui R2 dari keluaran amplifier dan arus basis Q2 mengalir melalui R1 dari ground. Jika R1 dan R2 nilainya sama dan VBE dari Q1 dan Q2 sama, maka tegangan pada keluaran amplifier menjadi 0V.

Namun tidak ada hFE dan VBE (tegangan basis-emitor) dari transistor yang sama tipenya yang nilainya sama persis. Juga nilai resistor R1 dan R2 tidak akan sama persis karena adanya toleransi komponen tersebut. Hal ini mengakibatkan tegangan DC pada amplifier tidak 0V. DC offset ini bisa bernilai plus atau minus beberapa ratus mili Volt. Namun amplifier yang dirancang dengan baik, DC offsetnya harus di bawah plus atau minus 50mV.

Untuk memperkecil DC offset, gunakan transistor yang memiliki hFE yang tinggi pada Q1 dan Q2. Ini akan menyebabkan arus basis menjadi kecil. Juga pilih nilai R1 dan R2 yang cukup kecil. R1 dan R2 tidak boleh terlalu kecil karena impedansi masukan amplifier salah satunya ditentukan oleh R1. Umumnya R1 dan R2 dipilih antara 10K sampai 22K Ohm.

VBE dari transistor bipolar memiliki koefisien suhu sebesar -2,2mV/ᵒC. Makin tinggi suhu transistor makin kecil VBE. Jika suhu Q1 dan Q2 tidak sama, maka arus basisnya pun menjadi tidak sama. Untuk mempertahankan agar arus basis Q1 dan Q2 tetap sama walaupun suhunya berubah-ubah, maka Q1 dan Q2 harus ditempelkan badannya sehingga suhu Q1 dan Q2 selalu sama.

Pengaturan DC Offset dengan trimpot

DC offset juga bisa diatur agar mendekati 0V dengan trimpot seperti gambar di bawah ini.

 dc_offset_trimpot

Pengaturan DC Offset dengan DC Servo

DC Servo adalah rangkaian yang “memaksa” keluaran amplifier selalu mendekati 0V, walaupun pada input amplifier diberi tegangan DC dalam jangkauan tertentu. Dan meskipun transistor pada penguat diferensial suhunya tidak sama, DC offset tetap selalu mendekati 0V. Dengan memakai DC Servo ini, DC offset bisa serendah plus atau minus beberapa µV. Input amplifier pun tidak perlu diberi coupling kapasitor atau istilahnya DC coupled.

Contoh rangkaian DC servo ada di bawah ini.

 dc_servo

 DC Servo dibentuk dari op-amp U1A dan U1B. U1A sebagai integrator dan U1B sebagai inverting amplifier dengan penguatan tegangan -1x.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Agustus 9, 2014 in Uncategorized

 

Mengatur Arus Bias Pada Amplifier Kelas AB

Banyak anggapan bahwa cara mengatur bias transistor (bipolar) final adalah dengan mengukur tegangan antara basis dan emitor atau antara basis dan basis transistor final pasangannya (NPN dan PNP). Tegangan antara basis dan emitor disebut VBE. Transistor saat mulai mengalirkan arus kolektor, tegangan VBE nya mulai dari 0,5V sampai 0,6V. Saat terjadi saturasi (arus kolektor tidak bisa bertambah lagi/maksimal), tegangan VBE nya sekitar 1V. Tegangan VBE ini besarnya bervariasi bahkan pada satu tipe transistor. Padahal yang dicari adalah arus kolektor, walaupun ada hubungannya antara arus kolektor dengan tegangan VBE, namun karena tegangan VBE bervariasi maka tidak bisa diandalkan pengukurannya.

Orang yang pertama kali mempublikasikan penelitian tentang arus bias optimal, untuk mendapatkan cacat crossover terkecil adalah Dr. Bernard M. Oliver, presiden direktur perusahaan Hewlett Packard bidang riset dan pengembangan. Penelitian ini diterbitkan tahun 1971 pada jurnal perusahaan tersebut. 

Pada artikel ini akan saya bahas secara sederhana penelitian tersebut. Saya berikan simulasi rangkaian sederhana transistor final emiter follower di bawah ini.

emitter_follower-push-pull

Gambar 1. Rangkaian simulasi

Jika saat tidak ada sinyal arus kolektor Q1 dan Q2 adalah nol, maka ini disebut kelas B. Jika diberi sinyal akan terjadi cacat crossover seperti ini.

sinyal input

Gambar 2. Sinyal input

Sinyal output

Gambar 3. Sinyal output

Pada gambar 3 terlihat bentuk sinyal output tidak sempurna saat tegangan melewati titik 0V. Ini disebut cacat crossover. Lalu berapa arus kolektor yang optimal agar cacat crossover ini menjadi minimal? Menurut penelitian tersebut, juga dijabarkan secara lebih sederhana pada buku “Designing Audio Power Amplifiers” karangan Bob Cordell, cacat crossover minimal saat tegangan pada R adalah 26mV. R yang dimaksud adalah total resistansi emitor (R1) ditambah resistansi internal emittor (RE) ditambah resistansi efektif basis dilihat pada emitor (R3/hFE). RE = 26mV/IS (eVg/kT – 1) pada 20 derajat Celsius , pengertian tentang RE silakan baca pada buku teks elektronika yang digunakan sebagai bahan ajar di universitas. Karena adanya RE dan R3 (jika dipasang), maka arus bias optimal terjadi saat tegangan pada R1 sedikit lebih kecil dari 26mV. Jika arus bias ini diperbesar maka cacat akan meningkat dan akhirnya cacat crossover akan hilang saat kedua transistor dibias menjadi kelas A.

emitter_follower-push-pull1

Gambar 4. Arus bias optimal

Menurut buku “Audio Power Amplifier Design” edisi ke-6 karangan Douglas Self, arus bias optimal nilainya berkurang jika transistor final di paralel. Makin banyak yang diparalel makin kecil arus bias optimalnya dibandingkan dengan nilai optimal jika tidak diparalel. Namun tidak disebutkan rumus pastinya.

Arus bias optimal untuk amplifier kelas AB dengan transistor mosfet, baik tipe lateral maupun vertikal berbeda dengan transistor bipolar. Pada transistor mosfet ada kencenderungan makin besar arus bias (arus drain), makin kecil cacatnya. Perancang amplifier harus menentukan sendiri nilai optimalnya dengan mempertimbangkan efisiensinya.

Pengaturan arus bias idealnya dengan Distortion Meter. Pada sinyal input kita berikan sinyal  generator dengan bentuk sinus yang cacat harmoniknya kecil. Frekuensi sinyal generator adalah 1kHz. Kemudian pada keluaran amplifier kita berikan beban resitor daya 8,2 Ohm dan pembagi tegangan (attenuator) untuk diumpankan ke Distortion Meter. Tunggu agar pendingin amplifier stabil suhunya dan atur arus bias minimal. Perlahan-lahan naikkan arus bias sambil kita lihat Distortion Meter. Angka pada Distortion Meter akan turun lalu naik kembali. Atur arus bias saat pada Distortion Meter menunjukkan angka paling kecil.

Untuk mengukur cacat harmonik, bisa juga memakai sound card yang cacat harmoniknya kecil dengan memakai software tertentu, misalnya ARTA.

Jurnal penelitian tersebut bisa di download di sini.

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Juli 6, 2014 in Audio, Uncategorized

 

Tag: , , ,

Simple Pre-amp

Karena adanya casing amplifier yang membutuhkan volume control dan input selector, maka saya bikin rancangan pre-amp yang sederhana. Input selector memakai relay 12V agar perkabelan menjadi rapi. Keluaran dari input selector langsung ke potensiometer sebagai volume control. Dari volume control ke op-amp sebagai penguatan tegangan yang penguatannya sekitar 4x. Rangkaiannya bisa dilihat di bawah ini.

simple pre-amp

Op-amp yang saya gunakan adalah LM4562, namun bisa memakai op-amp lain asalkan slew rate nya lebih besar dari 6V/uS dan low noise. Potensiometernya harus yang bertipe logaritmik. Penguatan tegangannya bisa diganti dengan merubah nilai R4 dan R7, sesuaikan dengan sensitivitas input amplifier yang digunakan.

Implementasinya seperti ini.

CAM00299-2

 

 

 
Tinggalkan komentar

Ditulis oleh pada Juni 25, 2014 in Audio, Uncategorized

 

Tag: ,

 
Ikuti

Get every new post delivered to your Inbox.